基于一體化教學(xué)的傳感器實驗室建設(shè)研究

陳 琳

（常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院，江蘇 常州 213164）

基于一體化教學(xué)的傳感器實驗室建設(shè)研究

陳 琳

（常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院，江蘇 常州 213164）

從高職院校人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，分析了高職院校傳感器實驗教學(xué)和實驗室現(xiàn)狀，提出了傳感器實驗室改建的四個原則，創(chuàng)建了三個層次的開放性實踐體系，并闡述了“教、學(xué)、做、創(chuàng)”一體化教學(xué)實踐過程。

傳感器；實驗室改建；一體化教學(xué)

傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的三大支柱，傳感器技術(shù)是信息獲取與交換的核心，被列為近十年來世界現(xiàn)代電子技術(shù)的首位?！皞鞲衅骷夹g(shù)及應(yīng)用”課程屬于我院電氣自動化專業(yè)課程體系中的職業(yè)崗位專項技能學(xué)習(xí)領(lǐng)域，旨在為地方產(chǎn)業(yè)的裝配崗、測試崗培養(yǎng)高技能應(yīng)用型人才。

長期以來，該課程在教學(xué)方法上仍然以課堂講授為主；在教學(xué)內(nèi)容上主要講解傳感器的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、特性及簡單應(yīng)用；在實踐教學(xué)中仍然沿用CSY系列實驗系統(tǒng)。整個教學(xué)過程枯燥乏味，學(xué)生學(xué)起來艱澀難懂，缺乏學(xué)習(xí)興趣，實踐動手能力差，更無法得到相應(yīng)崗位技能的訓(xùn)練。因此，傳感器課程的教學(xué)改革迫在眉睫，而教改的首要任務(wù)便是建設(shè)符合人才培養(yǎng)規(guī)格的先進(jìn)的實驗實訓(xùn)條件。

1 傳感器實驗室現(xiàn)狀分析

我校傳感器實驗室現(xiàn)有主要設(shè)備是CSY－998型傳感器系統(tǒng)實驗箱，其優(yōu)點是能夠幫助學(xué)生加深對理論知識的理解，掌握典型傳感器的工作原理，而缺點是大多用于驗證性實驗，與企業(yè)生產(chǎn)實踐嚴(yán)重脫節(jié)，缺乏創(chuàng)新，與大多數(shù)高職院校、本科院校的傳感器實驗現(xiàn)狀相類似，既無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)思維，同時難以體現(xiàn)高職人才培養(yǎng)特色，更難以保證和支撐電氣自動化專業(yè)人才培養(yǎng)的專項技能要求。

因此對于高職高專院校來說，合理地設(shè)置和建設(shè)專業(yè)實驗室、積極開展實驗教學(xué)改革、通過有效管理提高實驗設(shè)備的利用率，這些措施對于培養(yǎng)出合格的專業(yè)技術(shù)高技能人才都將起到關(guān)鍵性作用［1］。

2 傳感器實驗室建設(shè)原則

為了適應(yīng)競爭激烈的就業(yè)形勢，提高電氣自動化專業(yè)人才質(zhì)量，加強(qiáng)專業(yè)課程設(shè)置的技術(shù)含量，體現(xiàn)高職特色，必須將專業(yè)實驗室的建設(shè)與社會和企業(yè)的需求相結(jié)合，培養(yǎng)崗位技能和職業(yè)能力，從而使學(xué)生一走上工作崗位便能適應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)工作，實現(xiàn)“零距離就業(yè)”，同時為今后的職業(yè)成長奠定良好的基礎(chǔ)?；诖?，按照一體化項目教學(xué)模式對我校傳感器實驗室進(jìn)行改建，具體改建原則為：

（1）項目導(dǎo)向原則。傳感器是一門實踐性很強(qiáng)的課程，但一直以來，由于受教學(xué)和實踐條件的限制，側(cè)重于教師講授，而學(xué)生實踐動手較少。隨著測控技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器的教學(xué)應(yīng)從信號獲取和系統(tǒng)集成的高度進(jìn)行內(nèi)容重構(gòu)［2］，與后續(xù)專業(yè)課程相結(jié)合，突破就器件論器件的局限性，形成“信號→信息→系統(tǒng)”的學(xué)習(xí)體系?；谶@一教學(xué)思路，選擇一體化項目教學(xué)方式，以構(gòu)建一個檢測系統(tǒng)作為一個項目設(shè)計內(nèi)容，實驗室改建則必須依據(jù)項目設(shè)計內(nèi)容。

