程瑩

[摘? ? ? ? ? ?要]? 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)這門(mén)課程是工科學(xué)生的必修之課，特別對(duì)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、機(jī)械制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)、工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)等，是非常重要的課程。但目前廣東省粵東高級(jí)技工學(xué)校這門(mén)課程主要是以理論課的形式上課，在教學(xué)效果上出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生上課興趣持續(xù)下降，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代企業(yè)對(duì)這類(lèi)人才的需求。根據(jù)幾年來(lái)的課程探索與改進(jìn)，將Arduino技術(shù)引進(jìn)傳感器與檢測(cè)技術(shù)的課程，變理論課為一體化課程，以項(xiàng)目實(shí)施的方法進(jìn)行課程改革。讓學(xué)生真正了解各類(lèi)傳感器，并能通過(guò)編程調(diào)試、監(jiān)測(cè)傳感器將非電量轉(zhuǎn)換為電量并對(duì)其進(jìn)行處理控制的過(guò)程。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? Arduino技術(shù);自動(dòng)檢測(cè);模塊化編程;一體化教學(xué)

[中圖分類(lèi)號(hào)]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2019）33-0112-02

一、研究背景

自工業(yè)4.0概念的提出及5G通訊的新時(shí)代到來(lái)，我們能深刻地感受到現(xiàn)代新技術(shù)對(duì)人類(lèi)生活和工作環(huán)境的影響和改變。如無(wú)人飛機(jī)、無(wú)人駕駛技術(shù)、智能交通系統(tǒng)、智能灌溉系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)、無(wú)人車(chē)間等，徹底改變了人類(lèi)的生活方式，傳統(tǒng)的流水線工作、駕駛員、快遞員等都面臨著下崗危機(jī)，取而代之，出現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)安裝與調(diào)試、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人等系列工種出現(xiàn)缺口。這些新工種的主要技術(shù)就是對(duì)傳感器的學(xué)習(xí)、安裝與檢測(cè)調(diào)試。傳感器作為自動(dòng)檢測(cè)和現(xiàn)代智能設(shè)備的前端探測(cè)機(jī)構(gòu)，之所以在各類(lèi)專(zhuān)業(yè)中占有重要位置，與其專(zhuān)業(yè)研究、學(xué)習(xí)內(nèi)容及工程實(shí)施和社會(huì)發(fā)展有不可或缺的關(guān)系。時(shí)代對(duì)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)工種的技術(shù)要求，不再是簡(jiǎn)單地了解其作用和掌握工作原理了，它需要真正會(huì)安裝、使用、檢測(cè)、調(diào)試傳感器的專(zhuān)業(yè)人員。

這就要求作為培養(yǎng)技術(shù)工人的職業(yè)技術(shù)院校、中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，在實(shí)施這類(lèi)課程教學(xué)的時(shí)候，就必須結(jié)合實(shí)際、結(jié)合生產(chǎn)生活現(xiàn)狀、結(jié)合各類(lèi)新型工作環(huán)境的變化，實(shí)施課堂改革，將一體化教學(xué)模式真正引入課堂，讓學(xué)生不僅能學(xué)到傳感器的理論知識(shí)，更能結(jié)合工作情景動(dòng)手檢測(cè)和調(diào)試各類(lèi)傳感器，從而達(dá)到拉近學(xué)校與工作崗位的距離，減少學(xué)生上崗適應(yīng)時(shí)間，落實(shí)能力本位的教育理念。

二、遇到的困難

目前，技工院校工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)展傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)這門(mén)課程，大部分專(zhuān)業(yè)都是作為專(zhuān)業(yè)理論課設(shè)定，課堂組織形式也是以教師一言堂的上課方式為主。筆者曾以理論課+實(shí)訓(xùn)課的形式分別在機(jī)械自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)和電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)上過(guò)這門(mén)課程，課程是以教師講解理論知識(shí)為主，結(jié)合多媒體技術(shù)和實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施教學(xué)。多媒體技術(shù)即從課程自帶的教材和網(wǎng)上搜集各類(lèi)傳感器的應(yīng)用情景，以增加課堂趣味性和真實(shí)性。實(shí)驗(yàn)課程即將傳感器分為常用的幾類(lèi)傳感器，分別在實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行試驗(yàn)和觀察數(shù)據(jù)和結(jié)果。但是，課堂效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性仍然未見(jiàn)成效。經(jīng)過(guò)調(diào)查，學(xué)生反映的問(wèn)題主要如下：

