高職傳感器應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)改革探析

吳永娜

摘要：高職院校傳感器應(yīng)用技術(shù)課程改革是為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實際操作能力。本文通過教學(xué)實踐，對傳感器應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容、實踐內(nèi)容、教學(xué)方法和項目作品保存方式進行了改革。在教學(xué)及實踐內(nèi)容方面，增加了最新技術(shù)和應(yīng)用案例，加強了傳感器原理和應(yīng)用場景的講解，提高了學(xué)生的實際操作能力。在教學(xué)方法方面，采用了案例教學(xué)、問題導(dǎo)向教學(xué)和團隊合作學(xué)習(xí)等方法。在項目作品保存方式方面，建立了項目作品庫。通過這些改革，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的實際操作能力和創(chuàng)新思維。這些改革為學(xué)生的就業(yè)和發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高職院校；物聯(lián)網(wǎng)；傳感器應(yīng)用技術(shù)；課程改革；教學(xué)

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）36-0162-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

0 引言

傳感器應(yīng)用技術(shù)是高職院校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)、電子工程技術(shù)等專業(yè)的一門重要課程。該課程涉及多個領(lǐng)域的知識，是一門理論與實踐相結(jié)合的課程。在傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程中，高職學(xué)生對內(nèi)容枯燥的傳感器理論內(nèi)容學(xué)習(xí)效率較低，對實踐性環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)較感興趣，這促使高職院校教師必須創(chuàng)新教學(xué)方法，注意理論知識結(jié)合生活和社會實踐，增強教學(xué)的生動性和有效性，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)出學(xué)以致用的實用人才。因此，對該課程進行改革是必要的。本文將從教學(xué)及實踐內(nèi)容、教學(xué)方法、項目作品保存方式等方面探討高職院校傳感器應(yīng)用技術(shù)課程的改革。

1 教學(xué)及實踐內(nèi)容的改革

傳感器應(yīng)用技術(shù)涉及多個領(lǐng)域，需要掌握多個學(xué)科的知識。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教學(xué)內(nèi)容主要集中在傳感器的基本原理和測量方法上，這些內(nèi)容難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。因此，需要增加實踐教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在實際操作中掌握傳感器應(yīng)用技術(shù)的基本知識和技能。

在教學(xué)中，可根據(jù)最新的科技發(fā)展動態(tài)，增加一些新型傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的內(nèi)容，讓學(xué)生了解傳感器在實際應(yīng)用中的具體應(yīng)用場景和應(yīng)用效果，如物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等，提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力。下面是幾個具體的案例。

1.1物聯(lián)網(wǎng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是傳感器應(yīng)用技術(shù)的重要方向之一，它們的應(yīng)用范圍非常廣泛，例如智能家居、智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。在課程的教學(xué)中，可選擇一個簡單的傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真實驗作為示例，例如基于Arduino或樹莓派的傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真實驗。這個示例中，使用串口通信來模擬傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸。在具體的代碼中，通過編寫傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)采集代碼、匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)接收和處理的代碼，以及顯示界面的代碼等來實現(xiàn)。

1.2智能傳感器技術(shù)

智能傳感器技術(shù)是另一種重要的傳感器應(yīng)用技術(shù)，通常集成了傳感器和微處理器，可以實現(xiàn)自主控制、自校準(zhǔn)、自診斷等功能。智能傳感器技術(shù)的應(yīng)用范圍也很廣泛，例如工業(yè)自動化、醫(yī)療健康、交通等領(lǐng)域。在智能傳感器中，需要考慮傳感器的精度、線性度、靈敏度等問題，同時還需要考慮數(shù)字信號輸出、通信協(xié)議等問題。

在這部分授課內(nèi)容中，可以設(shè)計一個“基于智能傳感器的溫濕度測量系統(tǒng)”作為案例，在這個案例中，利用溫濕度傳感器來采集數(shù)據(jù)，使用微控制器來處理數(shù)據(jù)，并使用串口通信或網(wǎng)絡(luò)通信來輸出數(shù)據(jù)。在軟件設(shè)計階段，需要編寫代碼實現(xiàn)溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)采集、微控制器進行數(shù)據(jù)處理和輸出，以及結(jié)果的顯示等。

1.3傳感器應(yīng)用技術(shù)的行業(yè)新趨勢

介紹傳感器在智能家居、自動駕駛、環(huán)保、健康醫(yī)療等領(lǐng)域的最新應(yīng)用和技術(shù)趨勢。通過實例講解各種傳感器在這些領(lǐng)域的應(yīng)用和創(chuàng)新。例如可以給出一個基于多種傳感器的自動駕駛系統(tǒng)的代碼實現(xiàn)，包括各種傳感器的數(shù)據(jù)采集和融合、決策和控制等，讓學(xué)生在實際操作中掌握多種傳感器的使用方法和調(diào)試技巧。

