《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課程的信息化教學(xué)實(shí)踐
——以電阻應(yīng)變式傳感器為例

王 勤

（武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢：430080）

《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》作為機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)課，旨在培養(yǎng)學(xué)生具備對(duì)傳感器的選型、安裝、調(diào)試等方面的能力。該課程傳統(tǒng)的教學(xué)方式是以理論教學(xué)為主，然后結(jié)合少量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，因理論講解枯燥難懂，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)難度很大。隨著信息化技術(shù)的日益普及，采用信息化教學(xué)方式可以突破教學(xué)難點(diǎn)，更好地提高教學(xué)質(zhì)量和課堂效率。

1 教學(xué)分析

根據(jù)人才培養(yǎng)方案及崗位職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》教學(xué)內(nèi)容劃分為六個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目，本次教學(xué)內(nèi)容選自項(xiàng)目四中的任務(wù)1——通過(guò)“電子計(jì)價(jià)秤”作為教學(xué)載體，學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變式傳感器。

通過(guò)對(duì)學(xué)生前續(xù)課程的教學(xué)及過(guò)程考核成績(jī)分析，并結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)，確定本次教學(xué)的重點(diǎn)為電阻應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)和原理、性能的測(cè)試和應(yīng)用；難點(diǎn)為電橋的性能分析和測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)處理。

2 教學(xué)策略

課程基于“學(xué)生為主體，教師輔助引導(dǎo)”的理念進(jìn)行教學(xué)。在教學(xué)實(shí)施中，利用超星爾雅學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程。通過(guò)虛擬仿真軟件和數(shù)據(jù)處理軟件突破教學(xué)難點(diǎn)。同時(shí)，充分采用微課、動(dòng)畫、短視頻、知識(shí)導(dǎo)圖等，提升教學(xué)效果。本次內(nèi)容的教學(xué)過(guò)程分為課前自學(xué)、課中導(dǎo)學(xué)、和課后拓展三個(gè)階段，課中導(dǎo)學(xué)又包含課堂導(dǎo)入，傳感器的認(rèn)識(shí)、分析、測(cè)試、應(yīng)用四個(gè)任務(wù)及課堂總結(jié)。根據(jù)實(shí)際的教學(xué)要求，教學(xué)實(shí)施過(guò)程具體見(jiàn)表1。

表1 “電阻應(yīng)變式傳感器”教學(xué)安排（單位：分鐘）

3 教學(xué)實(shí)施

3．1 課前自學(xué)

課前，教師通過(guò)超星爾雅學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)向?qū)W生推送本次教學(xué)的任務(wù)單及課前自學(xué)的內(nèi)容（見(jiàn)圖1），要求了解各類秤的稱重方法及電子秤的工作原理。學(xué)生通過(guò)觀看老師上傳的微課視頻和課件（見(jiàn)圖2），以小組為單位，制作并提交電子秤工作原理的匯報(bào)PPT，在此過(guò)程中，教師密切關(guān)注學(xué)生，并根據(jù)各組提交的作業(yè)情況完成課前學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，適時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)策略和過(guò)程。

3．2 課中導(dǎo)學(xué)

3．2．1 課堂導(dǎo)入

課堂上教師首先根據(jù)課前任務(wù)，梳理中國(guó)歷史上各類秤的稱重方法，通過(guò)播放電子秤如何實(shí)現(xiàn)重量檢測(cè)的引導(dǎo)視頻，引入本次教學(xué)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生建立電子秤和電阻應(yīng)變式傳感器的初步概念。

圖1 學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的課前學(xué)習(xí)內(nèi)容

圖2 學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的相關(guān)微課視頻

3．2．2 識(shí)傳感器

教師隨機(jī)挑選兩組學(xué)生代表對(duì)課前學(xué)習(xí)成果進(jìn)行匯報(bào)，師生共同參與討論，完成匯報(bào)之后，教師利用動(dòng)畫并結(jié)合傳感器實(shí)物形象直觀地突出教學(xué)重點(diǎn)，重點(diǎn)梳理應(yīng)變效應(yīng)、電阻應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理。之后，學(xué)生通過(guò)超星爾雅學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)水平自測(cè)，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。對(duì)于錯(cuò)誤率較高的題目，教師對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充講解，為后續(xù)任務(wù)的完成奠定基礎(chǔ)。