1.課程理論性太強(qiáng)，理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生上課一開(kāi)始是很感興趣的，但是隨著課程開(kāi)始分類(lèi)講解各類(lèi)傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路原理，部分學(xué)生感覺(jué)到學(xué)習(xí)難度，也很難與實(shí)際生活和工作環(huán)境相結(jié)合，從而喪失學(xué)習(xí)興趣，故出現(xiàn)課堂睡覺(jué)、玩手機(jī)等分散注意力的現(xiàn)象。

2.雖然有實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)箱的每個(gè)項(xiàng)目的接線電路都已經(jīng)固定在安裝處，學(xué)生接觸不到，實(shí)用性受到限制，實(shí)驗(yàn)課程未真正系統(tǒng)地讓學(xué)生了解傳感器應(yīng)用環(huán)境中的安裝和數(shù)據(jù)處理及調(diào)試。

3.從傳感器本質(zhì)出發(fā)，探索新的教學(xué)模式，尋找或者發(fā)明新的教學(xué)儀器，讓學(xué)生真正動(dòng)手參與到課堂活動(dòng)制作中，變教師一言堂為學(xué)生的自主參與的角色轉(zhuǎn)變。真正模擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理。這樣，前面兩個(gè)問(wèn)題也就迎刃而解了。

三、探索與實(shí)踐

針對(duì)課程遇到的困難，筆者進(jìn)行了細(xì)致的分析和探索。

學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是學(xué)生最好的老師，如何培養(yǎng)學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的興趣主要源于四個(gè)方面的因素：

1.斟酌學(xué)習(xí)內(nèi)容的通俗易懂性，應(yīng)針對(duì)不同學(xué)生群體，按照職業(yè)教育學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)，制訂學(xué)科針對(duì)性的掌握內(nèi)容，摒棄生澀且在工作崗位上應(yīng)用不到的疑難知識(shí)點(diǎn)，將重要知識(shí)點(diǎn)和重要操作技能充分在實(shí)踐中體現(xiàn)出來(lái)。

2.提煉學(xué)習(xí)技能的實(shí)用性和適用性，教師應(yīng)在企業(yè)實(shí)踐中深入各行各業(yè)了解傳感器的主要用途和需要的操作技能，將其融合到課程中，讓學(xué)生覺(jué)得學(xué)有所用。

3.改變課堂的組織形式，變教師一言堂為以學(xué)生能力本位為目的的學(xué)生主導(dǎo)作用的課堂組織形式，融合發(fā)現(xiàn)探索模式和動(dòng)作技能訓(xùn)練模式、項(xiàng)目教學(xué)模式，讓課堂活起來(lái)，將知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀有機(jī)結(jié)合。

4.深入研究一體化試驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施方法，變封閉式教學(xué)為開(kāi)放式教學(xué)，深入企業(yè)展開(kāi)研究討論，理論結(jié)合實(shí)踐，設(shè)定工作情景，將生產(chǎn)服務(wù)和科技研發(fā)等內(nèi)容有效結(jié)合。

四、新方法的研討

根據(jù)以上分析和研究，結(jié)合“一體化”教學(xué)理念及連續(xù)兩個(gè)學(xué)期對(duì)《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》的實(shí)際改革經(jīng)驗(yàn)，我通過(guò)以下方法對(duì)這門(mén)課程進(jìn)行改革。

（一）對(duì)學(xué)生素質(zhì)的要求

1.根據(jù)課程技能實(shí)踐環(huán)節(jié)的技術(shù)需要，要求學(xué)生在上這門(mén)課之前，必須具備基礎(chǔ)電路的基本知識(shí)儲(chǔ)備，即有電子電路知識(shí)和電工基本功技能。

2.傳感器作為現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的前端探測(cè)機(jī)構(gòu)，它的作用就是檢測(cè)特定待測(cè)量，將非電量轉(zhuǎn)換成電量，通過(guò)電路處理，傳給核心控制器（單片機(jī)或者PLC）處理后控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。故學(xué)生要有單片機(jī)基本知識(shí)或者PLC基本編程思維。

3.具有計(jì)算機(jī)基本操作技術(shù)、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)及“6S”管理意識(shí)等。

（二）對(duì)課堂環(huán)境的準(zhǔn)備

1.本課程實(shí)施一體化教學(xué)，在基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)境之外，需要每組一臺(tái)電腦，一套電工工具（萬(wàn)用表，斜口鉗，導(dǎo)線，電烙鐵，電子元器件等）等。

