“傳感器應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)淺析

詹祥為

摘 要 傳感器技術(shù)是內(nèi)容繁雜的交叉學(xué)科，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中占有十分重要的地位，而高職學(xué)生對內(nèi)容枯燥的傳感器理論性學(xué)習(xí)效率較低，對實(shí)踐性環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)較感興趣，這促使高職院校教師必須創(chuàng)新教學(xué)方法，在組織教學(xué)過程中注意理論知識結(jié)合生活和社會實(shí)踐，增強(qiáng)教學(xué)的生動性和有效性，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)出學(xué)以致用的實(shí)用人才。

關(guān)鍵詞 傳感器 數(shù)顯電子秤 理實(shí)一體教學(xué)

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.03.063

Analysis on the Teaching of Sensor Application Technology

——Take making simple digital electronic scale as an example

ZHAN Xiangwei

（Minjiang Teachers College， Fuzhou， Fujian 350018）

Abstract Sensor technology is a complex interdisciplinary subject， and plays an important role in the application of modern science and technology. However， vocational students are less efficient in theoretical learning of sensors with dull content and are interested in practical links. This makes teachers in higher vocational colleges have to innovate teaching methods and pay attention to the combination of theoretical knowledge with life and social reality in the process of organizing teaching practice， enhance the teaching vividness and effectiveness， stimulate students' interest in active learning， and cultivate practical talents for practical use.

Keywords sensor; digital electronic scale; the integration of theory and practice

“傳感器應(yīng)用技術(shù)”是高職院校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)、自動控制技術(shù)、機(jī)電一體化、及相關(guān)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，隨著微電子、計算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、通訊技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器應(yīng)用技術(shù)規(guī)模不斷擴(kuò)大，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)是21世紀(jì)三大技術(shù)支柱領(lǐng)域之一，在新興的下一代網(wǎng)絡(luò)，許多領(lǐng)域系統(tǒng)的核心部件都集成了傳感器技術(shù)，由傳感器來實(shí)現(xiàn)，在無人駕駛、軍事、醫(yī)療健康、交通管理、智慧城市、智能家居、工業(yè)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于高職學(xué)生理論基礎(chǔ)差，學(xué)習(xí)情緒化較強(qiáng)，對他們感興趣的知識，學(xué)習(xí)積極性較高，同時偏愛動手實(shí)踐，這些都給教學(xué)帶來極大的困難。傳感器技術(shù)是一門很強(qiáng)的實(shí)踐技術(shù)，如果采用傳統(tǒng)的以教師講授為主、學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)的教學(xué)方法去講授傳感器應(yīng)用技術(shù)課程，則難以達(dá)到較好的教學(xué)效果。因此，促使高職院校老師必須創(chuàng)新教學(xué)方法，在組織教學(xué)過程中對教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行改革和實(shí)踐，才能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)出學(xué)以致用的實(shí)用人才。

1以簡易數(shù)顯電子秤制作為例，采用理實(shí)一體教學(xué)法，淺析傳感器教學(xué)方法與內(nèi)容

1.1 思政目標(biāo)

（1）在專業(yè)課程中融入思政元素，在傳授專業(yè)知識和學(xué)生能力培養(yǎng)的同時增加了育人目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，教會學(xué)生如何做人和做事，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀、價值觀，實(shí)現(xiàn)道德的深化和情操的升華。（2）教師通過對壓力傳感器基礎(chǔ)知識的講述，訓(xùn)練學(xué)生制作簡易電子秤，并進(jìn)行調(diào)試，讓學(xué)生對壓力傳感器的特性、結(jié)構(gòu)、工作原理和測試方法有一定的理解。拓寬講解醫(yī)學(xué)上電子血壓計的核心部件是壓力傳感器，最常見的測量血壓的方法是腕帶壓力法。即對袖帶自動充氣，當(dāng)氣壓到一定程度，血流就能通過血管，且有一定的振蕩波，振蕩波通過氣管傳播到壓力傳感器，壓力傳感能實(shí)時檢測到所測袖帶內(nèi)的壓力及波動。逐漸放氣，振蕩波越來越大。再放氣，由于袖帶與手臂的接觸越松，因此壓力傳感器所檢測的壓力及波動越來越小。 選擇波動最大的時刻為參考點(diǎn)，以這點(diǎn)為基礎(chǔ)，可測得收縮壓和舒張壓。（3）教師進(jìn)一步介紹血壓高會危及人的生命，對學(xué)生進(jìn)行健康教育，讓學(xué)生積極主動地參與到體育鍛煉中，遠(yuǎn)離手機(jī)少玩游戲，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)高雅的生活情趣。

