胡美些

（內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070）

具有微型化、數(shù)字化、智能化特點的傳感器是智能制造的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器與檢測技術(shù)是學(xué)生掌握現(xiàn)代檢測裝置和自動測控系統(tǒng)的必需課程，特別是在以人工智能、大數(shù)據(jù)、5G 技術(shù)等為代表的新一輪信息技術(shù)快速發(fā)展的新趨勢下，更是成為職業(yè)院校自動化、智能控制、機電等相關(guān)專業(yè)的核心課程[1]。課程開設(shè)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生傳感技術(shù)方面扎實的專業(yè)理論和實踐技能，使學(xué)生能在機械生產(chǎn)、檢測領(lǐng)域完成相關(guān)的數(shù)據(jù)檢測、儀器操作和儀器維修。實踐性強是該課程最大的特點[2]，如何提升實踐能力是課程教學(xué)設(shè)計和教學(xué)改革時需首要考慮的問題，項目導(dǎo)向、學(xué)做一體是提升實踐應(yīng)用能力的重要方法，本文結(jié)合改革實踐對此進行了深入探討和深刻反思。

1 現(xiàn)有教學(xué)模式存在的問題

當(dāng)前，傳感器與檢測技術(shù)是電類、機類專業(yè)的必修課之一，課程開設(shè)的廣度和在課程體系中的重要程度前有未有。高校任課教師始終緊跟行業(yè)發(fā)展態(tài)勢和教學(xué)改革需求，與時俱進地開展相關(guān)教學(xué)改革研究。多數(shù)研究者提出改革傳統(tǒng)的單一理論教學(xué)模式，代之以理論教學(xué)與實驗驗證相結(jié)合的教學(xué)模式；也有少量研究者在本科院校采取了集理論教學(xué)、實驗教學(xué)、課程設(shè)計為一體的教學(xué)模式；還有部分研究者利用中國MOOC 或智慧職教等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開展線上線下混合式教學(xué)活動，提高學(xué)生對傳感器理論和實踐技能的自主學(xué)習(xí)探究能力[3-7]。

縱觀目前各高校所開展的課程改革實踐，還存在以下問題：基于驗證性實驗的理實一體課程改革，學(xué)生參與學(xué)習(xí)和探究的深度不夠，學(xué)習(xí)熱情和積極性不高；基于課程設(shè)計的理實一體課程改革，所使用的仿真系統(tǒng)采購費用較高，項目設(shè)計、制作零配件雜且多，采購齊備有一定困難；大多數(shù)高校采用C 語言、Arduino 等專業(yè)難度較高的編程軟件完成傳感器的自動檢測任務(wù)，這對于職業(yè)院校沒有編程基礎(chǔ)的非計算機類專業(yè)，比如機械大類專業(yè)學(xué)生來說，學(xué)習(xí)難度較大，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果的提升和教學(xué)目標(biāo)的達成[8]。

內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院的傳感器與檢測技術(shù)課程同樣經(jīng)歷了由單一理論授課到依托傳感器綜合實驗平臺開展驗證性實驗理實一體化的課程改革，在實踐環(huán)節(jié)學(xué)生可以通過一些簡單的電路連接觀察傳感器檢測相關(guān)物理量的實驗結(jié)果，相比以前的單一理論授課模式，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性有所提高，但是因為驗證性實驗本身的特點，決定了學(xué)生參與深度不夠，難度不大，學(xué)習(xí)的積極性和熱情還有待進一步提高。

2 項目導(dǎo)向、學(xué)做一體的教學(xué)改革方向

部分高職院校學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差、起點低，學(xué)習(xí)主動性不強，但是有動手操作的意愿與集體榮譽感，教師在教學(xué)過程中需要因材施教，增加實踐動手環(huán)節(jié)，通過輕松愉悅的氣氛來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，可通過分組合作并進行小組PK 增強學(xué)生的集體榮譽感，進而提高教學(xué)效果。

