高職傳感器應用技術課程教學改革探析

吳永娜

摘要：高職院校傳感器應用技術課程改革是為了提高學生的學習興趣和實際操作能力。本文通過教學實踐，對傳感器應用技術課程的教學內(nèi)容、實踐內(nèi)容、教學方法和項目作品保存方式進行了改革。在教學及實踐內(nèi)容方面，增加了最新技術和應用案例，加強了傳感器原理和應用場景的講解，提高了學生的實際操作能力。在教學方法方面，采用了案例教學、問題導向教學和團隊合作學習等方法。在項目作品保存方式方面，建立了項目作品庫。通過這些改革，提高了課程的教學質(zhì)量和學生的學習效果，培養(yǎng)了學生的實際操作能力和創(chuàng)新思維。這些改革為學生的就業(yè)和發(fā)展奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：高職院校；物聯(lián)網(wǎng)；傳感器應用技術；課程改革；教學

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）36-0162-04

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

傳感器應用技術是高職院校物聯(lián)網(wǎng)應用技術、電子工程技術等專業(yè)的一門重要課程。該課程涉及多個領域的知識，是一門理論與實踐相結合的課程。在傳統(tǒng)的學習過程中，高職學生對內(nèi)容枯燥的傳感器理論內(nèi)容學習效率較低，對實踐性環(huán)節(jié)的學習較感興趣，這促使高職院校教師必須創(chuàng)新教學方法，注意理論知識結合生活和社會實踐，增強教學的生動性和有效性，激發(fā)學生主動學習的興趣，培養(yǎng)出學以致用的實用人才。因此，對該課程進行改革是必要的。本文將從教學及實踐內(nèi)容、教學方法、項目作品保存方式等方面探討高職院校傳感器應用技術課程的改革。

1 教學及實踐內(nèi)容的改革

傳感器應用技術涉及多個領域，需要掌握多個學科的知識。傳統(tǒng)的教學模式中，教學內(nèi)容主要集中在傳感器的基本原理和測量方法上，這些內(nèi)容難以激發(fā)學生的學習興趣和積極性。因此，需要增加實踐教學內(nèi)容，讓學生在實際操作中掌握傳感器應用技術的基本知識和技能。

在教學中，可根據(jù)最新的科技發(fā)展動態(tài)，增加一些新型傳感器應用領域的內(nèi)容，讓學生了解傳感器在實際應用中的具體應用場景和應用效果，如物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等，提高學生的實際應用能力。下面是幾個具體的案例。

1.1物聯(lián)網(wǎng)和傳感器網(wǎng)絡技術

物聯(lián)網(wǎng)和傳感器網(wǎng)絡技術是傳感器應用技術的重要方向之一，它們的應用范圍非常廣泛，例如智能家居、智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)自動化等領域。在課程的教學中，可選擇一個簡單的傳感器網(wǎng)絡仿真實驗作為示例，例如基于Arduino或樹莓派的傳感器網(wǎng)絡仿真實驗。這個示例中，使用串口通信來模擬傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸。在具體的代碼中，通過編寫傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)采集代碼、匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)接收和處理的代碼，以及顯示界面的代碼等來實現(xiàn)。

1.2智能傳感器技術

智能傳感器技術是另一種重要的傳感器應用技術，通常集成了傳感器和微處理器，可以實現(xiàn)自主控制、自校準、自診斷等功能。智能傳感器技術的應用范圍也很廣泛，例如工業(yè)自動化、醫(yī)療健康、交通等領域。在智能傳感器中，需要考慮傳感器的精度、線性度、靈敏度等問題，同時還需要考慮數(shù)字信號輸出、通信協(xié)議等問題。

在這部分授課內(nèi)容中，可以設計一個“基于智能傳感器的溫濕度測量系統(tǒng)”作為案例，在這個案例中，利用溫濕度傳感器來采集數(shù)據(jù)，使用微控制器來處理數(shù)據(jù)，并使用串口通信或網(wǎng)絡通信來輸出數(shù)據(jù)。在軟件設計階段，需要編寫代碼實現(xiàn)溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)采集、微控制器進行數(shù)據(jù)處理和輸出，以及結果的顯示等。

