信息化教學(xué)環(huán)境下檢測技術(shù)課程的改革探討

壯而行 李潤海 芮長穎

關(guān)鍵詞：信息化教學(xué) ?檢測技術(shù) ?教學(xué)設(shè)計

傳感器是機電系統(tǒng)的感覺器官，在各類電子產(chǎn)品和自動化設(shè)備上得到了廣泛應(yīng)用。研究傳感器及其應(yīng)用的檢測技術(shù)課程是電氣自動化專業(yè)的專業(yè)主干課程。近年來，信息化引領(lǐng)高職課程改革不斷走向深入，微課、動畫等在線資源愈發(fā)豐富，教學(xué)平臺功能日益完善，檢測技術(shù)課程信息化水平不斷提升，課程的項目式教學(xué)已經(jīng)成為主流。在此基礎(chǔ)上，筆者學(xué)院教學(xué)團隊引入翻轉(zhuǎn)課堂和混合式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，凝練教學(xué)內(nèi)容，重構(gòu)實訓(xùn)任務(wù)，對電氣自動化專業(yè)檢測技術(shù)課程的進一步改革進行了探索。

一、課程定位與現(xiàn)狀

電氣自動化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生的主要就業(yè)崗位為自動化設(shè)備安裝、系統(tǒng)調(diào)試與維護、自動化設(shè)備工藝實施、小型自動化系統(tǒng)集成等。通過開展行業(yè)、企業(yè)崗位調(diào)研及畢業(yè)生調(diào)研、同行專家座談等方式，經(jīng)過排序、歸納后，確定了畢業(yè)生的13項典型工作任務(wù)， “典型傳感器的安裝、調(diào)試及信號獲取”就是其中一項典型工作任務(wù)。檢測技術(shù)課程的開設(shè)就是為了培養(yǎng)學(xué)生相應(yīng)的崗位能力。

課程開設(shè)于第四學(xué)期，主要研究各類傳感器的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，內(nèi)涵豐富。在實際教學(xué)中存在以下課程設(shè)計難點和缺陷。

1.課程涉及傳感器種類較多

從原理上看包括電阻式、電感式、電容式、渦流式、壓電式、超聲式、光電式等，涉及力、電、熱、聲、光等物理學(xué)的多項分支，知識廣度較大;從檢測量上看，包括壓力、流量、液位、轉(zhuǎn)速等不同性質(zhì)的物理量，對學(xué)生來說信息量較大，在課程內(nèi)容中不可能面面俱到，必須有所側(cè)重。

2.實訓(xùn)操作任務(wù)在實驗臺上完成

對學(xué)生來說只是簡單的接線，這樣的任務(wù)與實際崗位工作差異過大，不能起到充分鍛煉學(xué)生操作技能的效果，也難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

二、課程改革思路

為了解決上文提出的課程在理論內(nèi)容和實訓(xùn)操作中存在的問題，在檢測技術(shù)課程內(nèi)容的框架安排上，采用“情境+任務(wù)”的模式，以典型傳感器應(yīng)用為主線，以真實產(chǎn)品為教學(xué)載體，將課程內(nèi)容分成五個學(xué)習(xí)情境。如下圖所示每個學(xué)習(xí)情境由若干典型任務(wù)組成，根據(jù)崗位技能要求，重點學(xué)習(xí)工業(yè)和生產(chǎn)生活中常用的PT100溫度傳感器、集成溫濕度傳感器、電渦流式接近開關(guān)、電容式壓力流量傳感器、霍爾電壓電流傳感器、熱電偶、光電編碼器等，同時增加了粉塵傳感器等熱點內(nèi)容，拓展了學(xué)生視野。

