《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程教改方案及其實(shí)施成效

盛春明 趙玉林

（深圳技師學(xué)院 廣東 深圳518045）

《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程教改方案及其實(shí)施成效

盛春明 趙玉林

（深圳技師學(xué)院 廣東 深圳518045）

分析了傳統(tǒng)《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)中現(xiàn)存的理論枯燥、實(shí)踐教學(xué)模式僵化的弊端，提出了“以傳感器應(yīng)用能力為目標(biāo)，精選實(shí)際工程項(xiàng)目為引導(dǎo)”的基于工作過程的教學(xué)新模式，給出了翔實(shí)的實(shí)施方案，并闡述了教改方案具有的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

工作過程；傳感器；實(shí)際工程項(xiàng)目；教學(xué)情境

傳統(tǒng)《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)中存在的問題

傳感器應(yīng)用技術(shù)是一項(xiàng)涉及物理學(xué)、工程數(shù)學(xué)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、單片機(jī)技術(shù)、測(cè)量技術(shù)等學(xué)科的綜合應(yīng)用技術(shù)，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，《傳感器應(yīng)用技術(shù)》是電子類、機(jī)電類等專業(yè)都開設(shè)的一門綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。研究其傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、目標(biāo)、方法和模式，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

（一）理論教學(xué)內(nèi)容陳舊，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容落后

傳統(tǒng)理論教學(xué)涉及了較多演算推導(dǎo)各類傳感器特性原理的內(nèi)容，這要求學(xué)生具備較好的工程數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)基礎(chǔ)。課堂上學(xué)生經(jīng)常感到授課內(nèi)容理論性強(qiáng)，許多概念晦澀、難懂。

而傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)主要是在傳感器教學(xué)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)置了已經(jīng)調(diào)試成功的常用傳感器及其測(cè)量調(diào)理電路，如放大器、移相器、檢波器等模塊。學(xué)生呆板地按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的步驟對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行接線、上電，對(duì)傳感器工作原理和性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，這樣的實(shí)踐教學(xué)僅停留在對(duì)傳感器工作原理和性能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段。

當(dāng)學(xué)生面臨運(yùn)用傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)則頭腦中一片茫然，不知道如何測(cè)試和靈活使用該傳感器，如何設(shè)計(jì)和調(diào)試滿足實(shí)際需求的測(cè)量調(diào)理電路，組建簡(jiǎn)單的測(cè)量應(yīng)用系統(tǒng)有什么規(guī)則。究其原因，是他們沒有接受這方面訓(xùn)練以獲得知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

（二）教學(xué)方法和模式比較僵化

傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師灌輸給學(xué)生每個(gè)傳感器的工作原理、測(cè)量電路和基本應(yīng)用電路等理論知識(shí)，然后學(xué)生按照既定的實(shí)驗(yàn)步驟和方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生一直是被動(dòng)接受所有的概念和知識(shí)，根本沒有自主思考、探究和創(chuàng)新的空間。應(yīng)付完考試，大多數(shù)學(xué)生很快就把這些知識(shí)淡忘了，教學(xué)效果可想而知。

（三）能力培養(yǎng)無專業(yè)特點(diǎn)

從橫向比較來看，電子類專業(yè)和機(jī)電類專業(yè)在開展本課程教學(xué)時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容和模式上區(qū)別不大。我們認(rèn)為，針對(duì)不同專業(yè)方向，應(yīng)該確立具有本專業(yè)顯著特點(diǎn)的培養(yǎng)目標(biāo)。面對(duì)電子類專業(yè)學(xué)生，應(yīng)該研究傳感器應(yīng)用技術(shù)在電子專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)；教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)放在傳感器外部特性、轉(zhuǎn)換原理及其在電子領(lǐng)域的應(yīng)用方面，并突出應(yīng)用實(shí)例。

