基于一體化教學的傳感器實驗室建設研究

陳 琳

（常州信息職業技術學院電子與電氣工程學院，江蘇 常州 213164）

基于一體化教學的傳感器實驗室建設研究

陳 琳

（常州信息職業技術學院電子與電氣工程學院，江蘇 常州 213164）

從高職院校人才培養目標出發，分析了高職院校傳感器實驗教學和實驗室現狀，提出了傳感器實驗室改建的四個原則，創建了三個層次的開放性實踐體系，并闡述了“教、學、做、創”一體化教學實踐過程。

傳感器；實驗室改建；一體化教學

傳感器技術、通信技術和計算機技術是現代電子信息技術的三大支柱，傳感器技術是信息獲取與交換的核心，被列為近十年來世界現代電子技術的首位。“傳感器技術及應用”課程屬于我院電氣自動化專業課程體系中的職業崗位專項技能學習領域，旨在為地方產業的裝配崗、測試崗培養高技能應用型人才。

長期以來，該課程在教學方法上仍然以課堂講授為主；在教學內容上主要講解傳感器的工作原理、內部結構、特性及簡單應用；在實踐教學中仍然沿用CSY系列實驗系統。整個教學過程枯燥乏味，學生學起來艱澀難懂，缺乏學習興趣，實踐動手能力差，更無法得到相應崗位技能的訓練。因此，傳感器課程的教學改革迫在眉睫，而教改的首要任務便是建設符合人才培養規格的先進的實驗實訓條件。

1 傳感器實驗室現狀分析

我校傳感器實驗室現有主要設備是CSY－998型傳感器系統實驗箱，其優點是能夠幫助學生加深對理論知識的理解，掌握典型傳感器的工作原理，而缺點是大多用于驗證性實驗，與企業生產實踐嚴重脫節，缺乏創新，與大多數高職院校、本科院校的傳感器實驗現狀相類似，既無法激發學生的學習熱情，又限制了學生的學習思維，同時難以體現高職人才培養特色，更難以保證和支撐電氣自動化專業人才培養的專項技能要求。

因此對于高職高專院校來說，合理地設置和建設專業實驗室、積極開展實驗教學改革、通過有效管理提高實驗設備的利用率，這些措施對于培養出合格的專業技術高技能人才都將起到關鍵性作用［1］。

2 傳感器實驗室建設原則

為了適應競爭激烈的就業形勢，提高電氣自動化專業人才質量，加強專業課程設置的技術含量，體現高職特色，必須將專業實驗室的建設與社會和企業的需求相結合，培養崗位技能和職業能力，從而使學生一走上工作崗位便能適應企業的生產工作，實現“零距離就業”，同時為今后的職業成長奠定良好的基礎。基于此，按照一體化項目教學模式對我校傳感器實驗室進行改建，具體改建原則為：

（1）項目導向原則。傳感器是一門實踐性很強的課程，但一直以來，由于受教學和實踐條件的限制，側重于教師講授，而學生實踐動手較少。隨著測控技術的不斷發展，傳感器的教學應從信號獲取和系統集成的高度進行內容重構［2］，與后續專業課程相結合，突破就器件論器件的局限性，形成“信號→信息→系統”的學習體系。基于這一教學思路，選擇一體化項目教學方式，以構建一個檢測系統作為一個項目設計內容，實驗室改建則必須依據項目設計內容。

（2）崗位需求原則。作為一所服務于地方產業的高職院校，需要樹立“按需定才”的指導思想，企業需要什么樣的人才，學校就培養什么樣的人才［3］。按照我院電氣自動化專業“素質良好、專業扎實、特長突出”的總體人才培養目標，根據崗位需求認真分析測試崗的職業內容，按照典型工作任務設計一體化項目教學內容，項目設計主要針對溫度、力、位移、光等物理量構建檢測系統。

（3）校企合作原則。為了保證與企業生產實踐相結合，最大限度地利用企業有效資源，通過積極深入市場與企業一線，認真分析地方產業結構與發展趨勢，尋找校企合作的結合點。選擇了地方行業龍頭企業梅特勒－托利多稱重設備系統有限公司、宏事達電氣制造有限公司以及常州金土木工程儀器有限公司，校企合作共建傳感器實驗室，依照行業標準、崗位技能要求以及崗位工作流程等，共同設計自動稱重檢測系統、直線位移檢測系統和傾斜度檢測系統等項目內容和實踐過程，同時聘請企業工程師作為校內兼職教師，為學生帶來生產一線的工作經驗。