為了充實實訓(xùn)任務(wù)內(nèi)容，使之貼近實際工作，同時考慮到學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時正在同步學(xué)習(xí)PLC、單片機課程，因此在實訓(xùn)任務(wù)中，將傳感器應(yīng)用和PLC、單片機等控制器結(jié)合起來，以真實檢測系統(tǒng)開發(fā)流程重塑實訓(xùn)任務(wù)。通過“做中學(xué)”“學(xué)中做”實施理實一體教學(xué)，使學(xué)生在“做”中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提高學(xué)生問題處理和實踐動手能力，并提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和獲得感，滿足裝備制造類企業(yè)對高職人才培養(yǎng)的要求。

在此基礎(chǔ)上，以項目驅(qū)動、任務(wù)引領(lǐng)的方式開展教學(xué)，引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，依托信息化教學(xué)平臺，構(gòu)建線上線下互通的混合式教學(xué)體系，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

課程考核方式也應(yīng)與教學(xué)方法相適應(yīng)，考核方法以過程性考核為主，最終成績生成占比如下所示，其中任務(wù)得分占比最高，達到了35%，包括課前預(yù)習(xí)成果、課中技能表現(xiàn)和項目完成度、課后學(xué)生互評和教師評價等多個維度。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，課堂互動參與度和信息化資源利用率也引入評價指標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生盡快適應(yīng)混合式學(xué)習(xí)的模式。

下面以“智能家居”情境下，兩課時的“粉塵傳感器的選型和應(yīng)用”這一任務(wù)為例，介紹教學(xué)過程的設(shè)計與組織。

三、教學(xué)設(shè)計與組織

隨著“霧霾”成為2013年年度熱詞，人們對生活環(huán)境中的空氣質(zhì)量愈加關(guān)注。粉塵傳感器可以檢測空氣中的細(xì)小顆粒物濃度，在室內(nèi)空氣檢測設(shè)備、空氣凈化器等智能硬件中得到了廣泛的應(yīng)用。本課程追蹤社會熱點問題，在課程中增加“粉塵傳感器的選型與應(yīng)用”這一內(nèi)容，既契合“智能家居”情境，又可以引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。家用粉塵傳感器一般采用紅外光電傳感器，從原理上看，與傳統(tǒng)的煙霧報警器極為相似，學(xué)生容易進行知識遷移。因此，這一任務(wù)既能給學(xué)生帶來新鮮感，又不會增加學(xué)生的知識負(fù)擔(dān)。

本次任務(wù)內(nèi)容為使用Arduino單片機控制粉塵傳感器，顯示室內(nèi)空氣粉塵濃度，當(dāng)濃度超限時進行聲光報警。教學(xué)設(shè)計以項目化形式展開，按時間縱向分為課前準(zhǔn)備、課中實施、課后鞏固三部分;按實際電子產(chǎn)品的開發(fā)流程分為：器件選型、軟硬件仿真、產(chǎn)品制作和功能測試等環(huán)節(jié)。下面按課前、課中、課后的順序介紹本次任務(wù)流程。

1.課前準(zhǔn)備

教師通過智慧云平臺推送課前任務(wù)單，要求學(xué)生通過智慧云平臺，自主預(yù)習(xí)粉塵傳感器原理及相關(guān)技術(shù)參數(shù)，閱讀相關(guān)文獻后，以小組為單位進行室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀的設(shè)計，觀看傳感器原理動畫，完成相關(guān)練習(xí)題、提交匯報PPT。

2.課中實施

首先通過情境任務(wù)導(dǎo)入，使學(xué)生了解本次課需完成的任務(wù)，即室內(nèi)空氣顆粒物濃度檢測系統(tǒng)的設(shè)計。選擇較有代表性的預(yù)習(xí)報告請學(xué)生上臺分享，并對學(xué)生預(yù)習(xí)情況進行總體評價，引出本節(jié)課的主要環(huán)節(jié)。

