基于智能制造專業(yè)群中“傳感器及檢測技術(shù)”課程教學(xué)改革研究

文 靈 謝元媛

（烏魯木齊職業(yè)大學(xué)，烏魯木齊 830000）

“傳感器及檢測技術(shù)”課程在理工科自動化類專業(yè)中都有設(shè)置，而且多數(shù)定位為專業(yè)核心課程。該課程在本科學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容主要偏向于工作原理的解析，章節(jié)分配多圍繞傳感器的工作原理進(jìn)行，在檢測技術(shù)方面的授課內(nèi)容更加深入解釋理論原理和例題解析。在高職學(xué)校中，該課程的教學(xué)內(nèi)容更加側(cè)重于傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，章節(jié)授課多以不同的測量為主，傳感器的工作原理部分難度降低。在對“傳感器及檢測技術(shù)”課程中的電氣自動化技術(shù)、機(jī)械制造與自動化、建筑智能化工程技術(shù)這3 個專業(yè)積累一定教學(xué)經(jīng)驗(yàn)后，在專業(yè)群建設(shè)中重構(gòu)該課程教學(xué)內(nèi)容，不斷在實(shí)踐中改進(jìn)教學(xué)策略，希望能夠形成較為系統(tǒng)的課程改革案例。

1 教學(xué)整體設(shè)計(jì)

1.1 教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

“傳感器及檢測技術(shù)”課程在應(yīng)用工程學(xué)院的電氣自動化技術(shù)、機(jī)械制造與自動化、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、汽車檢測與維修技術(shù)、建筑智能化工程技術(shù)等專業(yè)均有開設(shè)。本次改革第一次在機(jī)械制造與自動化專業(yè)中開設(shè)此課程，共有72 課時，其中實(shí)踐課占36 課時。目前，主要依托智能制造專業(yè)群，將各專業(yè)課程統(tǒng)一為“傳感器及檢測技術(shù)”，定位為專業(yè)群的共享平臺課。通過分析智能制造專業(yè)群的崗位，對接企業(yè)劃分崗位能力，確定專業(yè)群的培養(yǎng)目標(biāo)為培養(yǎng)未來智能制造領(lǐng)域的技術(shù)型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才。新型崗位對職業(yè)能力綜合性要求的提高，迫使教師在教學(xué)過程中不斷重構(gòu)課程，以滿足崗位需求[1]。例如，生產(chǎn)過程管理與產(chǎn)品檢測等工作無須專人負(fù)責(zé)，各類高精傳感器完全替代了人工與各種測量設(shè)備，從而衍生出工業(yè)數(shù)據(jù)采集、邊緣設(shè)備接入、智能系統(tǒng)開發(fā)與維護(hù)等新崗位。

“傳感器及檢測技術(shù)”課程設(shè)計(jì)以專業(yè)領(lǐng)域典型應(yīng)用產(chǎn)品為研究對象，根據(jù)智能制造專業(yè)群對應(yīng)的職業(yè)崗位需求，構(gòu)建不同控制要求的自動化系統(tǒng)，以完成“項(xiàng)目”的方式進(jìn)行知識與技能的重組。根據(jù)現(xiàn)有智能制造專業(yè)群涉及的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，將課程應(yīng)用領(lǐng)域分成手機(jī)中的傳感器應(yīng)用、自動化生產(chǎn)線上的傳感器應(yīng)用、汽車車身中的傳感器應(yīng)用、智能家居中的傳感器應(yīng)用以及工業(yè)機(jī)器人上的傳感器應(yīng)用5 個部分。該課程教學(xué)打破以知識為序列組織課程的傳統(tǒng)方式，不僅有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還有利于增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)能力。例如，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)主要的研究對象是工業(yè)機(jī)器人，應(yīng)根據(jù)機(jī)器人常用的傳感器類型與功能設(shè)計(jì)相應(yīng)的課程模塊，并組織學(xué)習(xí)。

1.2 學(xué)情分析

該課程的教學(xué)主體是機(jī)械制造與自動化專業(yè)的學(xué)生。從知識儲備上看，學(xué)生們已經(jīng)具備電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)、電氣工程制圖等相關(guān)基礎(chǔ)知識，掌握了自動化典型設(shè)備工作過程開展的程序、設(shè)備安裝調(diào)試中的排故等基礎(chǔ)技能[2]。根據(jù)課前的學(xué)情調(diào)查，初步確定該課程的授課方式。

