《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課程項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用

周春梅

(天津?yàn)I海職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系 天津300450)

《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課程項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用

周春梅

(天津?yàn)I海職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系 天津300450)

通過(guò)闡述對(duì)《傳感器與檢測(cè)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(jì)的重要性，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行重新整合序化，采用項(xiàng)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(xiàng)目。詳細(xì)介紹了《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課程項(xiàng)目教學(xué)的具體實(shí)施過(guò)程，并對(duì)其進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

傳感器與檢測(cè)技術(shù) 項(xiàng)目教學(xué)法 整合序化 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

1 項(xiàng)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(jì)對(duì)教學(xué)效果有很大影響，教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)尤為重要，它以實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)、工程應(yīng)用、職業(yè)崗位為背景，對(duì)教學(xué)情境進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能做到真實(shí)，貼近實(shí)際工作崗位，項(xiàng)目?jī)?nèi)容應(yīng)涵蓋課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的教學(xué)能力點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)。項(xiàng)目中不僅應(yīng)該包括能力訓(xùn)練、知識(shí)學(xué)習(xí)、教學(xué)活動(dòng)、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(duì)合作等，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中實(shí)踐操作，以實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做、考、評(píng)為一體的新教學(xué)模式。

2 項(xiàng)目教學(xué)法的步驟

《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》是傳統(tǒng)的電子類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)、機(jī)電類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程。如何利用所學(xué)的相關(guān)傳感器知識(shí)解決實(shí)際生產(chǎn)、生活中遇到的問(wèn)題，不僅讓學(xué)生感到困難，同時(shí)也是任課教師所面臨的挑戰(zhàn)。教師只有在教學(xué)中因勢(shì)利導(dǎo)、取長(zhǎng)補(bǔ)短、精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)，才能改變當(dāng)前現(xiàn)狀。而“項(xiàng)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(xiàng)目設(shè)計(jì)——教學(xué)內(nèi)容的重組

傳感器可分為溫度檢測(cè)傳感器、壓力檢測(cè)傳感器、物位及厚度傳感器、位移傳感器、速度檢測(cè)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(shí)，對(duì)原有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新整合，將原有知識(shí)轉(zhuǎn)換成典型、有實(shí)用價(jià)值的、學(xué)生感興趣的 8個(gè)項(xiàng)目模塊，即壓力測(cè)量——數(shù)字電子稱(chēng)、光電檢測(cè)——光電智能小車(chē)、濃度測(cè)量——煙霧報(bào)警器、位移和物位測(cè)量——液位計(jì)、振動(dòng)測(cè)量——振動(dòng)儀、轉(zhuǎn)速測(cè)量——轉(zhuǎn)速表、溫度測(cè)量——溫度計(jì)、傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用——智能蔬菜大棚。每個(gè)項(xiàng)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(jì)、制作、調(diào)試和評(píng)價(jià)的全過(guò)程。每堂課都要從實(shí)際測(cè)量問(wèn)題出發(fā)，通過(guò)具體項(xiàng)目引入新的教學(xué)內(nèi)容。

2.2 項(xiàng)目實(shí)施與評(píng)價(jià)——項(xiàng)目教學(xué)的具體實(shí)施

項(xiàng)目教學(xué)在具體實(shí)施時(shí)，先由任課教師進(jìn)行項(xiàng)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(shí)，然后按 2～3人分組，布置項(xiàng)目任務(wù)并對(duì)學(xué)生提出具體要求：根據(jù)項(xiàng)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(jì)思路與方法。完成具體電路的原理圖設(shè)計(jì)和相關(guān)參數(shù)計(jì)算，畫(huà)出電路硬件系統(tǒng)組成方框圖，選擇合適的電子元器件。對(duì)初步設(shè)計(jì)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(xiàng)目實(shí)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(shí)施項(xiàng)目，完成焊接和調(diào)試后，填寫(xiě)實(shí)訓(xùn)工單及項(xiàng)目報(bào)告單，分析整個(gè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，最后師生共同討論，評(píng)價(jià)項(xiàng)目實(shí)施中出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比找出差異，并對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行階段性評(píng)估考核。

2.3 項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施過(guò)程實(shí)例

下面將以設(shè)計(jì) 1臺(tái)應(yīng)變式數(shù)字稱(chēng)重電子稱(chēng)(即壓力測(cè)量教學(xué)模塊)的項(xiàng)目為例，簡(jiǎn)單描述項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施過(guò)程。

2.3.1 項(xiàng)目描述

以市場(chǎng)上常見(jiàn)的稱(chēng)重電子稱(chēng)為參考，要求學(xué)生利用所學(xué)傳感器專(zhuān)業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)出一款簡(jiǎn)易稱(chēng)重電子稱(chēng)。要求先對(duì)電子稱(chēng)按照重量與電壓的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，使電子稱(chēng)能夠?qū)⑤敵鲭妷恨D(zhuǎn)換成相應(yīng)的重量，以實(shí)現(xiàn)基本的稱(chēng)重功能。以傳感器實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件確定電子稱(chēng)的稱(chēng)重范圍為 0～500,g，稱(chēng)重誤差不大于10,g。