1.3傳感器應用技術的行業(yè)新趨勢

介紹傳感器在智能家居、自動駕駛、環(huán)保、健康醫(yī)療等領域的最新應用和技術趨勢。通過實例講解各種傳感器在這些領域的應用和創(chuàng)新。例如可以給出一個基于多種傳感器的自動駕駛系統(tǒng)的代碼實現(xiàn)，包括各種傳感器的數(shù)據(jù)采集和融合、決策和控制等，讓學生在實際操作中掌握多種傳感器的使用方法和調(diào)試技巧。

2 教學方法的改革

教學方法是影響學生學習效果的重要因素之一。在傳感器應用技術課堂上，除原理性較強的內(nèi)容可采用傳統(tǒng)講授法外，也應結合所授課內(nèi)容，增加多種教學方法的應用，以提高教學效果。

具體來說，除了傳統(tǒng)的授課方式外，還可以結合以下幾種教學方法。

2.1多媒體教學法

利用多媒體技術，在課件中加入一些動畫和視頻，把傳感器內(nèi)部的基本結構和運行時復雜的電磁關系形象地展現(xiàn)出來，讓學生更容易理解傳感器的結構和工作過程，把抽象難懂的理論和概念轉變成直觀、便于觀察和認知的內(nèi)容，更有得于學生掌握和學習教學內(nèi)容。

2.2 項目式教學法

以“學生為主，教師為輔，師生互動”的方式完成具體項目的創(chuàng)作。學生以小組的形式完成各階段的項目，強調(diào)學生的主導性、能動性，注重培養(yǎng)學生的學習興趣及積極性。

下面以“智能家居溫濕度傳感系統(tǒng)”為例，簡要介紹項目式教學法的實施過程：

1） 項目導入：在項目導入階段，引入整個項目的背景和目標，激發(fā)學生們的學習興趣，并讓他們了解智能溫濕度傳感系統(tǒng)的應用意義和需求；

2） 團隊組建：以自由組合形式組成開發(fā)小組，每個小組3-4名學生，鼓勵他們進行合作與協(xié)作；

3） 設計方案：學生們在小組中共同討論并設計智能溫濕度傳感系統(tǒng)的整體方案。這包括確定所需的材料和設備，定義系統(tǒng)功能與特性，以及制定項目計劃和時間安排，教師引導學生確定可行的方案；

4） 硬件和軟件準備：學生根據(jù)設計方案所需的材料和設備，準備和搭建電路，同時學習和練習使用對應開發(fā)板的編程技能。

5） 編程開發(fā)：學生根據(jù)設計方案，使用相應開發(fā)環(huán)境編寫程序，實現(xiàn)溫濕度傳感器數(shù)據(jù)的讀取和處理，通過無線通信模塊控制和提示系統(tǒng)，過程中教師提供必要的技術支持。

6） 測試與調(diào)試：學生進行系統(tǒng)的測試和調(diào)試，確保溫濕度傳感器能夠準確測量室內(nèi)溫度濕度，系統(tǒng)能夠根據(jù)設定的閾值進行相應的操作和提示，這個過程中，教師可提供必要的答疑解惑。

7） 反思和改進：進行項目的反思和改進，回顧整個項目的過程和成果，討論遇到的問題和挑戰(zhàn)，并提出改進的意見和建議。

8） 展示與分享：學生們向其他小組或全班展示他們的智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)，分享設計思路、實現(xiàn)過程和遇到的經(jīng)驗，促進彼此的學習和交流。

通過以上步驟，學生可以在實踐中掌握傳感器技術的基本原理和應用方法，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力、問題解決能力和團隊合作精神。在項目實施過程中，教師扮演指導者和支持者的角色，提供必要的支持和指導，鼓勵學生主動學習和解決問題，成為項目的主要推動者和學習的實踐者。

2.3 跨學科課程教學

在講授相關傳感器知識時，將計算機中不同學科的知識和技能有機地結合在一起，實現(xiàn)多學科合作和綜合學習，如：

1） 云計算與大數(shù)據(jù)：在涉及相關數(shù)據(jù)計算及處理時，可結合計算機的云計算和大數(shù)據(jù)處理的基本概念和技術，例如云服務、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)挖掘、機器學習等。學習如何將傳感器數(shù)據(jù)存儲在云端，使用大數(shù)據(jù)處理技術來分析和計算這些數(shù)據(jù)，應用于傳感器的處理和分析，以提取有價值的信息。

