高职传感器应用技术课程教学改革探析

吴永娜

摘要：高职院校传感器应用技术课程改革是为了提高学生的学习兴趣和实际操作能力。本文通过教学实践，对传感器应用技术课程的教学内容、实践内容、教学方法和项目作品保存方式进行了改革。在教学及实践内容方面，增加了最新技术和应用案例，加强了传感器原理和应用场景的讲解，提高了学生的实际操作能力。在教学方法方面，采用了案例教学、问题导向教学和团队合作学习等方法。在项目作品保存方式方面，建立了项目作品库。通过这些改革，提高了课程的教学质量和学生的学习效果，培养了学生的实际操作能力和创新思维。这些改革为学生的就业和发展奠定了坚实的基础。

关键词：高职院校；物联网；传感器应用技术；课程改革；教学

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）36-0162-04

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

传感器应用技术是高职院校物联网应用技术、电子工程技术等专业的一门重要课程。该课程涉及多个领域的知识，是一门理论与实践相结合的课程。在传统的学习过程中，高职学生对内容枯燥的传感器理论内容学习效率较低，对实践性环节的学习较感兴趣，这促使高职院校教师必须创新教学方法，注意理论知识结合生活和社会实践，增强教学的生动性和有效性，激发学生主动学习的兴趣，培养出学以致用的实用人才。因此，对该课程进行改革是必要的。本文将从教学及实践内容、教学方法、项目作品保存方式等方面探讨高职院校传感器应用技术课程的改革。

1 教学及实践内容的改革

传感器应用技术涉及多个领域，需要掌握多个学科的知识。传统的教学模式中，教学内容主要集中在传感器的基本原理和测量方法上，这些内容难以激发学生的学习兴趣和积极性。因此，需要增加实践教学内容，让学生在实际操作中掌握传感器应用技术的基本知识和技能。

在教学中，可根据最新的科技发展动态，增加一些新型传感器应用领域的内容，让学生了解传感器在实际应用中的具体应用场景和应用效果，如物联网、人工智能等，提高学生的实际应用能力。下面是几个具体的案例。

1.1物联网和传感器网络技术

物联网和传感器网络技术是传感器应用技术的重要方向之一，它们的应用范围非常广泛，例如智能家居、智慧城市、环境监测、工业自动化等领域。在课程的教学中，可选择一个简单的传感器网络仿真实验作为示例，例如基于Arduino或树莓派的传感器网络仿真实验。这个示例中，使用串口通信来模拟传感器节点和汇聚节点的数据传输。在具体的代码中，通过编写传感器节点的数据采集代码、汇聚节点的数据接收和处理的代码，以及显示界面的代码等来实现。

1.2智能传感器技术

智能传感器技术是另一种重要的传感器应用技术，通常集成了传感器和微处理器，可以实现自主控制、自校准、自诊断等功能。智能传感器技术的应用范围也很广泛，例如工业自动化、医疗健康、交通等领域。在智能传感器中，需要考虑传感器的精度、线性度、灵敏度等问题，同时还需要考虑数字信号输出、通信协议等问题。

在这部分授课内容中，可以设计一个“基于智能传感器的温湿度测量系统”作为案例，在这个案例中，利用温湿度传感器来采集数据，使用微控制器来处理数据，并使用串口通信或网络通信来输出数据。在软件设计阶段，需要编写代码实现温湿度传感器的数据采集、微控制器进行数据处理和输出，以及结果的显示等。

1.3传感器应用技术的行业新趋势

介绍传感器在智能家居、自动驾驶、环保、健康医疗等领域的最新应用和技术趋势。通过实例讲解各种传感器在这些领域的应用和创新。例如可以给出一个基于多种传感器的自动驾驶系统的代码实现，包括各种传感器的数据采集和融合、决策和控制等，让学生在实际操作中掌握多种传感器的使用方法和调试技巧。

2 教学方法的改革

教学方法是影响学生学习效果的重要因素之一。在传感器应用技术课堂上，除原理性较强的内容可采用传统讲授法外，也应结合所授课内容，增加多种教学方法的应用，以提高教学效果。

具体来说，除了传统的授课方式外，还可以结合以下几种教学方法。

2.1多媒体教学法

利用多媒体技术，在课件中加入一些动画和视频，把传感器内部的基本结构和运行时复杂的电磁关系形象地展现出来，让学生更容易理解传感器的结构和工作过程，把抽象难懂的理论和概念转变成直观、便于观察和认知的内容，更有得于学生掌握和学习教学内容。