在學(xué)生對(duì)《傳感器應(yīng)用技術(shù)》的基本原理和應(yīng)用有較為系統(tǒng)的知識(shí)的基礎(chǔ)上，應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立選擇傳感器、設(shè)計(jì)、調(diào)試其測(cè)量調(diào)理電路的能力，并能對(duì)測(cè)量結(jié)果作初步分析，進(jìn)而達(dá)到進(jìn)行符合實(shí)際電子控制類工程需要的簡(jiǎn)單測(cè)量應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作及調(diào)試的目標(biāo)。因此，本課程的教學(xué)深度、廣度、教學(xué)方式、考核形式以及學(xué)時(shí)數(shù)等方面與機(jī)電類專業(yè)比較應(yīng)有較大區(qū)別。

以傳感器應(yīng)用能力為目標(biāo)的教改實(shí)施方案

在“以傳感器應(yīng)用能力為目標(biāo)，精選實(shí)際工程項(xiàng)目為引導(dǎo)，基于工作過程的教學(xué)模式”的教改方案中，《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)設(shè)計(jì)以及實(shí)施過程可主要分為五個(gè)階段如圖1所示。

圖1 新教改方案下《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)設(shè)計(jì)以及實(shí)施過程示意圖

（一）確立教學(xué)目標(biāo)

通過分析本課程在電子專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用形式和特點(diǎn)，剖析學(xué)生應(yīng)該必備哪些具體的關(guān)于本課程的知識(shí)技能，并進(jìn)行總結(jié)提煉，形成明確的教學(xué)目標(biāo)：

1.具備能正確熟練使用常用電子儀器儀表的能力。

2.具備嫻熟的焊接技術(shù)。

3.具備對(duì)照設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)元器件合理布局和布線的能力。

4.具備基本的模擬電路、數(shù)字電路的分析和調(diào)試能力。

5.掌握電子行業(yè)中多種常用傳感器的外部特性、基本性能參數(shù)和應(yīng)用場(chǎng)合。

6.能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求合理選擇傳感器、識(shí)別傳感器并準(zhǔn)確測(cè)試其性能。

7.掌握與相關(guān)傳感器配合使用的各種測(cè)量調(diào)理電路的性能特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。

8.能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求科學(xué)選用與傳感器配套的測(cè)量調(diào)理電路。（1）能設(shè)計(jì)滿足實(shí)際應(yīng)用需求的整套傳感器應(yīng)用系統(tǒng)。（2）具備獨(dú)立獲取、利用和整合信息的能力。（3）能使用英語作為分析、利用技術(shù)資料的輔助工具。

（二）學(xué)習(xí)情境的設(shè)計(jì)

我們需要為每一種傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)學(xué)習(xí)情境，學(xué)生通過這個(gè)學(xué)習(xí)情境的學(xué)習(xí)應(yīng)該具備靈活應(yīng)用此傳感器進(jìn)行傳感器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。我們以學(xué)生需要具備的專業(yè)技能為依據(jù)，遵從基本的教學(xué)規(guī)律，在盡可能少地破壞原有傳感器技術(shù)知識(shí)體系的前提下，總結(jié)出了如下原則來確定工程案例作為學(xué)習(xí)情境：

1.案例是從電子專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際工程項(xiàng)目中抽取出來，具有典型的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和趣味性。

2.案例是以某種傳感器的應(yīng)用為核心，具有多種解決方案，在電子行業(yè)的多應(yīng)用領(lǐng)域中具有可拓展性。

3.實(shí)現(xiàn)案例涉及的元器件一定是學(xué)生已熟知的常見元器件，教學(xué)中抓住傳感器外部特性及其測(cè)量調(diào)理電路的應(yīng)用這個(gè)重點(diǎn)，避免出現(xiàn)喧賓奪主的現(xiàn)象。

4.案例應(yīng)該盡可能多地囊括相關(guān)傳感器涉及的傳感器應(yīng)用技術(shù)知識(shí)和專業(yè)技能。

（三）教學(xué)單元的設(shè)計(jì)