2） 網(wǎng)絡通信與安全：傳感器數(shù)據(jù)的通信需要網(wǎng)絡技術的支持，因此，在涉及這部分內(nèi)容時，應先了解網(wǎng)絡通信的基本原理、協(xié)議和技術，例如TCP/IP協(xié)議、HTTP協(xié)議等；此外，還應掌握網(wǎng)絡安全的基本概念和技術，例如身份驗證、加密通信等，利用這些知識和技術可以確保傳感器數(shù)據(jù)的安全傳輸和存儲。

3） 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)：傳感器技術結合嵌入式編程、硬件接口等知識可完成大部分智能家居系統(tǒng)的開發(fā)設計，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學生可以學習如何使用這些技術來開發(fā)和控制物聯(lián)網(wǎng)傳感器的嵌入式系統(tǒng)。

4） 環(huán)境科學：傳感器應用技術課程還可以與環(huán)境科學結合，探討環(huán)境監(jiān)測和保護的方法和技術。例如，在講授MQ-2、HS1101、PH傳感器時，可以結合環(huán)境科學中的空氣和水質(zhì)監(jiān)測的知識進行講解。

將傳感器應用技術內(nèi)容與其他學科結合，可以實現(xiàn)多學科合作和綜合學習，提高學生的綜合應用能力，同時也可以促進教師的專業(yè)發(fā)展和跨學科交流；教師在指導學生項目設計過程中，也可以整合不同學科的教學資源，提供多樣化的學習材料和工具。有針對性地為學生提供涉及不同學科的參考書、在線資源、實驗設備等，讓學生能夠綜合利用各種資源進行學習和探索。

2.4 虛擬仿真教學法

虛擬仿真教學法是一種利用計算機技術和虛擬環(huán)境來模擬實際場景和操作的教學方法，由于環(huán)境、安全等客觀因素，在傳感器應用技術課程中應用這種教學方法有其獨特的優(yōu)勢。下面以MQ-2傳感器為例，介紹如何通過虛擬仿真教學法組織教學活動：

1） 確定教學目標：明確教學目標，例如學生需要理解MQ-2傳感器的原理、掌握MQ-2傳感器的應用場景和使用方法等。

2） 選擇虛擬仿真軟件：選擇適合的虛擬仿真軟件，例如Arduino、Tinkercad等，這些軟件提供了MQ2傳感器模型和實驗環(huán)境。

3） 設計虛擬場景和任務：設計一個室內(nèi)環(huán)境中的氣體檢測系統(tǒng)的虛擬場景。任務是在不同的氣體濃度條件下，使用MQ-2傳感器進行氣體檢測并進行數(shù)據(jù)記錄和分析。

4） 開發(fā)虛擬仿真環(huán)境：利用虛擬仿真軟件，開發(fā)虛擬仿真環(huán)境。包括設計MQ-2傳感器模型，設置室內(nèi)環(huán)境的物理特性和參數(shù)，編寫交互邏輯和控制代碼等。

5） 教學資源開發(fā)：根據(jù)虛擬仿真環(huán)境，編寫相應的教學資源，如實驗指導書、實驗報告模板、教學視頻等。這些教學資源應該能夠引導學生進行實際操作和思考，并提供相應的解析和反饋。

6） 教師培訓和學生指導：為教師提供相應的培訓和指導，幫助他們熟悉和掌握虛擬仿真教學法的實施方法和技巧。同時，為學生提供相應的指導和支持，引導他們進行虛擬仿真操作和學習。

7） 評估和反饋：對虛擬仿真教學法進行評估和反饋。通過教學評估和學生反饋，了解教學效果和改進的方向，不斷完善和優(yōu)化虛擬仿真教學法。

通過以上教學活動的實施，學生可以在虛擬仿真環(huán)境中進行MQ-2傳感器的實驗操作和數(shù)據(jù)處理，了解MQ-2傳感器的工作原理和應用方法。同時，教師可以通過虛擬仿真教學法提供更加豐富和靈活的教學內(nèi)容和實驗場景。

