《傳感器與檢測技術(shù)》課程項目教學(xué)法的應(yīng)用

周春梅

(天津濱海職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系 天津300450)

《傳感器與檢測技術(shù)》課程項目教學(xué)法的應(yīng)用

周春梅

(天津濱海職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系 天津300450)

通過闡述對《傳感器與檢測技術(shù)》課程教學(xué)方法的改革，強(qiáng)調(diào)了課程整體教學(xué)設(shè)計的重要性，對課程內(nèi)容進(jìn)行重新整合序化，采用項目教學(xué)的方法，將原有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新組合，構(gòu)建相應(yīng)的教學(xué)項目。詳細(xì)介紹了《傳感器與檢測技術(shù)》課程項目教學(xué)的具體實施過程，并對其進(jìn)行了評價。

傳感器與檢測技術(shù) 項目教學(xué)法 整合序化 項目設(shè)計

1 項目教學(xué)法的概述

在現(xiàn)行高等職業(yè)教育的課程教學(xué)中，課程整體設(shè)計對教學(xué)效果有很大影響，教學(xué)項目的設(shè)計尤為重要，它以實際的生產(chǎn)活動、工程應(yīng)用、職業(yè)崗位為背景，對教學(xué)情境進(jìn)行設(shè)計，盡可能做到真實，貼近實際工作崗位，項目內(nèi)容應(yīng)涵蓋課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的教學(xué)能力點和知識點。項目中不僅應(yīng)該包括能力訓(xùn)練、知識學(xué)習(xí)、教學(xué)活動、作業(yè)練習(xí)，還應(yīng)該包括企業(yè)規(guī)范、職業(yè)道德、團(tuán)隊合作等，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中實踐操作，以實現(xiàn)教、學(xué)、做、考、評為一體的新教學(xué)模式。

2 項目教學(xué)法的步驟

《傳感器與檢測技術(shù)》是傳統(tǒng)的電子類、自動化類、機(jī)電類等專業(yè)的基礎(chǔ)課程。如何利用所學(xué)的相關(guān)傳感器知識解決實際生產(chǎn)、生活中遇到的問題，不僅讓學(xué)生感到困難，同時也是任課教師所面臨的挑戰(zhàn)。教師只有在教學(xué)中因勢利導(dǎo)、取長補(bǔ)短、精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，加強(qiáng)對學(xué)生實踐操作能力的培養(yǎng)，才能改變當(dāng)前現(xiàn)狀。而“項目教學(xué)法”，可以使師生在教、學(xué)、做等方面得到較大提高。

2.1 項目設(shè)計——教學(xué)內(nèi)容的重組

傳感器可分為溫度檢測傳感器、壓力檢測傳感器、物位及厚度傳感器、位移傳感器、速度檢測傳感器、氣體和濕度傳感器等。在具體的教學(xué)中，可以弱化傳感器理論知識，對原有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新整合，將原有知識轉(zhuǎn)換成典型、有實用價值的、學(xué)生感興趣的 8個項目模塊，即壓力測量——數(shù)字電子稱、光電檢測——光電智能小車、濃度測量——煙霧報警器、位移和物位測量——液位計、振動測量——振動儀、轉(zhuǎn)速測量——轉(zhuǎn)速表、溫度測量——溫度計、傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用——智能蔬菜大棚。每個項目都制定有不同的教學(xué)目標(biāo)要求和能力目標(biāo)。師生可共同完成設(shè)計、制作、調(diào)試和評價的全過程。每堂課都要從實際測量問題出發(fā)，通過具體項目引入新的教學(xué)內(nèi)容。

2.2 項目實施與評價——項目教學(xué)的具體實施

項目教學(xué)在具體實施時，先由任課教師進(jìn)行項目引入，使學(xué)生掌握必要的基礎(chǔ)概念、原理等相關(guān)知識，然后按 2～3人分組，布置項目任務(wù)并對學(xué)生提出具體要求：根據(jù)項目描述進(jìn)行分組討論、查找相關(guān)資料，進(jìn)行方案的可行性論證，并整理出設(shè)計思路與方法。完成具體電路的原理圖設(shè)計和相關(guān)參數(shù)計算，畫出電路硬件系統(tǒng)組成方框圖，選擇合適的電子元器件。對初步設(shè)計的電路先自行檢查修正，然后在教師的指導(dǎo)下，組織學(xué)生相互交流，確定項目實施的最佳方案，由學(xué)校提供電子元器件及電子焊接器材讓學(xué)生正式實施項目，完成焊接和調(diào)試后，填寫實訓(xùn)工單及項目報告單，分析整個過程中存在的問題，最后師生共同討論，評價項目實施中出現(xiàn)的問題，通過對比找出差異，并對整個項目進(jìn)行階段性評估考核。

