以工程实际应用为背景的传感器实训课程的设计开发

鞠海华　王俊青

摘要：为解决以往传感器实验中学生只需参照说明书里的实验步骤，记录实验数据和结果，而对实验采用的原理和方法不关心的问题，本课题开发设计了以工程实际应用为背景，以解决实际问题为目标的、学生能利用所学知识自制的简易传感器实训项目。在调动学生实验的积极性、主动性的同时，切实提高了学生的实践、分析以及解决问题的能力。

关键词：传感器技术；实训课开发；项目化

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）12-0218-02

一、《传感器技术与检测技术》实验课现状和存在问题

高等职业学校的《传感器与检测技术》课程是机电和近机专业的一门主干课程。该课程传统的授课方式先是教师课堂上重点介绍各种传感器的工作原理及其测量转换电路，然后再带领学生在实验室里借助组合实验箱做几个简单的验证性实验，学生只需按照实验指导书的步骤就可以完成整个试验。对高职的学生来说，整门课的知识晦涩难懂，授课方式枯燥范围，学生没有学习兴趣，也提高不了学生的动手能力，更不能胜任机电专业学生组装、调试和维修的工作岗位需求。为解决上述问题，课题组成员通过调研和分析用人单位的需求，结合机电一体化专业特色，依据《传感器与检测技术》课程的特点和职业技能的要求，从培养应用型人才的目标出发，设计了具有实际应用意义的实训项目，调动了学生实验的积极性和主动性，切实提高了学生的实践动手能力和解决实际问题的能力。

二、实训项目的设计开发

课题组共开发设计完成了四个新的实验项目，改良了若干个验证性的实验，使之变为故障诊断性实验。这四个创新实验项目的选取都是综合考虑了以下几点：既是企业实际应用，又贴近生活；不仅元器件成本低，还简单易制作，并且实验室条件完全可以实现。

1.开发的实训项目创新了以往的实验模式。将产品实例引入传感器课程。为学生准备真实的传感器实物和相关元器件，让学生在焊接时制作解决实际问题的传感器。以创新实验项目1红外传感器为例：实验室为学生准备的电子元器件有：红外传感器探头、功能板、5V继电器、三极管、光电二极管、示波器、色环电阻、连接线、转换接口、灯泡、蜂鸣器、万用表电池等。给学生布置的任务是：基于热释电红外线传感器原理和焊接技术自制红外感应模块，利用实验室相关电子元件，设计一个监视报警装置或者控制开关，能实现以下预定功能（实现任意一个功能即可）：（1）全自动感应：人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平（示波器）。（2）自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、小喇叭等装置，适用于企业、库房及家庭过道、走廊等敏感区域。

让学生根据实验参考电路（如图1～4所示），利用焊接技术和电子电路相关知识完成指定任务（如图5所示），并演示汇报。

2.采用了以实践、应用为出发点的“理实一体化”的项目教学法。将课程标准中的传感器按照工作原理进行分类，以实际生产实践中的具体项目为基础，将知识点融入到具体的工程项目中，以小组为单位，在教师的指导下，让学生自己去完成整个传感器应用项目的设计、组装、调试和改进，然后以小组为单位，在全班进行演示汇报。

3.赋予旧实验箱新的功能。以往验证性实验中采用的主流产品是实验箱，拿来让学生拆开并观察、分析其内部工作原理，同时破损的实验箱还可以让学生自己尝试维修，节省了实验室的开支，培养了学生分析问题、解决问题的能力。

三、实验实训项目的配套成果

1.编写新的创新实验手册。根据开发的实验项目，编写了创新实验手册。每个项目都以能解决实际问题的任务为导引，让学生明确接下来要完成的任务、应用到的相关技术和技能以及最后要解决的问题。每个主项目的后面都配套设置了一个拓展项目，让学生自己去开发设计传感器的新用途，从而使他们更透彻地掌握传感器的工作原理，同时培养他们的创新精神，锻炼他们的动手能力。

2.详细的考核评价表。课题组制订了能综合评价学生动手能力、分析问题能力和独立解决问题能力的综合评估方案。考核方案中，从安全文明操作、工具的使用、传感器模块的设计与制作以及传感器模块的调试四个方面给学生进行评价。针对不同的项目，把四个方向细化出具体的评分点，更注重学生的自主性、创新性和积极性，从而更科学、更公平。

四、实际使用价值

1.开发的实训项目是基于工厂实际使用并且贴近实际生活应用。区别于传统的验证性实验，设计的传感器模块解决的问题都是生活中随处可见的现象。新的项目，譬如第一个实验项目，在企业中可以用来计件，在生活中可以用来做报警装置或者自动门的开启，等等。这样的实训项目既能让学生认识企业中真正使用的传感器，胜任工作岗位，也能让学生在以后的社会生活中自制电子小器件，便于生活，陶冶情趣。

2.开发的实训项目中所用、所学技能起到承前启后的桥梁作用。在自制传感器的过程中，学生要把前面的《电子工艺装配》焊接技术应用到本实验中，焊接技术的好坏直接影响实验结果。掌握了传感器的工作原理后，会为后续开设的单片机、PLC课程打下良好的基础。

3.开发的实训项目能切实提高学生的操作技能，并能为实验室节省成本。以往采用实验箱适用于教学上的模拟演示，具有一定的局限性：一旦坏掉需要请专业人士维修，费时费力。通过创新实验改革，让学生在拆开并分析其内部工作原理时，可以自己参与维修实验器材，既能锻炼学生的操作技能，又能节省教学成本。

4.自制传感器所需的元器件价格低廉，功能多样，连接电路简单，传感器原理直观，操作简单，学生易掌握。

五、未来展望

面对传感器技术日新月异的快速发展，对《传感器技术与检测技术》课程中实验课的创新改革任重道远，日后还需要继续发挥课程自身特点，在实训课程中不断更新教学项目，理论联系实际，拓展学生的知识面，让学生自己动手完成实验设计到调试的整个过程，使学生了解更多类型的传感器，锻炼学生独立思考和解决问题的能力，为就业后顺利胜任工作岗位打下坚实的基础。