2 教學(xué)方法的改革

教學(xué)方法是影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要因素之一。在傳感器應(yīng)用技術(shù)課堂上，除原理性較強的內(nèi)容可采用傳統(tǒng)講授法外，也應(yīng)結(jié)合所授課內(nèi)容，增加多種教學(xué)方法的應(yīng)用，以提高教學(xué)效果。

具體來說，除了傳統(tǒng)的授課方式外，還可以結(jié)合以下幾種教學(xué)方法。

2.1多媒體教學(xué)法

利用多媒體技術(shù)，在課件中加入一些動畫和視頻，把傳感器內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)和運行時復(fù)雜的電磁關(guān)系形象地展現(xiàn)出來，讓學(xué)生更容易理解傳感器的結(jié)構(gòu)和工作過程，把抽象難懂的理論和概念轉(zhuǎn)變成直觀、便于觀察和認(rèn)知的內(nèi)容，更有得于學(xué)生掌握和學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容。

2.2 項目式教學(xué)法

以“學(xué)生為主，教師為輔，師生互動”的方式完成具體項目的創(chuàng)作。學(xué)生以小組的形式完成各階段的項目，強調(diào)學(xué)生的主導(dǎo)性、能動性，注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及積極性。

下面以“智能家居溫濕度傳感系統(tǒng)”為例，簡要介紹項目式教學(xué)法的實施過程：

1） 項目導(dǎo)入：在項目導(dǎo)入階段，引入整個項目的背景和目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，并讓他們了解智能溫濕度傳感系統(tǒng)的應(yīng)用意義和需求；

2） 團隊組建：以自由組合形式組成開發(fā)小組，每個小組3-4名學(xué)生，鼓勵他們進行合作與協(xié)作；

3） 設(shè)計方案：學(xué)生們在小組中共同討論并設(shè)計智能溫濕度傳感系統(tǒng)的整體方案。這包括確定所需的材料和設(shè)備，定義系統(tǒng)功能與特性，以及制定項目計劃和時間安排，教師引導(dǎo)學(xué)生確定可行的方案；

4） 硬件和軟件準(zhǔn)備：學(xué)生根據(jù)設(shè)計方案所需的材料和設(shè)備，準(zhǔn)備和搭建電路，同時學(xué)習(xí)和練習(xí)使用對應(yīng)開發(fā)板的編程技能。

5） 編程開發(fā)：學(xué)生根據(jù)設(shè)計方案，使用相應(yīng)開發(fā)環(huán)境編寫程序，實現(xiàn)溫濕度傳感器數(shù)據(jù)的讀取和處理，通過無線通信模塊控制和提示系統(tǒng)，過程中教師提供必要的技術(shù)支持。

6） 測試與調(diào)試：學(xué)生進行系統(tǒng)的測試和調(diào)試，確保溫濕度傳感器能夠準(zhǔn)確測量室內(nèi)溫度濕度，系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)定的閾值進行相應(yīng)的操作和提示，這個過程中，教師可提供必要的答疑解惑。

7） 反思和改進：進行項目的反思和改進，回顧整個項目的過程和成果，討論遇到的問題和挑戰(zhàn)，并提出改進的意見和建議。

8） 展示與分享：學(xué)生們向其他小組或全班展示他們的智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)，分享設(shè)計思路、實現(xiàn)過程和遇到的經(jīng)驗，促進彼此的學(xué)習(xí)和交流。

通過以上步驟，學(xué)生可以在實踐中掌握傳感器技術(shù)的基本原理和應(yīng)用方法，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力、問題解決能力和團隊合作精神。在項目實施過程中，教師扮演指導(dǎo)者和支持者的角色，提供必要的支持和指導(dǎo)，鼓勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)和解決問題，成為項目的主要推動者和學(xué)習(xí)的實踐者。

2.3 跨學(xué)科課程教學(xué)

在講授相關(guān)傳感器知識時，將計算機中不同學(xué)科的知識和技能有機地結(jié)合在一起，實現(xiàn)多學(xué)科合作和綜合學(xué)習(xí)，如：

1） 云計算與大數(shù)據(jù)：在涉及相關(guān)數(shù)據(jù)計算及處理時，可結(jié)合計算機的云計算和大數(shù)據(jù)處理的基本概念和技術(shù)，例如云服務(wù)、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)等。學(xué)習(xí)如何將傳感器數(shù)據(jù)存儲在云端，使用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)來分析和計算這些數(shù)據(jù)，應(yīng)用于傳感器的處理和分析，以提取有價值的信息。