1.2 教學(xué)目標(biāo)（課前學(xué)生查閱相關(guān)資料、進(jìn)行預(yù)習(xí)，了解電路構(gòu)成、工作原理等。）

（1）任務(wù)描述：利用電阻應(yīng)變式壓力傳感器制作簡易電子秤。（2）任務(wù)目的：加深了解電阻應(yīng)變片的作用，熟悉簡易電子秤的結(jié)構(gòu)、電路原理及調(diào)試方法，掌握電子產(chǎn)品常見故障的檢測與維修方法。（3）引入電子秤的設(shè)計任務(wù)：“制作簡易數(shù)顯電子秤”，要求稱重范圍0-100克，測量精度為？克。通過讓學(xué)生自主查閱相關(guān)資料，融會貫通。

1.3 教學(xué)過程

（1）知識講授（教師為主）。簡單介紹電子秤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過講解力敏傳感器的基礎(chǔ)知識，學(xué)生了解電阻應(yīng)變式壓力傳感器的核心是電阻應(yīng)變片，內(nèi)部通過電阻應(yīng)變片組成電橋形式，利用彈性元件的形變使應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，電橋平衡被破壞，輸出端有電壓輸出，輸出的差分信號經(jīng)儀表放大器放大后，加到末級放大器進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)（Rp2）、滿度調(diào)節(jié)（VR），輸出信號經(jīng)過由U3構(gòu)成的二階有源濾波器之后，送數(shù)字顯示表顯示，或是送單片機(jī)系統(tǒng)中處理，得到被測物體重量，實(shí)現(xiàn)對-定范圍重量的測量。引出電阻應(yīng)變式壓力傳感器的工作原理，讓學(xué)生了解和掌握傳感器基礎(chǔ)常識，提醒學(xué)生選擇合適的傳感器制作電子秤（附圖1）。

（2）師生互動（學(xué)生為主，教師輔導(dǎo)，各小組匯報設(shè)計方案，教師對各組方案點(diǎn)評、改進(jìn)。鼓勵采用多種方案）。①學(xué)生分組，在授課后，學(xué)生對自己收集的信息進(jìn)行分組討論，總結(jié)電子秤的整體工作原理，并根據(jù)任務(wù)要求選擇合適的傳感器、合理的設(shè)計電路，制定出設(shè)計方案。②要求對制作過程中可能出現(xiàn)的問題，在教師幫助下提出可行的解決辦法，對電子秤應(yīng)該具有的技術(shù)指標(biāo)和初步的物體重量檢測有清晰的思路，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)效果。

（3）器材準(zhǔn)備。電阻應(yīng)變式傳感器、儀表放大器AD8237（U1）、運(yùn)算放大器AD8629（U2）及AD8615（U3）、數(shù)字萬用表或數(shù)字顯示表、電阻若干、直流穩(wěn)壓電源一臺，標(biāo)準(zhǔn)砝碼、托盤。

（4）設(shè)計制作與調(diào)試過程（學(xué)生為主，教師檢查與指導(dǎo)）。簡易電子秤由電陽應(yīng)變式壓力傳感器、信號調(diào)理電路、顯示模塊等組成，學(xué)生必須完成整個電路安裝與調(diào)試。發(fā)放實(shí)驗(yàn)器材，老師先示范電路焊接方法，然后學(xué)生在萬能板上進(jìn)行電路元件排板、布線與焊接，訓(xùn)練并提高學(xué)生實(shí)踐動手能力。課前老師已先完成此項(xiàng)目的電子秤制作給學(xué)生做樣板。

（5）學(xué)生自查（學(xué)生為主，教師幫助分析原因，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會分析和解決問題的能力）。自查整個電路并調(diào)試，要求熟悉調(diào)試方法，掌握電子產(chǎn)品常見故障的檢測與維修方法，以保證整個系統(tǒng)工作可靠，并具有一定的實(shí)用價值，能夠?qū)ψ约旱膫€人物品（比如手機(jī)、筆、本子、紙）等進(jìn)行稱重或相互稱小重量物品。

（6）教師評價與總結(jié)（學(xué)生為主，教師補(bǔ)充，對各小組優(yōu)點(diǎn)給予肯定，并對這個項(xiàng)目實(shí)施總體評價）?？偨Y(jié)各小組在實(shí)施任務(wù)過程中遇到問題，以及是如何解決的，如對誤差、精確度、準(zhǔn)確度、精密度、系統(tǒng)誤差修正等，為其他小組提供借鑒作用，對各小組進(jìn)行評價。最后歸納總結(jié)如下流程（附圖2），讓學(xué)生的新舊知識系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化。

2 通過教學(xué)實(shí)踐，深刻體會理實(shí)一體教學(xué)四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)