我們參照電子產(chǎn)品開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)流程，將開發(fā)每個(gè)學(xué)習(xí)情境的實(shí)際工作步驟和方法進(jìn)行細(xì)化，從中提煉出相應(yīng)的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，并將它們轉(zhuǎn)換成科學(xué)、合理的教學(xué)單元（具體到每個(gè)學(xué)時(shí)，含理論教學(xué)內(nèi)容和實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容）。這個(gè)轉(zhuǎn)換過程要遵循人的客觀學(xué)習(xí)規(guī)律和知識(shí)遷移規(guī)律，將知識(shí)點(diǎn)和技能訓(xùn)練環(huán)節(jié)科學(xué)高效地融入各個(gè)教學(xué)單元中。

（四）設(shè)計(jì)與編寫內(nèi)容翔實(shí)的教學(xué)文件

我們主要從如下五個(gè)方面規(guī)范了教學(xué)資料：教案、課件、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書、格式化作業(yè)以及課程形成性考核成績(jī)記錄單等。

1.教案和課件的撰寫要嚴(yán)格遵從教學(xué)單元的安排，內(nèi)容要體現(xiàn)基于工作過程的教學(xué)理念。

2.實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書的編制參考電子行業(yè)常用的《作業(yè)指導(dǎo)書》的編制方法和原則，考慮學(xué)生的知識(shí)背景和基礎(chǔ)，盡量用示意圖的方式表達(dá)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，做到內(nèi)容翔實(shí)、實(shí)用性強(qiáng)、操作性強(qiáng)。

3.我們?cè)O(shè)計(jì)了獨(dú)具特色的格式化作業(yè)，針對(duì)學(xué)生需要重點(diǎn)掌握的知識(shí)點(diǎn)，教師設(shè)計(jì)了一些比較實(shí)用且實(shí)踐性強(qiáng)的問題，以試卷的形式進(jìn)行編制。

4.我們加強(qiáng)了日常學(xué)習(xí)質(zhì)量的考核，擬定了本課程形成性考核成績(jī)記錄單。我們將平時(shí)實(shí)訓(xùn)成績(jī)細(xì)分為如下幾方面：平時(shí)提問、考勤、實(shí)訓(xùn)方法及過程考核、電路板工藝考核、實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)考核、器件回收情況考核、幫助學(xué)生調(diào)試等（見表1）。

這些考核措施不但加強(qiáng)了學(xué)生在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)上的質(zhì)量控制，還強(qiáng)調(diào)了實(shí)訓(xùn)素質(zhì)養(yǎng)成（如器件回收等）方面的培養(yǎng)。為鼓勵(lì)學(xué)生積極營(yíng)造互幫互助的學(xué)習(xí)氛圍，我們還增加了幫助學(xué)生調(diào)試等方面的鼓勵(lì)性考核。

通過經(jīng)常將平時(shí)考核結(jié)果公布，可增強(qiáng)學(xué)生在日常教學(xué)環(huán)節(jié)的主動(dòng)意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)；對(duì)于進(jìn)步較大的學(xué)生，教師做到及時(shí)表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)。從教學(xué)反饋來看，教學(xué)得到了學(xué)生的一致好評(píng)。

（五）設(shè)計(jì)并嘗試實(shí)施合理、高效的基于工作過程的教學(xué)模式

好的教育不是教學(xué)生想什么，而是教他怎樣去想。教育是要建立一個(gè)人的個(gè)性和獨(dú)立思考的能力，而灌輸能把兩者都?xì)Я恕＝處煈?yīng)該做些什么來幫助學(xué)生學(xué)習(xí)呢？

表1 形成性考核記錄單

1.為學(xué)生建立必要的背景知識(shí)。

2.引導(dǎo)學(xué)生在討論中學(xué)習(xí)理論知識(shí)，在動(dòng)手操作中獲取實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3.在教學(xué)過程中適時(shí)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐行為提出中肯的忠告和建議。

