《传感器与检测技术》课程项目教学法的应用

周春梅

(天津滨海职业学院机电工程系 天津300450)

《传感器与检测技术》课程项目教学法的应用

周春梅

(天津滨海职业学院机电工程系 天津300450)

通过阐述对《传感器与检测技术》课程教学方法的改革，强调了课程整体教学设计的重要性，对课程内容进行重新整合序化，采用项目教学的方法，将原有的教学内容进行重新组合，构建相应的教学项目。详细介绍了《传感器与检测技术》课程项目教学的具体实施过程，并对其进行了评价。

传感器与检测技术 项目教学法 整合序化 项目设计

1 项目教学法的概述

在现行高等职业教育的课程教学中，课程整体设计对教学效果有很大影响，教学项目的设计尤为重要，它以实际的生产活动、工程应用、职业岗位为背景，对教学情境进行设计，尽可能做到真实，贴近实际工作岗位，项目内容应涵盖课程标准所要求的教学能力点和知识点。项目中不仅应该包括能力训练、知识学习、教学活动、作业练习，还应该包括企业规范、职业道德、团队合作等，让学生在学习的过程中实践操作，以实现教、学、做、考、评为一体的新教学模式。

2 项目教学法的步骤

《传感器与检测技术》是传统的电子类、自动化类、机电类等专业的基础课程。如何利用所学的相关传感器知识解决实际生产、生活中遇到的问题，不仅让学生感到困难，同时也是任课教师所面临的挑战。教师只有在教学中因势利导、取长补短、精心设计教学内容，改进教学方法，加强对学生实践操作能力的培养，才能改变当前现状。而“项目教学法”，可以使师生在教、学、做等方面得到较大提高。

2.1 项目设计——教学内容的重组

传感器可分为温度检测传感器、压力检测传感器、物位及厚度传感器、位移传感器、速度检测传感器、气体和湿度传感器等。在具体的教学中，可以弱化传感器理论知识，对原有教学内容进行重新整合，将原有知识转换成典型、有实用价值的、学生感兴趣的 8个项目模块，即压力测量——数字电子称、光电检测——光电智能小车、浓度测量——烟雾报警器、位移和物位测量——液位计、振动测量——振动仪、转速测量——转速表、温度测量——温度计、传感器在物联网中的应用——智能蔬菜大棚。每个项目都制定有不同的教学目标要求和能力目标。师生可共同完成设计、制作、调试和评价的全过程。每堂课都要从实际测量问题出发，通过具体项目引入新的教学内容。

2.2 项目实施与评价——项目教学的具体实施

项目教学在具体实施时，先由任课教师进行项目引入，使学生掌握必要的基础概念、原理等相关知识，然后按 2～3人分组，布置项目任务并对学生提出具体要求：根据项目描述进行分组讨论、查找相关资料，进行方案的可行性论证，并整理出设计思路与方法。完成具体电路的原理图设计和相关参数计算，画出电路硬件系统组成方框图，选择合适的电子元器件。对初步设计的电路先自行检查修正，然后在教师的指导下，组织学生相互交流，确定项目实施的最佳方案，由学校提供电子元器件及电子焊接器材让学生正式实施项目，完成焊接和调试后，填写实训工单及项目报告单，分析整个过程中存在的问题，最后师生共同讨论，评价项目实施中出现的问题，通过对比找出差异，并对整个项目进行阶段性评估考核。

2.3 项目教学法实施过程实例

下面将以设计 1台应变式数字称重电子称(即压力测量教学模块)的项目为例，简单描述项目教学的实施过程。

2.3.1 项目描述

以市场上常见的称重电子称为参考，要求学生利用所学传感器专业知识，设计出一款简易称重电子称。要求先对电子称按照重量与电压的一一对应关系进行标定，使电子称能够将输出电压转换成相应的重量，以实现基本的称重功能。以传感器实验室现有条件确定电子称的称重范围为 0～500,g，称重误差不大于10,g。

2.3.2 项目分析

通过项目描述引导学生先对测量进行合理的需求分析，给出系统的总体方案设计思路，然后根据设计思路选择合适的传感器，可行的安装结构，一定的测量精度，以及具体的测量电路、信号处理电路。学生以3人一组进行设计。

首先选择适合的称重传感器类型。根据称重传感器的不同原理，可以选择电容式、电感式、光栅式、应变片式、霍尔式等不同种类的传感器作为候选。引导学生思考哪些量可以直接或间接转换成所称重量，选择出最适合项目描述的称重传感器。除了考虑传感器的结构形式和理论实现方式外，还应考虑输出电压量与输入重量的线性关系，所称重量值和实际物品重量不应相差太大，读值时数字应稳定。通过对比和综合考虑，最终确定本系统采用电阻应变式传感器，量程为 500,g，误差为10,g。

在信号处理电路设计方面，由于应变传感器的输出信号一般是比较微弱的模拟电压信号，应提醒学生根据前期所学的电学知识，根据电子称的最终输出信号需求，设计出合理的后续放大电路。

