“四化一体”的《传感器技术》创新性教学模式实践



“四化一体”的《传感器技术》创新性教学模式实践

张玲娜

【摘要】本文创新性地归纳提出了“四化一体”新型教育模式，即“项目模块化”课程内容重新整合、“前沿信息化”课程优化教学方式、“辅助个性化”课程学生兴趣导向和“理论系统化”课程创新项目探索的全方位探索，通过多年在高职类教学工作中的教学实践，为实现“人人皆可成才，人人尽展其才”电子类专业教学提供了丰富的理论指导和切实可行的实践经验。

【关键词】四化一体模块化信息化个性化系统化

引言

《传感器技术》是电气自动化专业、检测专业、电子技术等电子类专业的必修课，在自动控制系统、智能仪器仪表及电子测控系统所需的知识结构中占有核心地位，更与国民生产生活密切相关。

据国家信息所估计，我国2015年传感器产业规模预计可达200亿元。为适应行业人才发展需要，有效提升传感器课程授课效果，我们针对传感器技术课程进行了积极的教学探索。考虑到高职院校工科学生起点较低、基本物理概念模糊、学习积极性较差等特点，本文首次提出基于“四化一体”的《传感器技术》课程教学模式。

“项目模块化”的课程内容重新整合

1.课程内容设计原则

首先我们对教学内容进行了系统整合。教学中围绕课程总体目标，突出职业技能和职业素养的培养；结合生产过程来设计教学、实训任务，以真实产品生产为载体，设置理论实践一体化课程教学情境，突出学生为主体、教师为启发引导的整合课程内容，采用丰富的模块化设计，增强课程系统的结构性和互换性。

2.课程内容分解

在课程的内容整合中，按照不同传感器（图1）的工作原理、特性及应用领域，设计了包括金属箔式应变片、差动变压器性能、电涡流式传感器、霍尔式传感器等8个项目，分别进行包括压力、压电、应变、电容、霍尔、温度、光敏、气敏、光电耦合等各种常见传感器分类对比了解，使其更好理解成熟电路对各种传感器信号的拾取、转换、调理、采样、存储、控制及显示等处理，充分考虑抗干扰及可靠性技术。

图1　传感器的基本组成模块

3.同步轨道课程内容设计

立足于职业能力和职业素养的培养，通过情景的设置、行为活动引导学生在认知中去体验，去参与实践，从“学会”到“会学”。

通过模块化的教学设计有利于广大学生对理论知识的理解和深化，在完成传感器技术一系列基本实验后，掌握传感器技术课程群所要求的基本原理、操作技能。最后结合完成综合型实验，对系统产生较为全面的认识，形成解决实践问题的知识体系，培养学生创新精神和解决问题的能力。

“前沿信息化”课程优化教学方式

突出课程前沿和进展性，提出了以传感器应用能力为目标，利用信息化教学条件，精选教学内容并精心组织的优化教学培养模式，为课程教学提供理论指导和实践经验。

1.现象问题引导，逐层深入

如在介绍超声波传感器时，我们先以一段视频——有“活雷达”之称的蝙蝠捕食昆虫视频，介绍蝙蝠的回声定位系统，因此引入超声波概念，激发并引起学生的好奇心。通过超声波及超声聚焦等概念，进一步引申到超声聚焦技术在医学上治疗帕金森综合征的应用。再如通过给学生观看最新的素材《超声波手术——无创愈合》（TED演讲，约3min），该视频中约翰·麦登(John Madden)分享了一项技术，通过使用核磁共振成像发现病灶，并聚焦超声波来治疗诸如脑部病变、子宫肌瘤和癌病变。通过不断地追溯和深究进行知识扩散，拓宽了学生的视野，激发探索科学的决心。在整个过程中引导学生做到“学起于思，思源于疑”。

2.多媒体和资源库建设丰富教学内容

在教学课件的准备时，采用视频、动漫、网络信息等使教学内容直观形象丰富化。用幻灯、动画、多媒体等多种手段展示抽象内容，如在介绍半导体应变片时引入用应变片测量桥梁断裂过程实际试验动画，提高电阻式传感器的教学效果。

3.动画应用使得抽象教学内容形象易懂

首先多媒体教学中动画的运用使教学内容由抽象变为直观，便于观察和认识。对于电容传感器，我们采用的是电容式接近开关在物位测量控制中的应用演示。多媒体教学化难为易，提高教学速度节省课时，扩展学生的知识范围。

