高职传感器与检测技术课程多元立体教学软件包的构建

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【摘 要】立足于高职层次，精简传感器教学内容，以应用为导向，探索“建模―模块化”的教学模式，整合各类教学资源，开发高职传感器与检测技术课程的立体教学软件包，作为教学、辅学和自学工具，以期提高学生学习的效率。

【关键词】高职 传感器 立体教学

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）06C-0191-02

一、背景分析

（一）传感器技术发展现状

传感器技术是信息时代信息获取的重要手段之一，它相当于系统的感觉器官，将各种各样形态各异的信息量转换成能够被直接检测的信号。“没有传感器就没有现代科学技术”，因此传感器与检测技术是机电一体化、电子产品的设计与制造、物联网、城市轨道交通控制等领域技术更新和发展的关键。

近几年来，传感器正处于传统型向微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化和网络化等新型传感器转型的发展阶段，多传感器数据融合技术也正在形成热点。各种新型传感器的不断涌现和广泛应用对传感器及检测技术课程的教学和实验，如教学模式、实验内容、教学理念、教材开发、能力培养等提出了更新的要求。

（二）传感器教学现状

任何一种传感器在制造和装配完毕后都必须进行一系列的测试和实验，以确定传感器的基本特性，而目前传感器教学往往侧重讲授传感器的测量原理等基础知识，但未能联系实际，割裂了科学技术与社会的密切联系。课时安排中增加了实验的比重，锻炼学生的动手能力，但实验内容主要涉及测量原理，对实物缺乏感性认识，使得学生在学习了传感器与检测技术课程后却不认识实际使用的传感器、不会根据具体的检测任务选择合适类型、精度的传感器等。强调传感器的专业性强和应用性广，忽略了“标准”“规范”等德育教育；课堂教学的效率和质量大打折扣。

（三）国内外研究现状

针对目前的教学情况，国内外的专家学者展开了大量的研究。国内的研究课题主要集中于教学内容和教学方法的改革，如南京工业大学“传感器实验与理论教学改革的探讨和实践”，无锡机电高等职业技术学校“传感器教学信息化资源开发研究”都取得了一定的研究成果；而国外很多研究机构则主要针对学生在学习传感器时概念转变和能力考察展开研究：康科德教育研究组织Sharimecalf博士开发了一套基于传感器技术的教材，该教材以探究教学模式为理论基础，以基于标准的主题为活动内容，旨在能够最大程度的体现出传感器技术对于学生概念理解和能力培养方面的优势；美国斯坦福大学和著名的研究性教师MissyHolzer设计了基于传感器技术的开放式探究课程及学习活动，旨在为学生提供一种可持续探究和科学学习的方法。

二、立体教学软件包的构建与实施

本课题旨在立足于高职层次，精简传感器教学内容，以应用为导向，探索“建模―模块化”的教学模式，整合各类教学资源，开发课程的立体教学软件包，提高教与学的时效性和实效性。

（一）教学内容项目化

针对高职层次，针对专业方向，选取实际应用中涉及到的检测案例，例如生活中最常用的电子体重秤、轨道交通中的列车时速测量、列车运行定位，工业控制中的加热炉物料检测、压力监测，家用电子产品的温度测量等内容，细化为工作小项目，突出实践，强调测量与分析；再对现有的课程内容加以精简、优化和重组，使理论为实践服务，同时也可以引入科技新成果，以应用为导向，构建适应于高职层次的、不同专业需求的教学内容。

（二）教学方式立体化

走出教室，探索“建模（知识储备）―设计（检测电路的设计、仿真与制作）―试验（数据检测与分析）”的教学模式，将多媒体、教科书与视频、录像、实验设备等结合起来，将对传感器理论的学习立体化，提高教学质量与效率，进行创新型人才教育。

1.建模

通过展示实物、观看视频等方式提出检测任务，指导学生根据提出的项目任务分析检测要求，包括测量内容、测量精度、检测器件与工具等。对任务的分析需要学生去了解详尽的传感器资料，查阅一些专业文献，获得有价值的应用模型，再根据需要建立自己的电路模型，查找IC手册，选择合理的元件及型号等，这就是一个学生知识储备的过程。

2.设计

检测电路初步模型建立后，指导学生借助Protues、Matlab、EWB等仿真软件来设计传感器信号处理电路，通过仿真模拟运行，不仅可以使学生检查电路的工作点、校准测量，还可以直观地观察输出效果；也可以通过实验室中的传感器实验箱完成电路方案的论证，通过不断的仿真、查看、调整、优化，最终确定本项目需要的检测电路并制作。