本項目以項目化教學(xué)為導(dǎo)向，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽，把理論講授、硬件搭建、軟件程序編寫相融合，指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合理論知識的學(xué)習(xí)正確選擇、使用傳感器，制作出能自動檢測的實物成果，在學(xué)做一體的過程中，深度學(xué)習(xí)和實踐傳感器、檢測技術(shù)、機械工程、軟件編程等相關(guān)專業(yè)知識和技能。為了克服制作零配件雜且多帶來的采購難、編程軟件專業(yè)性強等實際問題，采用一站式方式購買Arduino 套件，編程采用與Arduino 控制板兼容又簡單易學(xué)的linkboy 編程軟件。該編程軟件是免費開源的圖形化編程平臺，通過鼠標(biāo)交互拖拽建立編程邏輯，擁有可視化界面的模擬仿真功能，沒有編程基礎(chǔ)的初學(xué)者也沒有學(xué)習(xí)門檻，而且可以在編程界面直觀模擬硬件搭建和程序運行，不用另外采購模擬軟件，大大節(jié)省了模擬軟件采購成本和直接在硬件上調(diào)試所帶來的硬件損耗成本，特別適合機械類專業(yè)完成傳感器與自動檢測、自動控制相關(guān)知識和技能的學(xué)習(xí)與實踐。而且本文依托“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽平臺，可以實現(xiàn)以賽促學(xué)、以賽促教、以賽促改的目的。

3 項目導(dǎo)向、學(xué)做一體的教學(xué)改革具體實施

3.1 針對傳感器與檢測技術(shù)初學(xué)者，以實踐項目為導(dǎo)向，實現(xiàn)教、學(xué)、做一體

3.1.1 項目設(shè)計

由于機電類專業(yè)未來的工作崗位是機電產(chǎn)品操作、組裝、檢測、調(diào)試、維護與管理，所以歸納出壓力、溫度、位移、速度等傳感器安裝、檢測、調(diào)試及運行等行動領(lǐng)域，根據(jù)基于工作過程的課程設(shè)計思想，轉(zhuǎn)換成傳感器應(yīng)用的各個學(xué)習(xí)領(lǐng)域，形成電子秤的設(shè)計與制作、電子溫度計的設(shè)計與制作、超聲波避障小車的設(shè)計與制作等7 個教學(xué)情境。

3.1.2 項目實施

每一個教學(xué)情境都依托一個具體的實踐項目，將項目完成需要用到的軟硬件知識點融入項目的教學(xué)部分，形成項目的原理部分，將項目完成需要的技能點融入項目的實踐部分，形成項目的操作部分，印發(fā)項目指導(dǎo)書供學(xué)生學(xué)習(xí)使用。具體實施過程如下。

（1）課前：教師通過信息化平臺如智慧樹班課或者微信、QQ 等社交媒體發(fā)布項目任務(wù)，同時發(fā)布相關(guān)知識點和技能點的微課；學(xué)生查看任務(wù)并查閱和學(xué)習(xí)相關(guān)資料，制定相應(yīng)的任務(wù)計劃并領(lǐng)取相關(guān)的材料和零配件。

（2）課中：首先是程序編制。所有學(xué)生首先利用linkboy 軟件進行程序編制，因為linkboy 軟件屬于圖形化拖曳式編程軟件，內(nèi)置了硬件連線界面和仿真功能，可以在編程過程中模擬硬件的連接和程序的虛擬仿真運行，所以學(xué)生可以邊編程邊調(diào)試；其次是硬件搭建，小組成員分工合作，協(xié)同配合，把項目所需要的各個零配件組裝好，并把編好的程序用優(yōu)盤拷貝下來，下載到硬件系統(tǒng)上進行實物調(diào)試。學(xué)生可能會因為對程序邏輯的理解不夠，或者對硬件功能和結(jié)構(gòu)的設(shè)計存在缺陷，導(dǎo)致這個過程出現(xiàn)反復(fù)，需要重新編制程序，這不僅是對教師教學(xué)水平和能力的考驗，也是項目化教學(xué)的關(guān)鍵。

