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信息化教學環境下檢測技術課程的改革探討


傳感器是機電系統的感覺器官,在各類電子產品和自動化設備上得到了廣泛應用。研究傳感器及其應用的檢測技術課程是電氣自動化專業的專業主干課程。近年來,信息化引領高職課程改革不斷走向深入,微課、動畫等在線資源愈發豐富,教學平臺功能日益完善,檢測技術課程信息化水平不斷提升,課程的項目式教學已經成為主流。在此基礎上,筆者學院教學團隊引入翻轉課堂和混合式學習的教學模式,凝練教學內容,重構實訓任務,對電氣自動化專業檢測技術課程的進一步改革進行了探索。
一、課程定位與現狀
電氣自動化技術專業畢業生的主要就業崗位為自動化設備安裝、系統調試與維護、自動化設備工藝實施、小型自動化系統集成等。通過開展行業、企業崗位調研及畢業生調研、同行專家座談等方式,經過排序、歸納后,確定了畢業生的13項典型工作任務,“典型傳感器的安裝、調試及信號獲取”就是其中一項典型工作任務。檢測技術課程的開設就是為了培養學生相應的崗位能力。課程開設于第四學期,主要研究各類傳感器的原理、結構和應用,內涵豐富。在實際教學中存在以下課程設計難點和缺陷。
1.課程涉及傳感器種類較多
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、光等物理學的多項分支,知識廣度較大;從檢測量上看,包括壓力、流量、液位、轉速等不同性質的物理量,對學生來說信息量較大,在課程內容中不可能面面俱到,必須有所側重。
2.實訓操作任務在實驗臺上完成
對學生來說只是簡單的接線,這樣的任務與實際崗位工作差異過大,不能起到充分鍛煉學生操作技能的效果,也難以激發學生的學習熱情。
二、課程改革思路
為了解決上文提出的課程在理論內容和實訓操作中存在的問題,在檢測技術課程內容的框架安排上,采用“情境+任務”的模式,以典型傳感器應用為主線,以真實產品為教學載體,將課程內容分成五個學習情境。如下圖所示每個學習情境由若干典型任務組成,根據崗位技能要求,重點學習工業和生產生活中常用的PT100溫度傳感器、集成溫濕度傳感器、電渦流式接近開關、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,同時增加了粉塵傳感器等熱點內容,拓展了學生視野。

圖 檢測技術學習情境圖
為了充實實訓任務內容,使之貼近實際工作,同時考慮到學生在學習本課程時正在同步學習PLC、單片機課程,因此在實訓任務中,將傳感器應用和PLC、單片機等控制器結合起來,以真實檢測系統開發流程重塑實訓任務。通過“做中學”“學中做”實施理實一體教學,使學生在“做”中發現問題、解決問題,提高學生問題處理和實踐動手能力,并提升學生的職業素養和獲得感,滿足裝備制造類企業對高職人才培養的要求。在此基礎上,以項目驅動、任務引領的方式開展教學,引入翻轉課堂的教學方法,依托信息化教學平臺,構建線上線下互通的混合式教學體系,增強學生學習的主動性。
課程考核方式也應與教學方法相適應,考核方法以過程性考核為主,最終成績生成占比如下所示,其中任務得分占比最高,達到了35%,包括課前預習成果、課中技能表現和項目完成度、課后學生互評和教師評價等多個維度。為了提高學生的學習積極性,課堂互動參與度和信息化資源利用率也引入評價指標,引導學生盡快適應混合式學習的模式。下面以“智能家居”情境下,兩課時的“粉塵傳感器的選型和應用”這一任務為例,介紹教學過程的設計與組織。