2.2 项目式教学法

以“学生为主，教师为辅，师生互动”的方式完成具体项目的创作。学生以小组的形式完成各阶段的项目，强调学生的主导性、能动性，注重培养学生的学习兴趣及积极性。

下面以“智能家居温湿度传感系统”为例，简要介绍项目式教学法的实施过程：

1） 项目导入：在项目导入阶段，引入整个项目的背景和目标，激发学生们的学习兴趣，并让他们了解智能温湿度传感系统的应用意義和需求；

2） 团队组建：以自由组合形式组成开发小组，每个小组3-4名学生，鼓励他们进行合作与协作；

3） 设计方案：学生们在小组中共同讨论并设计智能温湿度传感系统的整体方案。这包括确定所需的材料和设备，定义系统功能与特性，以及制定项目计划和时间安排，教师引导学生确定可行的方案；

4） 硬件和软件准备：学生根据设计方案所需的材料和设备，准备和搭建电路，同时学习和练习使用对应开发板的编程技能。

5） 编程开发：学生根据设计方案，使用相应开发环境编写程序，实现温湿度传感器数据的读取和处理，通过无线通信模块控制和提示系统，过程中教师提供必要的技术支持。

6） 测试与调试：学生进行系统的测试和调试，确保温湿度传感器能够准确测量室内温度湿度，系统能够根据设定的阈值进行相应的操作和提示，这个过程中，教师可提供必要的答疑解惑。

7） 反思和改进：进行项目的反思和改进，回顾整个项目的过程和成果，讨论遇到的问题和挑战，并提出改进的意见和建议。

8） 展示与分享：学生们向其他小组或全班展示他们的智能温度监控系统，分享设计思路、实现过程和遇到的经验，促进彼此的学习和交流。

通过以上步骤，学生可以在实践中掌握传感器技术的基本原理和应用方法，培养其创新能力、问题解决能力和团队合作精神。在项目实施过程中，教师扮演指导者和支持者的角色，提供必要的支持和指导，鼓励学生主动学习和解决问题，成为项目的主要推动者和学习的实践者。

2.3 跨学科课程教学

在讲授相关传感器知识时，将计算机中不同学科的知识和技能有机地结合在一起，实现多学科合作和综合学习，如：

1） 云计算与大数据：在涉及相关数据计算及处理时，可结合计算机的云计算和大数据处理的基本概念和技术，例如云服务、数据清洗、数据挖掘、机器学习等。学习如何将传感器数据存储在云端，使用大数据处理技术来分析和计算这些数据，应用于传感器的处理和分析，以提取有价值的信息。

2） 网络通信与安全：传感器数据的通信需要网络技术的支持，因此，在涉及这部分内容时，应先了解网络通信的基本原理、协议和技术，例如TCP/IP协议、HTTP协议等；此外，还应掌握网络安全的基本概念和技术，例如身份验证、加密通信等，利用这些知识和技术可以确保传感器数据的安全传输和存储。

3） 嵌入式系统开发：传感器技术结合嵌入式编程、硬件接口等知识可完成大部分智能家居系统的开发设计，物联网专业的学生可以学习如何使用这些技术来开发和控制物联网传感器的嵌入式系统。

4） 环境科学：传感器应用技术课程还可以与环境科学结合，探讨环境监测和保护的方法和技术。例如，在讲授MQ-2、HS1101、PH传感器时，可以结合环境科学中的空气和水质监测的知识进行讲解。

将传感器应用技术内容与其他学科结合，可以实现多学科合作和综合学习，提高学生的综合应用能力，同时也可以促进教师的专业发展和跨学科交流；教师在指导学生项目设计过程中，也可以整合不同学科的教学资源，提供多样化的学习材料和工具。有针对性地为学生提供涉及不同学科的参考书、在线资源、实验设备等，让学生能够综合利用各种资源进行学习和探索。

2.4 虚拟仿真教学法

虚拟仿真教学法是一种利用计算机技术和虚拟环境来模拟实际场景和操作的教学方法，由于环境、安全等客观因素，在传感器应用技术课程中应用这种教学方法有其独特的优势。下面以MQ-2传感器为例，介绍如何通过虚拟仿真教学法组织教学活动：

