高職傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程多元立體教學(xué)軟件包的構(gòu)建

【摘 要】立足于高職層次，精簡(jiǎn)傳感器教學(xué)內(nèi)容，以應(yīng)用為導(dǎo)向，探索“建模—模塊化”的教學(xué)模式，整合各類(lèi)教學(xué)資源，開(kāi)發(fā)高職傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程的立體教學(xué)軟件包，作為教學(xué)、輔學(xué)和自學(xué)工具，以期提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

【關(guān)鍵詞】高職 傳感器 立體教學(xué)

【中圖分類(lèi)號(hào)】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】0450-9889（2015）06C-0191-02

一、背景分析

（一）傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

傳感器技術(shù)是信息時(shí)代信息獲取的重要手段之一，它相當(dāng)于系統(tǒng)的感覺(jué)器官，將各種各樣形態(tài)各異的信息量轉(zhuǎn)換成能夠被直接檢測(cè)的信號(hào)?！皼](méi)有傳感器就沒(méi)有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”，因此傳感器與檢測(cè)技術(shù)是機(jī)電一體化、電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造、物聯(lián)網(wǎng)、城市軌道交通控制等領(lǐng)域技術(shù)更新和發(fā)展的關(guān)鍵。

近幾年來(lái)，傳感器正處于傳統(tǒng)型向微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化等新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)也正在形成熱點(diǎn)。各種新型傳感器的不斷涌現(xiàn)和廣泛應(yīng)用對(duì)傳感器及檢測(cè)技術(shù)課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，如教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)理念、教材開(kāi)發(fā)、能力培養(yǎng)等提出了更新的要求。

（二）傳感器教學(xué)現(xiàn)狀

任何一種傳感器在制造和裝配完畢后都必須進(jìn)行一系列的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，以確定傳感器的基本特性，而目前傳感器教學(xué)往往側(cè)重講授傳感器的測(cè)量原理等基礎(chǔ)知識(shí)，但未能聯(lián)系實(shí)際，割裂了科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的密切聯(lián)系。課時(shí)安排中增加了實(shí)驗(yàn)的比重，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要涉及測(cè)量原理，對(duì)實(shí)物缺乏感性認(rèn)識(shí)，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)了傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程后卻不認(rèn)識(shí)實(shí)際使用的傳感器、不會(huì)根據(jù)具體的檢測(cè)任務(wù)選擇合適類(lèi)型、精度的傳感器等。強(qiáng)調(diào)傳感器的專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)和應(yīng)用性廣，忽略了“標(biāo)準(zhǔn)”“規(guī)范”等德育教育；課堂教學(xué)的效率和質(zhì)量大打折扣。

（三）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

針對(duì)目前的教學(xué)情況，國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家學(xué)者展開(kāi)了大量的研究。國(guó)內(nèi)的研究課題主要集中于教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，如南京工業(yè)大學(xué)“傳感器實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)改革的探討和實(shí)踐”，無(wú)錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)?！皞鞲衅鹘虒W(xué)信息化資源開(kāi)發(fā)研究”都取得了一定的研究成果；而國(guó)外很多研究機(jī)構(gòu)則主要針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)傳感器時(shí)概念轉(zhuǎn)變和能力考察展開(kāi)研究：康科德教育研究組織Sharimecalf博士開(kāi)發(fā)了一套基于傳感器技術(shù)的教材，該教材以探究教學(xué)模式為理論基礎(chǔ)，以基于標(biāo)準(zhǔn)的主題為活動(dòng)內(nèi)容，旨在能夠最大程度的體現(xiàn)出傳感器技術(shù)對(duì)于學(xué)生概念理解和能力培養(yǎng)方面的優(yōu)勢(shì)；美國(guó)斯坦福大學(xué)和著名的研究性教師MissyHolzer設(shè)計(jì)了基于傳感器技術(shù)的開(kāi)放式探究課程及學(xué)習(xí)活動(dòng)，旨在為學(xué)生提供一種可持續(xù)探究和科學(xué)學(xué)習(xí)的方法。

二、立體教學(xué)軟件包的構(gòu)建與實(shí)施

本課題旨在立足于高職層次，精簡(jiǎn)傳感器教學(xué)內(nèi)容，以應(yīng)用為導(dǎo)向，探索“建模—模塊化”的教學(xué)模式，整合各類(lèi)教學(xué)資源，開(kāi)發(fā)課程的立體教學(xué)軟件包，提高教與學(xué)的時(shí)效性和實(shí)效性。