以上措施的綜合應用，可以調(diào)動學生的學習積極性，激發(fā)他們的學習興趣和主動性，提高他們在傳感器應用技術實踐教學中的參與度和學習效果。

3 項目作品保存方式的改革

從以往經(jīng)驗來看，學生每學期的項目設計作品都以實物形式保存下來，這存在著如下弊端。

3.1 實物作品易受環(huán)境影響

傳感器實物作品通常需要使用電子元件和機械設備來檢測和傳遞信號，因此容易受到環(huán)境的影響，例如溫度、濕度、灰塵、磁場等。這些因素可能導致作品的損壞或性能下降，影響其長期保存和使用。

3.2 維護和保養(yǎng)難度大

傳感器實物作品需要定期進行維護和保養(yǎng)，例如清潔、檢查、更換部件等。由于傳感器作品通常比較復雜，維護和保養(yǎng)的難度較大，需要具備一定的專業(yè)知識和技能。

3.3存儲空間限制

傳感器實物作品通常較大，需要占用一定的空間進行存儲。而實驗空間有限，對作品的長期保存造成一定的限制。

3.4優(yōu)秀作品的影響力有限

由于作品存在著一定時效性，導致部分優(yōu)秀作品無法在更廣泛的時空范圍內(nèi)展示和傳播，這些作品的影響力對新一屆學子有非常好的帶動作用，可能會啟發(fā)師弟師妹創(chuàng)作更多更好的作品，甚至可以擴大本專業(yè)的知名度和影響力，讓更多的人了解和欣賞這些作品的價值和意義。

為了解決上面這些問題，結合現(xiàn)階段短視頻制作的興起，教師設計了如下圖所示的教學流程：

此項目中的輔助教學網(wǎng)站主頁如圖2所示，其中的“作品展示”模塊為存放歷屆學生的優(yōu)秀作品視頻展示模塊，如圖3所示；同時可以把課程的相關資料都放于網(wǎng)站上，供學生參考學習。

實踐證明，這種教學模式是可行的，其優(yōu)點在于：

1） 提升學生的自信心和認可度：將學生的優(yōu)秀作品公開展示給更多人，可以增加學生的自信心和認可感。這有助于激發(fā)學生的學習動力和創(chuàng)造力，進一步提升學習成果和能力。

2） 促進學習和經(jīng)驗的交流：通過展示學生的優(yōu)秀作品，可以為其他同學提供學習的范例和借鑒。這有助于促進學生之間的交流和合作，推動知識和經(jīng)驗的共享，提高整個專業(yè)的學術水平和實踐能力。

3） 增加作品的影響力和可見度：將作品展示在網(wǎng)站上，可以讓更多人欣賞和學習。這樣作品的影響力和可見度會得到提升，有可能吸引到潛在的雇主、合作伙伴或相關行業(yè)的專家關注，為學生的職業(yè)發(fā)展提供更多機會和選擇。

4） 建立學校形象和知名度：通過展示學生優(yōu)秀作品的網(wǎng)站，可以提升學校的形象和知名度。這有助于吸引更多優(yōu)秀的學生和教師加入學校，增加校內(nèi)外的關注和支持。

5） 方便分享和傳播：通過網(wǎng)站，作品可以輕松地分享給更多人，包括在校內(nèi)外的師生、業(yè)界專家和社會大眾。這樣可以加大作品的傳播范圍，提高作品的影響力和受到關注的程度。

4 結語

多輪教學實踐表明，以上教學手段的實施，使物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)傳感器應用技術課程的課堂氛圍更加活躍，教學內(nèi)容更加豐富，學生的學習興趣、學習信心有較大提高。隨著物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術的不斷發(fā)展成熟，傳感器的應用將更加多樣化、智能化，課程的教學內(nèi)容也將不斷更新完善，需要教師持續(xù)探索實踐，使這門專業(yè)課程能更好地適應學科及專業(yè)的發(fā)展要求，為學生的未來職業(yè)發(fā)展打下堅實的基礎。

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【通聯(lián)編輯：王 力】