基于智能制造專業(yè)群中“傳感器及檢測技術”課程教學改革研究

文 靈 謝元媛

（烏魯木齊職業(yè)大學，烏魯木齊 830000）

“傳感器及檢測技術”課程在理工科自動化類專業(yè)中都有設置，而且多數(shù)定位為專業(yè)核心課程。該課程在本科學校的教學內(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行，在檢測技術方面的授課內(nèi)容更加深入解釋理論原理和例題解析。在高職學校中，該課程的教學內(nèi)容更加側(cè)重于傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中的應用，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”課程中的電氣自動化技術、機械制造與自動化、建筑智能化工程技術這3 個專業(yè)積累一定教學經(jīng)驗后，在專業(yè)群建設中重構(gòu)該課程教學內(nèi)容，不斷在實踐中改進教學策略，希望能夠形成較為系統(tǒng)的課程改革案例。

1 教學整體設計

1.1 教學內(nèi)容重構(gòu)

“傳感器及檢測技術”課程在應用工程學院的電氣自動化技術、機械制造與自動化、工業(yè)機器人技術、汽車檢測與維修技術、建筑智能化工程技術等專業(yè)均有開設。本次改革第一次在機械制造與自動化專業(yè)中開設此課程，共有72 課時，其中實踐課占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”，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)目標為培養(yǎng)未來智能制造領域的技術型、復合型、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責，各類高精傳感器完全替代了人工與各種測量設備，從而衍生出工業(yè)數(shù)據(jù)采集、邊緣設備接入、智能系統(tǒng)開發(fā)與維護等新崗位。

“傳感器及檢測技術”課程設計以專業(yè)領域典型應用產(chǎn)品為研究對象，根據(jù)智能制造專業(yè)群對應的職業(yè)崗位需求，構(gòu)建不同控制要求的自動化系統(tǒng)，以完成“項目”的方式進行知識與技能的重組。根據(jù)現(xiàn)有智能制造專業(yè)群涉及的實訓設備，將課程應用領域分成手機中的傳感器應用、自動化生產(chǎn)線上的傳感器應用、汽車車身中的傳感器應用、智能家居中的傳感器應用以及工業(yè)機器人上的傳感器應用5 個部分。該課程教學打破以知識為序列組織課程的傳統(tǒng)方式，不僅有利于提高學生的學習興趣，還有利于增強學生的專業(yè)能力。例如，工業(yè)機器人技術專業(yè)主要的研究對象是工業(yè)機器人，應根據(jù)機器人常用的傳感器類型與功能設計相應的課程模塊，并組織學習。

1.2 學情分析

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

通過調(diào)研可知，學生對自主學習筆記和問題清單的完成度較好，樂于帶著問題去學習，對生活中常見傳感器的探究興趣也較濃厚。但是，學生主動學習的意識不強，理論學習的興趣較低，對教師的依賴性較強，尤其在實訓授課的教學活動中體現(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展示等特點。因此，必須根據(jù)傳感器理論知識和傳感器應用開發(fā)技能，精心創(chuàng)設學習情境，選擇合適的教學手段和方法。

1.3 教學目標

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

1.3.1 思政育人學習目標

通過傳授最新的科學理論和科學技術，以培養(yǎng)愛崗敬業(yè)的專業(yè)技術人才、實現(xiàn)中華民族的偉大復興為主要理想信念的行為目標。新時代中國特色社會主義思想更是在理論、實踐、制度、文化等方面進行了創(chuàng)新，將創(chuàng)新思想融入日常教學活動，體現(xiàn)本課程“中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化學習”的行為指標。日常教學中，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。同時，應融入時政信息和當下熱點信息，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，提高學生的使命感和責任感，體現(xiàn)本課程“愛黨”“愛國”的行為指標。以社會熱點問題、科技重難點問題作為切入點，引導學生展開討論，深入思考專業(yè)技術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具備的素質(zhì)和精神，體現(xiàn)本課程“社會主義核心價值觀”的行為指標[3]。

1.3.2 知識能力目標

掌握檢測技術的基本概念、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)，學會應用非電量檢測技術及相關檢測方法。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)控機床中的應用，并掌握常用的手機傳感器（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)線的實訓掌握各類傳感器的功能原理，通過視頻及資料的學習掌握工業(yè)機器人常用傳感器的類型及其功能。

1.3.3 技術能力目標

能夠利用萬用表等常用儀器儀表進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)被測信號的特點合理設計檢測電路；能夠利用不同類型的傳感器設計制作相應的模塊測量電路；能夠運用制作的模塊電路正確測量物理量；能夠用所學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

具備熱愛科學、實事求是的學風，具備嚴謹、細心、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)能力和團隊合作精神以及極強的敬業(yè)精神。

1.4 教學策略

為實現(xiàn)本模塊的教學目標，根據(jù)學情調(diào)查情況，依托職業(yè)教育理念，以學生為主體，運用信息化教育平臺全方位育人。利用生產(chǎn)線上實際應用的傳感器激發(fā)學生的學習興趣，把難以理解的理論轉(zhuǎn)化為圖片、動畫、仿真等形式，便于學生理解和反復學習。通過頭腦風暴、線上拓展自學等教學方式，把知識點、技能點轉(zhuǎn)化為案例，利用理實合一教學法、積極教學法、問題導向法和線上線下混合教學法提高教學效率。通過團隊合作學習及學做結(jié)合的方式，培養(yǎng)學生的自學能力、知識拓展能力和創(chuàng)新能力，將“工匠精神”的素質(zhì)培養(yǎng)貫穿教學全過程。教學策略模塊，如圖1 所示。

