王升升

（吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132013）

0 引言

2010年5月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》，明確提出了健全創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程體系、改革教學(xué)方法和考核方式、強(qiáng)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐等具體措施。高職院校的工科以培養(yǎng)高技術(shù)技能人才為主要目標(biāo)，同時(shí)，學(xué)生應(yīng)掌握技術(shù)技能相關(guān)的必要理論知識(shí)，把相關(guān)理論知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐中去。

在實(shí)際教學(xué)中，高職學(xué)生創(chuàng)新工程能力的培養(yǎng)主要受到以下幾個(gè)方面的制約。

1）高職學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)模糊。高職在校學(xué)生習(xí)慣了應(yīng)試的教育模式，習(xí)慣性地被動(dòng)接受知識(shí)，較少獨(dú)立思考。同時(shí)，高職院校的大部分教師對(duì)創(chuàng)新理論和教學(xué)的認(rèn)識(shí)還停留在學(xué)習(xí)階段和紙面上，大部分專業(yè)教師的創(chuàng)新教育理論水平低。此外，創(chuàng)新教育主要是為了培養(yǎng)高職學(xué)生的實(shí)踐工程能力及創(chuàng)新意識(shí)，在豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)[1]。

2）傳統(tǒng)的課程教學(xué)不能滿足現(xiàn)在的創(chuàng)新教育。高職學(xué)生汲取知識(shí)和技術(shù)技能的主陣地是課堂，高職學(xué)生職業(yè)技能目標(biāo)是在課程的實(shí)踐中不斷地積累出來(lái)的。在傳統(tǒng)的課堂教育中，教師多以講授為主，把知識(shí)點(diǎn)按樹狀體系教授給學(xué)生，同時(shí)，習(xí)慣性地對(duì)知識(shí)點(diǎn)及實(shí)踐操作的重要節(jié)點(diǎn)、注意事項(xiàng)反復(fù)強(qiáng)調(diào)，以加深學(xué)生的記憶以及操作的可重復(fù)性。這樣雖然能夠加深學(xué)生的記憶，但是對(duì)學(xué)生專業(yè)前沿知識(shí)自主獲取能力的培養(yǎng)、工程實(shí)踐中獨(dú)立自主解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)、學(xué)生創(chuàng)新性及批判性思維的自主養(yǎng)成都是不利的。

3）考核評(píng)價(jià)的方式不利于學(xué)生創(chuàng)新。教學(xué)考核機(jī)制主要不是對(duì)高職的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，而是對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的知識(shí)和技術(shù)技能的掌握程度進(jìn)行檢驗(yàn)和監(jiān)督?？陀^的考核，有利于促進(jìn)和提高教師和學(xué)生的能力。但目前的創(chuàng)新教育的考核評(píng)價(jià)形式比較單一，或者以單個(gè)作品對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及工程實(shí)踐能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，不能夠較全面地掌握學(xué)生的創(chuàng)新能力水平。

4）缺乏創(chuàng)新能力培養(yǎng)的環(huán)境與平臺(tái)。高職工科學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不僅僅是創(chuàng)新理論的教學(xué)，更是對(duì)高職學(xué)生在工程實(shí)踐中技術(shù)技能的檢驗(yàn)。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，需要有載體、途徑和環(huán)境。創(chuàng)新平臺(tái)的建設(shè)是高職院校創(chuàng)新教育的當(dāng)務(wù)之急，創(chuàng)新平臺(tái)的建設(shè)能夠?qū)W(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與工程實(shí)踐有機(jī)地融合統(tǒng)一。

綜上所述，筆者通過(guò)項(xiàng)目化的引導(dǎo)，在學(xué)院的創(chuàng)新平臺(tái)上讓學(xué)生自主解決工程實(shí)際問(wèn)題，鍛煉學(xué)生知識(shí)外延、綜合匯總等方面的能力。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)有科研項(xiàng)目，在科研的平臺(tái)上進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1 設(shè)計(jì)思路

高職學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)可以通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

1）貫徹創(chuàng)新教學(xué)理念。在我國(guó)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的中長(zhǎng)期戰(zhàn)略中，高職院校更應(yīng)該注意到對(duì)高職學(xué)生的培養(yǎng)不能僅限于知識(shí)層面的教授，更需要將所需的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力素質(zhì)。從理論知識(shí)到能力素質(zhì)轉(zhuǎn)化的主要途徑就是創(chuàng)新教育。創(chuàng)新教育的關(guān)鍵是專業(yè)化的創(chuàng)新，要求在所需領(lǐng)域有自身獨(dú)到的見解。專業(yè)的創(chuàng)新教育應(yīng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光來(lái)看，應(yīng)該尊重學(xué)生不走尋常路的想法，主要培養(yǎng)高職學(xué)生多面、逆向、發(fā)散的創(chuàng)新思維，發(fā)展開拓學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，從實(shí)際出發(fā)實(shí)實(shí)在在地提升學(xué)生的創(chuàng)新工程能力。