2.1 項(xiàng)目選擇，是教學(xué)取得成功的首要元素

項(xiàng)目的選擇要以教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，既要與書本的知識緊密結(jié)合，又要有一定的發(fā)揮空間;既要有一定的難度，又要考慮操作的可行性，既要考慮知識的連貫性，又要能聯(lián)系到新的知識;讓學(xué)生在動手的過程中，能應(yīng)用前面學(xué)過的知識，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，促使學(xué)生帶著問題去思考，只有通過有目的的調(diào)查資料，才能有效解決問題，才能更好引導(dǎo)學(xué)生熱愛學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)樂趣。例如選擇同學(xué)們熟悉的數(shù)顯電子秤作為實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，可操作性強(qiáng)，不僅可以加深了解力敏傳感器的作用、特性、分類、原理，而且還可以進(jìn)一步了解電阻應(yīng)變片的作用，通過對數(shù)顯電子秤電路的制作與調(diào)試，不僅掌握了電子產(chǎn)品常見故障的檢測與維修方法，還鞏固了電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)知識和電子元器件焊接工藝。

2.2 學(xué)生分組，是教學(xué)不可忽視的環(huán)節(jié)

由于采取分組協(xié)作學(xué)習(xí)的方式，所以分組要有原則，不能隨意組合，要采取互補(bǔ)方式分組，分組人數(shù)、組員搭配、工作分工等，都會直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，因此要依據(jù)學(xué)習(xí)成績好與差、動手能力強(qiáng)與弱、性格開朗與內(nèi)向、性別搭配等進(jìn)行分組，每組學(xué)生數(shù)以5-6名為宜，每一組設(shè)立一名組長，協(xié)助教師全面負(fù)責(zé)本小組的學(xué)習(xí)討論和項(xiàng)目方案的設(shè)計，以保證課堂教學(xué)順利進(jìn)行。

2.3 項(xiàng)目示范，是教學(xué)成功的重要因素

對學(xué)生來說，示范引導(dǎo)是教學(xué)過程必要的教學(xué)環(huán)節(jié)，因此項(xiàng)目確定后教師應(yīng)自己先動手完成該項(xiàng)目的裝配，一方面這樣既能對項(xiàng)目有個了解，掌握操作難度和可能出現(xiàn)的問題，便于更好地指導(dǎo)學(xué)生;另一方面教師裝配的樣品，能使學(xué)生有明確的目標(biāo)，提高感性認(rèn)識，明白要這么完成項(xiàng)目，要解決哪些問題，并在此基礎(chǔ)上去考慮創(chuàng)新;第三方面對接受能力弱的學(xué)生來說，意義更大，讓他們有直接模仿的對象，這樣基本可以保證每位學(xué)生都動手參與了實(shí)踐訓(xùn)練，每個小組都能完成任務(wù)，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

2.4 項(xiàng)目操作，是教學(xué)的主題和關(guān)鍵環(huán)節(jié)

理實(shí)一體教學(xué)法與傳統(tǒng)教學(xué)法相比，最大的區(qū)別在于以教師為中心，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以學(xué)生動手操作完成項(xiàng)目為目標(biāo)，來貫穿整個教學(xué)過程，因此在這個環(huán)節(jié)中要培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作精神，引導(dǎo)各組學(xué)生實(shí)施好小組制定的計劃，小組成員充當(dāng)好各自的角色，同心協(xié)力去實(shí)現(xiàn)計劃。學(xué)生在操作各個步驟時，老師要巡回檢查，注意安全事項(xiàng)，指導(dǎo)學(xué)生注意操作步驟的順序，從簡單到復(fù)雜，從模仿到創(chuàng)新，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深，由點(diǎn)到面完成項(xiàng)目。

3 通過教學(xué)實(shí)踐，深刻體會教學(xué)內(nèi)容要生活化、教學(xué)方法要多樣化

傳感器應(yīng)用技術(shù)課程枯燥無味，對各大類常用傳感器，可以選擇教學(xué)內(nèi)容與生活化的事物結(jié)合在一起，通過引入典型的、實(shí)用的、趣味的項(xiàng)目案例加深對傳感器選型、應(yīng)用等方面的技能培養(yǎng)。比如，上述案例中舉日常生活中常見的數(shù)顯電子秤，了解電子秤的構(gòu)造和使用方法，明白了其工作原理，學(xué)生會恍然大悟，學(xué)習(xí)熱情也會高漲，這樣不但便于相關(guān)知識的教學(xué)，也能讓學(xué)生意識到傳感器技術(shù)在生活中所發(fā)揮的重要作用。

傳感器種類繁多，教學(xué)內(nèi)容涉及學(xué)科領(lǐng)域多，應(yīng)用范圍廣，教學(xué)難度大，專業(yè)課教師不能單純憑借自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)而堅持固有的傳統(tǒng)教學(xué)方法，否則難以提高學(xué)生上課興趣，根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容選擇不同的教學(xué)方法，會提高教學(xué)的有效性。

4 結(jié)語

教學(xué)效果有效性的提高，需要師生雙方素質(zhì)的提高和教學(xué)互動性的增強(qiáng)，需要教師精心備課，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇最佳的教學(xué)方法，同時各種教學(xué)方法的運(yùn)用不能孤立，在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)彼此結(jié)合或互補(bǔ)，本次理實(shí)一體教學(xué)實(shí)踐為自己今后教學(xué)方法的創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。

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