高職傳感器與檢測技術課程多元立體教學軟件包的構建

【摘 要】立足于高職層次，精簡傳感器教學內容，以應用為導向，探索“建模—模塊化”的教學模式，整合各類教學資源，開發高職傳感器與檢測技術課程的立體教學軟件包，作為教學、輔學和自學工具，以期提高學生學習的效率。

【關鍵詞】高職 傳感器 立體教學

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）06C-0191-02

一、背景分析

（一）傳感器技術發展現狀

傳感器技術是信息時代信息獲取的重要手段之一，它相當于系統的感覺器官，將各種各樣形態各異的信息量轉換成能夠被直接檢測的信號。“沒有傳感器就沒有現代科學技術”，因此傳感器與檢測技術是機電一體化、電子產品的設計與制造、物聯網、城市軌道交通控制等領域技術更新和發展的關鍵。

近幾年來，傳感器正處于傳統型向微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化和網絡化等新型傳感器轉型的發展階段，多傳感器數據融合技術也正在形成熱點。各種新型傳感器的不斷涌現和廣泛應用對傳感器及檢測技術課程的教學和實驗，如教學模式、實驗內容、教學理念、教材開發、能力培養等提出了更新的要求。

（二）傳感器教學現狀

任何一種傳感器在制造和裝配完畢后都必須進行一系列的測試和實驗，以確定傳感器的基本特性，而目前傳感器教學往往側重講授傳感器的測量原理等基礎知識，但未能聯系實際，割裂了科學技術與社會的密切聯系。課時安排中增加了實驗的比重，鍛煉學生的動手能力，但實驗內容主要涉及測量原理，對實物缺乏感性認識，使得學生在學習了傳感器與檢測技術課程后卻不認識實際使用的傳感器、不會根據具體的檢測任務選擇合適類型、精度的傳感器等。強調傳感器的專業性強和應用性廣，忽略了“標準”“規范”等德育教育；課堂教學的效率和質量大打折扣。

（三）國內外研究現狀

針對目前的教學情況，國內外的專家學者展開了大量的研究。國內的研究課題主要集中于教學內容和教學方法的改革，如南京工業大學“傳感器實驗與理論教學改革的探討和實踐”，無錫機電高等職業技術學校“傳感器教學信息化資源開發研究”都取得了一定的研究成果；而國外很多研究機構則主要針對學生在學習傳感器時概念轉變和能力考察展開研究：康科德教育研究組織Sharimecalf博士開發了一套基于傳感器技術的教材，該教材以探究教學模式為理論基礎，以基于標準的主題為活動內容，旨在能夠最大程度的體現出傳感器技術對于學生概念理解和能力培養方面的優勢；美國斯坦福大學和著名的研究性教師MissyHolzer設計了基于傳感器技術的開放式探究課程及學習活動，旨在為學生提供一種可持續探究和科學學習的方法。

二、立體教學軟件包的構建與實施

本課題旨在立足于高職層次，精簡傳感器教學內容，以應用為導向，探索“建模—模塊化”的教學模式，整合各類教學資源，開發課程的立體教學軟件包，提高教與學的時效性和實效性。

（一）教學內容項目化

針對高職層次，針對專業方向，選取實際應用中涉及到的檢測案例，例如生活中最常用的電子體重秤、軌道交通中的列車時速測量、列車運行定位，工業控制中的加熱爐物料檢測、壓力監測，家用電子產品的溫度測量等內容，細化為工作小項目，突出實踐，強調測量與分析；再對現有的課程內容加以精簡、優化和重組，使理論為實踐服務，同時也可以引入科技新成果，以應用為導向，構建適應于高職層次的、不同專業需求的教學內容。

（二）教學方式立體化

走出教室，探索“建模（知識儲備）—設計（檢測電路的設計、仿真與制作）—試驗（數據檢測與分析）”的教學模式，將多媒體、教科書與視頻、錄像、實驗設備等結合起來，將對傳感器理論的學習立體化，提高教學質量與效率，進行創新型人才教育。

1.建模

通過展示實物、觀看視頻等方式提出檢測任務，指導學生根據提出的項目任務分析檢測要求，包括測量內容、測量精度、檢測器件與工具等。對任務的分析需要學生去了解詳盡的傳感器資料，查閱一些專業文獻，獲得有價值的應用模型，再根據需要建立自己的電路模型，查找IC手冊，選擇合理的元件及型號等，這就是一個學生知識儲備的過程。

