高职信息化教学设计研究与实践以《认识传感器》课程为例

邵玉林

（ 江西冶金职业技术学院 机电工程系 江西新余 338000）

0 引言

自2013年起，法国雅克·阿塔利所著的《未来简史》，该书描述人类未来将面临万物互联，传感先行。离开传感器，所有关于万物互联的智能世界美好畅想都将化为泡影。

《传感器原理及应用》是信息技术的一门最核心最基础课程[1]，是集内容抽象、计算繁琐、习题量多、公式图像多等诸多特点于一体的理论性较强的学科，不但要求学生具有一定的高等数学功底，还要求学生具有一定的分析和设计能力。利用纯理论加实验的传统教学方法，学生难以理解，影响学习效果，使得学生直接失去对《传感器原理及应用》这门科的兴趣。

本文针对这种情况，把多种信息化教学手段嵌入到《传感器原理及应用》教学中，并给出实例。实践表明该方法是行之有效的，可以最大限度地激发学生学习的兴趣，信息化教学技术的强大表现能力使得《传感器原理及应用》中抽象问题更加具体化，起到非常好的教学效果。

1 信息化教学设计的必要性

针对传感器原理及应用，虚拟现实模拟了传感器原理的基本特性以及开发应用实例，不但增强学生的工程实践能力[2]。而且增强学生画图、识图的能力， 信息化技术的强大表现能力使得《传感器原理及应用》中抽象问题更加具体化。起到非常好的教学效果。

2 仿真软件作为载体，结合理实一体化教学方法激发学生学习兴趣

2.1 新课导入——创设问题情境

让学生观看一段科技动态和机器人---传感器在实际生活中的应用，使学生入境。根据职业学生的特点，以科技视频形式吸引学生的注意力，并创设问题，机器人为什么能够模仿人？ 并且对周围的事物作出反应？ 传感器扮演了重要的角色，从而调动学生积极性。

2.2 实施任务——三大教学任务

利用仿真技术优势，实施教学任务，合理设置问题，以“蒙眼取书”小游戏作为载体，融合思维导图教学方法梳理本单元的知识点。

任务一 : 传感器认识

什么是传感器，传感器能做什么

让学生集中注意力观看一段“神舟十号飞船和天宫一号实现了两次“天神之吻”以及机器人”的 科技视频，引导学生思考，神舟十号飞船和天宫一号为什么能够“太空穿针”？ 它是如何准确地看到对方呢？让学生抢答，更好理解五官的延长—传感器。 通过身边实际例子分析讲解，更加激起学生的求知欲望，符合高职生思维特点。

任务二：传感器的分类

依据思维导图的模式，给传感器分类，思维导图直观形象，可以把零散的知识有序地串起来，促进思维的可视化，提高职业学生的学习效率和思维发散能力，通过分析对比，易于发现事物之间的内在联系，更加有利于师生之间交流与协作。

任务三：常用传感器的组成 、维修及学生运用虚拟仿真软件

（1）传感技术—五官,通信技术—神经,单片机技术—大脑,三项对比引出传感技术及其涉及领域，从茫茫的太空到浩瀚的海洋，几乎每一个现代化项目都离不开传感器[3]。可以说处处皆是，俗话说“处处皆学问”学生细心观察，发现生活中的传感器的影子。举例说明小汽车和手机能用到哪些传感器。这样就达到能力目标和情感目标的培养，启发诱导法和头脑风暴法为主，鼓励学生有小组为单位，采用合体探究法， 体现了对教学重点的突破。 激发学生探究的欲望和自主学习的热情，小组以头脑风暴模式讨论，培养学生的团队协作意识，为后面的检测提供了有利的条件。

（2）称是商品中随处可见的度量工具，千百年来代代相传，从杆称、弹簧秤发展到今天的电子秤，相比而言，电子秤有着无可迷你的优点，电子秤为什么如此快捷准确地称出商品的重量，其实，电子秤的内部是一个电阻应变式传感器，下面以电阻式传感器为例，阐述如何把信息技术采用多维的学习方式嵌入到《传感器原理及应用》教学中[4]。

