單片機與傳感器教學內容融合的課程改革分析

汪之又，陳英，劉安玲，周遠，劉莉，鄒瑩暢，蔣國保，謝端

（長沙學院 電子信息與電氣工程學院，湖南 長沙）

隨著醫療、環境監測、油氣管道、智能電網、可穿戴設備、物聯網、機器人等產業成為國內經濟增長的熱點，上述領域中的創新應用已經成為傳感檢測技術的重要推動力。國家十分重視和支持傳感檢測技術的發展，2016 年出臺的《“十三五”國家科技創新規劃》明確提出開展傳感器核心器件等技術攻關，提升傳感器產業技術創新能力，為傳感器的研究、生產和應用指明了發展方向。在國家政策支持、技術迅速發展的時代背景下，傳感檢測技術相關產業，尤其是機器人與物聯網產業對應用型人才需求非常強烈，因此將學科和工業發展的前沿技術和應用與相關課程的理論教學、實驗環節緊密融合，達到培養應用型人才之目的是當前教學改革的熱點[1-2]。

作為人才培養的重要課程，“傳感器與檢測技術”是電子信息類專業的必修課，融物理、電子、通信、自動化等學科知識于一體，具有綜合性、多學科交叉的特點，本課程以培養具有跨學科知識結構和綜合應用能力的應用型人才作為教學目的。本文作者立足地方高校，通過與北京華清遠見科技發展有限公司（以下簡稱“華清遠見”）開展“產學合作，協同育人”的教學實踐工作，將學院已有的優質科研資源和華清遠見在傳感檢測技術方面的研發、培訓資源轉化為課程的育人資源，從理論教學、實驗教學和課程考核三方面進行了教學改革。

一 教學現狀及改革的必要性

目前“傳感器與檢測技術”課程教學目的僅局限于使學生掌握傳感器的工作原理和特性，培養使用各類傳感器的應用能力這些基礎要求，尚不能完全滿足應用型人才培養的需求，因此進行課程內容改革，加強跨學科綜合應用能力的考核是本課程教學改革的重點方向。為達到課程內容改革目的，作者認為需要解決“傳感器與檢測技術”教學中的兩個矛盾：

（一） 教學內容的設計和培養學生應用能力之間的矛盾

為了讓學生順利完成原理驗證實驗操作，理論教學的難點和重點多數集中在原理講解部分，大量的物理模型公式和推導難以有效調動學習積極性；為調動學習積極性引入的應用實例無法在實驗教學環節用到，難以幫助學生進入掌握原理-分析用例-實際操作的良性發展軌道。

（二） 課程考核體系設計和考察學生應用能力需求之間的矛盾

實驗環節采用的實驗箱在小型化、集成度、自動化等方面與工程、科研實踐采用的傳感設備有普遍存在差距，難以有效地調動學生的動手熱情；同時實驗項目以考核單一知識點的小實驗，缺乏融入單片機等前置課程內容的綜合實驗設計，使學生對本課程的學習與其他課程出現脫節的現象，無法形成跨學科的綜合應用能力[3-4]。

二 課程改革探討

本項目擬采用理論和實驗教學改革同步進行、從單純講授傳感檢測內容向多課程內容融合的實施路徑，以完善課程考核體系和教學大綱為目的，進行“傳感器與檢測技術”的課程內容改革，如圖1 所示。

根據上述實施路徑，本項目建設內容分為三個階段，具體介紹如下：

第一階段：結合傳感檢測技術的最新應用，更新理論教學中的實例講解內容，選購華清遠見無線傳感網絡實驗箱。

理論教學部分，結合近3 年來消費電子、工業裝備以及作者在科學研究中采用的傳感器設備和檢測技術，更新理論教學中的實例講解內容，使學生對完整的傳感檢測系統有初步的認識，對后續實驗項目用到的傳感器模塊形成直觀的認識。

實驗教學部分，根據理論教學要求重點掌握的傳感器類型、實驗箱配套實驗的可操作性和實驗指導書內容的完整程度等因素綜合比較，作者從華清遠見公司采購無線傳感實驗平臺，該平臺除配套濕度、溫度、加速度、氣體、磁場、光學與超聲波等傳感器實驗項目之外，還具有ARM 內核單片機、和上位機進行數據傳輸的無線通信接口，可以支持包括嵌入式系統、信號處理相關技術的綜合實驗設計。

第二階段：基于實驗箱設計實驗項目，理論教學的工作原理和檢測技術部分同步加入實驗項目的基礎理論知識。

理論教學部分，在第一階段形成直觀認識的基礎上，結合傳感器工作原理講解無線傳感實驗平臺中傳感器模塊的操作以及數據采集、處理和傳輸等基礎知識，建立工作原理與實例講解、實驗操作之間的對應關系，提高學生學習理論知識的積極性。

實驗教學部分，根據理論教學重點和實驗教學的課時長度，與華清遠見工程師一起在無線傳感實驗平臺上設計傳感器的驗證與應用實驗，通過教師預實驗和學生試做等評估方式控制實驗難度，在課程內容改革的同時保證實驗教學的正常開展。

第三階段：理論教學內容融入單片機相關內容，實驗教學中增設綜合實驗項目，完善課程考核體系，修改教學大綱。

理論教學部分，在傳感檢測系統章節中融入單片機控制的相關內容，與傳感器的工作原理、應用實例等內容形成完整、清晰的傳感檢測系統知識脈絡，使學生具備完成跨學科綜合實驗的知識儲備；理論教學考試環節在此章節的試題中增加跨學科綜合應用能力的考核，并將本階段的課程內容改革成果寫入教學大綱的理論教學部分。

實驗教學部分，根據第二階段教學改革中實驗的完成情況以及本階段理論教學改革中學生對于課程融入內容的掌握程度，與華清遠見公司工程師一起設計并指導包括單片機控制采集在內的綜合實驗；在實驗教學的期評成績中增加綜合實驗分數所占比例，并將本階段的課程內容改革成果寫入教學大綱的實驗教學部分[5]。

三 結語

項目的單片機與傳感器課程融合教學改革是一個長期的而且困難的過程其主要的核心就是建立一個以老師為主，學生為主的課堂，改革的目的在于積極探索適合應用型人才的產學合作協同育人培養方式，使電子信息類專業培養的人才更符合當地區域經濟發展的需要。