隋美娥，楊俊卿(通訊作者)

（1.青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與電氣工程學(xué)院，山東青島，266404；2.山東科技大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院，山東青島，266590）

0 引言

青島市自2015年已在智能家電、軌道交通、汽車等產(chǎn)業(yè)開啟了智能制造先進(jìn)示范試點(diǎn)。隨著智能制造在企業(yè)的大量使用，加之智能傳感技術(shù)的快速發(fā)展，使我們的生產(chǎn)效率與質(zhì)量大幅提升，但卻對企業(yè)相關(guān)智能維護(hù)、維修等崗位技術(shù)人才的綜合能力，提出了新的要求。通過前期對中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司、海爾集團(tuán)等相關(guān)智能制造試點(diǎn)示范企業(yè)的走訪調(diào)研獲知，當(dāng)前智能制造的主要特征為：（1）生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的傳感、監(jiān)測的信息化與實時化；（2）機(jī)器人的自動控制及柔性操作；（3）制造工藝設(shè)計及實時規(guī)劃的智能化、知識化[1]。不難看出監(jiān)控、傳感、網(wǎng)絡(luò)、柔性、自動化等核心技術(shù)成為智能制造的技術(shù)基礎(chǔ)，而傳感器作為“智”能制造的前端設(shè)備，在生產(chǎn)中起著關(guān)鍵作用。學(xué)生未來面對的職業(yè)崗位有可能不僅僅是傳統(tǒng)的設(shè)備操作與維修，更多的要面對融合各種傳感器傳輸信號的故障，尋根求源，找出問題，解決問題。

以往以講授傳感器基礎(chǔ)知識為主的教學(xué)，學(xué)生缺少了動手實踐機(jī)會，也就缺少了傳感器調(diào)試、維護(hù)等崗位必備的基本技能，也缺乏了應(yīng)對突發(fā)故障，臨危不亂，迎難而上的精神。因此，對于傳感器教學(xué)，必須要加強(qiáng)學(xué)生的動手實踐、培養(yǎng)其創(chuàng)新思維與能力，以應(yīng)對復(fù)雜的設(shè)備檢修問題，提高學(xué)生的職業(yè)競爭力。

1 融多課程知識一體課程開發(fā)，提升崗位競爭力和創(chuàng)新能力

在智能制造生產(chǎn)中，工業(yè)控制自動化、信息化將成為基本的操作技能，為了適應(yīng)當(dāng)前產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提升學(xué)生的職業(yè)適應(yīng)力與競爭力，必須補(bǔ)上信息化、自動化等這些短板。短板的實現(xiàn)不是簡單的單門知識的補(bǔ)充，而需要多門課程知識的融合。在進(jìn)行課程融合的同時也應(yīng)該借鑒職業(yè)培訓(xùn)的課程體系，根據(jù)當(dāng)前行業(yè)的發(fā)展不斷調(diào)整融入新時代的信息技術(shù)，使學(xué)生能夠較快適應(yīng)崗位的需求并能得到提升[2,3]。

比如在現(xiàn)代工業(yè)控制生產(chǎn)線上，需將傳感器、PLC、變頻、伺服、組態(tài)、觸摸屏技術(shù)結(jié)合起來，這個融合單靠獨(dú)立的每門課堂教學(xué)是很難實現(xiàn)的，必須結(jié)合課程的綜合實訓(xùn)和課外第二課堂，每個學(xué)生有任務(wù)，才能激發(fā)其不斷查找問題，解決問題，在此過程中，不僅鞏固了專業(yè)的基礎(chǔ)知識，提高了職業(yè)能力，同時培養(yǎng)了其創(chuàng)新能力，以期達(dá)到企業(yè)的需求。