4.以常見、共性的錯(cuò)誤作為教學(xué)案例，為學(xué)生增長(zhǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

5.幫助學(xué)生從自己的錯(cuò)誤中吸取教訓(xùn)。

教學(xué)之初，教師要向?qū)W生重點(diǎn)介紹本門課的教學(xué)組織方式，讓學(xué)生了解電子行業(yè)企業(yè)實(shí)際完成工程項(xiàng)目（學(xué)習(xí)情境）的基本流程（見圖2）。我們的教學(xué)就是按照項(xiàng)目（學(xué)習(xí)情境）的工作過程進(jìn)行，所有的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)都巧妙地揉入項(xiàng)目（學(xué)習(xí)情境）的工作過程中。學(xué)生每完成一個(gè)工程項(xiàng)目（學(xué)習(xí)情境）的設(shè)計(jì)、制作與成功調(diào)試，就完成了一種傳感器原理與應(yīng)用的學(xué)習(xí)。

圖2 電子行業(yè)完成工程項(xiàng)目的基本流程圖

具體教學(xué)過程如下：

1.學(xué)習(xí)如何認(rèn)識(shí)、選擇、測(cè)試和使用傳感器。在實(shí)際教學(xué)中，教師拋出實(shí)例項(xiàng)目需求，引導(dǎo)學(xué)生思考解決方案，從而引出需要使用的傳感器。教師介紹此傳感器的外部特性，盡量少涉及數(shù)學(xué)推導(dǎo)；重點(diǎn)講解傳感器的輸入/輸出特性結(jié)論中公式符號(hào)的物理意義、傳感器主要性能參數(shù)及其在電子行業(yè)的主要應(yīng)用。接下來，教師引導(dǎo)學(xué)生查找資料并自主學(xué)習(xí)如何進(jìn)行傳感器選型、測(cè)試與使用傳感器。

2.學(xué)習(xí)傳感器配套常見的幾種測(cè)量調(diào)理電路。當(dāng)學(xué)生面對(duì)測(cè)試傳感器輸出的微弱檢測(cè)信號(hào)時(shí)，自然會(huì)提出如下問題：如何進(jìn)行輸出信號(hào)處理使之足以推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)？如何獲得可送至微處理器進(jìn)行處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)？借著學(xué)生的這些疑問和興趣，教師引出與此傳感器配套常見的幾種測(cè)量調(diào)理電路，重點(diǎn)講解其基本工作原理、應(yīng)用條件、調(diào)試技巧等等。

3.以討論教學(xué)的方式完成實(shí)例項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、制作和測(cè)試。有了這些背景知識(shí)，教師正式引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)例項(xiàng)目需求進(jìn)行方案制定、概要設(shè)計(jì)以及電路詳細(xì)設(shè)計(jì)等過程。在這個(gè)學(xué)習(xí)階段，以學(xué)生為主體，教師起輔助性的技術(shù)指導(dǎo)作用，整個(gè)教學(xué)過程以討論教學(xué)為主。

學(xué)生可以靈活運(yùn)用剛剛獲得的知識(shí)或參考其他學(xué)習(xí)資料提出自己的設(shè)計(jì)思路，教師評(píng)估學(xué)生的設(shè)計(jì)思路并解釋其是否可行。學(xué)生可能提出多種設(shè)計(jì)方案，教師應(yīng)該憑借其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為學(xué)生分析各種方案性能的優(yōu)劣。這個(gè)過程教師要著重鍛煉學(xué)生的獨(dú)立思考、解決問題的能力，使學(xué)生不但學(xué)會(huì)如何靈活應(yīng)用這些新知識(shí)，還積累一些電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