（3）課后：在所有小組完成軟件編程和硬件搭建并調(diào)試成功之后，教師組織各小組進行匯報，與此同時，進行小組間互評、自評和教師點評，最終得出考核成績；項目完成后，教師還要組織學(xué)生對整個項目實施過程中遇到的問題和解決方法進行討論、整理，強化學(xué)生對理論知識與實踐環(huán)節(jié)的掌握，以達到激發(fā)學(xué)生興趣、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力的目的。

3.1.3 課程考核

以項目為導(dǎo)向、學(xué)做一體的課程考核更加注重學(xué)生平時學(xué)習(xí)和實踐對能力的考核，考核分平時成績和結(jié)課考核。平時考核包括考勤（占比為10%），課前預(yù)習(xí)及準(zhǔn)備（占比為10%）、課堂表現(xiàn)（占比為10%）、小組自評及互評（占比為20%）、期末考試（占比為50%）。期末考核要求每名學(xué)生以在課程中學(xué)過的一種或幾種傳感器為基礎(chǔ)，設(shè)計一個項目，完成程序編制和硬件搭建以及運行調(diào)試，并進行演示和講解，這個環(huán)節(jié)主要考核學(xué)生的理論功底、實踐能力和創(chuàng)新能力。

3.2 針對傳感器與檢測技術(shù)學(xué)有基礎(chǔ)者，以賽促學(xué)，以賽促改

“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽是加快培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才，持續(xù)激發(fā)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情，展示創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果的重要載體[9]。對有學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)有所長、實踐能力強的學(xué)生，在前期傳感器與檢測技術(shù)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上選拔出3～5 人組成團隊，由校內(nèi)專業(yè)課教師和企業(yè)實踐指導(dǎo)教師組成指導(dǎo)教師團隊，指導(dǎo)其參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽，探索基于大賽的傳感器與檢測技術(shù)課程的教學(xué)延伸。參賽項目的設(shè)計除了要考慮基于傳感器的應(yīng)用，還要考慮實用性、創(chuàng)新性，能夠解決生產(chǎn)生活的實際問題。

3.2.1 確定項目主題

首先要根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)確定參賽項目的主題。傳感器是機器人進行信息傳感和智能處理的關(guān)鍵裝置，涵蓋了機器人的觸覺、視覺、力覺以及距離感、位置感等傳感裝置。運用與發(fā)展傳感器，能大力推動機器人技術(shù)的深入發(fā)展[10]。學(xué)生在學(xué)習(xí)過電機與電氣控制、電工電子技術(shù)基礎(chǔ)、傳感器與檢測技術(shù)、可編程控制器技術(shù)應(yīng)用、自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試等課程之后，已經(jīng)具備了多傳感器融合應(yīng)用的專業(yè)基礎(chǔ)，教師在此基礎(chǔ)上為學(xué)生確定機器人在某一領(lǐng)域的應(yīng)用作為大賽項目的主題，比如本校第一次參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽選擇的主題就是防疫清潔機器人的設(shè)計與制作。

3.2.2 市場調(diào)研

市場調(diào)研是個人或組織針對特定的決策問題而系統(tǒng)地設(shè)計、搜集、記錄、整理、分析及研究市場各類信息資料、報告調(diào)研結(jié)果的工作過程。清潔機器人的市場調(diào)研采取了實地考察和上網(wǎng)、電話咨詢等多種方式，主要了解各種清潔機器人的應(yīng)用場合、市場占有情況，目前市面上銷售的掃地機器人結(jié)構(gòu)、功能、價格、客戶群體和優(yōu)缺點等信息。最終將調(diào)查到的全部情況和材料進行分析研究，了解清潔機器人的行業(yè)前景、政策支持、市場痛點，總結(jié)出本項目的創(chuàng)新點和產(chǎn)品定位。

