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信息化教学环境下检测技术课程的改革探讨


传感器是机电系统的感觉器官,在各类电子产品和自动化设备上得到了广泛应用。研究传感器及其应用的检测技术课程是电气自动化专业的专业主干课程。近年来,信息化引领高职课程改革不断走向深入,微课、动画等在线资源愈发丰富,教学平台功能日益完善,检测技术课程信息化水平不断提升,课程的项目式教学已经成为主流。在此基础上,笔者学院教学团队引入翻转课堂和混合式学习的教学模式,凝练教学内容,重构实训任务,对电气自动化专业检测技术课程的进一步改革进行了探索。
一、课程定位与现状
电气自动化技术专业毕业生的主要就业岗位为自动化设备安装、系统调试与维护、自动化设备工艺实施、小型自动化系统集成等。通过开展行业、企业岗位调研及毕业生调研、同行专家座谈等方式,经过排序、归纳后,确定了毕业生的13项典型工作任务,“典型传感器的安装、调试及信号获取”就是其中一项典型工作任务。检测技术课程的开设就是为了培养学生相应的岗位能力。课程开设于第四学期,主要研究各类传感器的原理、结构和应用,内涵丰富。在实际教学中存在以下课程设计难点和缺陷。
1.课程涉及传感器种类较多
从原理上看包括电阻式、电感式、电容式、涡流式、压电式、超声式、光电式等,涉及力、电、热、声、光等物理学的多项分支,知识广度较大;从检测量上看,包括压力、流量、液位、转速等不同性质的物理量,对学生来说信息量较大,在课程内容中不可能面面俱到,必须有所侧重。
2.实训操作任务在实验台上完成
对学生来说只是简单的接线,这样的任务与实际岗位工作差异过大,不能起到充分锻炼学生操作技能的效果,也难以激发学生的学习热情。
二、课程改革思路
为了解决上文提出的课程在理论内容和实训操作中存在的问题,在检测技术课程内容的框架安排上,采用“情境+任务”的模式,以典型传感器应用为主线,以真实产品为教学载体,将课程内容分成五个学习情境。如下图所示每个学习情境由若干典型任务组成,根据岗位技能要求,重点学习工业和生产生活中常用的PT100温度传感器、集成温湿度传感器、电涡流式接近开关、电容式压力流量传感器、霍尔电压电流传感器、热电偶、光电编码器等,同时增加了粉尘传感器等热点内容,拓展了学生视野。

图 检测技术学习情境图
为了充实实训任务内容,使之贴近实际工作,同时考虑到学生在学习本课程时正在同步学习PLC、单片机课程,因此在实训任务中,将传感器应用和PLC、单片机等控制器结合起来,以真实检测系统开发流程重塑实训任务。通过“做中学”“学中做”实施理实一体教学,使学生在“做”中发现问题、解决问题,提高学生问题处理和实践动手能力,并提升学生的职业素养和获得感,满足装备制造类企业对高职人才培养的要求。在此基础上,以项目驱动、任务引领的方式开展教学,引入翻转课堂的教学方法,依托信息化教学平台,构建线上线下互通的混合式教学体系,增强学生学习的主动性。
课程考核方式也应与教学方法相适应,考核方法以过程性考核为主,最终成绩生成占比如下所示,其中任务得分占比最高,达到了35%,包括课前预习成果、课中技能表现和项目完成度、课后学生互评和教师评价等多个维度。为了提高学生的学习积极性,课堂互动参与度和信息化资源利用率也引入评价指标,引导学生尽快适应混合式学习的模式。下面以“智能家居”情境下,两课时的“粉尘传感器的选型和应用”这一任务为例,介绍教学过程的设计与组织。

