試析《自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》課程的整合教學(xué)

王茜

（廣州市機(jī)電高級技工學(xué)校廣東廣州510435）

試析《自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》課程的整合教學(xué)

王茜

（廣州市機(jī)電高級技工學(xué)校廣東廣州510435）

根據(jù)《自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》課程特點(diǎn)，通過課程整合教學(xué)，提出提高該課程教學(xué)效果的有效方法及幾點(diǎn)建議。

自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)；整合教學(xué)；智能私人車庫；“專家型”教師

《自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》是電氣工程類專業(yè)的專業(yè)課，課程特點(diǎn)是涉及學(xué)科面大，需有較廣泛的基礎(chǔ)和專業(yè)知識，實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。學(xué)好本課程的關(guān)鍵在于理論聯(lián)系實(shí)際，要富于設(shè)想、善于借鑒，重視實(shí)例的設(shè)計(jì)，才能學(xué)得活、學(xué)得好。筆者在教學(xué)過程中根據(jù)該課程和學(xué)生的特點(diǎn)，壓縮了理論推導(dǎo)，增加了實(shí)例應(yīng)用設(shè)計(jì)，利用整合教學(xué)，將傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、方法與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)等多種專業(yè)知識相結(jié)合，目的是引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)地掌握檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用能力。下面從理論教學(xué)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)和學(xué)習(xí)方法三方面闡述該課程整合教學(xué)的主要內(nèi)容。

整合教學(xué)內(nèi)容

筆者對《自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)，擴(kuò)充教學(xué)信息量，將該課程設(shè)計(jì)成與所有教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的知識集合。以“超聲波傳感器”一章為例，要求學(xué)生根據(jù)學(xué)過的知識，設(shè)計(jì)智能私人車庫管理系統(tǒng)，并能識別控制者的身份代碼，車庫為固定停車位，不設(shè)臨時(shí)車位，無需設(shè)計(jì)具體的電子線路。

指導(dǎo)學(xué)生整合樓宇自動(dòng)化知識，分清停車使用類型私人車庫面向的使用者固定，無需出卡（票）和交費(fèi)裝置，出入口為同一位置，對安全性、可靠性等要求高。同時(shí)，必須有聲紋識別系統(tǒng)識別控制者身份，加強(qiáng)防盜，還要有自動(dòng)開啟閘門和自動(dòng)照明系統(tǒng)，體現(xiàn)智能化特殊功能。

指導(dǎo)學(xué)生整合網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資料整理出系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

指導(dǎo)學(xué)生整合傳感器與檢測相關(guān)知識、電氣控制與PLC、單片機(jī)知識闡述工作原理系統(tǒng)利用聲紋技術(shù)識別控制者身份，控制系統(tǒng)驗(yàn)證身份并接通車庫內(nèi)照明系統(tǒng)，由超聲波傳感器遙控車庫大門和防砸車檢測系統(tǒng)。

1.聲紋識別驗(yàn)證控制者身份的工作原理。人的聲音獨(dú)特性取決于一個(gè)人聲音束、嘴形、喉嚨、鼻道及發(fā)音肌肉的物理特征。聲紋識別技術(shù)是將聲音以時(shí)間、頻率以及振幅的形式顯示，分析人的發(fā)聲，為控制者構(gòu)造一個(gè)獨(dú)一無二的數(shù)學(xué)模型，由計(jì)算機(jī)對模型和實(shí)際輸入的語音進(jìn)行精確匹配，根據(jù)匹配結(jié)果辨認(rèn)出說話人是誰。人的生物特性既存在于聲譜表面，也存在于聲音的來源或數(shù)個(gè)不連續(xù)的聲音片斷。聲紋識別技術(shù)從人的這些特性中提取出有效的音頻特征，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并將與之相關(guān)的特征數(shù)據(jù)存進(jìn)數(shù)據(jù)庫。控制系統(tǒng)根據(jù)輸入的音頻特征在數(shù)據(jù)庫里進(jìn)行檢索，從而進(jìn)行精確匹配。經(jīng)匹配一致，控制系統(tǒng)給予放行指令。

圖1 智能私人車庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路圖

2.超聲波遙控大門基本原理。超聲波發(fā)射器與接收器裝在同一塊線路板上，發(fā)射器發(fā)射出頻率f恒定的連續(xù)超聲波。如果有車或人進(jìn)入信號的有效區(qū)域，相對速度為V，從車或人體反射回接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)發(fā)生頻率偏移△f，接收器將收到兩個(gè)不同頻率所組成的差拍信號。差拍信號由選頻放大器放大，并經(jīng)檢波器檢波后，由低通濾波器濾去f信號，留下多普勒信號。此信號經(jīng)低頻放大后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，輸入到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，打開閘門。