3.2.3 撰寫項目計劃任務(wù)書

在前期市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析市場痛點、確定產(chǎn)品定位、制定研究路線、找到破解痛點的核心技術(shù)、構(gòu)建組織結(jié)構(gòu)、制訂商業(yè)模式、分析效益與風(fēng)險、規(guī)劃企業(yè)遠景目標(biāo)，撰寫項目計劃任務(wù)書。計劃任務(wù)書的撰寫和反復(fù)修改過程，可以幫助學(xué)生理清思路，找到目標(biāo)，不斷提升“互聯(lián)網(wǎng)+”項目商業(yè)計劃書的科學(xué)性與合理性，提升參賽項目的整體水平[11]。

3.2.4 實施項目

內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院第一次參賽項目為清潔機器人的設(shè)計與制作，包括了硬件搭建和軟件編程兩個部分。首先根據(jù)清潔機器人的功能、工藝與標(biāo)準(zhǔn)化要求，結(jié)合市場使用情況反饋，確定其5 個硬件組成部分，即系統(tǒng)主控部分、傳感器部分、行走機構(gòu)部分、清潔防疫機構(gòu)部分、輔助部分。然后使用UG 和AuToCAD 軟件進行二維圖和三維圖的繪制。硬件搭建包括智能小車各項功能模塊的搭建和拖地裝置與噴霧裝置的安裝。機器人在具備了機械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)之后，最為關(guān)鍵的就是控制程序的編寫和調(diào)試，最終實現(xiàn)機器人的功能動作。根據(jù)學(xué)生前期掌握的編程知識和進一步學(xué)習(xí)的成效，為學(xué)生選擇合適的編程語言，結(jié)合清潔機器人要實現(xiàn)的功能進行程序編制，并進行相關(guān)功能調(diào)試。

4 教學(xué)改革反思

教學(xué)團隊歷時一年，兩個學(xué)期，利用7 個項目完成了傳感器與檢測技術(shù)課程的教學(xué)改革實踐；學(xué)生在學(xué)做一體的教學(xué)模式下掌握了傳感器的相關(guān)知識，初步具備選擇合適傳感器并進行應(yīng)用的能力，較好地實現(xiàn)了課程教學(xué)目標(biāo)。與此同時，教師指導(dǎo)學(xué)生團隊參加2022 年“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽并獲內(nèi)蒙古自治區(qū)大賽銀獎。學(xué)生在開展大賽項目設(shè)計中不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，在不斷的遭遇挫折、克服困難、接觸市場、感知市場的過程中，大大激發(fā)了創(chuàng)造力。根據(jù)實踐探索，有下面幾點反思。

4.1 專兼結(jié)合教學(xué)團隊是開展項目化教學(xué)的基礎(chǔ)

項目導(dǎo)向、學(xué)做一體的教學(xué)模式對教學(xué)團隊的素質(zhì)要求很高，比如課程涉及的傳感器敏感性強，在實現(xiàn)自動檢測的過程中，會受到很多來自環(huán)境和自身不確定因素的影響，造成理論上本可以實現(xiàn)的自動檢測在實踐過程中因為干擾而達不到目的的情況時有發(fā)生，而且軟件程序編制中邏輯結(jié)構(gòu)所具有的復(fù)雜性，導(dǎo)致學(xué)生在硬件搭建、軟件編制和實物調(diào)試時反復(fù)性大，問題頻發(fā)，具備豐富實踐經(jīng)驗的教師對學(xué)生的指導(dǎo)和教學(xué)就顯得尤為迫切。特別是來自企業(yè)或者是生產(chǎn)、生活實踐的大賽項目，到了項目設(shè)計制作的最后環(huán)節(jié)，更加需要指導(dǎo)教師具備靈活應(yīng)用專業(yè)知識分析問題、解決問題的能力和豐富的實踐經(jīng)驗。校內(nèi)專任教師往往由于教學(xué)任務(wù)單一、企業(yè)一線經(jīng)驗缺乏、多學(xué)科知識融合能力不足等原因，在實施項目化教學(xué)的過程中難以對學(xué)生進行有效指導(dǎo)。為了更快、更有效地提高教學(xué)效果，要組織專任教師定期進企業(yè)實踐鍛煉，組建一支高素質(zhì)、專兼結(jié)合的師資隊伍顯得尤為重要[12]。