2） 網(wǎng)絡(luò)通信與安全：傳感器數(shù)據(jù)的通信需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，因此，在涉及這部分內(nèi)容時，應(yīng)先了解網(wǎng)絡(luò)通信的基本原理、協(xié)議和技術(shù)，例如TCP/IP協(xié)議、HTTP協(xié)議等；此外，還應(yīng)掌握網(wǎng)絡(luò)安全的基本概念和技術(shù)，例如身份驗證、加密通信等，利用這些知識和技術(shù)可以確保傳感器數(shù)據(jù)的安全傳輸和存儲。

3） 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)：傳感器技術(shù)結(jié)合嵌入式編程、硬件接口等知識可完成大部分智能家居系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何使用這些技術(shù)來開發(fā)和控制物聯(lián)網(wǎng)傳感器的嵌入式系統(tǒng)。

4） 環(huán)境科學(xué)：傳感器應(yīng)用技術(shù)課程還可以與環(huán)境科學(xué)結(jié)合，探討環(huán)境監(jiān)測和保護的方法和技術(shù)。例如，在講授MQ-2、HS1101、PH傳感器時，可以結(jié)合環(huán)境科學(xué)中的空氣和水質(zhì)監(jiān)測的知識進行講解。

將傳感器應(yīng)用技術(shù)內(nèi)容與其他學(xué)科結(jié)合，可以實現(xiàn)多學(xué)科合作和綜合學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，同時也可以促進教師的專業(yè)發(fā)展和跨學(xué)科交流；教師在指導(dǎo)學(xué)生項目設(shè)計過程中，也可以整合不同學(xué)科的教學(xué)資源，提供多樣化的學(xué)習(xí)材料和工具。有針對性地為學(xué)生提供涉及不同學(xué)科的參考書、在線資源、實驗設(shè)備等，讓學(xué)生能夠綜合利用各種資源進行學(xué)習(xí)和探索。

2.4 虛擬仿真教學(xué)法

虛擬仿真教學(xué)法是一種利用計算機技術(shù)和虛擬環(huán)境來模擬實際場景和操作的教學(xué)方法，由于環(huán)境、安全等客觀因素，在傳感器應(yīng)用技術(shù)課程中應(yīng)用這種教學(xué)方法有其獨特的優(yōu)勢。下面以MQ-2傳感器為例，介紹如何通過虛擬仿真教學(xué)法組織教學(xué)活動：

1） 確定教學(xué)目標(biāo)：明確教學(xué)目標(biāo)，例如學(xué)生需要理解MQ-2傳感器的原理、掌握MQ-2傳感器的應(yīng)用場景和使用方法等。

2） 選擇虛擬仿真軟件：選擇適合的虛擬仿真軟件，例如Arduino、Tinkercad等，這些軟件提供了MQ2傳感器模型和實驗環(huán)境。

3） 設(shè)計虛擬場景和任務(wù)：設(shè)計一個室內(nèi)環(huán)境中的氣體檢測系統(tǒng)的虛擬場景。任務(wù)是在不同的氣體濃度條件下，使用MQ-2傳感器進行氣體檢測并進行數(shù)據(jù)記錄和分析。

4） 開發(fā)虛擬仿真環(huán)境：利用虛擬仿真軟件，開發(fā)虛擬仿真環(huán)境。包括設(shè)計MQ-2傳感器模型，設(shè)置室內(nèi)環(huán)境的物理特性和參數(shù)，編寫交互邏輯和控制代碼等。

5） 教學(xué)資源開發(fā)：根據(jù)虛擬仿真環(huán)境，編寫相應(yīng)的教學(xué)資源，如實驗指導(dǎo)書、實驗報告模板、教學(xué)視頻等。這些教學(xué)資源應(yīng)該能夠引導(dǎo)學(xué)生進行實際操作和思考，并提供相應(yīng)的解析和反饋。

6） 教師培訓(xùn)和學(xué)生指導(dǎo)：為教師提供相應(yīng)的培訓(xùn)和指導(dǎo)，幫助他們熟悉和掌握虛擬仿真教學(xué)法的實施方法和技巧。同時，為學(xué)生提供相應(yīng)的指導(dǎo)和支持，引導(dǎo)他們進行虛擬仿真操作和學(xué)習(xí)。

7） 評估和反饋：對虛擬仿真教學(xué)法進行評估和反饋。通過教學(xué)評估和學(xué)生反饋，了解教學(xué)效果和改進的方向，不斷完善和優(yōu)化虛擬仿真教學(xué)法。

