壯而行 李潤(rùn)海 芮長(zhǎng)穎
關(guān)鍵詞:信息化教學(xué) ?檢測(cè)技術(shù) ?教學(xué)設(shè)計(jì)
傳感器是機(jī)電系統(tǒng)的感覺(jué)器官,在各類(lèi)電子產(chǎn)品和自動(dòng)化設(shè)備上得到了廣泛應(yīng)用。研究傳感器及其應(yīng)用的檢測(cè)技術(shù)課程是電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)主干課程。近年來(lái),信息化引領(lǐng)高職課程改革不斷走向深入,微課、動(dòng)畫(huà)等在線(xiàn)資源愈發(fā)豐富,教學(xué)平臺(tái)功能日益完善,檢測(cè)技術(shù)課程信息化水平不斷提升,課程的項(xiàng)目式教學(xué)已經(jīng)成為主流。在此基礎(chǔ)上,筆者學(xué)院教學(xué)團(tuán)隊(duì)引入翻轉(zhuǎn)課堂和混合式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式,凝練教學(xué)內(nèi)容,重構(gòu)實(shí)訓(xùn)任務(wù),對(duì)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)檢測(cè)技術(shù)課程的進(jìn)一步改革進(jìn)行了探索。
電氣自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生的主要就業(yè)崗位為自動(dòng)化設(shè)備安裝、系統(tǒng)調(diào)試與維護(hù)、自動(dòng)化設(shè)備工藝實(shí)施、小型自動(dòng)化系統(tǒng)集成等。通過(guò)開(kāi)展行業(yè)、企業(yè)崗位調(diào)研及畢業(yè)生調(diào)研、同行專(zhuān)家座談等方式,經(jīng)過(guò)排序、歸納后,確定了畢業(yè)生的13項(xiàng)典型工作任務(wù), “典型傳感器的安裝、調(diào)試及信號(hào)獲取”就是其中一項(xiàng)典型工作任務(wù)。檢測(cè)技術(shù)課程的開(kāi)設(shè)就是為了培養(yǎng)學(xué)生相應(yīng)的崗位能力。
課程開(kāi)設(shè)于第四學(xué)期,主要研究各類(lèi)傳感器的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用,內(nèi)涵豐富。在實(shí)際教學(xué)中存在以下課程設(shè)計(jì)難點(diǎn)和缺陷。
1.課程涉及傳感器種類(lèi)較多
從原理上看包括電阻式、電感式、電容式、渦流式、壓電式、超聲式、光電式等,涉及力、電、熱、聲、光等物理學(xué)的多項(xiàng)分支,知識(shí)廣度較大;從檢測(cè)量上看,包括壓力、流量、液位、轉(zhuǎn)速等不同性質(zhì)的物理量,對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)信息量較大,在課程內(nèi)容中不可能面面俱到,必須有所側(cè)重。
2.實(shí)訓(xùn)操作任務(wù)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成
對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)只是簡(jiǎn)單的接線(xiàn),這樣的任務(wù)與實(shí)際崗位工作差異過(guò)大,不能起到充分鍛煉學(xué)生操作技能的效果,也難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。
為了解決上文提出的課程在理論內(nèi)容和實(shí)訓(xùn)操作中存在的問(wèn)題,在檢測(cè)技術(shù)課程內(nèi)容的框架安排上,采用“情境+任務(wù)”的模式,以典型傳感器應(yīng)用為主線(xiàn),以真實(shí)產(chǎn)品為教學(xué)載體,將課程內(nèi)容分成五個(gè)學(xué)習(xí)情境。如下圖所示每個(gè)學(xué)習(xí)情境由若干典型任務(wù)組成,根據(jù)崗位技能要求,重點(diǎn)學(xué)習(xí)工業(yè)和生產(chǎn)生活中常用的PT100溫度傳感器、集成溫濕度傳感器、電渦流式接近開(kāi)關(guān)、電容式壓力流量傳感器、霍爾電壓電流傳感器、熱電偶、光電編碼器等,同時(shí)增加了粉塵傳感器等熱點(diǎn)內(nèi)容,拓展了學(xué)生視野。
為了充實(shí)實(shí)訓(xùn)任務(wù)內(nèi)容,使之貼近實(shí)際工作,同時(shí)考慮到學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)正在同步學(xué)習(xí)PLC、單片機(jī)課程,因此在實(shí)訓(xùn)任務(wù)中,將傳感器應(yīng)用和PLC、單片機(jī)等控制器結(jié)合起來(lái),以真實(shí)檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程重塑實(shí)訓(xùn)任務(wù)。通過(guò)“做中學(xué)”“學(xué)中做”實(shí)施理實(shí)一體教學(xué),使學(xué)生在“做”中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題,提高學(xué)生問(wèn)題處理和實(shí)踐動(dòng)手能力,并提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和獲得感,滿(mǎn)足裝備制造類(lèi)企業(yè)對(duì)高職人才培養(yǎng)的要求。