現(xiàn)代“智”造企業(yè)，普遍希望學(xué)生能具備處理綜合故障的能力及一定的創(chuàng)新能力與思維，為今后設(shè)備、流程等的升級改造奠定基礎(chǔ)。對于高職學(xué)生來說，自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新的能力不足，動力不夠。創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是一個系統(tǒng)工程，不是僅僅開設(shè)一門創(chuàng)新課就能解決的，它是一個由量變到質(zhì)變逐漸形成，逐步提升的過程[4]。如果僅僅讓其靠自身能力去培養(yǎng)，去提升，效果可想而知。學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生一定要在它進(jìn)行最多的活動中進(jìn)行引導(dǎo)，那就是課堂教學(xué)。我院電氣專業(yè)在實施一體化創(chuàng)新課堂中，積極嘗試，不斷探索，通過一體化的專業(yè)課程構(gòu)建，將創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識逐漸融入學(xué)生的日常課程，將其變?yōu)橐环N潛移默化的習(xí)慣。

2 多課程知識一體的傳感器創(chuàng)新課堂探索

對于傳感器，究其作用就是檢測所要探測的各種各樣的信號，如溫度、濕度、氣體濃度、紅外傳感信號、虹膜信號、視覺影像信號、GPS信號等等，如果僅僅只是停留在原理層面的傳授上，學(xué)生很難去理解它的應(yīng)用，更不用說，在需要的時候，能想到用這種傳感器進(jìn)行項目創(chuàng)新設(shè)計改造，因此傳感器的實際項目制作對高職層面學(xué)生理解傳感器及應(yīng)用是一種有效的手段。

■2.1 融多門課程知識一體化項目設(shè)計思路

傳感器的項目制作，離不開多門課程知識的融合，模擬電子、數(shù)字電子、單片機(jī)課程等，因此在項目中，嘗試探索以《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《現(xiàn)代傳感器綜合應(yīng)用》、《單片機(jī)創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)》等電氣類專業(yè)核心課為依托，打破原有課程獨(dú)立授課，知識碎片化問題，進(jìn)行一體化項目課程開發(fā)與實踐，將幾門課程的知識融合于某一具體傳感實踐任務(wù)中，做到知識學(xué)為所用。

我們以交警查酒駕的酒精檢測儀的設(shè)計與制作為例進(jìn)行項目開發(fā)，例如：假如某人已飲酒，在酒駕檢測中，一般通過吸管吹氣，這樣帶有酒精的氣體，通過MQ-3酒精傳感器（《現(xiàn)代傳感器綜合應(yīng)用》）就可以直接檢測出它的酒精濃度。

（1）基礎(chǔ)項目：能不能直觀的分開，無飲酒、酒駕與醉駕呢？同學(xué)們回答，可以用不同顏色的燈進(jìn)行區(qū)分（《模擬電子技術(shù)》），思路很好，那么燈如何根據(jù)濃度的變化進(jìn)行指示呢？這個問題比較專業(yè)，一般學(xué)生想不到，由老師提供引導(dǎo)，利用LM3914（《數(shù)字電子技術(shù)》），這是一款專門驅(qū)動LED燈的芯片。好，第一種方案落成。

（2）拓展項目：還有同學(xué)問，老師，我看到的酒精檢測儀是可以顯示濃度值的，這樣更有說服力。那濃度值如何用數(shù)字顯示出來呢？這里我們可以有不同的方案，一種是ICL7107芯片（《數(shù)字電子技術(shù)》），這是一款專門驅(qū)動數(shù)碼管的芯片，一種是采用液晶顯示屏（《單片機(jī)創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)》），或者串口監(jiān)視器，這就必須用到單片機(jī)編程的知識，同學(xué)們被一步步啟發(fā)。

（3）提升項目：同學(xué)們很棒，電路設(shè)計好了，如果我們要設(shè)計一款產(chǎn)品的話，那就必須利用Solidworks（《工程制圖》）等工程設(shè)計軟件進(jìn)行外殼設(shè)計。這需要同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)資源，自行學(xué)習(xí)，設(shè)計，分享。最后，可以利用3D打印機(jī)打印產(chǎn)品外殼。