通過以上教學(xué)活動的實施，學(xué)生可以在虛擬仿真環(huán)境中進行MQ-2傳感器的實驗操作和數(shù)據(jù)處理，了解MQ-2傳感器的工作原理和應(yīng)用方法。同時，教師可以通過虛擬仿真教學(xué)法提供更加豐富和靈活的教學(xué)內(nèi)容和實驗場景。

以上措施的綜合應(yīng)用，可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和主動性，提高他們在傳感器應(yīng)用技術(shù)實踐教學(xué)中的參與度和學(xué)習(xí)效果。

3 項目作品保存方式的改革

從以往經(jīng)驗來看，學(xué)生每學(xué)期的項目設(shè)計作品都以實物形式保存下來，這存在著如下弊端。

3.1 實物作品易受環(huán)境影響

傳感器實物作品通常需要使用電子元件和機械設(shè)備來檢測和傳遞信號，因此容易受到環(huán)境的影響，例如溫度、濕度、灰塵、磁場等。這些因素可能導(dǎo)致作品的損壞或性能下降，影響其長期保存和使用。

3.2 維護和保養(yǎng)難度大

傳感器實物作品需要定期進行維護和保養(yǎng)，例如清潔、檢查、更換部件等。由于傳感器作品通常比較復(fù)雜，維護和保養(yǎng)的難度較大，需要具備一定的專業(yè)知識和技能。

3.3存儲空間限制

傳感器實物作品通常較大，需要占用一定的空間進行存儲。而實驗空間有限，對作品的長期保存造成一定的限制。

3.4優(yōu)秀作品的影響力有限

由于作品存在著一定時效性，導(dǎo)致部分優(yōu)秀作品無法在更廣泛的時空范圍內(nèi)展示和傳播，這些作品的影響力對新一屆學(xué)子有非常好的帶動作用，可能會啟發(fā)師弟師妹創(chuàng)作更多更好的作品，甚至可以擴大本專業(yè)的知名度和影響力，讓更多的人了解和欣賞這些作品的價值和意義。

為了解決上面這些問題，結(jié)合現(xiàn)階段短視頻制作的興起，教師設(shè)計了如下圖所示的教學(xué)流程：

此項目中的輔助教學(xué)網(wǎng)站主頁如圖2所示，其中的“作品展示”模塊為存放歷屆學(xué)生的優(yōu)秀作品視頻展示模塊，如圖3所示；同時可以把課程的相關(guān)資料都放于網(wǎng)站上，供學(xué)生參考學(xué)習(xí)。

實踐證明，這種教學(xué)模式是可行的，其優(yōu)點在于：

1） 提升學(xué)生的自信心和認(rèn)可度：將學(xué)生的優(yōu)秀作品公開展示給更多人，可以增加學(xué)生的自信心和認(rèn)可感。這有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和創(chuàng)造力，進一步提升學(xué)習(xí)成果和能力。

2） 促進學(xué)習(xí)和經(jīng)驗的交流：通過展示學(xué)生的優(yōu)秀作品，可以為其他同學(xué)提供學(xué)習(xí)的范例和借鑒。這有助于促進學(xué)生之間的交流和合作，推動知識和經(jīng)驗的共享，提高整個專業(yè)的學(xué)術(shù)水平和實踐能力。

3） 增加作品的影響力和可見度：將作品展示在網(wǎng)站上，可以讓更多人欣賞和學(xué)習(xí)。這樣作品的影響力和可見度會得到提升，有可能吸引到潛在的雇主、合作伙伴或相關(guān)行業(yè)的專家關(guān)注，為學(xué)生的職業(yè)發(fā)展提供更多機會和選擇。

4） 建立學(xué)校形象和知名度：通過展示學(xué)生優(yōu)秀作品的網(wǎng)站，可以提升學(xué)校的形象和知名度。這有助于吸引更多優(yōu)秀的學(xué)生和教師加入學(xué)校，增加校內(nèi)外的關(guān)注和支持。

5） 方便分享和傳播：通過網(wǎng)站，作品可以輕松地分享給更多人，包括在校內(nèi)外的師生、業(yè)界專家和社會大眾。這樣可以加大作品的傳播范圍，提高作品的影響力和受到關(guān)注的程度。

4 結(jié)語

多輪教學(xué)實踐表明，以上教學(xué)手段的實施，使物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)傳感器應(yīng)用技術(shù)課程的課堂氛圍更加活躍，教學(xué)內(nèi)容更加豐富，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)信心有較大提高。隨著物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，傳感器的應(yīng)用將更加多樣化、智能化，課程的教學(xué)內(nèi)容也將不斷更新完善，需要教師持續(xù)探索實踐，使這門專業(yè)課程能更好地適應(yīng)學(xué)科及專業(yè)的發(fā)展要求，為學(xué)生的未來職業(yè)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

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【通聯(lián)編輯：王 力】