3.试验

检测电路制作完成后，指导学生构建尽量贴合实际的测量情境，在实验室或者户外完成测量数据的采集，并对比仿真调试和实际调试的结果，分析并形成书面报告。

在整个从提出任务到得到数据的过程中，教师只是个“桥梁”，在学生从“建模”到“设计”之间搭建一个知识平台，提供参考资源、解答理论疑问等；在学生从“设计”到“试验”过程中提供仪器与工具、提供参考方案等。学生的主体地位得到充分发挥。

（三）教学资源多元化

在以上的教学过程中，资源的配备和使用是进行有效设计的前提。利用网络百科，特别是专题网站资源，将多媒体、仿真软件、虚拟实验室与实验仪器相结合，建立传感器与检测技术教学资源库，提高课程教学、课后辅学、学生自学的效率和效果。

1.课堂教学与微课相结合

制作传感器课程教学与实验的微课，以视频为主要载体，针对课程内容的某个重点或者难点，记录教师在课堂之外的教学指导或演示过程，弥补课堂教学时间和空间的不足。

2.专题网站资源与网络百科平台相结合

“传感器之家”“中国传感器网”等专题网站中有详细的传感器种类、型号、新动态、传感知识、传感论坛等模块。应用专题网站进行在线学习不仅可以减轻教师的教学压力，还能扩展学生的知识面，大大提高学习效率，训练学生信息检索、资料筛选的能力。

“百度百科”“维基百科”等网络百科平台是内容开放、自由的、涵盖各领域知识的信息收集与平台，应用这些网络百科作为传感器学习的知识平台，不仅可以通过网络获得知识来补充教学的不足，还可以参与到百科词条的建立、修改、交流和分享。

3.多媒体教学课件与视频录像结合

由于传感器的敏感元件检测比较细微，肉眼是很难看到诸如应变片的变形、磁电式磁场的变化等现象的，因此可以通过多媒体或者flash软件制作相应的动画，再配合视频录像，便于教学后学生对传感现象的理解。

4.虚拟实验室与真实仪器仪表结合

可以用于传感器仿真的软件主要有protues、matlab、EWB、Labview等，教学中可以通过仿真软件进行电路设计与模拟，再通过实验器材观察真实的实验现象，验证仿真结果，优化设计结论。

（四）课程评价实时化

研究建立一个知识、技能、素质综合考量的评价体系，评价过程贯穿于整个“建模”“设计”与“实验”过程，考核学生查阅资料，分析问题的能力，仪器仪表和仿真软件的操作使用能力，电路的设计与制作能力，设计文档的组织与撰写能力，对知识点的消化与吸收情况，自学与创新能力，以及团队合作能力。

三、教学案例

下面以测力的电子秤为例（图示1）说明立体教学软件包的使用与效果。

图1 传感器课程“电子称”学习与实践流程

以上过程可见，传感器立体教学软件包既能够指导学生进行知识学习，又能够指导学生进行实践设计，若在传感器的课堂学习过程中使用该教学软件包，那么教师的意义在于贯穿指导，锻炼学生的自学能力，引导学生进行创造性劳动。

传感器的教学涵盖了城市轨道交通控制、铁道车辆、电气自动化技术、机电一体化技术、应用电子技术、电子信息技术等诸多电子电气类和轨道交通类专业，如何针对不同专业、不同层次、不同需求进行传感器教学设计，提高课程教学的实效性和时效性，是本课题研究的重点。立足于高职层次，以应用为导向，利用各种教学资源，研究高职传感器与检测技术的教学内容、教学模式、能力培养，设计并开发的该课程的立体教学软件包，应用为教学、辅学和自学工具，最大程度地提高传感器学习的效率和效果，实现创新人才教育和德育培养。

【参考文献】

[1]徐天龙，李长城.传感器和检测仪表的现状及发展趋势分析[J].民营科技，2011（12）

[2]林云峰.论检测传感技术在机电一体化中现状、应用及其发展[J].制造业自动化，2011（33）

[3]陆光华.警惕传感器教学的几个误区[J].物理通报，2012（4）

[4]张红.结合传感器课程特点，推进创新型人才教育[J].高教论坛，2010（10）

【作者简介】李翠翠（1983- ），女，山东蒙阴人，柳州铁道职业技术学院电子技术学院讲师，研究方向：电气自动化课程教学。

（责编 丁 梦）