任務(wù)驅(qū)動(dòng)下的高職《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課程教學(xué)改革探索

□王云興 鄒小金 黃海軍

一、引言

2016年4月，工信部、國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部聯(lián)合發(fā)布《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016～2020年)》，為“十三五”期間，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展描繪了清晰的藍(lán)圖。特別是2017年3月5日，第十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)第五次會(huì)議在北京人民大會(huì)堂開幕，國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)作政府工作報(bào)告，指出加快新材料、人工智能、第五代移動(dòng)通信等技術(shù)研發(fā)和轉(zhuǎn)化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是人工智能、第五代移動(dòng)通信中的關(guān)鍵領(lǐng)域，而傳感器與相關(guān)檢測(cè)技術(shù)又是物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵部分，所以《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》這門課程的重要性不言而喻。該課程具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性，是電子信息工程、通信工程、自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化等工科專業(yè)專業(yè)核心課程。

目前，高職院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)為“以能力培養(yǎng)為根本，注重素質(zhì)教育，培養(yǎng)社會(huì)需要的高素質(zhì)應(yīng)用型、技能型人才”。而應(yīng)用型、技能型人才的基本特征是理論基礎(chǔ)知識(shí)夠用，實(shí)踐動(dòng)手能力較強(qiáng)。對(duì)于高職院校畢業(yè)生，要求在相應(yīng)的工作崗位上，會(huì)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要，恰當(dāng)選擇和使用性價(jià)比高的傳感器，能夠充分利用已有的元器件去解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題，不必向產(chǎn)品研發(fā)人員一樣去專門設(shè)計(jì)和發(fā)明相應(yīng)傳感器。所以，在《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》這門課程教學(xué)中一定要注重理論聯(lián)系實(shí)際，提前設(shè)計(jì)好恰當(dāng)?shù)娜蝿?wù)，讓學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下掌握工程實(shí)際中用到的各類傳感器及相關(guān)檢測(cè)技術(shù)。

二、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的基本原則

以任務(wù)為主線，以學(xué)生為中心，以教師為主導(dǎo)。在課堂教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生挑戰(zhàn)一個(gè)個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)好的任務(wù)，像做游戲一樣不知不覺(jué)中完成相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法實(shí)施過(guò)程中，一定要注意每一個(gè)任務(wù)設(shè)計(jì)的趣味性、連貫性、合理性，以實(shí)現(xiàn)《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課程教學(xué)的最佳效果。

《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》是注重實(shí)踐操作與應(yīng)用的一門課程，需要進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)才能熟練掌握，通過(guò)采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，預(yù)先設(shè)計(jì)好一個(gè)個(gè)合理的母任務(wù)與子任務(wù)，把所學(xué)知識(shí)分解成一個(gè)個(gè)任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)、解決問(wèn)題的過(guò)程中主動(dòng)掌握各類傳感器的具體應(yīng)用。通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，不僅可以使學(xué)生很快達(dá)到教學(xué)目標(biāo)所規(guī)定的要求，而且可以增強(qiáng)學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課程的興趣，并且能夠大幅度提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

三、《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》教學(xué)現(xiàn)狀

(一)理論部分教學(xué)現(xiàn)狀。目前，學(xué)院電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》理論部分教學(xué)計(jì)劃中安排學(xué)時(shí)48個(gè)，選用的教材是徐科軍主編的《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》(第四版，電子工業(yè)出版社)。該教材從內(nèi)容上可以分為各類傳感器與相關(guān)檢測(cè)技術(shù)兩大部分，分別從相應(yīng)傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、主要特性、分類等角度來(lái)闡述，應(yīng)用部分講述偏少，內(nèi)容缺乏創(chuàng)新，可操作行不強(qiáng)。教學(xué)方法大多采用教師PPT講授為主，學(xué)生被動(dòng)接受相關(guān)理論知識(shí)。通過(guò)學(xué)評(píng)教和期末考試成績(jī)可以看出，教學(xué)效果較差，學(xué)生感覺(jué)該課程很枯燥乏味。

(二)實(shí)驗(yàn)部分教學(xué)現(xiàn)狀。目前，在學(xué)院電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》實(shí)驗(yàn)部分教學(xué)計(jì)劃中安排學(xué)時(shí)24個(gè)，采用的實(shí)驗(yàn)臺(tái)為集成式的，各類相關(guān)傳感器分模塊分別固定封裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部。相關(guān)傳感器模塊分別為電阻式傳感器模塊、電容式傳感器模塊、自感式傳感器模塊、壓電式傳感器模塊、熱電式傳感器模塊、光電式傳感器模塊等。這些模塊大多是將相關(guān)測(cè)量電路與傳感器一起封裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部，不利于學(xué)生認(rèn)識(shí)相關(guān)傳感器及相關(guān)元器件，且大多數(shù)實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作步驟比較固定、簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有懸念、缺乏挑戰(zhàn)性，不能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性。