2.設計

檢測電路初步模型建立后，指導學生借助Protues、Matlab、EWB等仿真軟件來設計傳感器信號處理電路，通過仿真模擬運行，不僅可以使學生檢查電路的工作點、校準測量，還可以直觀地觀察輸出效果；也可以通過實驗室中的傳感器實驗箱完成電路方案的論證，通過不斷的仿真、查看、調整、優化，最終確定本項目需要的檢測電路并制作。

3.試驗

檢測電路制作完成后，指導學生構建盡量貼合實際的測量情境，在實驗室或者戶外完成測量數據的采集，并對比仿真調試和實際調試的結果，分析并形成書面報告。

在整個從提出任務到得到數據的過程中，教師只是個“橋梁”，在學生從“建模”到“設計”之間搭建一個知識平臺，提供參考資源、解答理論疑問等；在學生從“設計”到“試驗”過程中提供儀器與工具、提供參考方案等。學生的主體地位得到充分發揮。

（三）教學資源多元化

在以上的教學過程中，資源的配備和使用是進行有效設計的前提。利用網絡百科，特別是專題網站資源，將多媒體、仿真軟件、虛擬實驗室與實驗儀器相結合，建立傳感器與檢測技術教學資源庫，提高課程教學、課后輔學、學生自學的效率和效果。

1.課堂教學與微課相結合

制作傳感器課程教學與實驗的微課，以視頻為主要載體，針對課程內容的某個重點或者難點，記錄教師在課堂之外的教學指導或演示過程，彌補課堂教學時間和空間的不足。

2.專題網站資源與網絡百科平臺相結合

“傳感器之家”“中國傳感器網”等專題網站中有詳細的傳感器種類、型號、新動態、傳感知識、傳感論壇等模塊。應用專題網站進行在線學習不僅可以減輕教師的教學壓力，還能擴展學生的知識面，大大提高學習效率，訓練學生信息檢索、資料篩選的能力。

“百度百科”“維基百科”等網絡百科平臺是內容開放、自由的、涵蓋各領域知識的信息收集與發布平臺，應用這些網絡百科作為傳感器學習的知識平臺，不僅可以通過網絡獲得知識來補充教學的不足，還可以參與到百科詞條的建立、修改、交流和分享。

3.多媒體教學課件與視頻錄像結合

由于傳感器的敏感元件檢測比較細微，肉眼是很難看到諸如應變片的變形、磁電式磁場的變化等現象的，因此可以通過多媒體或者flash軟件制作相應的動畫，再配合視頻錄像，便于教學后學生對傳感現象的理解。

4.虛擬實驗室與真實儀器儀表結合

可以用于傳感器仿真的軟件主要有protues、matlab、EWB、Labview等，教學中可以通過仿真軟件進行電路設計與模擬，再通過實驗器材觀察真實的實驗現象，驗證仿真結果，優化設計結論。

（四）課程評價實時化

研究建立一個知識、技能、素質綜合考量的評價體系，評價過程貫穿于整個“建模”“設計”與“實驗”過程，考核學生查閱資料，分析問題的能力，儀器儀表和仿真軟件的操作使用能力，電路的設計與制作能力，設計文檔的組織與撰寫能力，對知識點的消化與吸收情況，自學與創新能力，以及團隊合作能力。

三、教學案例

下面以測力的電子秤為例（圖示1）說明立體教學軟件包的使用與效果。

圖1 傳感器課程“電子稱”學習與實踐流程

以上過程可見，傳感器立體教學軟件包既能夠指導學生進行知識學習，又能夠指導學生進行實踐設計，若在傳感器的課堂學習過程中使用該教學軟件包，那么教師的意義在于貫穿指導，鍛煉學生的自學能力，引導學生進行創造性勞動。

傳感器的教學涵蓋了城市軌道交通控制、鐵道車輛、電氣自動化技術、機電一體化技術、應用電子技術、電子信息技術等諸多電子電氣類和軌道交通類專業，如何針對不同專業、不同層次、不同需求進行傳感器教學設計，提高課程教學的實效性和時效性，是本課題研究的重點。立足于高職層次，以應用為導向，利用各種教學資源，研究高職傳感器與檢測技術的教學內容、教學模式、能力培養，設計并開發的該課程的立體教學軟件包，應用為教學、輔學和自學工具，最大程度地提高傳感器學習的效率和效果，實現創新人才教育和德育培養。

【參考文獻】

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[4]張紅.結合傳感器課程特點，推進創新型人才教育[J].高教論壇，2010（10）

【作者簡介】李翠翠（1983- ），女，山東蒙陰人，柳州鐵道職業技術學院電子技術學院講師，研究方向：電氣自動化課程教學。

（責編 丁 夢）