2.3.2 項(xiàng)目分析

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

首先選擇適合的稱(chēng)重傳感器類(lèi)型。根據(jù)稱(chēng)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(lèi)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(chēng)重量，選擇出最適合項(xiàng)目描述的稱(chēng)重傳感器。除了考慮傳感器的結(jié)構(gòu)形式和理論實(shí)現(xiàn)方式外，還應(yīng)考慮輸出電壓量與輸入重量的線(xiàn)性關(guān)系，所稱(chēng)重量值和實(shí)際物品重量不應(yīng)相差太大，讀值時(shí)數(shù)字應(yīng)穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)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(hào)處理電路設(shè)計(jì)方面，由于應(yīng)變傳感器的輸出信號(hào)一般是比較微弱的模擬電壓信號(hào)，應(yīng)提醒學(xué)生根據(jù)前期所學(xué)的電學(xué)知識(shí)，根據(jù)電子稱(chēng)的最終輸出信號(hào)需求，設(shè)計(jì)出合理的后續(xù)放大電路。

2.3.3 項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

①確定數(shù)字電子稱(chēng)基本原理。應(yīng)變式數(shù)字電子稱(chēng)主要由5部分組成，即傳感器(應(yīng)變片)、測(cè)量電路(應(yīng)變?nèi)珮?、信號(hào)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(cè)量電路。應(yīng)變式數(shù)字電子稱(chēng)的測(cè)量電路通常使用橋式測(cè)量電路，電橋由 4個(gè)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(gè)對(duì)角線(xiàn)接入工作電壓 UI，另一個(gè)對(duì)角線(xiàn)為輸出電壓UO，這就是傳感器輸出的電信號(hào)。應(yīng)變?nèi)珮虻奶攸c(diǎn)是：當(dāng)4個(gè)橋臂的應(yīng)變電阻達(dá)到某種關(guān)系時(shí)(電橋平衡時(shí))，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(cè)量微小的電阻變化。③確定信號(hào)處理電路——三級(jí)集成運(yùn)算放大電路。在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，將采用三級(jí)集成運(yùn)算放大電路形式，這種差動(dòng)輸入的形式，可以很好地降低溫度對(duì)信號(hào)的影響，對(duì)共模信號(hào)有較好的抑制作用，為保障穩(wěn)定的電壓信號(hào)輸出，又加了兩級(jí)放大電路，電路中以集成運(yùn)算放大器為主要放大器件。傳感器測(cè)量電路采用直流全橋電路，既可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)測(cè)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(cè)重。將應(yīng)變式傳感器的4個(gè)應(yīng)變片組建成應(yīng)變?nèi)珮颍瑱z查接線(xiàn)無(wú)誤后，合上主控箱電源開(kāi)關(guān)。對(duì)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(hào)處理三級(jí)放大電路連接電源，檢查無(wú)誤后，合上主控箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)三級(jí)運(yùn)算放大電路的輸入端可調(diào)電阻至中間位置，再對(duì)輸出端進(jìn)行調(diào)零。在對(duì)放大電路調(diào)零時(shí)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(kāi)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(jí)運(yùn)算放大電路，再次接通電源。在電子稱(chēng)的托盤(pán)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(cè)量結(jié)果，然后進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)定，標(biāo)定后再對(duì)其他物品進(jìn)行稱(chēng)重，從而得出被測(cè)物品重量。

2.3.4 項(xiàng)目評(píng)價(jià)

項(xiàng)目結(jié)束后，要求每個(gè)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目總體的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、執(zhí)行各階段的工作進(jìn)行總結(jié)，分析項(xiàng)目執(zhí)行中遇到的問(wèn)題。教師對(duì)小組中每位學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，同時(shí)要求各小組間相互評(píng)定，對(duì)項(xiàng)目中的亮點(diǎn)進(jìn)行表?yè)P(yáng)和推廣，并客觀(guān)給出項(xiàng)目過(guò)程成績(jī)。項(xiàng)目考核可包括 3個(gè)方面：①情感目標(biāo)的考核，著重體現(xiàn)對(duì)學(xué)生平時(shí)的到課率和上課表現(xiàn)的考核，為保證項(xiàng)目的實(shí)施效果，鼓勵(lì)學(xué)生互相學(xué)習(xí)、互相討論、互相幫助，循序漸進(jìn)地實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行職業(yè)素質(zhì)與團(tuán)隊(duì)合作精神的培養(yǎng)。②知識(shí)目標(biāo)的考核，對(duì)學(xué)生理論知識(shí)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(shí)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(guò)項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用知識(shí)、訓(xùn)練綜合技能的能力，使學(xué)生能夠完成簡(jiǎn)單傳感器的設(shè)計(jì)應(yīng)用，能夠解決在實(shí)際工作中遇到的傳感器的安裝、調(diào)試、檢測(cè)等問(wèn)題。在項(xiàng)目過(guò)程考核中，做到學(xué)生互評(píng)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(shí)。

4 結(jié) 論

項(xiàng)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(dòng)了新的教學(xué)改革，由以課本理論知識(shí)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨こ添?xiàng)目為中心，由以課堂教學(xué)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)訓(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(xiàng)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(guò)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(cè)基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人及團(tuán)隊(duì)合作等方面的能力。教師應(yīng)進(jìn)一步總結(jié)提高項(xiàng)目教學(xué)法，并在實(shí)踐中加以實(shí)施推廣。■

［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(jì)案例集[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

［3］ 沈潔，謝飛. 自動(dòng)檢測(cè)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(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用[M]. 北京：國(guó)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