（4）先進開放原則。開放性實驗室為學生在自主學習和科研訓練中培養創新精神、創新能力提供了很好的鍛煉平臺［4］。開放性的前提是要保證實驗室的先進性，通過校企合作，企業為培養更多掌握新技術的應用型人才、培育潛在用戶，積極將最新成果、最新設備引入課堂，從而使教學內容和實訓設施建設始終與技術發展保持同步［3］，為學生和教師提供了一個先進的實踐平臺。

在此平臺上，創立從實踐教學，到學生的畢業設計選題，到優秀學生自行設計實驗內容和自選研究課題，以及教師創新項目研究的全過程全方位開放性實驗體系［4］，將科研和教學融合一體，從而鍛煉學生的實踐技能，培養學生的創新思維。

3 多層次實踐平臺創建

為了建立一套開放性實驗體系，設計創建多層次實踐平臺，如圖1所示。

圖1 多層次實踐平臺架構Fig.1 The structure of multi level practical platform

第一層次，設計開發基于LabVIEW的仿真實驗系統，這部分主要由教師帶領興趣小組、特長生工作室的學生開發完成。例如開發熱電效應、壓電效應、光電效應等的傳感器原理仿真實驗，以及開發溫度檢測系統、自動稱重檢測系統等的系統仿真實驗。主要用于教師課堂講解分析，為學生進行項目的系統設計做必要的知識鋪墊。

第二層次，依賴于現有的實驗設備CSY系統實驗箱，主要用于驗證性實驗和綜合性實驗。驗證性實驗為了幫助學生掌握傳感器的基本原理，例如金屬箔式應變片實驗、光纖位移傳感器實驗等；綜合性實驗為了幫助學生掌握傳感器的簡單應用，例如溫度控制與顯示綜合實驗等，為學生進行項目的系統設計做必要的動手訓練。

第三層次，以測試測量領域先進的虛擬儀器技術為主要手段，從系統集成的高度進行項目的設計。幫助學生建立檢測系統的概念，并能動手設計構建典型的檢測系統。所需要的主要設備為美國國家儀器公司研發生產的ELVIS（educational laboratory virtual instrumentation suite）平臺和相應的數據采集卡，以及多種工業傳感器。借助于先進的虛擬儀器平臺，學生可以按照自己的想法自主設計多種測試、測控系統，教師可以進行科技創新，并將承擔過的科研項目分解、提煉為教學項目。

基于上述三個層次，可以實現將實驗室建設為集教學科研一體的開放性實驗實踐體系，學生還可在此平臺上進行興趣小組等課外活動，完成畢業設計以及進行創新研究。

4 “系統集成式”一體化項目設計

在工業生產過程中，傳感器的應用無處不在，傳感器的種類成千上萬，但在進行一體化項目設計和傳感器實驗室建設過程中，卻不可能面面俱到。基于以上所描述的傳感器實驗室四個改建原則，經過企業調研，根據測試崗的典型工作任務，從“系統集成”的高度，選取在工業生產過程中應用最為普遍的五類傳感器構建典型檢測系統，以此對傳感器實驗室進行總體建設規劃。具體設備的選擇與購買、一體化教學項目的設計、實驗室管理規范等都緊緊圍繞構建這五類典型檢測系統展開。從而訓練學生的動手能力、系統設計能力和創新能力，提升學生的職業技能和職業素養。

（1）溫度檢測系統。溫度是工業檢測過程中檢測最多最普遍的物理量之一，又與日常生活息息相關，因此，選取典型工業溫度傳感器構建溫度檢測系統。項目設計主要內容包括：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、集成溫度傳感器工作原理的學習，溫度補償電路的設計與分析，在電路制作板上設計制作測量調理電路，通過數據采集卡采集調理信號，采用LabVIEW圖形化編程語言編程實現溫度的綜合顯示，最終設計完成溫度的獲取→電壓信號的調理、采集→溫度實時顯示，從而構建完整的自動溫度檢測系統。