①运用Flash仿真动画演示，了解电阻应变式传感器的工作原理并画出它的动态方框结构图，若利用传统的教学方法“黑板+粉笔”讲述压力、应变电阻的形变、 电阻值三者之间的变化关系 ，压力越大→粘贴在电子秤上的应变片形变越大→电阻值发生变化也就越大[5]。内容抽象、晦涩，学生难以理解，直接影响学生的学习效果。

图1 传感器主要内容Fig. 1 Main content of sensor

运用动画演示电阻应变片的形变过程，直观形象，学生一看便一目了燃 ，胜过千言万语 。不但可以消除学生的心理疲劳，而且还可以减轻学生生理疲劳 ，提高课堂教学效率，激发学生的求知欲和创造性[6]。

② 利用微课Mooc学习，突破教学难点

本节课的教学难点是惠斯通电桥的工作原理，利用传统的纯理论讲解抽象、生硬，学生不易理解，因此，可以将惠斯通电桥的工作原理制作成微课，首先将惠斯通电桥纵向从中间切一刀[7]，分成左右两个对称且电阻乘积相等的电桥平衡电路，然后利用《电路》中的分压公式（R1:R2=U1：U2）计算两个输出端的电位，取他们的差值即电桥的输出电压，从而推导出电压与电阻变化量U1：U2=△R1: △R2的关系式[8]。整个微课的制作过程如下：下载录屏软件（Camtasia studio）--解压—安装--制作PPT—打开录屏软件—录制讲课—生成动态视频—交互—保存。

微课的优势在于：短小精悍，微课的制作一般都是针对该节课的难点而设计的，非常适合学生提前预习或者课堂上没有理解的部分，视频可以反复播放，对教师而言，简单实用，教师自己观看视频，易发现教学过程中存在的弊端、分析问题、解决问题，能有效地促进教师的业务成长。

③运用电子白板，演示电路接线

交互式电子白板引入到现代课堂教学中 ，这是时代发展的一种新型教学模式，逐步取代传统的”黑板+粉笔”课堂教学环境，单纯的多媒体课件完全围绕课件演示，学生大脑思维处于被动的接受状态，很难根据学生知识点掌握情况而进行及时调整，学生被动接受知识，容易嗜睡，要把被动改变为积极主动，而电子白板则弥补了多媒体操作台与黑板劣势。可以在白板上随意书写和绘制图形， 绘制曲线的功能是《传感器原理及应用》教学中必备，可以通过电子教鞭把曲线绘制在电子白板上代替实际接线导线，完成惠斯通电桥模拟接线，为后续实验课奠定了一定的基础，在单臂电桥、半桥、全桥这三种不同电桥的性能实验中，首先教师用电子白板演示单臂电桥的模拟接线，接着让学生到讲台上完成半桥、全桥的模拟接线，不但形象、直观而且还加强了师生交流互动，起到非常好的教学效果，效率也更高。

④实训视频实时交互，增强课堂教学互动性

完成模拟接线后，为了让学生更进一步地理解电阻式传感器基本结构、主要种类、工作原理、灵敏度调节等。让学生亲自到实验室做实验，电阻式传感器常应用于电子秤，主要是对瞬态力的测量。边做实验边讲解、拍摄，只需要2-3人合作完成再配上语音讲解，必要是镜头上有画面的切换和合成。

上传到学习通平台，该平台融合了应用聊天软件而进行实时实训教学模式，学生在新校区实训室中，实验过程中，遇到疑难问题可以在该平台上与本校合作的企业工程师或者兄弟院校的老师进行实时交互、当场讲解，真正实现了高职院校立体化网络教学资源的建设。

采用动画、漫画、视频、网络资源学习平台、仿真软件、QQ群、微信、手机等信息化手段，进行翻转课堂学习，通过信息化教学手段激发学生的学习兴趣，并能够实现翻转课堂，培养学生团队合作意识；学生“学中做，做中学，老师“教中学，学中教”，加强师生交流互动，能有效地突破本节课电阻式传感器中的惠斯通电桥原理分析这一难点问题。

图2 电阻应变式传感器的工作原理Fig. 2 Working principle of resistance strain sensor

图3 连接完成实现检测结果显示Fig. 3 Connection completion implementation detection results display

