融合創新創業教育的傳感器與檢測技術實驗平臺設計與實踐

經本欽 丘源 婁雨 黃和悅

摘 要 在分析傳感器與檢測技術課程實驗課程存在創新性不足，實驗平臺功能單一的基礎上，結合創新創業理念，提出允許跨平臺設計，結合時代發展設計的思想，并提出傳感器設計以解決實際問題為最終目標的理念，最后以實際的創新創業項目為例，給出了設計傳感器實驗的具體步驟。本文對于指導如何將創新創業教育理念融入傳感器與檢測技術的實驗環節設計與課程指導具有較強的指導意義。

關鍵詞 創新創業 傳感器與檢測技術 課程改革 實驗平臺設計

Abstract Based on the analysis of the lack of innovation and the single function of the experimental platform in the course of sensor and detection technology， combined with the concept of innovation and entrepreneurship， the paper puts forward the idea of allowing cross platform design， combining with the development of the times， and the idea of sensor design with the ultimate goal of solving practical problems. Finally， taking the actual innovation and entrepreneurship project as an example， it gives the design of sensor specific steps of the experiment. This paper has a strong guiding significance for guiding how to integrate the concept of innovation and entrepreneurship education into the experimental link design and curriculum guidance of sensor and detection technology.

Keywords innovation and entrepreneurship; sensor and detection technology; course reform; experiment platform design

0 引言

伴隨著國務院辦公廳在2015年發布的《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》，全國各高校以“大眾創業，萬眾創新”為主題進行了一輪理論和實驗教學改革的討論。[1-3]將創新創業的理念融入到專業課程的教育中，培養學生獨立自主思考能力，提高學生應用知識解決實際問題的能力，逐漸成為了專業課程教育的宗旨。[4-5]

傳感器與檢測技術作為測控和電子類專業的專業課，學生學習的深度，知識掌握的深度對后續課程的學習有著重要影響。傳統的理論課程以教授為主，實驗課程則以驗證性實驗為主，學生的自動探索能力難以提高，積極性也不高。

1 實驗平臺存在的缺點

（1）開設的實驗環節都是驗證性實驗，未能讓學生參與到傳感器的設計中。以測控技術與儀器專業的“傳感器與檢測技術”課程為例，該課程總課時為64課時，其中理論課時為48課時，實驗課時為16課時。實驗課程總共安排8個實驗，全部為驗證性實驗。學生按照實驗指導書操作步驟，能夠容易快速地完成多種傳感器的驗證實驗，但無法深入理解傳感器的原理與應用，理論與實踐脫節，致使大部分學生從實驗中無法獲得成就感。

（2）傳感器功能單一，用途有限，不能開展自主實驗。實驗平臺通常都由總平臺搭載小模塊平臺的方式構成，總平臺提供電源和儀表，分模塊平臺提供傳感器的轉換電路。這種方式思路比較清晰，設計與制造該平臺都較為簡單。但是平臺通用性不強，各個傳感器基于不同的分平臺的方式，造成了整套設備體積龐大，但是用途卻非常有限。學生實驗過程中不能開展自主性實驗，只能基于現有平臺具備的功能完成驗證性試驗。

（3）考核方式單一。依據已經制定好的考核方法來考核學生的實驗結果，對于學生來說既是一個正向激勵措施，同時也是完成既定教學任務的要求之一。但是當學生的實驗目標變得統一，甚至學生得到的實驗數據都一致時，對學生的考核難度會增大，面對一樣的實驗數據，實驗指導老師往往不知道學生是否真正理解了傳感器的工作原理，而只能依據實驗數據的好壞來判斷學生是否理解原理。

2 實驗平臺設計

在考慮創新創業理念的基礎上，設計“檢測技術與傳感器”課程的實驗用傳感器，需要考慮到創新創業理念和實驗課程的側重點不同。

首先，創新創業項目偏重創新，在創新的基礎上創業，創新是前提，同時創新還要符合實際需求。傳感器實驗平臺建設側重基本理論，基本原理的教與學。

然而，在一定程度上，兩者的宗旨卻又是一樣的，創新創業注重突破傳統而進行創新，在創新的基礎上進行創業，而傳感器實驗課程同樣注重結合時代需要進行傳感器的創新，對一些過時的，不再使用的傳感器進行淘汰。而這樣的淘汰仍然要做到萬變不離其宗，一些傳感器的核心理念仍然需要堅守。