（2）自動稱重檢測系統。設計自動稱重檢測系統教學項目主要是針對地方產業。常州的衡器制造業在國內享有盛譽，有國際知名的衡器制造廠商梅特勒－托利多衡器公司，有本地知名的衡器系統集成商宏事達電氣制造公司等等。此項目引進合作企業的典型衡器，與企業兼職教師共同設計，項目設計主要內容包括：稱重傳感器的裝配與調試、誤差測試與調整技術、故障分析、在電路制作板上設計制作測量電路、進行信號調理分析，以及采用虛擬儀器技術構建自動稱重檢測系統。

（3）傾斜度檢測系統。此項目設計與常州金土木工程儀器有限公司合作，依托其在校內的研發機構，目的是讓學生了解一些特種傳感器的應用。項目設計主要內容包括：傾斜度傳感器測量電路的設計，信號的調理與分析，傾斜度檢測系統的構建。

除以上所描述的三類典型檢測系統外，還設計了直線位移檢測系統、光電檢測系統，這五類檢測系統的項目設計，主要側重點在于典型工業傳感器測量轉換電路的設計，輸出信號的調理與分析以及檢測系統的構建，形成了完整的“信號→信息→系統”的學習體系。

5 “教、學、做、創”一體化教學實踐

傳感器實驗室按照一體化項目教學模式改建后，日常教學將在實驗室進行。首先，教師由工業生產展開，引出檢測系統的背景、項目要求等，并進行傳感器等預備知識的講解，主要教學手段為多媒體課件、仿真實驗平臺和各種傳感器實物等；首先，學生在CSY實驗系統上進行原理驗證、傳感器結構和簡單應用的學習；其次，由教師布置具體項目任務，引導學習方法，學生根據任務要求查閱相關資料，進行傳感器的選型、測量調試電路的設計和搭建以及檢測系統的設計；最后，由學生借助虛擬儀器平臺完成檢測系統的構建，并進行數據的分析處理。教師還可根據學生的具體學習情況，引導學生在虛擬儀器平臺上進行創新性的設計和研究。“教、學、做、創”一體化教學過程如圖2所示。

圖2 “教、學、做、創”一體化教學過程Fig.2 The integrated teaching process of“teaching，learning，doing，creating”

“教、學、做、創”一體化教學過程，依賴于三個層次的實踐平臺，從傳感器原理到傳感器的選型，到測量調理電路的設計，到檢測系統的構建，到測試數據的分析處理，涵蓋了傳感器理論、電工電子技術、虛擬儀器技術、誤差理論與數據處理等，全面培養了學生的實踐技能，極大調動了學生的學習熱情。

6 結 語

基于“教、學、做、創”一體化教學的傳感器實踐平臺，對學生能力的培養貫穿于教學過程、課外活動和畢業設計等多個環節，是一套行之有效的改建方案，該實踐平臺在具體實施中還將計劃設計遠程方案、并配套一體化項目講義和教材等。

［1］ 方貴盛.機電一體化專業實驗室建設與管理［J］.實驗室研究與探索，2011，30（12）：212－216.

［2］ 潘雪濤，周祥才，黃兆梁，等.“傳感器原理及應用”重點課程建設的探索與實踐［J］.常州工學院學報，2007，20（6）：85－88.

［3］ 秦益霖.高職自動化專業“工學結合”人才培養模式探索與實踐［J］.中國職業技術教育，2011（2）：5－8.

［4］ 耿新，陳心浩，姜臣林.開放性實驗室建設的實踐與探索［J］.實驗室研究與探索，2011，30（12）：150－152.

Study on the Alterations of Sensor Laboratory Based on Integrated Teaching

CHEN Lin
（School of Electronic and Electrical Engineering，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China）

Starting from personnel training objectives of higher vocational colleges，the paper analyzes the experimental teaching and laboratory status in sensor curriculum，puts forward the four principles of the sensor laboratory alterations，creates three levels of an open practical system，and describes the“teaching，learning，doing，creating”integrated teaching practice.

sensor；laboratory alterations；integrated teaching

G 482

A

1671－7880（2012）05－0030－03

2012－06－26

陳琳（1978— ），女，講師，主要從事虛擬儀器技術、傳感器技術研究。