2.教師提前制訂一體化工作頁(yè)和項(xiàng)目資料。

3.傳感器的準(zhǔn)備：按照教學(xué)目標(biāo)和項(xiàng)目要求，準(zhǔn)備幾種常用的傳感器（電阻傳感器、電感傳感器、渦流傳感器、電容傳感器、壓電傳感器、超聲波傳感器、霍爾傳感器、熱電偶傳感器、光電傳感器等）。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)和學(xué)時(shí)量進(jìn)行適當(dāng)增減。

（三）實(shí)施方法

以單片機(jī)（51或Arduino）作為控制核心，學(xué)生通過(guò)前端探測(cè)機(jī)構(gòu)（傳感器）獲取到檢測(cè)量（模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)），通過(guò)單片機(jī)獲取傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理、校隊(duì)、比較，然后單片機(jī)對(duì)后端執(zhí)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。

具體流程見(jiàn)圖1：

下面，我分別摘取項(xiàng)目課程中的兩個(gè)章節(jié)進(jìn)行具體演示。

例程1.工程項(xiàng)目一：電阻傳感器

電阻傳感器分類(lèi)：電位傳感器、電阻應(yīng)變傳感器、氣敏電阻傳感器、光敏電阻傳感器、濕敏電阻傳感器。

學(xué)習(xí)內(nèi)容：1.了解電阻傳感器的分類(lèi)。

2.掌握電阻傳感器的基本原理。

3.學(xué)習(xí)利用電阻傳感器進(jìn)行測(cè)量。

4.掌握誤差分析及數(shù)據(jù)收集和處理。

課堂組織：1.以小組為單位，項(xiàng)目實(shí)施法。

2.教師布置任務(wù)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)與考察。

3.學(xué)生分配任務(wù)：按工作頁(yè)要求，查找相應(yīng)傳感器工作原理、應(yīng)用范圍、數(shù)據(jù)檢測(cè)等。

4.接線、編程、調(diào)試、記錄數(shù)據(jù)。

5.完成項(xiàng)目總結(jié)。

任務(wù)布置：利用光敏傳感器檢測(cè)環(huán)境光線強(qiáng)度，從而控制蜂鳴器或LED燈顯示，并記錄光線數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和處理。

例程2.工程項(xiàng)目七：超聲波傳感器

學(xué)習(xí)內(nèi)容：1.了解超聲波傳感器的基本知識(shí)。

2.掌握超聲波換能技術(shù)及耦合技術(shù)。

3.學(xué)習(xí)利用超聲波傳感器進(jìn)行測(cè)量。

4.掌握誤差分析及數(shù)據(jù)收集和處理。

課堂組織：1.以小組為單位，項(xiàng)目實(shí)施法。

2.教師布置任務(wù)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)與考察。

3.學(xué)生分配任務(wù)：按工作頁(yè)要求，查找相應(yīng)傳感器工作原理、應(yīng)用范圍、數(shù)據(jù)檢測(cè)等。

4.接線、編程、調(diào)試、記錄數(shù)據(jù)。

5.完成項(xiàng)目總結(jié)。

任務(wù)布置：利用超聲波傳感器檢測(cè)障礙物距離，編程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能，并在計(jì)算機(jī)串口顯示，并記錄障礙物數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和處理。

五、總結(jié)

經(jīng)過(guò)課程改革前后對(duì)比，學(xué)生的參與度提高了，學(xué)習(xí)效率也提高很多。學(xué)生由原來(lái)的被動(dòng)填鴨式變成項(xiàng)目的實(shí)施者和參與者，主動(dòng)對(duì)知識(shí)進(jìn)行搜集和探索;而教師的角色由原來(lái)的主導(dǎo)型滿(mǎn)堂灌的上課風(fēng)格變成項(xiàng)目總監(jiān)，只需要對(duì)整個(gè)課堂進(jìn)行管控和總結(jié)及疑難解答。

從本課程的改革中，我體會(huì)到一體化教學(xué)對(duì)課堂帶來(lái)的改變、對(duì)學(xué)生和教師角色的改變、對(duì)教學(xué)效果的改進(jìn)都是值得反思和推崇的。當(dāng)然，本人力量薄弱，在教學(xué)探索改革中還有一些經(jīng)驗(yàn)的缺失和不足，希望與大家共同分享和改進(jìn)！

參考文獻(xiàn)：

[1]唐普霞，張海生，桑峻.基于Arduino平臺(tái)的高職電子類(lèi)課程改革探索與實(shí)踐[J].電子世界，2018（2）：95.

[2]李華洲.基于Arduino的高職物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程改革設(shè)計(jì)[J].大眾科技，2015，15（1）：164-165.

編輯 鄭曉燕