基于真实产品的《传感器与信号调理》教学项目设计*

俞 志 根

(湖州职业技术学院 机电工程分院, 浙江 湖州 313000)

高职教育与中职的最大区别是其高等性，具体体现在高职培养目标中要求学生在掌握职业技能的同时，应该同时掌握足够的理论知识，既要突出其职业性，要重视职业技能的培养，又要注重掌握一定的理论知识，为学生的职业生涯发展和拓展提供扎实的基础[1](P163-166),[2](P23-24)。根据杜威的实用主义教育思想，以及我国著名教育家陶行知先生的“教学做合一”教育理念，高职教育采用“理实一体化”教学模式是最为恰当的，将理论与实践融为一体才能够使高职教育在培养学生职业技能的同时促使他们掌握必备的理论知识[3](P54-55)。湖州职业技术学院将应用电子技术专业的培养目标定为：面向电子产品生产经营企业，培养熟悉电子产品开发设计、加工制造、结构装配、产品检测、品质管理等岗位的第一线高技能专门人才。在特色专业建设中要求每门课程根据所对应的职业岗位，引入企业生产过程中的标准作为依据，采用真实电子产品作为载体设计课程内容和教学目标。《传感器与信号调理》作为电子产品电路设计岗位中的课程之一，对课程内容体系进行了全方位的重新定位和设计。

一、《传感器与信号调理》课程的特点、定位与教学内容设计

(一)本课程的特点及其定位

由于传感器非常广泛，用于信号调理的方法和专门芯片门类繁杂，不可能面面俱到，且传感器结构原理及信号调理理论性较强，对于高职学生，理论深度要把握恰当，不宜过深。

《传感器与信号调理》是应用电子专业的一门骨干专业基础课程，主要培养学生选择应用各类传感器的能力，组成各种信号调理电路、测量电路及各种测试模块电路的设计制作能力。课程培养目标是：通过本课程的学习使学生掌握电阻式、电容式、电感式、霍尔、热电偶、光电、压电等常用传感器的结构原理和选用方法，学会模拟信号的放大、转换、滤波及数字信号的整形等调理电路的设计，会正确选用传感器与运放、模数/数模转换及专用芯片设计检测电路，为后续单片机课程提供前级测量电路[4](93-96)。

(二)教学内容体系的设计

根据本课程的自身特点和定位及目标要求，拟选择位移、压力、温度湿度、气体成分分析和频率等五个方面的物理量作为被测量，按被测量的性质选择典型传感器编排课程内容；至于信号调理部分，分散在每类传感器中进行，主要有微弱信号的放大、信号的模数/数模转换、频率信号的整形、信号的滤波等，重点讲解各种专用芯片的特性和选用。整个课程教学内容选择五个真实电子产品电路作为载体设计五个教学项目，将理论知识融入其中。载体的选择遵循从易到难、由简单到复杂的基本原则，根据课程教学目标，结合地方行业企业特点选择了BH型电子狗报警器、XH-M2500活仕增湿器、TDR199Z型电动自行车调速器、EM-20/YC酒精检测仪和ACS-3A电子计价秤等五个电子产品作为本课程的教学载体，进行教学项目的设计[5]。总体而言，本课程内容主要包括两大部分、五个训练项目、三个训练方面，如图1所示：

图1 课程总体安排图

以上的课程教学内容体系设计主要考虑了《应用电子专业学生岗位技能需求调查分析报告》和《应用电子专业学生岗位操作支撑知识调查分析报告》对中小规模电子产品电路设计过程所需的职业技能点和理论知识点要求，所选的五个载体包含了力(压力)、温度、湿度、气体、频率等各种物理量的检测，覆盖传感器种类较为齐全，信号调理部分包括了信号的放大、滤波整形、模数转换及抗干扰等各个方面，符合载体选择的典型性和知识技能等的涵盖要求。

在教学模式上，采取真实电子产品电路的实际设计制作过程式的项目教学，教学内容的组织与安排与电子产品电路设计制作工作过程高度一致。教学内容的组织与安排按照实际项目工作过程，沿工作过程展开模块化教学。采用校内实训基地实施课程教学。课程后期也可以直接采用部分顶岗实习进行工学交替的方式进行。

二、基于真实电子产品的理实一体化教学项目

根据本课程的培养目标，结合高职教育重在培养学生职业技能，兼顾一定理论知识的原则，确定本课程的培养重点在于将传感器结合进电子产品电路中去，由应用出发讲透传感器结构原理及其信号调理原理，使学生更易接受和掌握传感理论及信号调理方法与理论，同时，通过五个项目产品电路的设计与制作，培养学生电路设计的岗位技能，以达到《中小规模电子产品电路设计岗位考核标准》的要求。

(一)本课程理论知识结构

参照《应用电子专业学生岗位操作支撑知识调查分析报告》中小规模电子产品电路设计过程所列理论知识点要求，本课程整体知识结构主要包括传感器结构原理与信号调理两大部分。传感器结构原理部分主要包括力传感器、温湿度传感器、位移传感器、速度传感器及气体分析传感器等几种常见物理量的测量传感原理和常见传感器结构；信号调理主要包括微弱信号的放大、整形、滤波、转换与抗干扰等内容。具体的结识点见表1和表2。