表 成績評價權重指標
三、教學設計與組織
隨著“霧霾”成為2013年年度熱詞,人們對生活環境中的空氣質量愈加關注。粉塵傳感器可以檢測空氣中的細小顆粒物濃度,在室內空氣檢測設備、空氣凈化器等智能硬件中得到了廣泛的應用。本課程追蹤社會熱點問題,在課程中增加“粉塵傳感器的選型與應用”這一內容,既契合“智能家居”情境,又可以引發學生的學習興趣。家用粉塵傳感器一般采用紅外光電傳感器,從原理上看,與傳統的煙霧報警器極為相似,學生容易進行知識遷移。因此,這一任務既能給學生帶來新鮮感,又不會增加學生的知識負擔。
本次任務內容為使用Arduino單片機控制粉塵傳感器,顯示室內空氣粉塵濃度,當濃度超限時進行聲光報警。教學設計以項目化形式展開,按時間縱向分為課前準備、課中實施、課后鞏固三部分;按實際電子產品的開發流程分為:器件選型、軟硬件仿真、產品制作和功能測試等環節。下面按課前、課中、課后的順序介紹本次任務流程。
1.課前準備
教師通過智慧云平臺推送課前任務單,要求學生通過智慧云平臺,自主預習粉塵傳感器原理及相關技術參數,閱讀相關文獻后,以小組為單位進行室內空氣質量檢測儀的設計,觀看傳感器原理動畫,完成相關練習題、提交匯報PPT。
2.課中實施
首先通過情境任務導入,使學生了解本次課需完成的任務,即室內空氣顆粒物濃度檢測系統的設計。選擇較有代表性的預習報告請學生上臺分享,并對學生預習情況進行總體評價,引出本節課的主要環節。
需要注意的是,課中教學環節的設計不應按照固定的大綱,而應對學生反饋的預習成果進行數據分析,從中提煉出需要進一步講解的重難點和知識盲點,在課堂上逐一破解。根據筆者的課程實踐,學生的問題主要出現在傳感器的選型上,所以本課分為傳感器選型、系統仿真及調試、技能操作與課堂測評三個環節。
(1)傳感器選型。引導學生詳細分析數據手冊給出的各項技術指標,特別是未加詳細考慮的檢測數值單位、待機功耗等內容。繪制器件性能雷達圖,對備選器件進行充分比較。播放事先錄制的工程師視頻,講解在選型中學生未考慮的供貨周期、器件易得性、可替代性等因素,彌補知識盲點,使學生完全掌握粉塵傳感器選型等要點,完成本節課知識內容閉環。
(2)系統仿真及調試。繪制硬件接線圖后,通過使用PROTEUS軟件,在之前完成的溫度檢測項目仿真電路的基礎上添加粉塵傳感器,搭建本項目的仿真電路,使學生掌握器件模擬、編制程序及調試等步驟要點,具備簡單應用系統仿真能力。
(3)技能操作與課堂測評。學生完成室內空氣顆粒物濃度檢測系統的硬件接線,拍攝硬件制作視頻上傳平臺,以便課后教師和工程師進一步評價學生技能掌握情況,完成技能練習閉環。通過功能測試后,進行組內互評,總結課堂學習成果。通過物化學習成果,提高學生的獲得感,通過課堂測評進行激勵,最后進行總結及下個任務發布。
3.課后鞏固
師生討論總結粉塵傳感器的選型及應用的要點,就此次任務所得進行反思;現場連線參與墨跡天氣“空氣果”開發的工程師,了解真實產品開發流程,特別是其中的重要步驟——傳感器標定;布置課程拓展任務及下個任務的預習要求。
四、小結
本文以“粉塵傳感器的選型與應用”這一任務為例,探討了信息化教學條件下的檢測技術課程改革。課程設計遵循使用翻轉課堂理念,以學生為主進行教學設計;授課中采用混合式教學方式,激勵為主,多元評價,成果物化,可以有效地提升學生的學習興趣和課堂教學質量;通過小組協作、教學做一體,提高學生團結協作意識與職業素質。
通過對改革后課程運行效果的統計,學生學習的優良率、教師評學評分和學生評教評分都有了一定提高,課程改革初見成效。學生對檢測技術課程所要求的技能掌握得更充分,對實訓任務更有興趣,更愿意投入時間完成任務,學習主動性更強。
當然,在本課程的設計上,還存在一些不足之處。信息化教學資源的質量仍需提升,改革后的實訓任務較為繁重,如何進一步優化任務的具體內容,減量增質,是擺在課程團隊面前的一個重要問題,需要根據教學運行情況反饋逐步調整,不斷地將課程改革推向深入。

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