3.防砸車檢測原理。利用紅外線防砸車，當(dāng)車或人停在閘門下，擋住紅外線，此時(shí)閘門不會(huì)落下來。閘門自帶緩沖功能，閘門下有氣感裝置，只要有物體接觸就立即自動(dòng)反向運(yùn)行，避免刮車、砸車帶來的不必要的損失。

指導(dǎo)學(xué)生整合計(jì)算機(jī)知識畫出工作流程圖當(dāng)車或人進(jìn)入車庫入口時(shí)，入口處的聲紋識別裝置識別并驗(yàn)證控制者的身份，接通照明電路。通過驗(yàn)證后的車進(jìn)入超聲波傳感器檢測有效區(qū)域，系統(tǒng)控制閘門開啟放行進(jìn)入。當(dāng)車或人離開車庫時(shí)，工作過程同進(jìn)入時(shí)一樣。

圖2 智能私人車庫管理系統(tǒng)工作流程圖

指導(dǎo)學(xué)生整合報(bào)警和抗干擾技術(shù)知識該系統(tǒng)應(yīng)能與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，并要具有斷電保護(hù)功能，在切斷電源時(shí)能將閘門控制轉(zhuǎn)為手動(dòng)。該系統(tǒng)是一種簡單智能控制系統(tǒng)，能重復(fù)自動(dòng)運(yùn)行，有一定的實(shí)用功能。

利用仿真技術(shù)整合實(shí)訓(xùn)教學(xué)

實(shí)訓(xùn)室教學(xué)作為傳統(tǒng)實(shí)踐性教學(xué)手段，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、分析解決問題能力以及科學(xué)鉆研精神等方面具有無可替代的作用。它運(yùn)用傳統(tǒng)的儀器和器材對所學(xué)理論進(jìn)行驗(yàn)證，是學(xué)好傳感器與檢測技術(shù)的重要方法，但因其效率低、成本高且效果差而備受指責(zé)。因此，筆者引入計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)訓(xùn)，通過網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)整合傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式，將虛擬實(shí)訓(xùn)與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，起到取長補(bǔ)短、提高效率、降低成本的作用，使學(xué)生能夠用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)檢測系統(tǒng)的仿真、模擬實(shí)訓(xùn)。當(dāng)然，并不是代替所有實(shí)訓(xùn)過程，而是完善實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，充實(shí)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。通過仿真實(shí)訓(xùn)模擬，可讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)課中了解掌握更多的內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)效率。教師可根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要和教學(xué)過程，參與模擬實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目腳本的編寫，可增加一些實(shí)用性強(qiáng)、與現(xiàn)代檢測技術(shù)飛速發(fā)展相適應(yīng)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容以及自主性實(shí)訓(xùn)，要符合教學(xué)規(guī)律。學(xué)生的實(shí)訓(xùn)不再全部是教師操作的重復(fù)，而是自己動(dòng)手、動(dòng)腦去解決一些與生活、生產(chǎn)密切相關(guān)的實(shí)際問題，讓學(xué)生主動(dòng)去探索、試驗(yàn)解決問題的方法，學(xué)到更多知識，培養(yǎng)他們的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

整合各種學(xué)習(xí)方法

自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)在自動(dòng)化、儀表儀器、計(jì)算機(jī)、數(shù)控、機(jī)械、機(jī)電一體化、汽車制造、樓宇智能化等專業(yè)都有應(yīng)用，有很高的工程技術(shù)價(jià)值。掌握該課程有一定難度，要求學(xué)習(xí)者是高職二年級的學(xué)生，他們觀察事物的目的性和系統(tǒng)性較強(qiáng)，能按一定的程序掌握事物的本質(zhì)屬性及細(xì)節(jié)特征，思維的組織性、深刻性和批判性已發(fā)展到較高層次，有較強(qiáng)的獨(dú)立性，注意力穩(wěn)定且集中。而學(xué)習(xí)方法是學(xué)習(xí)過程中有效學(xué)習(xí)的技巧。我在講解傳感器基本結(jié)構(gòu)、基本理論時(shí)采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解，比如通過懸臂梁形變實(shí)驗(yàn)說明應(yīng)變片單臂、雙臂、全橋三種工作方式的特點(diǎn)，進(jìn)而使學(xué)生掌握應(yīng)變片的各方面知識；在傳授系統(tǒng)化傳感器知識時(shí)采用類比方法，總結(jié)其相似之處及各自應(yīng)用的特殊性；在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中采用基于問題或項(xiàng)目的探索性學(xué)習(xí)，即發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)，更好地促進(jìn)學(xué)生基本技能和在實(shí)踐中分析問題、解決問題能力的提高；在新型傳感器學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢開展探究性學(xué)習(xí)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)，發(fā)揮各種學(xué)習(xí)方法的優(yōu)勢，取得良好的學(xué)習(xí)效果。