通過調(diào)研可知，學(xué)生對自主學(xué)習(xí)筆記和問題清單的完成度較好，樂于帶著問題去學(xué)習(xí)，對生活中常見傳感器的探究興趣也較濃厚。但是，學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識不強(qiáng)，理論學(xué)習(xí)的興趣較低，對教師的依賴性較強(qiáng)，尤其在實(shí)訓(xùn)授課的教學(xué)活動中體現(xiàn)出閱讀理解能力較差、惰性比較突出、喜愛視頻圖片的教學(xué)展示等特點(diǎn)。因此，必須根據(jù)傳感器理論知識和傳感器應(yīng)用開發(fā)技能，精心創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，選擇合適的教學(xué)手段和方法。

1.3 教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合專業(yè)群的人才培養(yǎng)目標(biāo)，對接教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)后的典型工作崗位所需的職業(yè)能力，明確該課程的教學(xué)目標(biāo)。結(jié)合近年來學(xué)校舉辦的課程思政改革項(xiàng)目，在教學(xué)中首先設(shè)定思政育人目標(biāo)。

1.3.1 思政育人學(xué)習(xí)目標(biāo)

通過傳授最新的科學(xué)理論和科學(xué)技術(shù)，以培養(yǎng)愛崗敬業(yè)的專業(yè)技術(shù)人才、實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興為主要理想信念的行為目標(biāo)。新時代中國特色社會主義思想更是在理論、實(shí)踐、制度、文化等方面進(jìn)行了創(chuàng)新，將創(chuàng)新思想融入日常教學(xué)活動，體現(xiàn)本課程“中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化學(xué)習(xí)”的行為指標(biāo)。日常教學(xué)中，要突出職業(yè)素養(yǎng)、敬業(yè)精神的傳授，體現(xiàn)本課程“勞動教育”的行為指標(biāo)。同時，應(yīng)融入時政信息和當(dāng)下熱點(diǎn)信息，從這些時事中體會專業(yè)課程在人們的生產(chǎn)生活中扮演的重要角色，提高學(xué)生的使命感和責(zé)任感，體現(xiàn)本課程“愛黨”“愛國”的行為指標(biāo)。以社會熱點(diǎn)問題、科技重難點(diǎn)問題作為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生展開討論，深入思考專業(yè)技術(shù)在其中扮演的角色和起到的作用，并從人文道德角度考慮在這些問題中應(yīng)具備的素質(zhì)和精神，體現(xiàn)本課程“社會主義核心價(jià)值觀”的行為指標(biāo)[3]。

1.3.2 知識能力目標(biāo)

掌握檢測技術(shù)的基本概念、檢測裝置的基本特性、誤差理論知識以及誤差分析與數(shù)據(jù)處理方法。掌握應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器、壓電式傳感器、溫度傳感器和超聲波傳感器等其他形式傳感器的原理、結(jié)構(gòu)，學(xué)會應(yīng)用非電量檢測技術(shù)及相關(guān)檢測方法。掌握常見的數(shù)字式位置傳感器（角編碼器、光柵傳感器、磁柵傳感、容柵傳感器）的原理及其在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，并掌握常用的手機(jī)傳感器（光線傳感器、距離傳感器、重力傳感器、加速度傳感器、磁場傳感器、陀螺儀）的原理。通過自動化生產(chǎn)線的實(shí)訓(xùn)掌握各類傳感器的功能原理，通過視頻及資料的學(xué)習(xí)掌握工業(yè)機(jī)器人常用傳感器的類型及其功能。

1.3.3 技術(shù)能力目標(biāo)

能夠利用萬用表等常用儀器儀表進(jìn)行各種傳感器性能的檢查；能夠根據(jù)檢測要求合理選用各種類型的傳感器；能夠根據(jù)被測信號的特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)檢測電路；能夠利用不同類型的傳感器設(shè)計(jì)制作相應(yīng)的模塊測量電路；能夠運(yùn)用制作的模塊電路正確測量物理量；能夠用所學(xué)傳感器知識檢修常用傳感器測量電路[4]。

1.3.4 社會能力目標(biāo)

具備熱愛科學(xué)、實(shí)事求是的學(xué)風(fēng)，具備嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)心、全面、追求高效、精益求精的職業(yè)素質(zhì)，具備道德品質(zhì)、溝通協(xié)調(diào)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神以及極強(qiáng)的敬業(yè)精神。