在此基礎(chǔ)上,以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、任務(wù)引領(lǐng)的方式開(kāi)展教學(xué),引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法,依托信息化教學(xué)平臺(tái),構(gòu)建線(xiàn)上線(xiàn)下互通的混合式教學(xué)體系,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。
課程考核方式也應(yīng)與教學(xué)方法相適應(yīng),考核方法以過(guò)程性考核為主,最終成績(jī)生成占比如下所示,其中任務(wù)得分占比最高,達(dá)到了35%,包括課前預(yù)習(xí)成果、課中技能表現(xiàn)和項(xiàng)目完成度、課后學(xué)生互評(píng)和教師評(píng)價(jià)等多個(gè)維度。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,課堂互動(dòng)參與度和信息化資源利用率也引入評(píng)價(jià)指標(biāo),引導(dǎo)學(xué)生盡快適應(yīng)混合式學(xué)習(xí)的模式。
下面以“智能家居”情境下,兩課時(shí)的“粉塵傳感器的選型和應(yīng)用”這一任務(wù)為例,介紹教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)與組織。
隨著“霧霾”成為2013年年度熱詞,人們對(duì)生活環(huán)境中的空氣質(zhì)量愈加關(guān)注。粉塵傳感器可以檢測(cè)空氣中的細(xì)小顆粒物濃度,在室內(nèi)空氣檢測(cè)設(shè)備、空氣凈化器等智能硬件中得到了廣泛的應(yīng)用。本課程追蹤社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題,在課程中增加“粉塵傳感器的選型與應(yīng)用”這一內(nèi)容,既契合“智能家居”情境,又可以引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。家用粉塵傳感器一般采用紅外光電傳感器,從原理上看,與傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警器極為相似,學(xué)生容易進(jìn)行知識(shí)遷移。因此,這一任務(wù)既能給學(xué)生帶來(lái)新鮮感,又不會(huì)增加學(xué)生的知識(shí)負(fù)擔(dān)。
本次任務(wù)內(nèi)容為使用Arduino單片機(jī)控制粉塵傳感器,顯示室內(nèi)空氣粉塵濃度,當(dāng)濃度超限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。教學(xué)設(shè)計(jì)以項(xiàng)目化形式展開(kāi),按時(shí)間縱向分為課前準(zhǔn)備、課中實(shí)施、課后鞏固三部分;按實(shí)際電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程分為:器件選型、軟硬件仿真、產(chǎn)品制作和功能測(cè)試等環(huán)節(jié)。下面按課前、課中、課后的順序介紹本次任務(wù)流程。
1.課前準(zhǔn)備
教師通過(guò)智慧云平臺(tái)推送課前任務(wù)單,要求學(xué)生通過(guò)智慧云平臺(tái),自主預(yù)習(xí)粉塵傳感器原理及相關(guān)技術(shù)參數(shù),閱讀相關(guān)文獻(xiàn)后,以小組為單位進(jìn)行室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì),觀看傳感器原理動(dòng)畫(huà),完成相關(guān)練習(xí)題、提交匯報(bào)PPT。
2.課中實(shí)施
首先通過(guò)情境任務(wù)導(dǎo)入,使學(xué)生了解本次課需完成的任務(wù),即室內(nèi)空氣顆粒物濃度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。選擇較有代表性的預(yù)習(xí)報(bào)告請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)分享,并對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)情況進(jìn)行總體評(píng)價(jià),引出本節(jié)課的主要環(huán)節(jié)。