（2）崗位需求原則。作為一所服務(wù)于地方產(chǎn)業(yè)的高職院校，需要樹立“按需定才”的指導(dǎo)思想，企業(yè)需要什么樣的人才，學(xué)校就培養(yǎng)什么樣的人才［3］。按照我院電氣自動化專業(yè)“素質(zhì)良好、專業(yè)扎實、特長突出”的總體人才培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)崗位需求認(rèn)真分析測試崗的職業(yè)內(nèi)容，按照典型工作任務(wù)設(shè)計一體化項目教學(xué)內(nèi)容，項目設(shè)計主要針對溫度、力、位移、光等物理量構(gòu)建檢測系統(tǒng)。

（3）校企合作原則。為了保證與企業(yè)生產(chǎn)實踐相結(jié)合，最大限度地利用企業(yè)有效資源，通過積極深入市場與企業(yè)一線，認(rèn)真分析地方產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與發(fā)展趨勢，尋找校企合作的結(jié)合點。選擇了地方行業(yè)龍頭企業(yè)梅特勒－托利多稱重設(shè)備系統(tǒng)有限公司、宏事達(dá)電氣制造有限公司以及常州金土木工程儀器有限公司，校企合作共建傳感器實驗室，依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、崗位技能要求以及崗位工作流程等，共同設(shè)計自動稱重檢測系統(tǒng)、直線位移檢測系統(tǒng)和傾斜度檢測系統(tǒng)等項目內(nèi)容和實踐過程，同時聘請企業(yè)工程師作為校內(nèi)兼職教師，為學(xué)生帶來生產(chǎn)一線的工作經(jīng)驗。

（4）先進(jìn)開放原則。開放性實驗室為學(xué)生在自主學(xué)習(xí)和科研訓(xùn)練中培養(yǎng)創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力提供了很好的鍛煉平臺［4］。開放性的前提是要保證實驗室的先進(jìn)性，通過校企合作，企業(yè)為培養(yǎng)更多掌握新技術(shù)的應(yīng)用型人才、培育潛在用戶，積極將最新成果、最新設(shè)備引入課堂，從而使教學(xué)內(nèi)容和實訓(xùn)設(shè)施建設(shè)始終與技術(shù)發(fā)展保持同步［3］，為學(xué)生和教師提供了一個先進(jìn)的實踐平臺。

在此平臺上，創(chuàng)立從實踐教學(xué)，到學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計選題，到優(yōu)秀學(xué)生自行設(shè)計實驗內(nèi)容和自選研究課題，以及教師創(chuàng)新項目研究的全過程全方位開放性實驗體系［4］，將科研和教學(xué)融合一體，從而鍛煉學(xué)生的實踐技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3 多層次實踐平臺創(chuàng)建

為了建立一套開放性實驗體系，設(shè)計創(chuàng)建多層次實踐平臺，如圖1所示。

圖1 多層次實踐平臺架構(gòu)Fig.1 The structure of multi level practical platform

第一層次，設(shè)計開發(fā)基于LabVIEW的仿真實驗系統(tǒng)，這部分主要由教師帶領(lǐng)興趣小組、特長生工作室的學(xué)生開發(fā)完成。例如開發(fā)熱電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、光電效應(yīng)等的傳感器原理仿真實驗，以及開發(fā)溫度檢測系統(tǒng)、自動稱重檢測系統(tǒng)等的系統(tǒng)仿真實驗。主要用于教師課堂講解分析，為學(xué)生進(jìn)行項目的系統(tǒng)設(shè)計做必要的知識鋪墊。

第二層次，依賴于現(xiàn)有的實驗設(shè)備CSY系統(tǒng)實驗箱，主要用于驗證性實驗和綜合性實驗。驗證性實驗為了幫助學(xué)生掌握傳感器的基本原理，例如金屬箔式應(yīng)變片實驗、光纖位移傳感器實驗等；綜合性實驗為了幫助學(xué)生掌握傳感器的簡單應(yīng)用，例如溫度控制與顯示綜合實驗等，為學(xué)生進(jìn)行項目的系統(tǒng)設(shè)計做必要的動手訓(xùn)練。