整合教學(xué)的幾點(diǎn)建議

教師充分提供“先行組織者”的學(xué)習(xí)材料為使學(xué)生有效地進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)，在講授新知識之前，教師應(yīng)給學(xué)生提供一些統(tǒng)攝性較廣的、概括水平較高的學(xué)習(xí)材料，用學(xué)生能理解的語言和方式來表述，以便在學(xué)生學(xué)習(xí)新知識時(shí)提供一個(gè)較好的固定點(diǎn)。學(xué)生將新知識與原有知識結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，通過整合協(xié)調(diào)原則對認(rèn)知結(jié)構(gòu)已有的知識進(jìn)行重新組合，通過類推、分析、比較和綜合，明確新舊知識間的聯(lián)系，從不同角度在各項(xiàng)新舊知識點(diǎn)之間建立精細(xì)聯(lián)系，使所學(xué)習(xí)的知識能綜合貫通，構(gòu)成清晰、穩(wěn)定、整合的知識體系。例如，學(xué)生學(xué)習(xí)電感傳感器時(shí)能將學(xué)過的電工電子中的電感知識與數(shù)學(xué)向量、差動(dòng)電路等知識結(jié)合，也能在以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的傳感器學(xué)習(xí)中將各學(xué)科知識相結(jié)合。不必像傳統(tǒng)課程那樣面面俱到，可在充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)資源巨大優(yōu)勢的同時(shí)，與其他教學(xué)活動(dòng)通盤考慮，各展所長，相互補(bǔ)充。

教師要具有“專家型”教師的能力該課程特點(diǎn)要求教師有豐富的組織化的專門知識，包括所教學(xué)科的知識；教學(xué)方法和理論，教學(xué)策略如課堂管理、有效教學(xué)、評價(jià)；適用不同章節(jié)和年級的課程材料；對學(xué)生的性格特征和文化背景、學(xué)習(xí)環(huán)境等了解。教師除擁有這些知識外，還要能將這些廣博的、可利用的知識靈活地組織起來運(yùn)用在教學(xué)中。“專家型”教師在教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)解決問題的效率更高，善于監(jiān)控自我教學(xué)過程，如在教學(xué)中總是提醒自己“這樣講述學(xué)生能聽懂嗎”，并根據(jù)對這個(gè)問題的回答來調(diào)整講課方式、講課速度等。“專家型”教師善于創(chuàng)造性地解決問題，有很強(qiáng)的洞察力，比如能進(jìn)行有創(chuàng)意的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，知道怎樣為一個(gè)不符合成績標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)生提供特殊教育服務(wù)，利用布置和收回作業(yè)的機(jī)會(huì)觀察并評價(jià)學(xué)生舉動(dòng)等等。

要注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力整合教學(xué)更加需要的是學(xué)生的創(chuàng)造力。應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生直覺思維和大膽想象，按照自己的猜想去探索問題，鼓勵(lì)學(xué)生用超過書本的知識去創(chuàng)造性地解決問題，按照自己的設(shè)想去做實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在自己思想認(rèn)識和行動(dòng)表現(xiàn)上與眾不同時(shí)，不是感到不安，而是感到自豪。在應(yīng)用傳感器做項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生敢于“浮想聯(lián)翩”。教師應(yīng)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)適宜的條件，比如安排新穎性的項(xiàng)目，向?qū)W生證明他們的想法是有價(jià)值的，避免提供限制思維的例子或模式，偶爾根據(jù)能力分組，營造一種非評價(jià)的、安全的氣氛；多采用發(fā)散式提問模式，比如鼓勵(lì)學(xué)生“講出你所想到的全部方法”或“列出你所想到的全部傳感器”，允許有大量可接受的替換性答案。當(dāng)然，基礎(chǔ)理論是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力的基礎(chǔ)，在此過程中不容忽視。

通過筆者的整合教學(xué)，讓學(xué)生對學(xué)過的知識有一定程度的應(yīng)用，避免了在《自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》課程學(xué)習(xí)過程中枯燥繁重的理論學(xué)習(xí)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展了學(xué)生的視野。學(xué)生能通過各種途徑查閱、整理和應(yīng)用資料，掌握的知識更系統(tǒng)化、條理化，思維也更加明確。

[1]陳列尊，等.虛擬儀器的教學(xué)運(yùn)用[J].電子產(chǎn)品世界，2001，（4）.

[2]單美賢，李藝.網(wǎng)絡(luò)課程體系的構(gòu)建原則[J].全球教育展望，2001，（11）.

[3]裴蓓.自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

G712

A

1672-5727（2010）09-0083-02

王茜（1977—），女，廣州市機(jī)電高級技工學(xué)校講師，主要從事電氣自動(dòng)化和數(shù)控電氣維修教學(xué)。