四、任務(wù)驅(qū)動(dòng)下教學(xué)改革

傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號(hào)調(diào)理電路和輔助電源等組成，在人工智能、自動(dòng)監(jiān)控、移動(dòng)通信中，最常見(jiàn)的物理參數(shù)有溫度、濕度、濃度、位移、速度、加速度、壓力、轉(zhuǎn)速、氣體、力矩、紅外、流量、紅外等，《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課程開課目的為學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，能夠熟練應(yīng)用相關(guān)傳感器及輔助電路采集以上物理參數(shù)，并能夠進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的轉(zhuǎn)化、處理。所以，在該課程的教學(xué)改革中，要想辦法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，多設(shè)計(jì)一些與生產(chǎn)實(shí)際有關(guān)的具體任務(wù)，通過(guò)做任務(wù)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生之間相互分工合作、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，自主設(shè)計(jì)、搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成相關(guān)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

根據(jù)上述構(gòu)思，結(jié)合學(xué)院實(shí)際情況，《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課程教學(xué)改革后分類別設(shè)計(jì)的具體任務(wù)有：一是溫度檢測(cè)。電熱水壺的控制加熱，豆?jié){機(jī)測(cè)量溫度的過(guò)程，蔬菜大棚內(nèi)溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，智能家居監(jiān)控系統(tǒng)溫度信號(hào)的采集，電飯鍋的工作原理，數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)等；二是濕度監(jiān)測(cè)。自動(dòng)氣象站系統(tǒng)濕度信號(hào)的采集，蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)濕度信號(hào)的采集，自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，智能家居監(jiān)控系統(tǒng)濕度信號(hào)的采集，糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)濕度信號(hào)的采集；三是位移檢測(cè)。汽車倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)，智能尋跡小車速度的測(cè)量，自動(dòng)化生產(chǎn)線感知到位部分的設(shè)計(jì)，液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等；四是壓力檢測(cè)。家用電子秤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，冷卻液或潤(rùn)滑油等流體的壓力測(cè)量和監(jiān)控，空氣壓縮機(jī)壓力的監(jiān)測(cè)，汽車闖紅燈抓拍原理，汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等；五是聲光檢測(cè)。聲音的檢測(cè)，話筒是如何工作的，可見(jiàn)光的檢測(cè)，條形碼掃描筆的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，二維碼的生成與應(yīng)用，產(chǎn)品計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，小夜燈識(shí)別白天、黑夜，自動(dòng)抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，樓道燈如何識(shí)別白天與黑夜等；六是紅外檢測(cè)。智能小車的循軌，汽車夜視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)門的設(shè)計(jì)，紅外遙控器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，迎賓機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等；七是磁場(chǎng)檢測(cè)。電子燃?xì)獗淼臏y(cè)量，金屬探測(cè)器的設(shè)計(jì)，無(wú)塤探傷儀的設(shè)計(jì)，電動(dòng)自行車的測(cè)速，電磁爐的工作原理等；八是氣體檢測(cè)。酒精檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有害氣體報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等；九是綜合檢測(cè)。自動(dòng)氣象站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，智能小區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，智能家居環(huán)境因子監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，便攜式人體健康指標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。

通過(guò)這些生產(chǎn)、生活實(shí)際應(yīng)用案例，分別提出一個(gè)個(gè)具體可行的子任務(wù)，讓學(xué)生在相應(yīng)任務(wù)驅(qū)動(dòng)下自己組隊(duì)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)規(guī)定監(jiān)控系統(tǒng)。學(xué)生在完成一個(gè)個(gè)任務(wù)的同時(shí)，不知不覺(jué)中掌握了各種傳感器的使用方法，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作和實(shí)踐動(dòng)手能力，提高了專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能。

五、結(jié)語(yǔ)

高職院校學(xué)生基礎(chǔ)較差，思想容易開小差，但其好奇心強(qiáng)，喜歡實(shí)踐操作，所以結(jié)合本課程的特點(diǎn)，分類別設(shè)計(jì)各種項(xiàng)目及具體操作任務(wù)，讓學(xué)生在相應(yīng)任務(wù)驅(qū)動(dòng)下解決生產(chǎn)、生活實(shí)際問(wèn)題。這樣不僅能夠徹底改變?cè)撜n程教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏興趣、教師“填鴨式”灌輸知識(shí)的現(xiàn)狀，而且還能使學(xué)生更好的掌握傳感器和相關(guān)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用技能。