4.2 實踐項目的選擇和確定是項目化教學(xué)改革的根本

首先，項目化教學(xué)的主題必須來源于實踐，不能簡單化和理想化，所以，項目設(shè)計必須是在市場調(diào)研的基礎(chǔ)上形成的。其次，由于受到課堂教學(xué)時間或教學(xué)內(nèi)容限制，企業(yè)的實際工作過程可能不適合完全照搬到課堂，需要專任教師與兼職教師共同研討、設(shè)計出符合學(xué)生學(xué)習(xí)特點和學(xué)習(xí)規(guī)律的學(xué)做一體教學(xué)項目，在保證項目教學(xué)效果的同時也符合工作崗位的實際情況[13]。最后，實踐項目還要在將來的教學(xué)中能夠被學(xué)生學(xué)習(xí)、模仿和再創(chuàng)新，這就要充分考慮學(xué)生的特點和專業(yè)基礎(chǔ)，既要有一定難度又不能難度過大，這是教師在確定實踐項目時需要充分考慮和解決的問題。

4.3 不斷迭代和改進是項目化教學(xué)改革持續(xù)深入的法寶

項目化教學(xué)以其項目導(dǎo)向、學(xué)做一體的特點非常適合職業(yè)教育實踐性、職業(yè)性、開放性的需要。但任何一個項目設(shè)計之初都是稚嫩、不太成熟的，在執(zhí)行過程中總會遇到問題，如某些項目可能只是考慮一門課程的教學(xué)目標(biāo)，導(dǎo)致項目不太完整或過于簡單；又如有的項目設(shè)計過于復(fù)雜，對學(xué)生來說難度較大，或項目的順利實施干擾因素太多，成功率不高，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中屢受挫折而積極性不高；還有一些大賽項目需要不斷創(chuàng)新，持續(xù)迭代升級。這就要求教師在多輪教學(xué)實踐中結(jié)合課堂教學(xué)反饋和大賽項目的參賽情況，不斷更新內(nèi)容，優(yōu)化項目，最終使課堂教學(xué)的多個項目逐步迭代，最后形成一個完整的大賽項目。這種項目導(dǎo)學(xué)的課改模式以完成一個又一個緊密銜接的子項目任務(wù)來驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)，其實踐性和職業(yè)性更加契合職業(yè)教育的要求[14]。

4.4 走教學(xué)、大賽、科研一體化的道路是項目化教學(xué)改革系統(tǒng)化的必由之路

教學(xué)、大賽、科研一體化是由職業(yè)學(xué)校特點決定的，也是項目化教學(xué)改革系統(tǒng)化的必由之路。教學(xué)是學(xué)校的中心工作，是學(xué)校發(fā)展的生命線，項目導(dǎo)向、學(xué)做一體的教學(xué)是反映職教特色、提高教育質(zhì)量的重要模式。大賽是引領(lǐng)教學(xué)改革創(chuàng)新、完善教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的平臺。科研是推動和深化職業(yè)教學(xué)改革的基礎(chǔ)，是提高教學(xué)質(zhì)量的保證[15]。走教學(xué)、大賽、科研一體化的道路，可以使職業(yè)院校的三項基本工作通盤推進、一體開展，使三項工作相互融合、相互影響、相互促進，最終更好地服務(wù)高質(zhì)量人才培養(yǎng)。

5 結(jié)束語

隨著國家對教育、科技、人才的愈發(fā)重視，社會對職業(yè)教育的育人方式、培養(yǎng)模式等提出了更高的要求，這就要求高職院校教師結(jié)合職業(yè)教育的特點，以大賽和科研為平臺，積極推進項目導(dǎo)向、學(xué)做一體的教學(xué)模式改革，強化學(xué)生主體性和積極性，促進學(xué)生獨立思考、實踐動手、創(chuàng)新、分析問題、解決問題等能力的培養(yǎng)和提升。