當(dāng)電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案確定以后，教學(xué)則進(jìn)入了電路制作、單元調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試的階段。教師根據(jù)方案討論結(jié)果，將學(xué)生分成多個(gè)項(xiàng)目組（一般由2～3人組成并分工協(xié)作），開始進(jìn)行具體電路板的制作與調(diào)試，每個(gè)項(xiàng)目組實(shí)施的設(shè)計(jì)方案可能相同，也可能不同，要視教學(xué)情況而定。學(xué)生在教師輔佐下獨(dú)立選用與測(cè)試元器件，完成元器件的合理布局、走線、焊接以及電路的調(diào)試等過程。

教師通過與學(xué)生交流、查看單板制作工藝、檢查調(diào)試過程等環(huán)節(jié)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，也摸清了學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)水平，可以有的放矢地進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)，向?qū)W生及時(shí)提出中肯的學(xué)習(xí)實(shí)踐忠告和建議。在這個(gè)過程中，教師需要經(jīng)常將學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中所犯的共性錯(cuò)誤作為案例進(jìn)行教學(xué)，從而幫助學(xué)生獲得盡可能多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。教師還要鼓勵(lì)有余力的學(xué)生嘗試不同設(shè)計(jì)方案的實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生從中獲得設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。鼓勵(lì)那些遇到困難時(shí)能通過各種渠道解決問題的學(xué)生，贊許他們從中獲得的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

通過上述教學(xué)過程，學(xué)生不但充分理解和消化了本項(xiàng)目中涉及的傳感器知識(shí)、測(cè)量調(diào)理電路的原理及其靈活應(yīng)用技巧，同時(shí)也真實(shí)體驗(yàn)了在將來工作崗位中完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)踐工作過程。

新教改方案在推行過程中的問題

本教改方案經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證具有良好的教學(xué)效果，傳感器技術(shù)被承載在實(shí)際工程項(xiàng)目中，學(xué)生不但掌握了傳感器技術(shù)系統(tǒng)性的知識(shí)，而且工程實(shí)踐能力、自學(xué)能力、電路設(shè)計(jì)與調(diào)試能力、組織協(xié)調(diào)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也有了較大的提高。另外，本門課的教改實(shí)踐模擬了實(shí)際工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)企業(yè)化的真實(shí)環(huán)境和氛圍，學(xué)生得到了實(shí)際工作崗位的真實(shí)、復(fù)雜和綜合的經(jīng)歷與體驗(yàn)，為學(xué)生將來就業(yè)進(jìn)行了“演習(xí)”。總之，教學(xué)新模式具有深遠(yuǎn)的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

在教改實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)本教改方案在推行過程中存在如下問題，仍需要在今后的教學(xué)研究中進(jìn)行深入探討。

1.由于本門課教改力度較大，現(xiàn)有學(xué)時(shí)數(shù)不足，從而導(dǎo)致所介紹的傳感器數(shù)量不足。

2.教改過程暴露出學(xué)生的基本電子技術(shù)理論知識(shí)基礎(chǔ)薄弱、實(shí)踐動(dòng)手能力差的問題，對(duì)教改推進(jìn)和教學(xué)效果造成一定影響?？梢?，欲全面提高學(xué)生的綜合能力，僅僅進(jìn)行本門課的教學(xué)改革是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

3.《傳感器原理與技術(shù)》知識(shí)教學(xué)的廣度和深度的界定存在問題。

4.實(shí)訓(xùn)過程所需元器件的采購(gòu)、發(fā)放方面的組織和管理存在一些問題，需要改進(jìn)。

[1]德國(guó)聯(lián)邦職業(yè)教育研究所.借助學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行職業(yè)教育學(xué)習(xí)任務(wù)指導(dǎo)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

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G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-5727（2011）11-0093-03

盛春明（1973—），男，湖北鄂州人，碩士，深圳技師學(xué)院電子通信系講師，研究方向?yàn)閭鞲衅骷夹g(shù)、多媒體技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)及職業(yè)教育學(xué)。