通過項目開發(fā)一步步引導(dǎo)，將多門課程知識融入項目開發(fā)，并在運(yùn)用多門課程知識的同時，開拓思路，將創(chuàng)新思維融入課堂教學(xué)，潛移默化，層層吸收。同時，促進(jìn)一體化創(chuàng)新項目進(jìn)行分層次、多角度開發(fā)案例，為提升整體創(chuàng)新能力提供智力保障。

■2.2 項目設(shè)計與制作

以傳感器課程項目二：氣體成分濃度測量為例，如表1所示，本項目以酒精濃度檢測、煙霧檢測為任務(wù)點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)傳感器在生產(chǎn)、生活中實際應(yīng)用電路，將安裝、使用、故障檢測、技能創(chuàng)新融合，讓學(xué)生在實踐中提升綜合能力。

我們以任務(wù)1：酒精濃度檢測中的子任務(wù)2:基于LM3914的酒精濃度檢測儀的設(shè)計與制作為例，此項目實現(xiàn)功能為：當(dāng)酒精濃度逐漸增加時，LED燈由綠色逐漸過渡到紅色，且濃度越高，燈點(diǎn)亮的個數(shù)越多。此任務(wù)中，為了驅(qū)動LED燈，用到《數(shù)字電子技術(shù)》中的LM3914芯片，同時對于LED燈的接法，有共陰和共陽極兩種接法，如何連接？這是《模擬電子技術(shù)》課程的基礎(chǔ)知識，同時酒精傳感器，實質(zhì)就是一個隨濃度調(diào)節(jié)的可變電阻，由于Proteus中沒有MQ-3仿真模塊，故電路中，采用滑動變阻器進(jìn)行替代，另外，電路基準(zhǔn)濃度、靈敏度的調(diào)節(jié)都需要《模擬電子技術(shù)》課程中的電路分析知識。

表1 傳感器項目任務(wù)

為了提升學(xué)生實踐動手能力，提高故障檢測與排除技能，課堂上分小組完成分立元件實物電路調(diào)試，如圖1所示。仿真虛擬設(shè)計如圖2所示，虛實結(jié)合，通過直觀形象的項目技術(shù)，同學(xué)們不僅收獲了項目成功的喜悅，同時通過多信息化手段使項目調(diào)試變得輕松自如。

圖1 基于LM3914的酒精濃度檢測儀的實物圖

圖2 基于LM3914的酒精濃度檢測儀的仿真圖

圖3 基于Arduino的酒精濃度檢測儀的仿真圖

另外，為了拓展項目制作，我們利用第二課堂和學(xué)習(xí)通平臺，展示利用Arduino單片機(jī)制作的酒精檢測儀，如圖3所示，當(dāng)然這部分內(nèi)容相對比較綜合，作為對課程特別感興趣的科創(chuàng)小組的特殊任務(wù)進(jìn)行課后制作，完成后，拍視頻和PPT，課堂上給同學(xué)們進(jìn)行展示。通過這種方式，實現(xiàn)了項目的分層化，學(xué)生能力得到不同程度的提升。

■2.3 師資激勵

創(chuàng)新教學(xué)模式需要老師打破以前的教學(xué)方式，對老師來說，也是一種挑戰(zhàn)。如何激發(fā)老師改革的動力，促進(jìn)課程能力提升也是我們需要關(guān)注的話題。目前，學(xué)校在課程改革方面給與了老師足夠的空間，提高了教師課程改革的自信心。

3 結(jié)束語

本文分析了現(xiàn)代“智”造企業(yè)中智能生產(chǎn)的基本特征，提出了傳感器課程以項目制作為中心，培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力，提升應(yīng)對復(fù)雜設(shè)備故障檢修能力，提高其職業(yè)競爭力。這些綜合能力不能僅靠單門課程知識獲得，進(jìn)而提出了融多門課程知識一體進(jìn)行傳感器項目綜合設(shè)計，同時融合多種信息化教學(xué)手段，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。