3．2．3 析傳感器

通過(guò)上面的學(xué)習(xí)，學(xué)生理解了傳感器從力到電的轉(zhuǎn)換。通過(guò)問(wèn)題“電阻能否直接驅(qū)動(dòng)顯示”，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到需要電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)，接著進(jìn)入電橋電路的分析。由于電橋電路具有一定的難度，我們用虛擬仿真軟件（如圖3所示），讓學(xué)生自主觀察電橋的結(jié)構(gòu)，測(cè)量三種電橋的輸出電壓，觀察輸出曲線，分析電橋的性能。然后，以小組為單位，將分析討論結(jié)果提交網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，教師及時(shí)匯總分析各組的完成情況，有重點(diǎn)的講解存在的問(wèn)題，從而突破教學(xué)難點(diǎn)。

圖3 虛擬仿真軟件測(cè)量電橋電路

3．2．4 測(cè)傳感器

測(cè)量的準(zhǔn)確與否是“工匠精神”的重要體現(xiàn)。教師通過(guò)投屏示范關(guān)鍵操作，要求學(xué)生嚴(yán)格按照操作步驟和操作方法，完成線路的連接和傳感器的性能測(cè)試，并記錄所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為避免人工作圖分析的誤差，利用Origin處理軟件，對(duì)測(cè)得的輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（如圖4所示），學(xué)生由此分析得出靈敏度、線性度等關(guān)鍵指標(biāo)，破解人工數(shù)據(jù)處理的難點(diǎn)。學(xué)生將得到的測(cè)試結(jié)果上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，教師對(duì)提交的結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)分析，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)傳感器性能的優(yōu)劣判斷。

圖4 Origin軟件擬合結(jié)果

3．2．5 用傳感器

這部分內(nèi)容的目標(biāo)是讓學(xué)生自己動(dòng)手簡(jiǎn)易電子秤的制作，從而掌握傳感器的應(yīng)用。首先，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)觀看教師講解電路設(shè)計(jì)思路、拆解真實(shí)產(chǎn)品的視頻資料，讓學(xué)生熟悉電子秤的基本構(gòu)成。然后，教師發(fā)布制作電子秤的相關(guān)資料，通過(guò)視頻進(jìn)行示范操作，讓學(xué)生了解制作調(diào)試電子秤的方法和操作步驟。最后學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)易電子秤的制作，完成電路的焊接、組裝及故障排除等操作，通過(guò)軟硬件結(jié)合，完成電子秤的性能調(diào)試。在操作過(guò)程中，教師對(duì)學(xué)生存在的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)，同時(shí)，實(shí)時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，對(duì)各組的操作進(jìn)行過(guò)程性的評(píng)價(jià)考核。

3．2．6 課堂總結(jié)

本次教學(xué)內(nèi)容完成之后，教師利用思維導(dǎo)圖（如圖5所示），梳理本次課的知識(shí)和技能，總結(jié)傳感器學(xué)習(xí)思路，為學(xué)習(xí)其他各類傳感器提供方向。

3．3 課后拓展

課后，教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上發(fā)布課后拓展任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生以電子計(jì)價(jià)秤為基礎(chǔ)，通過(guò)思考與創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)可用在其他生產(chǎn)、生活領(lǐng)域的電阻應(yīng)變式傳感器產(chǎn)品，并在企業(yè)論壇與一線工程師交換經(jīng)驗(yàn)，用于拓展思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3．4 考核評(píng)價(jià)

圖5 電阻應(yīng)變式傳感器內(nèi)容總結(jié)

本次課的考核評(píng)價(jià)，采用線上線下相結(jié)合的過(guò)程性考核的評(píng)價(jià)方式，匯總課前學(xué)習(xí)討論得分，學(xué)生自測(cè)得分、仿真和數(shù)據(jù)處理匯報(bào)得分，實(shí)操環(huán)節(jié)得分、小組互評(píng)自評(píng)得分，及課后的知識(shí)拓展得分，形成全過(guò)程多元化的考核方案，有效地促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自我約束性。

4 教學(xué)總結(jié)

通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷及各任務(wù)階段得分情況（見(jiàn)圖6）發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)顯著提高，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯增強(qiáng)，學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)能力全面提升。

通過(guò)精選電子秤作為教學(xué)載體，使傳感器從感性認(rèn)識(shí)、理性認(rèn)知到實(shí)踐操作的學(xué)習(xí)線索更加清晰。采用虛擬仿真軟件和數(shù)據(jù)處理軟件，有效突破教學(xué)難點(diǎn)。采用視頻直播及投屏，解決了傳統(tǒng)課堂一人示范，多人圍觀看不清的難題。通過(guò)識(shí)、析、測(cè)、用構(gòu)建傳感器學(xué)習(xí)模式，達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)，為其他各類傳感器的學(xué)習(xí)提供方向。

圖6 學(xué)習(xí)效果對(duì)比圖