“辅助个性化”的课程学生兴趣导向

从个性化培养出发，以学生兴趣为引导，引入自主创新性项目设计，让学生主动参与课堂教学，实现个性化教育目标，即“人人皆可成才，人人尽展其才”这才是教育应达到的目标。

1.个性化教学的理论基础

孔子曾经在两千多年前就已经提出“因材施教，有教无类”的教育思想。在承认学生个体差异的前提下，帮助学生发掘、形成和发展个性，使学生的个性得到充分发挥，可做到“有教无类”，又“因材施教”。

2.强调理论知识的应用和转化

在传感器技术实践中，我们培养学生传感器检测查询能力，让其了解型号，使用、识别、检测、维修汽车中不同的传感器。鼓励学生课余时间用加速度传感器设计组装电子计步器并进行现场记步测量。鼓励学生在传感器课程外观看相关视频制作，讨论如何理解制作网球比赛中用的鹰眼的原理作弊传感器，以及模拟人类舌头的风味传感器等，鼓励其进一步动手和实践。

3.对基础较好学生开展拓展项目化教学

通过具体项目设计，结合小组兴趣选题设计简单传感器，进行基于霍尔传感器的电机测速系统设计等。在教、学、做合一的过程中要及时地发现问题，积极鼓励引导学生自己发问，教师及时回答针对问题，把教、学、做合一的教学过程作为培养职业核心能力的平台。通过小组互动来实践探索，做到“教育不在传授知识，而在于激励，唤醒，鼓舞和习惯的养成。”下图是学生项目化作品（图2）。

图2　霍尔传感器的电机测速系统设计实物图

4.传感器选择性实验验证及仿真

用软件技术来制作动态效果的富有演示功能的教学素材，达到引导学生热爱和主动学习。通过理论模拟，完成组装仪器的实验室验证工作情况。如用光敏电阻设计一个弱光报警电路，用Protus仿真来实现观察仿真，结果显示对于培养学生科学严谨的科学态度，以及数据处理等能力的培养具有作用，极大地提高了学习效果。

5.科普及前沿阅读增加课程趣味

课外的阅读可让学习的过程更加充满兴趣和期待，有利于学习和掌握内容。如采用教学研讨的方法把实际汽车用传感器问题引入汽车用传感器种类和基本应用（图3）。在课外阅读中，可提及到汽车的位置传感器、氧传感器、磨损检测传感器、安全气囊用碰撞传感器等相关内容，会让学生更加期待学习传感器技术课程。

图3　汽车传感器的应用

小结

“理论系统化”课程创新项目探索在此不作论述了。综上，以“四化一体”的新型教学模式探索实践显示，它突破了具体学科为中心的体系，减少理论推导介绍，重点突出项目模块应用。

以目标任务为组织课程核心进行整合，在内容安排上由简单到繁杂，逐步深入，以应用性教学为主，注重增进学生实际操作能力的培养。

鼓励学生团队合作精神和培养学生创造性解决问题的能力实现个性化教学；在具体项目设计与制作环节中又能使一部分更加优秀的学生脱颖而出，帮助他们实现人生的出彩机会，培养学生不断学习进取创新，终身教育的理念。参考文献：

[1]Ehsani M,Fahimi B.“Elimination of position sensors in swiched-reluctance motor drivers:state of the art and future trends，”IEEE Trans Ind Electron, 2002,49(1):40-47.

[2]Peter Lin,Chii-Wann Lin,Raafat Mansour.“Improving biocompatibility by surface modification techniques on implantable bioelectronics，”Biosensors and Bioelectronics,2013,47:451-460.

[3]《新型电子传感器像人体皮肤一样灵敏》，《金卡工程》2012年第7期，第43-44页。

[4]张文初：《电子传感器在机械制造中的集成问题略论》，《电子测试》2013年第17期，第109-110页。

[5]简辉华：《电子传感器应用于电气设备的监测》，《无线互联科技》2013年第4期，第160页。

作者单位：陕西国防工业职业技术学院电子工程系陕西西安

中图分类号:TP391.9

文献标识码:A

基金项目：校科研支持项目《人光电式转速表设计》。