面向移動醫療的智能測溫系統教學改革初探

摘 要 近年來，智能測溫系統的研究和應用方興未艾，引發了移動醫療領域的一系列重大突破。這些領域的發展與變化迫切需要高校電子信息類課程教學迅速跟進，以幫助學生了解前沿技術。論文以新型智能測溫系統為主體，提出了溫度傳感器基礎知識和物聯網應用相融合、電子信息知識和醫療技術應用相融合的課程內容融合模式，圍繞理論教學內容引入了移動醫療的前沿成果案例。這些探索為學生提供了在具體醫療場景下實現移動智慧應用的解決方案和思路借鑒，為電子信息專業課程建設和人才培養提供了豐富有益的參考。

關鍵詞 電子信息；智能測溫系統；移動醫療；教學改革

中圖分類號：G642 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.23.016

Exploration of Teaching Reform of Intelligent Temperature Measurement

System for Mobile Healthcare

LI Liang1， HU Yanling2， HAN Zhenhua1

（1. College of Physics and Electronic Engineering， Xinjiang Normal University， Urumqi， Xinjiang 830054;

2. College of Life and Health. Nanjing Polytechnic Institute， Nanjing， Jiangsu 210044）

Abstract In recent years， the research and application of intelligent temperature measurement systems have been flourishing， triggering a series of major breakthroughs in the field of mobile healthcare. The development and changes in these fields urgently require the rapid follow-up of electronic information courses in universities to help students understand cutting-edge technologies. This paper focuses on a new intelligent temperature measurement system and proposes a course content fusion model that integrates basic knowledge of temperature sensors with IoT applications， electronic information knowledge with medical technology applications. It introduces cutting-edge achievements in mobile healthcare around theoretical teaching content. These explorations provide students with solutions and ideas for implementing mobile intelligent applications in specific medical scenarios， and offer rich and beneficial references for the construction of electronic information courses and talent cultivation.

Keywords electronic information; intelligent temperature measurement system; mobile healthcare; reform in education

隨著經濟的發展，人們的健康意識日益增強，移動、遠程以及智慧體溫監測應用越來越受到關注，如患者監護、公共場合感染者篩查等領域。新型智能測溫系統將非接觸溫度傳感器與物聯網相結合，可實時讀取、記錄和發送體溫數據，為移動智慧醫療領域的測溫需求提供了保障，相關電子產品已成為未來健康醫療類消費電子產品的發展方向之一。

然而，與新型智能測溫系統在智慧移動醫療應用中的重要地位不同，筆者發現目前國內高校電子信息本科專業的相關課程教材中缺乏新型智能測溫系統內容的相關闡述和介紹。“電子信息導論”課程[1-2]是高校電子信息專業大一新生的第一門基礎課，涵蓋了傳感器技術、通信技術、計算機技術這三大部分內容，為學生學習其他后續專業課程奠定了重要的學科基礎。溫度傳感器的相關內容是“電子信息導論”課程傳感器內容教學中的重要組成部分，講述了熱電阻、熱電偶等經典溫度傳感器的性質與應用。這些內容雖然幫助學生奠定了溫度傳感器的基礎知識，但內容較為零散、陳舊，沒有體現與其他內容的有機聯系，沒有體現當下應用的最新成果。因此本部分教學面臨如下難題：一方面教學過程轉變為傳感器參數解讀，學生不易建立新知識體系；另一方面，學生未接觸到前沿的溫度傳感器及測溫系統，教師難以調動學生的積極性和主動性。如何以溫度傳感器部分為核心融合“電子信息導論”課程其他章節的內容，提高溫度傳感器的課堂教學效果，一直為筆者教學團隊所關注。為了解決教學難題和滿足行業需求，筆者團隊重新設計了該課程中溫度傳感器的主要內容，融入了新型發光溫度傳感器及智能測溫系統的構建與應用，目前已經完成了該課程兩輪以上的教學實踐，為“電子信息導論”課程以及智能測溫系統相關內容的課程建設和教學改革進行了一些有益探索。

1" 課程教學目標設計

筆者團隊針對溫度傳感器課程的教學目標進行了適當的調整，更加契合當下醫療應用場景下的智慧應用。該部分內容的主要教學目標是讓學生了解國內外最新發光溫度傳感器、智能測溫系統發展及其在移動醫療領域的應用現狀，對發光溫度傳感器的技術內涵產生一定認識，并掌握相關智能測溫系統的基本模型和設計方法。在完成這部分教學內容之后，學生應達到以下三點具體要求：第一，了解發光溫度傳感器的特性與適用范圍，掌握其工作原理與分析方法。第二，掌握智能測溫系統的運行方式，熟悉智能測溫系統的典型構建策略。第三，熟悉智能測溫系統的典型應用場景，能夠設計可以實時讀取、發送數據的智能體溫測量系統。