圖1 教學策略模塊

主要的教學環(huán)境有4 大場景：一是理實合一的實訓室，內(nèi)部可容納50 個工位，進行典型傳感器的性能研究實訓；二是自動化生產(chǎn)線實訓室，結(jié)合實際電氣裝備，讓學生真正感受傳感器的存在；三是改造的電工室，可以供學生自主研究傳感器，開發(fā)相關小產(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，達到知識運用的目的。

1.5 教學模塊設計

以自動化生產(chǎn)線上的傳感器為例，共分解為6 個子任務，理論課時8 個，實踐課時8 個。根據(jù)生產(chǎn)線上傳感器應用的廣泛性，設計子任務依次為光電開關類、接近開關類、壓力開關類。每個子任務都遵循學生的學習規(guī)律，按照以能力為本位、以專業(yè)實踐為主線、以項目課程為主體的模塊化專業(yè)課程體系的總體設計要求，徹底打破學科課程的設計思路，緊緊圍繞工作任務選擇和組織課程內(nèi)容，突出工作任務與知識技能的聯(lián)系，讓學生在專業(yè)實踐活動的基礎上掌握知識，增強課程內(nèi)容與職業(yè)能力要求的相關性[5]。例如，壓力傳感器（應變式）任務，共計4 課時，理論與實訓各占2 課時。其中，理論部分包括新課引入、有效提問、頭腦風暴、應用案例分析等環(huán)節(jié)，還設計了課前自主學習任務及課后小測試。實訓部分主要是理論與實踐的結(jié)合，包括規(guī)矩樹立、演示示范、學生自主練習、教師指導和教師總結(jié)等環(huán)節(jié)。

2 教學實施過程與實施效果

2.1 教學實施過程

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

圖2 教學模式

第一，思。充分利用課前階段，通過云班課平臺布置任務，鼓勵學生列出問題清單，做到帶著問題進課堂，提高學生課外時間的利用率，提升學生學習的主動性。第二，學。教師在課堂上搭建情景，針對課前學生的問題清單設計并提出學習目標。根據(jù)實訓室的條件，利用積極教學法展示圖片集、視頻集，或者借助大學慕課依次解決學生提出的問題，并時刻關注小組評價結(jié)果。第三，練。教師根據(jù)實訓現(xiàn)實條件設計應用性較廣的實驗，使學生能夠理論聯(lián)系實踐，更加深入地掌握理論知識，能夠自主開發(fā)傳感器的應用領域。第四，拓。充分利用課余時間，讓學生自主探討生產(chǎn)線上傳感器作用，并查找資料培養(yǎng)學生自主研發(fā)的能力。

此過程中，教師要全程觀察評價學生，最終根據(jù)學生學習目標的完成度、問題清單的解決度、課堂上的參與度、實訓過程中的主動積極性等給出綜合評價。評價貫穿整體教學過程，讓教學過程最終形成一個閉環(huán)，激勵學生不斷提升自己。

2.2 教學實施效果

通過實施以學生為中心的問題導向教學方式，充分利用課前、課中、課后階段，延伸學生學習的時間和空間，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、主要應用領域等知識，提升自主解決問題的能力、與同學溝通協(xié)作的能力、自主研究線路的能力以及獨立排除故障的能力等，增強時刻遵守職業(yè)道德規(guī)范的意識和處理實驗數(shù)據(jù)的能力，同時體現(xiàn)重視理論與實踐結(jié)合的重大意義。以20 級機械班級的統(tǒng)計為例，預習率85%、互動參與率90%、完成學習目標80%、操作訓練通過率60%，從整體上看實現(xiàn)了預期的教學目標。

2.3 特色與創(chuàng)新

第一，延伸學時空間。網(wǎng)絡資源教學與移動平臺教學在教學及反饋中得到了廣泛應用，并覆蓋了全部內(nèi)容，提高了課堂效率。第二，教學環(huán)境多樣化。充分利用教學資源，為學生提供更多典型生產(chǎn)案例，使學生充分了解各種傳感器的實際應用。第三，根據(jù)學生重點接觸的電氣設備重構(gòu)課程模塊，采用“夠用、實用、適用”的理念對課程進行整合調(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，實現(xiàn)教學過程與生產(chǎn)過程的對接。

3 教學改進措施

要統(tǒng)一和完善學生學習生產(chǎn)線上傳感器模塊時的全過程評價指標，采用以學生為中心的積極教學法，并與傳統(tǒng)教學方法做好合理過渡。分析學情，根據(jù)學生現(xiàn)實表現(xiàn)，針對學生自主學習、實訓成果等環(huán)節(jié)，制定過程性的評價。同時，教師要思考合理運用教學手段及方法，避免課堂環(huán)節(jié)過于煩瑣，導致學生難以適應。應多引入新知識、新領域的案例，激發(fā)學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，實施課外“設備說明書”閱讀理解任務，解決學生在實訓中讀不懂實訓步驟的問題。

4 結(jié)語

根據(jù)各高職院校專業(yè)群的建設，重構(gòu)專業(yè)群的核心課程“傳感器及檢測技術”課程。首先，從教學內(nèi)容重構(gòu)、學情分析、教學目標、教學策略和教學模塊設計等方面進行教學整體設計。其次，從“思、學、練、拓”的教學模式出發(fā)介紹教學實施過程。由20級機械班級的統(tǒng)計結(jié)果可知，整體上實現(xiàn)了預期的教學目標，教學實施效果顯著。最后，提出教學改進措施，希望能夠進一步提高學生的學習興趣和自主學習能力，并為其他課程的教學改革提供參考借鑒。