2.3 項目教學(xué)法實施過程實例

下面將以設(shè)計 1臺應(yīng)變式數(shù)字稱重電子稱(即壓力測量教學(xué)模塊)的項目為例，簡單描述項目教學(xué)的實施過程。

2.3.1 項目描述

以市場上常見的稱重電子稱為參考，要求學(xué)生利用所學(xué)傳感器專業(yè)知識，設(shè)計出一款簡易稱重電子稱。要求先對電子稱按照重量與電壓的一一對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，使電子稱能夠?qū)⑤敵鲭妷恨D(zhuǎn)換成相應(yīng)的重量，以實現(xiàn)基本的稱重功能。以傳感器實驗室現(xiàn)有條件確定電子稱的稱重范圍為 0～500,g，稱重誤差不大于10,g。

2.3.2 項目分析

通過項目描述引導(dǎo)學(xué)生先對測量進(jìn)行合理的需求分析，給出系統(tǒng)的總體方案設(shè)計思路，然后根據(jù)設(shè)計思路選擇合適的傳感器，可行的安裝結(jié)構(gòu)，一定的測量精度，以及具體的測量電路、信號處理電路。學(xué)生以3人一組進(jìn)行設(shè)計。

首先選擇適合的稱重傳感器類型。根據(jù)稱重傳感器的不同原理，可以選擇電容式、電感式、光柵式、應(yīng)變片式、霍爾式等不同種類的傳感器作為候選。引導(dǎo)學(xué)生思考哪些量可以直接或間接轉(zhuǎn)換成所稱重量，選擇出最適合項目描述的稱重傳感器。除了考慮傳感器的結(jié)構(gòu)形式和理論實現(xiàn)方式外，還應(yīng)考慮輸出電壓量與輸入重量的線性關(guān)系，所稱重量值和實際物品重量不應(yīng)相差太大，讀值時數(shù)字應(yīng)穩(wěn)定。通過對比和綜合考慮，最終確定本系統(tǒng)采用電阻應(yīng)變式傳感器，量程為 500,g，誤差為10,g。

在信號處理電路設(shè)計方面，由于應(yīng)變傳感器的輸出信號一般是比較微弱的模擬電壓信號，應(yīng)提醒學(xué)生根據(jù)前期所學(xué)的電學(xué)知識，根據(jù)電子稱的最終輸出信號需求，設(shè)計出合理的后續(xù)放大電路。

2.3.3 項目實施過程

①確定數(shù)字電子稱基本原理。應(yīng)變式數(shù)字電子稱主要由5部分組成，即傳感器(應(yīng)變片)、測量電路(應(yīng)變?nèi)珮?、信號處理電路(放大電路)、模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、顯示部分，其中數(shù)模轉(zhuǎn)換部分和顯示部分可用電壓表代替。②確定傳感器及其測量電路。應(yīng)變式數(shù)字電子稱的測量電路通常使用橋式測量電路，電橋由 4個電阻應(yīng)變片構(gòu)成(即應(yīng)變?nèi)珮?，它將應(yīng)變電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，電橋的一個對角線接入工作電壓 UI，另一個對角線為輸出電壓UO，這就是傳感器輸出的電信號。應(yīng)變?nèi)珮虻奶攸c是：當(dāng)4個橋臂的應(yīng)變電阻達(dá)到某種關(guān)系時(電橋平衡時)，電橋輸出為0，否則就有電壓輸出，因此應(yīng)變電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。③確定信號處理電路——三級集成運算放大電路。在本項目設(shè)計中，將采用三級集成運算放大電路形式，這種差動輸入的形式，可以很好地降低溫度對信號的影響，對共模信號有較好的抑制作用，為保障穩(wěn)定的電壓信號輸出，又加了兩級放大電路，電路中以集成運算放大器為主要放大器件。傳感器測量電路采用直流全橋電路，既可以自動實現(xiàn)測量誤差的補(bǔ)償，又可以準(zhǔn)確地將電阻值的變化轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電壓輸出。④測重。將應(yīng)變式傳感器的4個應(yīng)變片組建成應(yīng)變?nèi)珮?，檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)。對應(yīng)變電橋進(jìn)行調(diào)零，使數(shù)字電壓表顯示為 0。調(diào)零結(jié)束后關(guān)掉電源。后續(xù)信號處理三級放大電路連接電源，檢查無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)三級運算放大電路的輸入端可調(diào)電阻至中間位置，再對輸出端進(jìn)行調(diào)零。在對放大電路調(diào)零時可將放大電路的正、負(fù)輸入端與地短接，輸出端與電壓表相連，調(diào)節(jié)輸出端的調(diào)零電位器，使電壓表顯示為0，然后斷開電源。將前期已經(jīng)調(diào)試好的應(yīng)變電橋的輸出端接入三級運算放大電路，再次接通電源。在電子稱的托盤上放置一只 20,g的砝碼，讀取電壓表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)值，直到200,g(或500,g)砝碼加完。記下測量結(jié)果，然后進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)定，標(biāo)定后再對其他物品進(jìn)行稱重，從而得出被測物品重量。