需要注意的是,課中教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)不應(yīng)按照固定的大綱,而應(yīng)對(duì)學(xué)生反饋的預(yù)習(xí)成果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,從中提煉出需要進(jìn)一步講解的重難點(diǎn)和知識(shí)盲點(diǎn),在課堂上逐一破解。根據(jù)筆者的課程實(shí)踐,學(xué)生的問(wèn)題主要出現(xiàn)在傳感器的選型上,所以本課分為傳感器選型、系統(tǒng)仿真及調(diào)試、技能操作與課堂測(cè)評(píng)三個(gè)環(huán)節(jié)。
(1)傳感器選型。引導(dǎo)學(xué)生詳細(xì)分析數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),特別是未加詳細(xì)考慮的檢測(cè)數(shù)值單位、待機(jī)功耗等內(nèi)容。繪制器件性能雷達(dá)圖,對(duì)備選器件進(jìn)行充分比較。播放事先錄制的工程師視頻,講解在選型中學(xué)生未考慮的供貨周期、器件易得性、可替代性等因素,彌補(bǔ)知識(shí)盲點(diǎn),使學(xué)生完全掌握粉塵傳感器選型等要點(diǎn),完成本節(jié)課知識(shí)內(nèi)容閉環(huán)。
(2)系統(tǒng)仿真及調(diào)試。繪制硬件接線(xiàn)圖后,通過(guò)使用PROTEUS軟件,在之前完成的溫度檢測(cè)項(xiàng)目仿真電路的基礎(chǔ)上添加粉塵傳感器,搭建本項(xiàng)目的仿真電路,使學(xué)生掌握器件模擬、編制程序及調(diào)試等步驟要點(diǎn),具備簡(jiǎn)單應(yīng)用系統(tǒng)仿真能力。
(3)技能操作與課堂測(cè)評(píng)。學(xué)生完成室內(nèi)空氣顆粒物濃度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件接線(xiàn),拍攝硬件制作視頻上傳平臺(tái),以便課后教師和工程師進(jìn)一步評(píng)價(jià)學(xué)生技能掌握情況,完成技能練習(xí)閉環(huán)。通過(guò)功能測(cè)試后,進(jìn)行組內(nèi)互評(píng),總結(jié)課堂學(xué)習(xí)成果。通過(guò)物化學(xué)習(xí)成果,提高學(xué)生的獲得感,通過(guò)課堂測(cè)評(píng)進(jìn)行激勵(lì),最后進(jìn)行總結(jié)及下個(gè)任務(wù)發(fā)布。
3.課后鞏固
師生討論總結(jié)粉塵傳感器的選型及應(yīng)用的要點(diǎn),就此次任務(wù)所得進(jìn)行反思;現(xiàn)場(chǎng)連線(xiàn)參與墨跡天氣“空氣果”開(kāi)發(fā)的工程師,了解真實(shí)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程,特別是其中的重要步驟——傳感器標(biāo)定;布置課程拓展任務(wù)及下個(gè)任務(wù)的預(yù)習(xí)要求。
本文以“粉塵傳感器的選型與應(yīng)用”這一任務(wù)為例,探討了信息化教學(xué)條件下的檢測(cè)技術(shù)課程改革。課程設(shè)計(jì)遵循使用翻轉(zhuǎn)課堂理念,以學(xué)生為主進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì);授課中采用混合式教學(xué)方式,激勵(lì)為主,多元評(píng)價(jià),成果物化,可以有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂教學(xué)質(zhì)量;通過(guò)小組協(xié)作、教學(xué)做一體,提高學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)與職業(yè)素質(zhì)。
通過(guò)對(duì)改革后課程運(yùn)行效果的統(tǒng)計(jì),學(xué)生學(xué)習(xí)的優(yōu)良率、教師評(píng)學(xué)評(píng)分和學(xué)生評(píng)教評(píng)分都有了一定提高,課程改革初見(jiàn)成效。學(xué)生對(duì)檢測(cè)技術(shù)課程所要求的技能掌握得更充分,對(duì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)更有興趣,更愿意投入時(shí)間完成任務(wù),學(xué)習(xí)主動(dòng)性更強(qiáng)。
當(dāng)然,在本課程的設(shè)計(jì)上,還存在一些不足之處。信息化教學(xué)資源的質(zhì)量仍需提升,改革后的實(shí)訓(xùn)任務(wù)較為繁重,如何進(jìn)一步優(yōu)化任務(wù)的具體內(nèi)容,減量增質(zhì),是擺在課程團(tuán)隊(duì)面前的一個(gè)重要問(wèn)題,需要根據(jù)教學(xué)運(yùn)行情況反饋逐步調(diào)整,不斷地將課程改革推向深入。
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(作者單位:無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院)