第三層次，以測試測量領(lǐng)域先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)為主要手段，從系統(tǒng)集成的高度進(jìn)行項目的設(shè)計。幫助學(xué)生建立檢測系統(tǒng)的概念，并能動手設(shè)計構(gòu)建典型的檢測系統(tǒng)。所需要的主要設(shè)備為美國國家儀器公司研發(fā)生產(chǎn)的ELVIS（educational laboratory virtual instrumentation suite）平臺和相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集卡，以及多種工業(yè)傳感器。借助于先進(jìn)的虛擬儀器平臺，學(xué)生可以按照自己的想法自主設(shè)計多種測試、測控系統(tǒng)，教師可以進(jìn)行科技創(chuàng)新，并將承擔(dān)過的科研項目分解、提煉為教學(xué)項目。

基于上述三個層次，可以實現(xiàn)將實驗室建設(shè)為集教學(xué)科研一體的開放性實驗實踐體系，學(xué)生還可在此平臺上進(jìn)行興趣小組等課外活動，完成畢業(yè)設(shè)計以及進(jìn)行創(chuàng)新研究。

4 “系統(tǒng)集成式”一體化項目設(shè)計

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，傳感器的應(yīng)用無處不在，傳感器的種類成千上萬，但在進(jìn)行一體化項目設(shè)計和傳感器實驗室建設(shè)過程中，卻不可能面面俱到?；谝陨纤枋龅膫鞲衅鲗嶒炇宜膫€改建原則，經(jīng)過企業(yè)調(diào)研，根據(jù)測試崗的典型工作任務(wù)，從“系統(tǒng)集成”的高度，選取在工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最為普遍的五類傳感器構(gòu)建典型檢測系統(tǒng)，以此對傳感器實驗室進(jìn)行總體建設(shè)規(guī)劃。具體設(shè)備的選擇與購買、一體化教學(xué)項目的設(shè)計、實驗室管理規(guī)范等都緊緊圍繞構(gòu)建這五類典型檢測系統(tǒng)展開。從而訓(xùn)練學(xué)生的動手能力、系統(tǒng)設(shè)計能力和創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。

（1）溫度檢測系統(tǒng)。溫度是工業(yè)檢測過程中檢測最多最普遍的物理量之一，又與日常生活息息相關(guān)，因此，選取典型工業(yè)溫度傳感器構(gòu)建溫度檢測系統(tǒng)。項目設(shè)計主要內(nèi)容包括：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、集成溫度傳感器工作原理的學(xué)習(xí)，溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計與分析，在電路制作板上設(shè)計制作測量調(diào)理電路，通過數(shù)據(jù)采集卡采集調(diào)理信號，采用LabVIEW圖形化編程語言編程實現(xiàn)溫度的綜合顯示，最終設(shè)計完成溫度的獲取→電壓信號的調(diào)理、采集→溫度實時顯示，從而構(gòu)建完整的自動溫度檢測系統(tǒng)。

（2）自動稱重檢測系統(tǒng)。設(shè)計自動稱重檢測系統(tǒng)教學(xué)項目主要是針對地方產(chǎn)業(yè)。常州的衡器制造業(yè)在國內(nèi)享有盛譽(yù)，有國際知名的衡器制造廠商梅特勒－托利多衡器公司，有本地知名的衡器系統(tǒng)集成商宏事達(dá)電氣制造公司等等。此項目引進(jìn)合作企業(yè)的典型衡器，與企業(yè)兼職教師共同設(shè)計，項目設(shè)計主要內(nèi)容包括：稱重傳感器的裝配與調(diào)試、誤差測試與調(diào)整技術(shù)、故障分析、在電路制作板上設(shè)計制作測量電路、進(jìn)行信號調(diào)理分析，以及采用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建自動稱重檢測系統(tǒng)。

（3）傾斜度檢測系統(tǒng)。此項目設(shè)計與常州金土木工程儀器有限公司合作，依托其在校內(nèi)的研發(fā)機(jī)構(gòu)，目的是讓學(xué)生了解一些特種傳感器的應(yīng)用。項目設(shè)計主要內(nèi)容包括：傾斜度傳感器測量電路的設(shè)計，信號的調(diào)理與分析，傾斜度檢測系統(tǒng)的構(gòu)建。

