单片机与传感器教学内容融合的课程改革分析

2019-02-11汪之又陈英刘安玲周远刘莉邹莹畅蒋国保谢端

教育现代化 2019年102期

汪之又，陈英，刘安玲，周远，刘莉，邹莹畅，蒋国保，谢端

（长沙学院电子信息与电气工程学院，湖南长沙）

随着医疗、环境监测、油气管道、智能电网、可穿戴设备、物联网、机器人等产业成为国内经济增长的热点，上述领域中的创新应用已经成为传感检测技术的重要推动力。国家十分重视和支持传感检测技术的发展，2016 年出台的《“十三五”国家科技创新规划》明确提出开展传感器核心器件等技术攻关，提升传感器产业技术创新能力，为传感器的研究、生产和应用指明了发展方向。在国家政策支持、技术迅速发展的时代背景下，传感检测技术相关产业，尤其是机器人与物联网产业对应用型人才需求非常强烈，因此将学科和工业发展的前沿技术和应用与相关课程的理论教学、实验环节紧密融合，达到培养应用型人才之目的是当前教学改革的热点[1-2]。

作为人才培养的重要课程，“传感器与检测技术”是电子信息类专业的必修课，融物理、电子、通信、自动化等学科知识于一体，具有综合性、多学科交叉的特点，本课程以培养具有跨学科知识结构和综合应用能力的应用型人才作为教学目的。本文作者立足地方高校，通过与北京华清远见科技发展有限公司（以下简称“华清远见”）开展“产学合作，协同育人”的教学实践工作，将学院已有的优质科研资源和华清远见在传感检测技术方面的研发、培训资源转化为课程的育人资源，从理论教学、实验教学和课程考核三方面进行了教学改革。

一教学现状及改革的必要性

目前“传感器与检测技术”课程教学目的仅局限于使学生掌握传感器的工作原理和特性，培养使用各类传感器的应用能力这些基础要求，尚不能完全满足应用型人才培养的需求，因此进行课程内容改革，加强跨学科综合应用能力的考核是本课程教学改革的重点方向。为达到课程内容改革目的，作者认为需要解决“传感器与检测技术”教学中的两个矛盾：

（一）教学内容的设计和培养学生应用能力之间的矛盾

为了让学生顺利完成原理验证实验操作，理论教学的难点和重点多数集中在原理讲解部分，大量的物理模型公式和推导难以有效调动学习积极性；为调动学习积极性引入的应用实例无法在实验教学环节用到，难以帮助学生进入掌握原理-分析用例-实际操作的良性发展轨道。

（二）课程考核体系设计和考察学生应用能力需求之间的矛盾

实验环节采用的实验箱在小型化、集成度、自动化等方面与工程、科研实践采用的传感设备有普遍存在差距，难以有效地调动学生的动手热情；同时实验项目以考核单一知识点的小实验，缺乏融入单片机等前置课程内容的综合实验设计，使学生对本课程的学习与其他课程出现脱节的现象，无法形成跨学科的综合应用能力[3-4]。

二课程改革探讨

本项目拟采用理论和实验教学改革同步进行、从单纯讲授传感检测内容向多课程内容融合的实施路径，以完善课程考核体系和教学大纲为目的，进行“传感器与检测技术”的课程内容改革，如图1 所示。

根据上述实施路径，本项目建设内容分为三个阶段，具体介绍如下：

第一阶段：结合传感检测技术的最新应用，更新理论教学中的实例讲解内容，选购华清远见无线传感网络实验箱。

理论教学部分，结合近3 年来消费电子、工业装备以及作者在科学研究中采用的传感器设备和检测技术，更新理论教学中的实例讲解内容，使学生对完整的传感检测系统有初步的认识，对后续实验项目用到的传感器模块形成直观的认识。

实验教学部分，根据理论教学要求重点掌握的传感器类型、实验箱配套实验的可操作性和实验指导书内容的完整程度等因素综合比较，作者从华清远见公司采购无线传感实验平台，该平台除配套湿度、温度、加速度、气体、磁场、光学与超声波等传感器实验项目之外，还具有ARM 内核单片机、和上位机进行数据传输的无线通信接口，可以支持包括嵌入式系统、信号处理相关技术的综合实验设计。

第二阶段：基于实验箱设计实验项目，理论教学的工作原理和检测技术部分同步加入实验项目的基础理论知识。

理论教学部分，在第一阶段形成直观认识的基础上，结合传感器工作原理讲解无线传感实验平台中传感器模块的操作以及数据采集、处理和传输等基础知识，建立工作原理与实例讲解、实验操作之间的对应关系，提高学生学习理论知识的积极性。

实验教学部分，根据理论教学重点和实验教学的课时长度，与华清远见工程师一起在无线传感实验平台上设计传感器的验证与应用实验，通过教师预实验和学生试做等评估方式控制实验难度，在课程内容改革的同时保证实验教学的正常开展。

第三阶段：理论教学内容融入单片机相关内容，实验教学中增设综合实验项目，完善课程考核体系，修改教学大纲。

理论教学部分，在传感检测系统章节中融入单片机控制的相关内容，与传感器的工作原理、应用实例等内容形成完整、清晰的传感检测系统知识脉络，使学生具备完成跨学科综合实验的知识储备；理论教学考试环节在此章节的试题中增加跨学科综合应用能力的考核，并将本阶段的课程内容改革成果写入教学大纲的理论教学部分。

实验教学部分，根据第二阶段教学改革中实验的完成情况以及本阶段理论教学改革中学生对于课程融入内容的掌握程度，与华清远见公司工程师一起设计并指导包括单片机控制采集在内的综合实验；在实验教学的期评成绩中增加综合实验分数所占比例，并将本阶段的课程内容改革成果写入教学大纲的实验教学部分[5]。