2.3.3 项目实施过程

①确定数字电子称基本原理。应变式数字电子称主要由5部分组成，即传感器(应变片)、测量电路(应变全桥)、信号处理电路(放大电路)、模数转换部分、显示部分，其中数模转换部分和显示部分可用电压表代替。②确定传感器及其测量电路。应变式数字电子称的测量电路通常使用桥式测量电路，电桥由 4个电阻应变片构成(即应变全桥)，它将应变电阻值的变化转换为电压或电流的变化，电桥的一个对角线接入工作电压 UI，另一个对角线为输出电压UO，这就是传感器输出的电信号。应变全桥的特点是：当4个桥臂的应变电阻达到某种关系时(电桥平衡时)，电桥输出为0，否则就有电压输出，因此应变电桥能够精确地测量微小的电阻变化。③确定信号处理电路——三级集成运算放大电路。在本项目设计中，将采用三级集成运算放大电路形式，这种差动输入的形式，可以很好地降低温度对信号的影响，对共模信号有较好的抑制作用，为保障稳定的电压信号输出，又加了两级放大电路，电路中以集成运算放大器为主要放大器件。传感器测量电路采用直流全桥电路，既可以自动实现测量误差的补偿，又可以准确地将电阻值的变化转换成稳定的电压输出。④测重。将应变式传感器的4个应变片组建成应变全桥，检查接线无误后，合上主控箱电源开关。对应变电桥进行调零，使数字电压表显示为 0。调零结束后关掉电源。后续信号处理三级放大电路连接电源，检查无误后，合上主控箱电源开关，调节三级运算放大电路的输入端可调电阻至中间位置，再对输出端进行调零。在对放大电路调零时可将放大电路的正、负输入端与地短接，输出端与电压表相连，调节输出端的调零电位器，使电压表显示为0，然后断开电源。将前期已经调试好的应变电桥的输出端接入三级运算放大电路，再次接通电源。在电子称的托盘上放置一只 20,g的砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的数值，直到200,g(或500,g)砝码加完。记下测量结果，然后进行相应标定，标定后再对其他物品进行称重，从而得出被测物品重量。

2.3.4 项目评价

项目结束后，要求每个学生对项目总体的构思、设计、实施、执行各阶段的工作进行总结，分析项目执行中遇到的问题。教师对小组中每位学生的表现进行点评，同时要求各小组间相互评定，对项目中的亮点进行表扬和推广，并客观给出项目过程成绩。项目考核可包括 3个方面：①情感目标的考核，着重体现对学生平时的到课率和上课表现的考核，为保证项目的实施效果，鼓励学生互相学习、互相讨论、互相帮助，循序渐进地实现对学生进行职业素质与团队合作精神的培养。②知识目标的考核，对学生理论知识的掌握情况的考核，以笔试方式为主，不要求学生死记硬背原理推导，而是注重知识应用，考核内容均为课程标准所要求的内容。③能力目标考核，通过项目教学法的实施，培养学生学会应用知识、训练综合技能的能力，使学生能够完成简单传感器的设计应用，能够解决在实际工作中遇到的传感器的安装、调试、检测等问题。在项目过程考核中，做到学生互评互考，既能促进学生之间的相互监督，又能激发学生的创新意识。

4 结 论

项目教学法在教学中的应用，改变了传统教学模式，推动了新的教学改革，由以课本理论知识为中心转变为以工程项目为中心，由以课堂教学为中心转变为以实训操作为中心，为高等职业院校的学生创造良好的学习环境。项目教学法既体现了教师在教学中的主导作用，又发挥了学生在学习过程中的主体作用，既体现了高职教育新的教学模式与特征，又培养了学生在掌握工程检测基础知识、个人及团队合作等方面的能力。教师应进一步总结提高项目教学法，并在实践中加以实施推广。■

［1］ 戴士弘. 职教院校整体教改[M]. 北京：清华大学出版社，2012.

［2］ 戴士弘，毕蓉. 高职教改课程教学设计案例集[M].北京：清华大学出版社，2007.

［3］ 沈洁，谢飞. 自动检测与转换技术[M]. 天津：天津大学出版社，2011.

［4］ 单成祥. 传感器的理论与设计基础及其应用[M]. 北京：国防工业出版社，1999.

App lication of Project-based Teaching M ethod to the Course of“Sensor and Detection Technology”

ZHOU Chunmei
(Mechanical and Electrical Engineering Department，Tianjin Coastal Polytechnic，Tianjin 300450，China)

This paper describes the reform of teaching method of the course“Sensor and Detection Technology”to highlight the significance of overall teaching design of curriculums. The reform includes rearrangement of the whole course content and adoption of the project-based teaching method to recombine former teaching contents according to practical engineering testing assignments to construct relative teaching items. In the paper，specific implementation process of the projectbased teaching of “Sensor and Detection Technology” was introduced and evaluated.

Sensor and Detection Technology；project-based teaching method；integration and reordering；project design

G427

：A

：1006-8945(2015)03-0077-02

2015-02-03