2.3.4 項目評價

項目結(jié)束后，要求每個學(xué)生對項目總體的構(gòu)思、設(shè)計、實施、執(zhí)行各階段的工作進(jìn)行總結(jié)，分析項目執(zhí)行中遇到的問題。教師對小組中每位學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行點評，同時要求各小組間相互評定，對項目中的亮點進(jìn)行表揚和推廣，并客觀給出項目過程成績。項目考核可包括 3個方面：①情感目標(biāo)的考核，著重體現(xiàn)對學(xué)生平時的到課率和上課表現(xiàn)的考核，為保證項目的實施效果，鼓勵學(xué)生互相學(xué)習(xí)、互相討論、互相幫助，循序漸進(jìn)地實現(xiàn)對學(xué)生進(jìn)行職業(yè)素質(zhì)與團(tuán)隊合作精神的培養(yǎng)。②知識目標(biāo)的考核，對學(xué)生理論知識的掌握情況的考核，以筆試方式為主，不要求學(xué)生死記硬背原理推導(dǎo)，而是注重知識應(yīng)用，考核內(nèi)容均為課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的內(nèi)容。③能力目標(biāo)考核，通過項目教學(xué)法的實施，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會應(yīng)用知識、訓(xùn)練綜合技能的能力，使學(xué)生能夠完成簡單傳感器的設(shè)計應(yīng)用，能夠解決在實際工作中遇到的傳感器的安裝、調(diào)試、檢測等問題。在項目過程考核中，做到學(xué)生互評互考，既能促進(jìn)學(xué)生之間的相互監(jiān)督，又能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

4 結(jié) 論

項目教學(xué)法在教學(xué)中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式，推動了新的教學(xué)改革，由以課本理論知識為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨こ添椖繛橹行?，由以課堂教學(xué)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫嵱?xùn)操作為中心，為高等職業(yè)院校的學(xué)生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。項目教學(xué)法既體現(xiàn)了教師在教學(xué)中的主導(dǎo)作用，又發(fā)揮了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體作用，既體現(xiàn)了高職教育新的教學(xué)模式與特征，又培養(yǎng)了學(xué)生在掌握工程檢測基礎(chǔ)知識、個人及團(tuán)隊合作等方面的能力。教師應(yīng)進(jìn)一步總結(jié)提高項目教學(xué)法，并在實踐中加以實施推廣?！?/p>

［1］ 戴士弘. 職教院校整體教改[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2012.

［2］ 戴士弘，畢蓉. 高職教改課程教學(xué)設(shè)計案例集[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

［3］ 沈潔，謝飛. 自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M]. 天津：天津大學(xué)出版社，2011.

［4］ 單成祥. 傳感器的理論與設(shè)計基礎(chǔ)及其應(yīng)用[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1999.

App lication of Project-based Teaching M ethod to the Course of“Sensor and Detection Technology”

ZHOU Chunmei
(Mechanical and Electrical Engineering Department，Tianjin Coastal Polytechnic，Tianjin 300450，China)

This paper describes the reform of teaching method of the course“Sensor and Detection Technology”to highlight the significance of overall teaching design of curriculums. The reform includes rearrangement of the whole course content and adoption of the project-based teaching method to recombine former teaching contents according to practical engineering testing assignments to construct relative teaching items. In the paper，specific implementation process of the projectbased teaching of “Sensor and Detection Technology” was introduced and evaluated.

Sensor and Detection Technology；project-based teaching method；integration and reordering；project design

G427

：A

：1006-8945(2015)03-0077-02

2015-02-03