2" 課程內容規劃

根據上述教學目標設計，筆者課程團隊對“電子信息導論”課程中溫度傳感器教學內容作了如下考慮和規劃，主要圍繞可穿戴電子產品智能測溫系統發展現狀、發光溫度傳感器原理、新型發光溫度傳感器的經典結構、智能測溫系統工作原理、智能測溫系統的信息加密與解密、智能測溫系統應用六個方面開展課程教學。課程內容首先介紹可穿戴電子產品的智能測溫系統發展現狀，其次闡述其工作原理、靈敏度、信號傳輸過程，最后通過具體案例展示目前國內外具有特色的可穿戴電子產品的測溫應用，充分調動學生的學習積極性和學習熱情。

2.1" 發光溫度傳感器介紹

新型發光溫度傳感器原理的學習是掌握智能測溫系統特性的基礎。該部分內容將以新型發光溫度傳感器的發光特性熱淬滅為切入點。在各種發光特性中，發光溫度傳感器的發射光強度被廣泛用于傳感溫度。目前發光材料的發光強度與溫度之間的特性曲線主要采用Mott-Seitz模型進行分析。為了減少干擾因素，研究人員進一步開發了比率發光溫度傳感器。比率發光溫度傳感器一對發射峰的比值只是溫度的函數。與此同時，相對測溫靈敏度被廣泛用于衡量比率發光溫度傳感器的溫度傳感性能。在課堂教學中，筆者在講解每個知識點時會展示多個發光溫度傳感器實物，幫助學生建立關于發光溫度傳感器的直觀印象，再引導出測溫特性的描述、推導過程，以及影響因素，幫助學生掌握發光溫度傳感器的設計原理。作為一類非接觸式傳感器，發光溫度傳感器的結構決定了其測溫特性與識別方式。因此，該部分內容還重點介紹了新型發光溫度傳感器的經典結構。目前研究顯示，Tb3+/Eu3+發光溫度傳感器的發光易于被識別并定量分析，因此成為一類經典的比率發光溫度傳感器[3]。Tb3+/Eu3+發光溫度傳感器的測溫參數通常為Tb3+與Eu3+的發射峰的積分面積比值或強度比值。其中Tb3+的綠光隨溫度上升呈現嚴重的衰減，通常被用作溫度探針；而Eu3+的紅光受溫度影響較小，通常被用作參比。在課堂實踐中，隨著溫度升高，Tb3+/Eu3+發光溫度傳感器的發光顏色從綠色逐漸轉變為紅色，現象非常明顯，可幫助學生快速理解了相應測溫參數與溫度的函數關系，以及發光溫度傳感器的結構與測溫性能之間的關系。

2.2" 智能測溫系統工作原理

該部分內容將主要考慮發光溫度傳感器、智能手機、網絡之間的連接方式，重點介紹發光溫度傳感器的識別。智能手機一方面可以感知上述發光溫度傳感器的發光變化，另一方面可以建立與物聯網的連接，因此通過智能手機可以將這些傳感器高效連接到物聯網中，從而建立智能測溫系統[4]。目前智能手機是每個學生使用時間最長的電子設備，穩定性好，集成度高，人機交互也非常方便，非常適合用于教學實踐。具體過程如下：用智能手機拍攝發光溫度傳感器的發光圖像，并通過App從發光圖像中建立藍（B）綠（G）紅（R）三種顏色通道的強度和溫度的定量關系，之后依據定量關系提取出發光溫度傳感器的溫度，最后利用智能手機完成溫度信息的存儲與通信。教學團隊在教學中采用創新設計，使用智能手機App輔助完成課程內容的具體應用實踐，避免了搭建傳統溫度傳感器系統過程中常見的導致實驗失敗的因素，如人為失誤和硬件損壞等。因此大一學生對于利用智能手機與發光溫度傳感器建立智能測溫系統非常感興趣，所有學生在短時間內都可完成溫度識別。