2）優(yōu)化專業(yè)創(chuàng)新教學(xué)。在高職院校的專業(yè)教學(xué)過(guò)程中，“以學(xué)生為中心”的專業(yè)教學(xué)理念是教學(xué)的核心理念。該教學(xué)核心理念是讓教師從原來(lái)的專業(yè)創(chuàng)新的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)化為學(xué)生專業(yè)創(chuàng)新能力的引導(dǎo)者。在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，借助創(chuàng)新開發(fā)平臺(tái)整合資源，利用現(xiàn)有的教學(xué)資源，如翻轉(zhuǎn)課堂、微課等形式輸出創(chuàng)新思維，充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維與主體意識(shí)。在實(shí)際的專業(yè)教學(xué)中，可以引入高職教師正在進(jìn)行的科研項(xiàng)目，在其中挑選學(xué)生可以操作的部分，利用現(xiàn)有的創(chuàng)新專業(yè)平臺(tái)，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)踐。在教學(xué)過(guò)程中加強(qiáng)職業(yè)素養(yǎng)內(nèi)容，融入企業(yè)所需的核心素養(yǎng)[1]。

3）構(gòu)建多維度反饋機(jī)制。在高職學(xué)生的創(chuàng)新過(guò)程中，有時(shí)只能對(duì)創(chuàng)新工程作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，不能有效地對(duì)學(xué)生的實(shí)踐作品進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)，這就需要教師及時(shí)地對(duì)學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)可以實(shí)時(shí)記錄學(xué)生學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)，將學(xué)生所學(xué)知識(shí)與技能的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總，重視在實(shí)踐中進(jìn)行過(guò)程性考核。

4）建立高效的創(chuàng)新平臺(tái)。要充分考慮高職學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，針對(duì)高職學(xué)生理論知識(shí)薄弱、動(dòng)手能力較強(qiáng)、對(duì)前沿科技興趣濃厚這些特點(diǎn)，搭建高效的創(chuàng)新平臺(tái)。創(chuàng)新平臺(tái)是對(duì)學(xué)生在創(chuàng)新理論課堂以外的補(bǔ)充。依托教師的科研項(xiàng)目、技術(shù)技能大賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類大賽，結(jié)合現(xiàn)有專業(yè)創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室，進(jìn)行高職工科學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2]。

綜上所述，利用現(xiàn)有專業(yè)教學(xué)資源進(jìn)行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，本課題選取非接觸式的紅外線測(cè)溫儀為載體進(jìn)行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。溫度檢測(cè)在檢測(cè)方式上分為接觸式和非接觸式。接觸式測(cè)溫容易破壞溫度場(chǎng)，本課題選擇非接觸式的紅外線測(cè)溫進(jìn)行溫度計(jì)的設(shè)計(jì)。紅外線的物理特性是物體的溫度高于絕對(duì)零度便會(huì)發(fā)射紅外線，利用這一特性，使用紅外熱電堆傳感器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。紅外熱電堆傳感器主要由熱敏電阻和熱電堆兩部分組成，熱敏電阻的主要作用是檢測(cè)周圍環(huán)境溫度，熱電堆的主要作用是檢測(cè)被測(cè)物體所發(fā)射的紅外線。熱電堆主要由多個(gè)熱電偶組成，其檢測(cè)的原理是把紅外輻射能轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)[2]。通過(guò)非接觸測(cè)量方式對(duì)被測(cè)發(fā)熱物體進(jìn)行溫度檢測(cè)。

本次設(shè)計(jì)利用單片機(jī)進(jìn)行程序處理，外部硬件利用紅外熱電堆傳感器進(jìn)行非接觸式測(cè)量人體溫度。非接觸紅外測(cè)溫儀工作過(guò)程為利用紅外熱電堆傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)，檢測(cè)后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換后送去單片機(jī)進(jìn)行算法分析并得到測(cè)量結(jié)果，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)儀表自動(dòng)報(bào)警[3]。

2 整體設(shè)計(jì)及技術(shù)指標(biāo)

此紅外測(cè)溫儀的整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖，如圖1所示。其控制核心為單片機(jī)HC32L136系列，外部硬件設(shè)計(jì)為紅外熱電堆傳感器，通過(guò)傳感器接收外界信號(hào)后進(jìn)行信號(hào)處理送入單片機(jī)，最后由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。

圖1 紅外測(cè)溫儀基本原理框圖

此紅外測(cè)溫儀的主要技術(shù)指標(biāo)如下：1）溫度檢測(cè)范圍為32℃~43℃；2）溫度測(cè)量分辨率為0.1℃；3）溫度測(cè)量準(zhǔn)確度為±0.2℃；4）工作電源為3 V；5）能夠回看歷史記錄30組。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 電源電路設(shè)計(jì)