表1 传感器结构原理方面的知识点[6](P35)

表2 信号调理方面的知识点

(二)本课程职业技能训练结构

本课程职业技能训练内容参照《应用电子专业学生岗位技能需求调查分析报告》中小规模电子产品电路设计过程所列技能点选择具体训练点。主要包括中小规模电子产品电路设计训练、器件安装与电路制作训练和电子产品电路设计文件编制训练三方面。中小规模电子产品电路设计训练主要进行传感检测电路的设计，包括传感器选型、信号调理电路专用芯片的选用、芯片外围器件的设计与选用，训练中要结合实际生产中必须遵守的各种产品标准，使设计的电路具有实用价值，具体训练点细分见表3。器件安装与电路制作训练主要是将设计的电路制作成实物，以培养学生的动手能力，进一步提升他们的就业竞争力，也可以检验其设计的合理性，具体训练点细分见表4。电子产品电路设计文件编制训练主要培养学生整理文档的能力，以养成良好的遵守标准和规范的职业习惯，具体训练点细分见表5。

(三)职业技能训练项目设计

根据课程载体设计BH型电子狗报警器报警电路设计与制作、XH-M2500活仕增湿器控制电路设计与制作、TDR199Z型电动自行车调速器调速电路设计与制作、EM-20/YC酒精检测仪检测电路设计与制作和ACS-3A电子计价秤称量电路设计与制作五个职业技能训练项目进行课堂教学，通过几种传感器应用电路的设计制作训练，完成课程知识结构体系和技能训练体系的教学任务，实现传感检测与信号调理电路设计、各种传感器及专用芯片选型、信号放大芯片选择、数模/模数转换芯片选用、电路器件安装、电路性能调试及工艺文件编制等各方面职业技能的培养。表6为职业技能训练项目1的具体安排，其余4个项目限于篇幅不再详列。

表3 中小规模电子产品电路设计训练

表4 器件安装与电路制作训练

表5 电路设计说明文件编制训练

(四)教学进度安排及课程考核要求

本课程总课时为112，根据上述课程内容的模块结构和能力训练项目安排要求，结合每个项目的复杂程度和课程的总课时量，本课程教学进度安排为：BH型电子狗报警器报警电路设计与制作16课时，XH-M2500活仕增湿器控制电路设计与制作18课时，EM-20/YC酒精检测仪检测电路设计与制作20课时，TDR199Z型电动自行车调速器电路设计与制作26课时，ACS-3A电子秤电路设计与制作32课时。

参照本课程理论与技能培养目标，本课程作业安排在每个训练项目中，项目技能训练以课堂作业的形式安排。课外作业以每个项目的技术文件编制为主要内容。课程作业以本课程的训练核心为主要内容，通过作业拓展学生的知识面，提高他们应用所学知识的技能。学生的技能评测依据《电子产品结构与装配岗位考核标准》进行，课程考核方法采用平时成绩、单元操作成绩、课程答辩成绩三个部分组成。其中，平时成绩以考勤、课堂与课外作业及现场职业素养为考核点。占总成绩30 %。单元操作成绩占总成绩50 %。课程答辩占20 %。

表6 职业技能训练项目1的详细训练内容

三、结 语

根据设计的教学项目，在2010级应用电子专业1001班实施教学，经过五个项目的理实一体化教学，将电阻应变效应、信号放大、滤波、抗干扰等诸多理论知识点结合在测量电路设计与制作的实践项目中讲解，运用真实产品试用、传感器实物演示、图片、录像等多种教学手段，取得了良好的教学效果。经过一学期的学习和训练，学生很好地掌握了位移、压力、温度湿度、气体成分分析和频率这五个物理量的测量方法，能熟练选择常用传感器，进行信号调理电路的设计，合理选用信号放大、数模/模数转换、滤波等常用芯片，并较好地掌握了测量电路的实际制作和电路调试技巧，基本具备了中小规模电子产品电路设计岗位的职业技能要求，且掌握了自我学习的方法与技巧，完成了课程教学目标。这种以真实电子产品为载体的理实一体化教学项目，有利于学生职业技能和专业素养的养成，为高技能人才的培养打下坚实的技术基础[7](P15-16)。

参考文献：

[1] 刘心美,赵桂茹.基于岗位胜任力模型的高职课程体系研究[J].黑龙江高教研究,2010(8).

[2] 徐科军.“传感器与检测技术”课程建设探讨[J].电气电子教学学报,2009(3).

[3] 贺继明,蒋家胜.高职思政课理实一体教学模式浅探[J].中国职业技术教育,2009(3).

[4] 李 成,樊尚春,钱 政,等.传感器课程建设及其实验教学探索[J].实验科学与技术,2010(4).

[5] 刘江南,吴长德,杨 华,等.以产品研发设计项目作为教学载体的研究与实践[J].中国大学教学2008(6).

[6] 俞志根.传感器与检测技术(第二版)[M].北京:科学出版社,2010.

[7] 周位彬,王朝庄.高技能人才界定与高职教育课程建设理论透视[J].职业教育研究,2010(11).