（一）教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化

針對(duì)高職層次，針對(duì)專(zhuān)業(yè)方向，選取實(shí)際應(yīng)用中涉及到的檢測(cè)案例，例如生活中最常用的電子體重秤、軌道交通中的列車(chē)時(shí)速測(cè)量、列車(chē)運(yùn)行定位，工業(yè)控制中的加熱爐物料檢測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)，家用電子產(chǎn)品的溫度測(cè)量等內(nèi)容，細(xì)化為工作小項(xiàng)目，突出實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)測(cè)量與分析；再對(duì)現(xiàn)有的課程內(nèi)容加以精簡(jiǎn)、優(yōu)化和重組，使理論為實(shí)踐服務(wù)，同時(shí)也可以引入科技新成果，以應(yīng)用為導(dǎo)向，構(gòu)建適應(yīng)于高職層次的、不同專(zhuān)業(yè)需求的教學(xué)內(nèi)容。

（二）教學(xué)方式立體化

走出教室，探索“建模（知識(shí)儲(chǔ)備）—設(shè)計(jì)（檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)、仿真與制作）—試驗(yàn)（數(shù)據(jù)檢測(cè)與分析）”的教學(xué)模式，將多媒體、教科書(shū)與視頻、錄像、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等結(jié)合起來(lái)，將對(duì)傳感器理論的學(xué)習(xí)立體化，提高教學(xué)質(zhì)量與效率，進(jìn)行創(chuàng)新型人才教育。

1.建模

通過(guò)展示實(shí)物、觀看視頻等方式提出檢測(cè)任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)提出的項(xiàng)目任務(wù)分析檢測(cè)要求，包括測(cè)量?jī)?nèi)容、測(cè)量精度、檢測(cè)器件與工具等。對(duì)任務(wù)的分析需要學(xué)生去了解詳盡的傳感器資料，查閱一些專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)，獲得有價(jià)值的應(yīng)用模型，再根據(jù)需要建立自己的電路模型，查找IC手冊(cè)，選擇合理的元件及型號(hào)等，這就是一個(gè)學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備的過(guò)程。

2.設(shè)計(jì)

檢測(cè)電路初步模型建立后，指導(dǎo)學(xué)生借助Protues、Matlab、EWB等仿真軟件來(lái)設(shè)計(jì)傳感器信號(hào)處理電路，通過(guò)仿真模擬運(yùn)行，不僅可以使學(xué)生檢查電路的工作點(diǎn)、校準(zhǔn)測(cè)量，還可以直觀地觀察輸出效果；也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室中的傳感器實(shí)驗(yàn)箱完成電路方案的論證，通過(guò)不斷的仿真、查看、調(diào)整、優(yōu)化，最終確定本項(xiàng)目需要的檢測(cè)電路并制作。

3.試驗(yàn)

檢測(cè)電路制作完成后，指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建盡量貼合實(shí)際的測(cè)量情境，在實(shí)驗(yàn)室或者戶外完成測(cè)量數(shù)據(jù)的采集，并對(duì)比仿真調(diào)試和實(shí)際調(diào)試的結(jié)果，分析并形成書(shū)面報(bào)告。

在整個(gè)從提出任務(wù)到得到數(shù)據(jù)的過(guò)程中，教師只是個(gè)“橋梁”，在學(xué)生從“建?！钡健霸O(shè)計(jì)”之間搭建一個(gè)知識(shí)平臺(tái)，提供參考資源、解答理論疑問(wèn)等；在學(xué)生從“設(shè)計(jì)”到“試驗(yàn)”過(guò)程中提供儀器與工具、提供參考方案等。學(xué)生的主體地位得到充分發(fā)揮。

（三）教學(xué)資源多元化

在以上的教學(xué)過(guò)程中，資源的配備和使用是進(jìn)行有效設(shè)計(jì)的前提。利用網(wǎng)絡(luò)百科，特別是專(zhuān)題網(wǎng)站資源，將多媒體、仿真軟件、虛擬實(shí)驗(yàn)室與實(shí)驗(yàn)儀器相結(jié)合，建立傳感器與檢測(cè)技術(shù)教學(xué)資源庫(kù)，提高課程教學(xué)、課后輔學(xué)、學(xué)生自學(xué)的效率和效果。

1.課堂教學(xué)與微課相結(jié)合

制作傳感器課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的微課，以視頻為主要載體，針對(duì)課程內(nèi)容的某個(gè)重點(diǎn)或者難點(diǎn)，記錄教師在課堂之外的教學(xué)指導(dǎo)或演示過(guò)程，彌補(bǔ)課堂教學(xué)時(shí)間和空間的不足。