1） 确定教学目标：明确教学目标，例如学生需要理解MQ-2传感器的原理、掌握MQ-2传感器的应用场景和使用方法等。

2） 选择虚拟仿真软件：选择适合的虚拟仿真软件，例如Arduino、Tinkercad等，这些软件提供了MQ2传感器模型和实验环境。

3） 设计虚拟场景和任务：设计一个室内环境中的气体检测系统的虚拟场景。任务是在不同的气体浓度条件下，使用MQ-2传感器进行气体检测并进行数据记录和分析。

4） 开发虚拟仿真环境：利用虚拟仿真软件，开发虚拟仿真环境。包括设计MQ-2传感器模型，设置室内环境的物理特性和参数，编写交互逻辑和控制代码等。

5） 教学资源开发：根据虚拟仿真环境，编写相应的教学资源，如实验指导书、实验报告模板、教学视频等。这些教学资源应该能够引导学生进行实际操作和思考，并提供相应的解析和反馈。

6） 教师培训和学生指导：为教师提供相应的培训和指导，帮助他们熟悉和掌握虚拟仿真教学法的实施方法和技巧。同时，为学生提供相应的指导和支持，引导他们进行虚拟仿真操作和学习。

7） 评估和反馈：对虚拟仿真教学法进行评估和反馈。通过教学评估和学生反馈，了解教学效果和改进的方向，不断完善和优化虚拟仿真教学法。

通过以上教学活动的实施，学生可以在虚拟仿真环境中进行MQ-2传感器的实验操作和数据处理，了解MQ-2传感器的工作原理和应用方法。同时，教师可以通过虚拟仿真教学法提供更加丰富和灵活的教学内容和实验场景。

以上措施的综合应用，可以调动学生的学习积极性，激发他们的学习兴趣和主动性，提高他们在传感器应用技术实践教学中的参与度和学习效果。

3 项目作品保存方式的改革

从以往经验来看，学生每学期的项目设计作品都以实物形式保存下来，这存在着如下弊端。

3.1 实物作品易受环境影响

传感器实物作品通常需要使用电子元件和机械设备来检测和传递信号，因此容易受到环境的影响，例如温度、湿度、灰尘、磁场等。这些因素可能导致作品的损坏或性能下降，影响其长期保存和使用。

3.2 维护和保养难度大

传感器实物作品需要定期进行维护和保养，例如清洁、检查、更换部件等。由于传感器作品通常比较復杂，维护和保养的难度较大，需要具备一定的专业知识和技能。

3.3存储空间限制

传感器实物作品通常较大，需要占用一定的空间进行存储。而实验空间有限，对作品的长期保存造成一定的限制。

3.4优秀作品的影响力有限

由于作品存在着一定时效性，导致部分优秀作品无法在更广泛的时空范围内展示和传播，这些作品的影响力对新一届学子有非常好的带动作用，可能会启发师弟师妹创作更多更好的作品，甚至可以扩大本专业的知名度和影响力，让更多的人了解和欣赏这些作品的价值和意义。

为了解决上面这些问题，结合现阶段短视频制作的兴起，教师设计了如下图所示的教学流程：

此项目中的辅助教学网站主页如图2所示，其中的“作品展示”模块为存放历届学生的优秀作品视频展示模块，如图3所示；同时可以把课程的相关资料都放于网站上，供学生参考学习。

实践证明，这种教学模式是可行的，其优点在于：

1） 提升学生的自信心和认可度：将学生的优秀作品公开展示给更多人，可以增加学生的自信心和认可感。这有助于激发学生的学习动力和创造力，进一步提升学习成果和能力。

2） 促进学习和经验的交流：通过展示学生的优秀作品，可以为其他同学提供学习的范例和借鉴。这有助于促进学生之间的交流和合作，推动知识和经验的共享，提高整个专业的学术水平和实践能力。

3） 增加作品的影响力和可见度：将作品展示在网站上，可以让更多人欣赏和学习。这样作品的影响力和可见度会得到提升，有可能吸引到潜在的雇主、合作伙伴或相关行业的专家关注，为学生的职业发展提供更多机会和选择。

4） 建立学校形象和知名度：通过展示学生优秀作品的网站，可以提升学校的形象和知名度。这有助于吸引更多优秀的学生和教师加入学校，增加校内外的关注和支持。

5） 方便分享和传播：通过网站，作品可以轻松地分享给更多人，包括在校内外的师生、业界专家和社会大众。这样可以加大作品的传播范围，提高作品的影响力和受到关注的程度。

4 结语

多轮教学实践表明，以上教学手段的实施，使物联网专业传感器应用技术课程的课堂氛围更加活跃，教学内容更加丰富，学生的学习兴趣、学习信心有较大提高。随着物联网关键技术的不断发展成熟，传感器的应用将更加多样化、智能化，课程的教学内容也将不断更新完善，需要教师持续探索实践，使这门专业课程能更好地适应学科及专业的发展要求，为学生的未来职业发展打下坚实的基础。

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【通联编辑：王 力】