在以上考慮的基礎上，本文認為可以從以下三個方面對傳感器的實驗進行創新。

（1）實驗設計上允許進行跨學科自主設計。現在社會科技發展迅速，目前遇到的科技問題往往不再是單一學科所能解決的。在傳感器的設計上，需要考慮站在時代前沿，設計出符合時代需求的傳感器。讓學生帶著創新創造的思維來上這門課程，并且在實驗課上強化和鼓勵學生進行跨學科創新，既是很好的把創新創業理念帶入到了傳感器的實驗課堂，同時也能極大的改變傳統的“填鴨式”教學，提高學生的學習積極性。

（2）以智能聯網型傳感器為主。未來的世界，是萬物互聯的世界，5G技術的崛起，讓萬物互聯成為了具有堅實基礎的事情，而在5G技術方面，中國無疑走在了時代的前列。這對于正在學習傳感器技術的學生來說，既是機遇也是挑戰。

新技術的崛起，充滿了無限多的方向。充分發揮學生的主觀能動性，從課堂上做好一個自主實驗開始，培養學生良好的自主創新能力，這可以為他們應用好傳感器的相關知識夯實堅定的基礎。

（3）以解決實際問題為導向。創新創業項目里面，特別注重創意的實際轉化和實用性，這在項目申報和項目展示中體現得特別明顯。

在進行傳感器課程的自主實驗中，能夠讓學生帶著創新創業的思維方式，注重以問題為導向，注重解決實際問題，將會極大的提高自主實驗的成果轉化率，使得實驗不再是簡單的實驗，而是能夠解決問題的實驗。

3 實驗設計實踐

在分析了傳感器實驗課程設計的指導方針后，本文以自主實驗設計為例，分析一個好的自主實驗如何融入創新創業的理念。

以自動澆花器設計為例，系統設計目標為根據當前土壤濕度值，跟用戶設定濕度值對比，如果濕度過低，則從蓄水罐抽水灌溉的系統。該設計涉及土壤溫濕度檢測、液位檢測、控制系統設計、供電設計、整機外觀設計等方面。

土壤溫濕度傳感器除了完成主流傳感器選型之外，還需要學生考慮該傳感器設計的要點，如何融合工業設計等其他學科，設計出外觀優美，針對澆花器使用的傳感器。在這個過程中，學生需要對各種類型的溫濕度傳感器進行對比，分析優缺點，給出選型依據，然后在充分了解溫濕度傳感器的設計原理之后，給出更適合澆花器使用的溫濕度傳感器。該傳感器應該綜合考慮精度，成本以及可靠性方面的因素。

液位檢測主要是蓄水罐的液位檢測。這方面，學生有很多創新設計可以做，可以綜合考慮超聲波傳感器、紅外傳感器以及電容式傳感器，給出每一種傳感器的設計方案，分析優缺點。

控制系統需要支持傳感器成為聯網型，滿足萬物互聯的基本條件，滿足用戶遠程操作和查看的需求。該部分知識需要考慮到其他專業課程的配合，同時需要引入創新創業的理念，設計系統時，不局限于本門課程的知識體系，而是圍繞可用和實用的目標，充分融合自己所學過的全部知識，甚至擴展學習沒有接觸過的知識。

供電則主要考慮在滿足系統用電的電壓和電流的基礎上，系統供電的方便性，可靠性，以及成本問題。

整機外觀設計需要考慮到真實情況使用時的方便性和美觀性。

以上各部分的設計，需要團隊協作才能更好完成，實驗項目的完成，即可同時達到創新創業項目的訓練目標。

4結語

在傳感器與檢測技術實驗平臺設計中，充分融入創新創業的理念，可以更好的提高學生參與到實驗的自主設計中來，提高綜合能力，同時設計得到的傳感器更具有實用性。基于該理念開設的實驗課程，不僅能夠完成規定的教學任務，而且能夠為后續課程的開展墊底基礎。

參考文獻

[1] 徐新黎，許金山，姜娓娓.以工程應用能力培養為目標的傳感器與檢測技術課程建設探索[J].計算機教育，2019（05）：22-24.

[2] 王亞姣，李麗宏，彭宏麗，武夢楠.新工科背景下“傳感器原理與檢測技術”課程實驗教學探究[J].科技創新與生產力，2019（05）：89-91，96.

[3] 鄭春嬌，趙越嶺.“傳感器與檢測技術”實驗教學項目設計[J].實驗室科學，2019.22（01）：37-40.

[4] 鄭春嬌，趙越嶺，姜丕杰.“傳感器與檢測技術”項目教學法探索與實踐[J].教育教學論壇，2018（31）：149-150.

[5] 樊姍，韓蕾蕾，孟超瑩.創新創業教育在機電應用型人才培養體系中的深層次融合研究與實踐[J].科教導刊（中旬刊），2018（12）：178-179.