1.4 教學(xué)策略

為實(shí)現(xiàn)本模塊的教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)情調(diào)查情況，依托職業(yè)教育理念，以學(xué)生為主體，運(yùn)用信息化教育平臺全方位育人。利用生產(chǎn)線上實(shí)際應(yīng)用的傳感器激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，把難以理解的理論轉(zhuǎn)化為圖片、動畫、仿真等形式，便于學(xué)生理解和反復(fù)學(xué)習(xí)。通過頭腦風(fēng)暴、線上拓展自學(xué)等教學(xué)方式，把知識點(diǎn)、技能點(diǎn)轉(zhuǎn)化為案例，利用理實(shí)合一教學(xué)法、積極教學(xué)法、問題導(dǎo)向法和線上線下混合教學(xué)法提高教學(xué)效率。通過團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)及學(xué)做結(jié)合的方式，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、知識拓展能力和創(chuàng)新能力，將“工匠精神”的素質(zhì)培養(yǎng)貫穿教學(xué)全過程。教學(xué)策略模塊，如圖1 所示。

圖1 教學(xué)策略模塊

主要的教學(xué)環(huán)境有4 大場景：一是理實(shí)合一的實(shí)訓(xùn)室，內(nèi)部可容納50 個工位，進(jìn)行典型傳感器的性能研究實(shí)訓(xùn)；二是自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室，結(jié)合實(shí)際電氣裝備，讓學(xué)生真正感受傳感器的存在；三是改造的電工室，可以供學(xué)生自主研究傳感器，開發(fā)相關(guān)小產(chǎn)品，如電子秤等；四是工廠內(nèi)生產(chǎn)線場地，采取企業(yè)兼職教師錄制視頻或者現(xiàn)場直播的信息傳遞方式，達(dá)到知識運(yùn)用的目的。

1.5 教學(xué)模塊設(shè)計(jì)

以自動化生產(chǎn)線上的傳感器為例，共分解為6 個子任務(wù)，理論課時8 個，實(shí)踐課時8 個。根據(jù)生產(chǎn)線上傳感器應(yīng)用的廣泛性，設(shè)計(jì)子任務(wù)依次為光電開關(guān)類、接近開關(guān)類、壓力開關(guān)類。每個子任務(wù)都遵循學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，按照以能力為本位、以專業(yè)實(shí)踐為主線、以項(xiàng)目課程為主體的模塊化專業(yè)課程體系的總體設(shè)計(jì)要求，徹底打破學(xué)科課程的設(shè)計(jì)思路，緊緊圍繞工作任務(wù)選擇和組織課程內(nèi)容，突出工作任務(wù)與知識技能的聯(lián)系，讓學(xué)生在專業(yè)實(shí)踐活動的基礎(chǔ)上掌握知識，增強(qiáng)課程內(nèi)容與職業(yè)能力要求的相關(guān)性[5]。例如，壓力傳感器（應(yīng)變式）任務(wù)，共計(jì)4 課時，理論與實(shí)訓(xùn)各占2 課時。其中，理論部分包括新課引入、有效提問、頭腦風(fēng)暴、應(yīng)用案例分析等環(huán)節(jié)，還設(shè)計(jì)了課前自主學(xué)習(xí)任務(wù)及課后小測試。實(shí)訓(xùn)部分主要是理論與實(shí)踐的結(jié)合，包括規(guī)矩樹立、演示示范、學(xué)生自主練習(xí)、教師指導(dǎo)和教師總結(jié)等環(huán)節(jié)。

2 教學(xué)實(shí)施過程與實(shí)施效果

2.1 教學(xué)實(shí)施過程

整體課程每個模塊的課堂教學(xué)實(shí)施主要采用“思、學(xué)、練、拓”的教學(xué)模式，包括課前自主學(xué)習(xí)（發(fā)現(xiàn)問題）、課中知識技能應(yīng)用（解決問題）和成果交流評價(jià)（提升成效）、課后鞏固提高（拓展應(yīng)用），如圖2所示。

圖2 教學(xué)模式

第一，思。充分利用課前階段，通過云班課平臺布置任務(wù)，鼓勵學(xué)生列出問題清單，做到帶著問題進(jìn)課堂，提高學(xué)生課外時間的利用率，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。第二，學(xué)。教師在課堂上搭建情景，針對課前學(xué)生的問題清單設(shè)計(jì)并提出學(xué)習(xí)目標(biāo)。根據(jù)實(shí)訓(xùn)室的條件，利用積極教學(xué)法展示圖片集、視頻集，或者借助大學(xué)慕課依次解決學(xué)生提出的問題，并時刻關(guān)注小組評價(jià)結(jié)果。第三，練。教師根據(jù)實(shí)訓(xùn)現(xiàn)實(shí)條件設(shè)計(jì)應(yīng)用性較廣的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠理論聯(lián)系實(shí)踐，更加深入地掌握理論知識，能夠自主開發(fā)傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。第四，拓。充分利用課余時間，讓學(xué)生自主探討生產(chǎn)線上傳感器作用，并查找資料培養(yǎng)學(xué)生自主研發(fā)的能力。