除以上所描述的三類典型檢測系統(tǒng)外，還設(shè)計了直線位移檢測系統(tǒng)、光電檢測系統(tǒng)，這五類檢測系統(tǒng)的項目設(shè)計，主要側(cè)重點在于典型工業(yè)傳感器測量轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計，輸出信號的調(diào)理與分析以及檢測系統(tǒng)的構(gòu)建，形成了完整的“信號→信息→系統(tǒng)”的學(xué)習(xí)體系。

5 “教、學(xué)、做、創(chuàng)”一體化教學(xué)實踐

傳感器實驗室按照一體化項目教學(xué)模式改建后，日常教學(xué)將在實驗室進(jìn)行。首先，教師由工業(yè)生產(chǎn)展開，引出檢測系統(tǒng)的背景、項目要求等，并進(jìn)行傳感器等預(yù)備知識的講解，主要教學(xué)手段為多媒體課件、仿真實驗平臺和各種傳感器實物等；首先，學(xué)生在CSY實驗系統(tǒng)上進(jìn)行原理驗證、傳感器結(jié)構(gòu)和簡單應(yīng)用的學(xué)習(xí)；其次，由教師布置具體項目任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)方法，學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求查閱相關(guān)資料，進(jìn)行傳感器的選型、測量調(diào)試電路的設(shè)計和搭建以及檢測系統(tǒng)的設(shè)計；最后，由學(xué)生借助虛擬儀器平臺完成檢測系統(tǒng)的構(gòu)建，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理。教師還可根據(jù)學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況，引導(dǎo)學(xué)生在虛擬儀器平臺上進(jìn)行創(chuàng)新性的設(shè)計和研究?！敖?、學(xué)、做、創(chuàng)”一體化教學(xué)過程如圖2所示。

圖2 “教、學(xué)、做、創(chuàng)”一體化教學(xué)過程Fig.2 The integrated teaching process of“teaching，learning，doing，creating”

“教、學(xué)、做、創(chuàng)”一體化教學(xué)過程，依賴于三個層次的實踐平臺，從傳感器原理到傳感器的選型，到測量調(diào)理電路的設(shè)計，到檢測系統(tǒng)的構(gòu)建，到測試數(shù)據(jù)的分析處理，涵蓋了傳感器理論、電工電子技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、誤差理論與數(shù)據(jù)處理等，全面培養(yǎng)了學(xué)生的實踐技能，極大調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

6 結(jié) 語

基于“教、學(xué)、做、創(chuàng)”一體化教學(xué)的傳感器實踐平臺，對學(xué)生能力的培養(yǎng)貫穿于教學(xué)過程、課外活動和畢業(yè)設(shè)計等多個環(huán)節(jié)，是一套行之有效的改建方案，該實踐平臺在具體實施中還將計劃設(shè)計遠(yuǎn)程方案、并配套一體化項目講義和教材等。

［1］ 方貴盛.機(jī)電一體化專業(yè)實驗室建設(shè)與管理［J］.實驗室研究與探索，2011，30（12）：212－216.

［2］ 潘雪濤，周祥才，黃兆梁，等.“傳感器原理及應(yīng)用”重點課程建設(shè)的探索與實踐［J］.常州工學(xué)院學(xué)報，2007，20（6）：85－88.

［3］ 秦益霖.高職自動化專業(yè)“工學(xué)結(jié)合”人才培養(yǎng)模式探索與實踐［J］.中國職業(yè)技術(shù)教育，2011（2）：5－8.

［4］ 耿新，陳心浩，姜臣林.開放性實驗室建設(shè)的實踐與探索［J］.實驗室研究與探索，2011，30（12）：150－152.

Study on the Alterations of Sensor Laboratory Based on Integrated Teaching

CHEN Lin
（School of Electronic and Electrical Engineering，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China）

Starting from personnel training objectives of higher vocational colleges，the paper analyzes the experimental teaching and laboratory status in sensor curriculum，puts forward the four principles of the sensor laboratory alterations，creates three levels of an open practical system，and describes the“teaching，learning，doing，creating”integrated teaching practice.

sensor；laboratory alterations；integrated teaching

G 482

A

1671－7880（2012）05－0030－03

2012－06－26

陳琳（1978— ），女，講師，主要從事虛擬儀器技術(shù)、傳感器技術(shù)研究。