2.專(zhuān)題網(wǎng)站資源與網(wǎng)絡(luò)百科平臺(tái)相結(jié)合

“傳感器之家”“中國(guó)傳感器網(wǎng)”等專(zhuān)題網(wǎng)站中有詳細(xì)的傳感器種類(lèi)、型號(hào)、新動(dòng)態(tài)、傳感知識(shí)、傳感論壇等模塊。應(yīng)用專(zhuān)題網(wǎng)站進(jìn)行在線學(xué)習(xí)不僅可以減輕教師的教學(xué)壓力，還能擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面，大大提高學(xué)習(xí)效率，訓(xùn)練學(xué)生信息檢索、資料篩選的能力。

“百度百科”“維基百科”等網(wǎng)絡(luò)百科平臺(tái)是內(nèi)容開(kāi)放、自由的、涵蓋各領(lǐng)域知識(shí)的信息收集與發(fā)布平臺(tái)，應(yīng)用這些網(wǎng)絡(luò)百科作為傳感器學(xué)習(xí)的知識(shí)平臺(tái)，不僅可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得知識(shí)來(lái)補(bǔ)充教學(xué)的不足，還可以參與到百科詞條的建立、修改、交流和分享。

3.多媒體教學(xué)課件與視頻錄像結(jié)合

由于傳感器的敏感元件檢測(cè)比較細(xì)微，肉眼是很難看到諸如應(yīng)變片的變形、磁電式磁場(chǎng)的變化等現(xiàn)象的，因此可以通過(guò)多媒體或者flash軟件制作相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)，再配合視頻錄像，便于教學(xué)后學(xué)生對(duì)傳感現(xiàn)象的理解。

4.虛擬實(shí)驗(yàn)室與真實(shí)儀器儀表結(jié)合

可以用于傳感器仿真的軟件主要有protues、matlab、EWB、Labview等，教學(xué)中可以通過(guò)仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與模擬，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)器材觀察真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，驗(yàn)證仿真結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)論。

（四）課程評(píng)價(jià)實(shí)時(shí)化

研究建立一個(gè)知識(shí)、技能、素質(zhì)綜合考量的評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)過(guò)程貫穿于整個(gè)“建模”“設(shè)計(jì)”與“實(shí)驗(yàn)”過(guò)程，考核學(xué)生查閱資料，分析問(wèn)題的能力，儀器儀表和仿真軟件的操作使用能力，電路的設(shè)計(jì)與制作能力，設(shè)計(jì)文檔的組織與撰寫(xiě)能力，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的消化與吸收情況，自學(xué)與創(chuàng)新能力，以及團(tuán)隊(duì)合作能力。

三、教學(xué)案例

下面以測(cè)力的電子秤為例（圖示1）說(shuō)明立體教學(xué)軟件包的使用與效果。

圖1 傳感器課程“電子稱(chēng)”學(xué)習(xí)與實(shí)踐流程

以上過(guò)程可見(jiàn)，傳感器立體教學(xué)軟件包既能夠指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)，又能夠指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐設(shè)計(jì)，若在傳感器的課堂學(xué)習(xí)過(guò)程中使用該教學(xué)軟件包，那么教師的意義在于貫穿指導(dǎo)，鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性勞動(dòng)。

傳感器的教學(xué)涵蓋了城市軌道交通控制、鐵道車(chē)輛、電氣自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)、電子信息技術(shù)等諸多電子電氣類(lèi)和軌道交通類(lèi)專(zhuān)業(yè)，如何針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)、不同層次、不同需求進(jìn)行傳感器教學(xué)設(shè)計(jì)，提高課程教學(xué)的實(shí)效性和時(shí)效性，是本課題研究的重點(diǎn)。立足于高職層次，以應(yīng)用為導(dǎo)向，利用各種教學(xué)資源，研究高職傳感器與檢測(cè)技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、能力培養(yǎng)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)的該課程的立體教學(xué)軟件包，應(yīng)用為教學(xué)、輔學(xué)和自學(xué)工具，最大程度地提高傳感器學(xué)習(xí)的效率和效果，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才教育和德育培養(yǎng)。

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【作者簡(jiǎn)介】李翠翠（1983- ），女，山東蒙陰人，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：電氣自動(dòng)化課程教學(xué)。

（責(zé)編 丁 夢(mèng)）