需要注意的是，課中教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計不應(yīng)按照固定的大綱，而應(yīng)對學(xué)生反饋的預(yù)習(xí)成果進行數(shù)據(jù)分析，從中提煉出需要進一步講解的重難點和知識盲點，在課堂上逐一破解。根據(jù)筆者的課程實踐，學(xué)生的問題主要出現(xiàn)在傳感器的選型上，所以本課分為傳感器選型、系統(tǒng)仿真及調(diào)試、技能操作與課堂測評三個環(huán)節(jié)。

（1）傳感器選型。引導(dǎo)學(xué)生詳細(xì)分析數(shù)據(jù)手冊給出的各項技術(shù)指標(biāo)，特別是未加詳細(xì)考慮的檢測數(shù)值單位、待機功耗等內(nèi)容。繪制器件性能雷達圖，對備選器件進行充分比較。播放事先錄制的工程師視頻，講解在選型中學(xué)生未考慮的供貨周期、器件易得性、可替代性等因素，彌補知識盲點，使學(xué)生完全掌握粉塵傳感器選型等要點，完成本節(jié)課知識內(nèi)容閉環(huán)。

（2）系統(tǒng)仿真及調(diào)試。繪制硬件接線圖后，通過使用PROTEUS軟件，在之前完成的溫度檢測項目仿真電路的基礎(chǔ)上添加粉塵傳感器，搭建本項目的仿真電路，使學(xué)生掌握器件模擬、編制程序及調(diào)試等步驟要點，具備簡單應(yīng)用系統(tǒng)仿真能力。

（3）技能操作與課堂測評。學(xué)生完成室內(nèi)空氣顆粒物濃度檢測系統(tǒng)的硬件接線，拍攝硬件制作視頻上傳平臺，以便課后教師和工程師進一步評價學(xué)生技能掌握情況，完成技能練習(xí)閉環(huán)。通過功能測試后，進行組內(nèi)互評，總結(jié)課堂學(xué)習(xí)成果。通過物化學(xué)習(xí)成果，提高學(xué)生的獲得感，通過課堂測評進行激勵，最后進行總結(jié)及下個任務(wù)發(fā)布。

3.課后鞏固

師生討論總結(jié)粉塵傳感器的選型及應(yīng)用的要點，就此次任務(wù)所得進行反思;現(xiàn)場連線參與墨跡天氣“空氣果”開發(fā)的工程師，了解真實產(chǎn)品開發(fā)流程，特別是其中的重要步驟——傳感器標(biāo)定;布置課程拓展任務(wù)及下個任務(wù)的預(yù)習(xí)要求。

四、小結(jié)

本文以“粉塵傳感器的選型與應(yīng)用”這一任務(wù)為例，探討了信息化教學(xué)條件下的檢測技術(shù)課程改革。課程設(shè)計遵循使用翻轉(zhuǎn)課堂理念，以學(xué)生為主進行教學(xué)設(shè)計;授課中采用混合式教學(xué)方式，激勵為主，多元評價，成果物化，可以有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂教學(xué)質(zhì)量;通過小組協(xié)作、教學(xué)做一體，提高學(xué)生團結(jié)協(xié)作意識與職業(yè)素質(zhì)。

通過對改革后課程運行效果的統(tǒng)計，學(xué)生學(xué)習(xí)的優(yōu)良率、教師評學(xué)評分和學(xué)生評教評分都有了一定提高，課程改革初見成效。學(xué)生對檢測技術(shù)課程所要求的技能掌握得更充分，對實訓(xùn)任務(wù)更有興趣，更愿意投入時間完成任務(wù)，學(xué)習(xí)主動性更強。

當(dāng)然，在本課程的設(shè)計上，還存在一些不足之處。信息化教學(xué)資源的質(zhì)量仍需提升，改革后的實訓(xùn)任務(wù)較為繁重，如何進一步優(yōu)化任務(wù)的具體內(nèi)容，減量增質(zhì)，是擺在課程團隊面前的一個重要問題，需要根據(jù)教學(xué)運行情況反饋逐步調(diào)整，不斷地將課程改革推向深入。

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（作者單位：無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院）