此過程中，教師要全程觀察評價(jià)學(xué)生，最終根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成度、問題清單的解決度、課堂上的參與度、實(shí)訓(xùn)過程中的主動積極性等給出綜合評價(jià)。評價(jià)貫穿整體教學(xué)過程，讓教學(xué)過程最終形成一個閉環(huán)，激勵學(xué)生不斷提升自己。

2.2 教學(xué)實(shí)施效果

通過實(shí)施以學(xué)生為中心的問題導(dǎo)向教學(xué)方式，充分利用課前、課中、課后階段，延伸學(xué)生學(xué)習(xí)的時間和空間，使他們能夠掌握生產(chǎn)線上常用傳感器的基本原理、測量電路、主要應(yīng)用領(lǐng)域等知識，提升自主解決問題的能力、與同學(xué)溝通協(xié)作的能力、自主研究線路的能力以及獨(dú)立排除故障的能力等，增強(qiáng)時刻遵守職業(yè)道德規(guī)范的意識和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，同時體現(xiàn)重視理論與實(shí)踐結(jié)合的重大意義。以20 級機(jī)械班級的統(tǒng)計(jì)為例，預(yù)習(xí)率85%、互動參與率90%、完成學(xué)習(xí)目標(biāo)80%、操作訓(xùn)練通過率60%，從整體上看實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

2.3 特色與創(chuàng)新

第一，延伸學(xué)時空間。網(wǎng)絡(luò)資源教學(xué)與移動平臺教學(xué)在教學(xué)及反饋中得到了廣泛應(yīng)用，并覆蓋了全部內(nèi)容，提高了課堂效率。第二，教學(xué)環(huán)境多樣化。充分利用教學(xué)資源，為學(xué)生提供更多典型生產(chǎn)案例，使學(xué)生充分了解各種傳感器的實(shí)際應(yīng)用。第三，根據(jù)學(xué)生重點(diǎn)接觸的電氣設(shè)備重構(gòu)課程模塊，采用“夠用、實(shí)用、適用”的理念對課程進(jìn)行整合調(diào)整等改革，整合了模塊、優(yōu)化了理論原理、刪除了復(fù)雜電路研究，將來自汽車企業(yè)生產(chǎn)一線的加工生產(chǎn)線案例融入教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程與生產(chǎn)過程的對接。

3 教學(xué)改進(jìn)措施

要統(tǒng)一和完善學(xué)生學(xué)習(xí)生產(chǎn)線上傳感器模塊時的全過程評價(jià)指標(biāo)，采用以學(xué)生為中心的積極教學(xué)法，并與傳統(tǒng)教學(xué)方法做好合理過渡。分析學(xué)情，根據(jù)學(xué)生現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)，針對學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實(shí)訓(xùn)成果等環(huán)節(jié)，制定過程性的評價(jià)。同時，教師要思考合理運(yùn)用教學(xué)手段及方法，避免課堂環(huán)節(jié)過于煩瑣，導(dǎo)致學(xué)生難以適應(yīng)。應(yīng)多引入新知識、新領(lǐng)域的案例，激發(fā)學(xué)生興趣的同時樹立專業(yè)自豪感。另外，將國語閱讀能力的素質(zhì)培養(yǎng)納入教學(xué)，實(shí)施課外“設(shè)備說明書”閱讀理解任務(wù)，解決學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中讀不懂實(shí)訓(xùn)步驟的問題。

4 結(jié)語

根據(jù)各高職院校專業(yè)群的建設(shè)，重構(gòu)專業(yè)群的核心課程“傳感器及檢測技術(shù)”課程。首先，從教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、學(xué)情分析、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)策略和教學(xué)模塊設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行教學(xué)整體設(shè)計(jì)。其次，從“思、學(xué)、練、拓”的教學(xué)模式出發(fā)介紹教學(xué)實(shí)施過程。由20級機(jī)械班級的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，整體上實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)實(shí)施效果顯著。最后，提出教學(xué)改進(jìn)措施，希望能夠進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力，并為其他課程的教學(xué)改革提供參考借鑒。