（3）利用 Flash动画、虚拟现实三维互动教学等方式来举例传感器在自动化生产及日常生活中的应用。视频方式讲解常用燃油传感器故障检测。

与传统的教学方式相比，虚拟现实技术无疑是一场华丽的创新盛宴[9]。

它不仅提供了交互式资源共享、多维度可视化教学环境，还能改变学生固有的不良学习情绪和学习习惯，虚拟现实技术最大特点就是沉浸新、想象性和交互性， 构建虚拟的实验室，让学生身临其境般的乐在其中，感受到是一个真实的实训环境。

“授之以鱼不如授之以渔” ， 关键是启发引导学生思考，助仿真软件来演示，直观清晰，启发学生实际应用能力。 运用展示动画视频和图片演示介绍传感器在家用电器、生活设施、工业生产中的应用，突破课本教材静态图片不直观的局限性，将抽象的知识点，直观的表达出来， 培养学生从理论应用到实际生活中，解决了我们身边遇到的问题，这样解决了教学难点。

（4） 思粒度的学情统计与分析，利用超星杯学习通平台，把课堂讲解的内容、作业等转变为教育大数据汇聚到后台，数据可以精准分析学生对知识的掌握程度[10]， 真正做到因材施教 ,为每个学生打造个性化教学方案,，实现“千人千面”,突破时空界限。

图4 传感器虚拟仿真Fig. 4 Sensor virtual simulation

图5 思粒度的学情统计与分析Fig. 5 The statistics and analysis of the study of the granularity of thinking

3 结语

在信息化高速发展的今天，教师也要与时俱进，充分的获取信息、创造信息、处理信息。是每一个老师必备的看家本领，教师不但要全面推进素质教育，而且也要掌握信息化教学手段。这样才能调动学生的主观能动性、创造性。使枯燥的教学通过视频、FLASH动画、图片、仿真等，激发学生的强烈求知欲 。

[1] 蔡自兴、徐光佑.人工智能及其应用[M]，第3版，北京:清华大学出版社，2004。CAI Zi-xing，XU Guang-you，Artificial intelligence and its application ,Third Edition，Beijing tsinghua University press, 2004.

[2] 王宪兵，袁盼盼. 基于Kinect 传感器的教学手势识别[J]. 新型工业化，2016，6（9）：28-34.WANG Xian-bing，Yuan Pan-pan. Based on Kinect sensor teaching gesture recognition [J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6 (9):28-34.

[3] 于彤.传感器原理及应用[M]，第2版，高职用书，北京：机械工业出版社，2015。YU Tong. Principle and application of sensor[M], Second Edition, higher vocational books, Beijing: Machinery Industry Press, 2015.

[4] 郝英好.人机交互新模式，VR/AR/MR 产业开始形成[J]. 新型工业化，2016，6（8）：65-70.HAO Ying-hao.With New Human-Machine Interaction Mode, VR/AR/MR Industry Occurs[J]. The Journal of New Industrialization，2016，6（8）: 65-70.

[5] 信息化教学手段在传感器教学中的应用 [OL]. 互联网 2017-03-02.https:// max.book118.com/html/2017/0525.Application of information teaching methods in sensor teaching [OL]. Internet 2017-03-02.https:// max.book118.com/html/2017/0525.

[6] LI Chun-yi. Realization Approach of English Informationization Teaching in Higher 43 Vocational Education[A]. Proceedings of 2015 3rd International Conference on Education,Management,Arts,Economics and Social Science (ICEMAESS 2015)[C]. 2015.

[7] 赵银凤.信息化教学手段在旅游教学中的运用［J］.职业教育，2013-10-30..ZHAO Yin-feng. The application of information teaching methods in the teaching of tourism [J] vocational education, 2013 -10-30.

[8] IEEE recommended practice for evaluating electric power system compatibility with electronic process equipment，IEEE Standard 1346-1998,20July,1998.

[9] 虚拟现实技术在教学让师生共同受益.[OL ] 新良博客,2016- 0606-10.http://blog.sina.com.cn/s/blog_15e650df20102wqnr.h The virtual reality technology so that teachers and students in teaching [OL] Sina blog, 2016. http://blog.sina.com.cn/s/blog_15e650df20102wqnr.h

[10] 褚静. 传感器原理及应用课程设计改革探讨. [J].电子世界,2015.Chu Jing .On the reform of the design principle and application of sensor course. [J]. electronic world, 2015.