表 成绩评价权重指标
三、教学设计与组织
随着“雾霾”成为2013年年度热词,人们对生活环境中的空气质量愈加关注。粉尘传感器可以检测空气中的细小颗粒物浓度,在室内空气检测设备、空气净化器等智能硬件中得到了广泛的应用。本课程追踪社会热点问题,在课程中增加“粉尘传感器的选型与应用”这一内容,既契合“智能家居”情境,又可以引发学生的学习兴趣。家用粉尘传感器一般采用红外光电传感器,从原理上看,与传统的烟雾报警器极为相似,学生容易进行知识迁移。因此,这一任务既能给学生带来新鲜感,又不会增加学生的知识负担。
本次任务内容为使用Arduino单片机控制粉尘传感器,显示室内空气粉尘浓度,当浓度超限时进行声光报警。教学设计以项目化形式展开,按时间纵向分为课前准备、课中实施、课后巩固三部分;按实际电子产品的开发流程分为:器件选型、软硬件仿真、产品制作和功能测试等环节。下面按课前、课中、课后的顺序介绍本次任务流程。
1.课前准备
教师通过智慧云平台推送课前任务单,要求学生通过智慧云平台,自主预习粉尘传感器原理及相关技术参数,阅读相关文献后,以小组为单位进行室内空气质量检测仪的设计,观看传感器原理动画,完成相关练习题、提交汇报PPT。
2.课中实施
首先通过情境任务导入,使学生了解本次课需完成的任务,即室内空气颗粒物浓度检测系统的设计。选择较有代表性的预习报告请学生上台分享,并对学生预习情况进行总体评价,引出本节课的主要环节。
需要注意的是,课中教学环节的设计不应按照固定的大纲,而应对学生反馈的预习成果进行数据分析,从中提炼出需要进一步讲解的重难点和知识盲点,在课堂上逐一破解。根据笔者的课程实践,学生的问题主要出现在传感器的选型上,所以本课分为传感器选型、系统仿真及调试、技能操作与课堂测评三个环节。
(1)传感器选型。引导学生详细分析数据手册给出的各项技术指标,特别是未加详细考虑的检测数值单位、待机功耗等内容。绘制器件性能雷达图,对备选器件进行充分比较。播放事先录制的工程师视频,讲解在选型中学生未考虑的供货周期、器件易得性、可替代性等因素,弥补知识盲点,使学生完全掌握粉尘传感器选型等要点,完成本节课知识内容闭环。
(2)系统仿真及调试。绘制硬件接线图后,通过使用PROTEUS软件,在之前完成的温度检测项目仿真电路的基础上添加粉尘传感器,搭建本项目的仿真电路,使学生掌握器件模拟、编制程序及调试等步骤要点,具备简单应用系统仿真能力。
(3)技能操作与课堂测评。学生完成室内空气颗粒物浓度检测系统的硬件接线,拍摄硬件制作视频上传平台,以便课后教师和工程师进一步评价学生技能掌握情况,完成技能练习闭环。通过功能测试后,进行组内互评,总结课堂学习成果。通过物化学习成果,提高学生的获得感,通过课堂测评进行激励,最后进行总结及下个任务发布。
3.课后巩固
师生讨论总结粉尘传感器的选型及应用的要点,就此次任务所得进行反思;现场连线参与墨迹天气“空气果”开发的工程师,了解真实产品开发流程,特别是其中的重要步骤——传感器标定;布置课程拓展任务及下个任务的预习要求。
四、小结
本文以“粉尘传感器的选型与应用”这一任务为例,探讨了信息化教学条件下的检测技术课程改革。课程设计遵循使用翻转课堂理念,以学生为主进行教学设计;授课中采用混合式教学方式,激励为主,多元评价,成果物化,可以有效地提升学生的学习兴趣和课堂教学质量;通过小组协作、教学做一体,提高学生团结协作意识与职业素质。
通过对改革后课程运行效果的统计,学生学习的优良率、教师评学评分和学生评教评分都有了一定提高,课程改革初见成效。学生对检测技术课程所要求的技能掌握得更充分,对实训任务更有兴趣,更愿意投入时间完成任务,学习主动性更强。
当然,在本课程的设计上,还存在一些不足之处。信息化教学资源的质量仍需提升,改革后的实训任务较为繁重,如何进一步优化任务的具体内容,减量增质,是摆在课程团队面前的一个重要问题,需要根据教学运行情况反馈逐步调整,不断地将课程改革推向深入。

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