此紅外測(cè)溫儀的電源硬件設(shè)計(jì)電路圖，如圖2所示。電源供電采用堿性電池供電，輸出電壓3 V。加裝保險(xiǎn)絲的主要目的是防止電源短路，同時(shí)，利用MOS管Q1和電阻R4解決反接電路問(wèn)題。電源接通后，MOS管中的電路迅速導(dǎo)通，在Q1端口S的電壓為BAT_IN-0.6，MOS管下拉電阻中R4的電壓為0 V，所以Q1能夠?qū)?。Q1導(dǎo)通時(shí)后續(xù)電路利用DS兩端壓降很小，將電路中的二極管短路，這樣就使S端電壓約等于D端電壓，使得后續(xù)電路能持續(xù)供電。若電源極性接反，G端電壓大于S端電壓，使得MOS管Q1不能導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能[4]。

圖2 電源模塊電路

3.2 傳感器信號(hào)電路設(shè)計(jì)

此紅外測(cè)溫儀采用的傳感器是熱電堆傳感器，其在設(shè)備中的工作過(guò)程是通過(guò)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)中的熱敏電阻，利用單片機(jī)對(duì)其節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行采樣，通過(guò)計(jì)算得到所對(duì)應(yīng)的熱電阻阻值，再通過(guò)兩者之間的函數(shù)關(guān)系得到溫度與阻值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而得到當(dāng)前的環(huán)境溫度[5]。熱電堆傳感器中的熱電堆信號(hào)主要是通過(guò)差分電路中的雙運(yùn)放TH+和TH-實(shí)現(xiàn)一級(jí)放大，最后通過(guò)單運(yùn)放實(shí)現(xiàn)二級(jí)放大。通過(guò)預(yù)先設(shè)置的計(jì)算程序計(jì)算出傳感器的電壓值，再通過(guò)分度表結(jié)合客觀環(huán)境溫度得到被測(cè)目標(biāo)溫度。熱電堆傳感器信號(hào)電路設(shè)計(jì)圖，如圖3所示。

圖3 熱電堆信號(hào)處理電路

4 軟件設(shè)計(jì)

此紅外測(cè)溫儀的軟件設(shè)計(jì)主要分為5個(gè)部分：電模式、測(cè)量模式、歷史查詢模式、校準(zhǔn)模式和休眠模式[6]。軟件設(shè)計(jì)的工作流程如下：當(dāng)紅外測(cè)溫儀在開機(jī)階段進(jìn)行上電后，軟件進(jìn)行電量更新與狀態(tài)掃描，以判斷儀器的工作狀態(tài)。上電后儀器進(jìn)行自檢操作，其表現(xiàn)為段碼屏全屏顯示、背光燈交替閃爍、蜂鳴器鳴叫等操作。當(dāng)對(duì)被測(cè)量目標(biāo)開始測(cè)量模式時(shí)，程序中自動(dòng)進(jìn)行溫度檢測(cè)。當(dāng)模式為記憶模式時(shí)，可以進(jìn)行歷史記錄查詢等操作。

在測(cè)量過(guò)程中軟件邏輯程序尤為重要，在測(cè)量中檢測(cè)到紅外測(cè)溫儀按鍵有信號(hào)輸入，則單片機(jī)開啟測(cè)量程序。同時(shí)，在一段時(shí)間內(nèi)自主進(jìn)行測(cè)量模式，若沒有響應(yīng)則自動(dòng)進(jìn)入休眠模式。單片機(jī)軟件在接收信號(hào)后計(jì)算測(cè)量結(jié)果，判斷溫度區(qū)間是否符合規(guī)定范圍，若檢測(cè)結(jié)果符合范圍要求則自動(dòng)在段碼屏上顯示，若超出檢測(cè)范圍則會(huì)自動(dòng)報(bào)警。此紅外測(cè)溫儀的軟件工作流程，如圖4所示。

圖4 測(cè)量模式工作流程圖

5 測(cè)試與調(diào)試

在設(shè)計(jì)完成之后，對(duì)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)試。首先進(jìn)行硬件測(cè)試，確認(rèn)電路中貼片及焊接沒有虛接及短接，利用萬(wàn)用表檢測(cè)電源相關(guān)是否能正常工作。硬件檢測(cè)完畢后對(duì)單片機(jī)程序進(jìn)行相關(guān)調(diào)試，如顯示屏功能、背光板驅(qū)動(dòng)、傳感器測(cè)距、溫度測(cè)量等相關(guān)程序[7]。對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)量，以水浴黑體爐為標(biāo)準(zhǔn)溫度體，對(duì)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行溫度的連續(xù)性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。測(cè)試結(jié)果表明，紅外測(cè)溫儀符合預(yù)期設(shè)計(jì)指標(biāo)，在檢測(cè)過(guò)程中，能在0.5 s顯示結(jié)果，待機(jī)時(shí)間滿足技術(shù)要求。

表1 溫度測(cè)試點(diǎn)結(jié)果

6 結(jié)論

在工程實(shí)踐中，將工科專業(yè)中熱電堆傳感器與教師的科研項(xiàng)目相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，不僅能使學(xué)生在實(shí)踐中獲得理論知識(shí)的應(yīng)用方法，而且能提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。本研究對(duì)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)具有較大的借鑒作用[8]。