2.3" 智能測溫系統的信息加密與解密

信息存儲與讀取是智能測溫系統的另一項重要功能，該部分將介紹目前智能測溫系統主要采用的信息加密與解密方法。基于上述稀土比率發光溫度傳感器可構筑發光QR碼，存在發光溫度傳感器的區域可看作“1”，而其他區域可看作“0”。之后可利用智能手機從發光圖像中提取出發光QR碼的溫度，以及解碼出相關信息。這些發光QR碼具有彩色復用特性，可以進一步提高存儲容量和提供附加功能。這個過程融合了溫度傳感、信息的表示與運算、圖像處理等多個知識點，使學生初步接觸到電子信息課程中多個重要的領域，幫助學生建立溫度傳感器與信息技術、通信技術的聯系。

2.4" 智能測溫系統的應用

用于移動醫療的智能測溫系統作為貼近消費者的溫度測量系統，是可穿戴電子產品的重點集成部分，可以充分調動學生的興趣，因此本部分在教學中特意設置了相關內容。在最新報道中，這些QR碼被分別印在醫用智能標簽和口罩上，實現了對醫用標簽和口罩溫度的實時追蹤。參照相關報道，學生在課堂實踐中復現了前沿研究的成果。該部分一方面以具體需求為導向，以典型智能溫度測量系統為例，開展上述內容的具體應用，指出智能測溫系統在移動醫療領域應用時的特殊設計方法；另一方面，以能力培養為導向，指導學生利用智能手機搭建智能測溫系統，并積極探索了新的移動醫療應用場景。經過以上課堂實踐，學生既掌握了溫度傳感器的通用分析方法，又接觸到了移動醫療領域內智能測溫系統的前沿技術。

3" 課程特色與評價

“電子信息導論”課程溫度傳感器內容的課程建設與教學實踐，源于智能測溫系統和移動醫療的快速發展。課程的各部分內容依次遞進，具有以下特點：①概述消費電子產品和可穿戴電子產品，可調動學生興趣，快速引導學生建立智能測溫系統相關知識體系；②主體內容以溫度的傳感為切入點，過渡到溫度信息的實時追蹤，涵蓋了智能測溫系統的工作原理、結構、信息加密與解密、物聯網等多個層面，促進學生從多個專業方向進行思考，引導學生建立基礎知識與新型消費電子產品的聯系，有助于學生掌握整個測溫系統的運行方式；③選擇用于標簽和口罩溫度監測的智能測溫系統為實例，突出了移動醫療應用特色，為學生提供了融合電子信息與移動醫療的素材，可促進學生建立學科交叉認知，提高學生的移動醫療電子產品設計能力；④配備難度適當的開放式課程設計，促進學生深入理解相關內容。經過不斷完善，學生的學習興趣得到了提高，自主學習能力進一步得到提升，在參與各類創新創業大賽和學科競賽的過程中也展示了極高的熱情。

4" 結語

圍繞筆者所在高校電子信息本科專業開設的“電子信息導論”課程，本論文針對性地分析了溫度傳感器部分的教學定位與教學目標，并以移動醫療應用為特色，規劃了該部分所涉及的智能測溫系統相關課程內容。通過這部分課程內容的教學實踐探索，為師范類院校電子信息專業傳感器、信號與系統、物聯網應用等相關課程內容的教學改革與完善提供了一種值得借鑒的建設思路，進而助力培養符合消費電子產品和移動醫療行業快速發展需求的厚基礎寬口徑的高素質應用型電子信息專業人才。

*通信作者：韓振華

基金項目：新疆維吾爾自治區科學技術廳青年科學基金（2022D01B116）；新疆維吾爾自治區“天池英才”引進計劃；新疆師范大學教學研究與改革項目“工程教育專業認證理念下的新工科專業建設研究——以電子信息一流專業建設為例”（SDJG2023-09）；2021年第一批―教育部產學合作協同育人項目“基于PROTEUS軟件的電子信息專業核心課程仿真教學師資培訓”（202101138049）；南京科技職業學院“科研北斗計劃”項目（NJPI-2023-04）。

參考文獻

[1] 張慶輝，陳衛東，王彩紅，等.電子信息科學與技術專業導論：21世紀高等學校規劃教材·電子信息[M].北京：清華大學出版社，2013.

[2] 楊杰.電子信息工程概論[M].北京：電子工業出版社，2020.

[3] 楊永晟，王克志，趙震，等.稀土銪、鋱配合物在溫度發光傳感領域的研究進展[J].中國稀土學報，2021（1）：88-109.

[4]" " "F.C.B.Ramalho，Sandra F. H. Correia，Lianshe Fu，et al.Luminescence Thermometry on the Route of the Mobile-Based Internet of Things（IoT）：How Smart QR Codes Make It Real[J].Advanced Science，2019，8（19）：1900950.