李翠芳

摘要：文章針對(duì)現(xiàn)有傳感器及檢測(cè)技術(shù)相關(guān)的教材現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)該課程中目前存在的重原理、輕應(yīng)用等問(wèn)題，基于“產(chǎn)教融合”理念和高職院校人才培養(yǎng)目標(biāo)，提出來(lái)一種教材、課程設(shè)計(jì)思路。通過(guò)對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的形式和側(cè)重點(diǎn)改革，促進(jìn)學(xué)生夯實(shí)基礎(chǔ)，熟練應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)高職院校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。該思路對(duì)于教材創(chuàng)新、課程改革、培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐思維、工程應(yīng)用能力提供了良好借鑒。

關(guān)鍵詞：高職院校；傳感器；檢測(cè)技術(shù)；課程設(shè)計(jì)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.03.051

中圖分類號(hào)：TP 3? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?文章編碼：1672-7274（2024）03-0-03

1? ?傳感器相關(guān)課程的作用

1.1 傳感器的定義

傳感器是指能夠感受被測(cè)量的信息并能夠?qū)⒏惺艿降男畔ⅲ匆欢ㄒ?guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需要形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求的檢測(cè)裝置。傳感器的存在使機(jī)器有了類似人類一樣的觸覺(jué)、視覺(jué)、嗅覺(jué)等，讓機(jī)器變得更加智能。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的重要裝置。

1.2 傳感器的作用

在日常生活中，人們通過(guò)五官（聽(tīng)、嗅、味、觸、視）接受外界的信息，經(jīng)過(guò)大腦的思維（信息處理），做出相應(yīng)的動(dòng)作。在工業(yè)生產(chǎn)、自動(dòng)化檢測(cè)與控制系統(tǒng)中，則由傳感器來(lái)取代人的五官，用計(jì)算機(jī)取代人的大腦對(duì)傳感器感知、轉(zhuǎn)換來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理，并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行操作。如圖1所示。

圖1 人體系統(tǒng)與機(jī)器系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

機(jī)器系統(tǒng)通過(guò)傳感器收集外界信息，通常來(lái)說(shuō)機(jī)器系統(tǒng)越智能，能感受到外界的“刺激”種類越多，則該系統(tǒng)內(nèi)的傳感器數(shù)量越多。在工業(yè)控制中，傳感器作為自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，一個(gè)重要作用是用于將檢測(cè)出的數(shù)據(jù)直接顯示——監(jiān)測(cè)，另一個(gè)作用是和控制器——執(zhí)行機(jī)構(gòu)一起構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

1.3 傳感器相關(guān)課程涉及的專業(yè)

傳感器在控制系統(tǒng)中不可或缺的作用使得“傳感器檢測(cè)技術(shù)”以及與傳感器相關(guān)的課程成為了電子信息類、自動(dòng)化類、機(jī)電類等多個(gè)專業(yè)大類下開(kāi)設(shè)的一門專業(yè)課程。

由表1可以看出有四個(gè)專業(yè)大類32個(gè)專業(yè)涉及傳感器、檢測(cè)或相關(guān)課程，其中專業(yè)基礎(chǔ)課占47%，專業(yè)核心課占25%，專業(yè)拓展課占28%。其中69%的專業(yè)中課程名稱直接為傳感器或傳感器與檢測(cè)技術(shù)。其余課程名稱雖然未直接包含傳感器，但是實(shí)際課程內(nèi)容都是與檢測(cè)技術(shù)、儀表相關(guān)。在不同專業(yè)中課程內(nèi)容側(cè)重略有不同。

2? ?當(dāng)前傳感器相關(guān)教材分析

2.1 相關(guān)教材數(shù)量

傳感器應(yīng)用技術(shù)涉及電工電子技術(shù)、光學(xué)和電磁波、電磁轉(zhuǎn)換、化學(xué)等專業(yè)知識(shí)。各章內(nèi)容之間相互獨(dú)立，知識(shí)分散，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)掌握[1-2]。截止到2023年6月份，根據(jù)中國(guó)機(jī)械工業(yè)出版社網(wǎng)站上發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，高職高專的傳感器相關(guān)的教程共29本，其中交通運(yùn)輸大類1本，電子信息大類4本，裝備制造大類24本。高等教育出版社網(wǎng)站上發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示高職高專的傳感器相關(guān)的教程共42本，未按專業(yè)分類。這兩個(gè)出版社總計(jì)71本，教材數(shù)量相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較豐富的。

2.2 教材內(nèi)容編排方式分類

通過(guò)實(shí)際查閱紙質(zhì)版和電子版的傳感器相關(guān)教材發(fā)現(xiàn)，教材有很大差異，主要分為三個(gè)大類：第一類是以傳感器的原理劃分章節(jié)，第二類是以具體任務(wù)劃分章節(jié)，第三類是按傳感器的使用用途劃分章節(jié)。數(shù)據(jù)調(diào)查如表2所示。

2.3 實(shí)際應(yīng)用分析

考察傳感器生產(chǎn)單位、采購(gòu)廠家、設(shè)計(jì)單位、施工方、實(shí)際用戶等，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，傳感器一般是按用途進(jìn)行分類的。由于按照用途分類目標(biāo)明確，在設(shè)計(jì)、采購(gòu)、維護(hù)、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，使多方參與者都能方便地進(jìn)行溝通交流。因此將課程教學(xué)按照日后工作中實(shí)際應(yīng)用一致的方式來(lái)開(kāi)展更容易與工作對(duì)接。高職教育的主要培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才。在人才培養(yǎng)過(guò)程中，將課程設(shè)置成與畢業(yè)后實(shí)際應(yīng)用相一致的方式進(jìn)行，使學(xué)生學(xué)習(xí)少走彎路，也能更快適應(yīng)工作。

3? ?傳感器課程設(shè)置思考

3.1 總體課程規(guī)劃

根據(jù)航空航天、機(jī)械設(shè)備、工業(yè)過(guò)程控制、交通運(yùn)輸、家用電器、醫(yī)療衛(wèi)生、辦公設(shè)備等領(lǐng)域傳感器的應(yīng)用情況[3-4]。按照傳感器的應(yīng)用的廣泛性，結(jié)合各類傳感器的難易程度安排授課順序。將課程順序按傳感器通用基礎(chǔ)知識(shí)、溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器、流量傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器、新型智能傳感器等的授課順序較為適宜。使學(xué)生在掌握了傳感器通用知識(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)傳感器用途開(kāi)展后續(xù)課程。

3.2 章節(jié)內(nèi)容規(guī)劃

以往的教材中大多以介紹各類傳感器的應(yīng)用工作原理為主，有的配有一個(gè)實(shí)例，有的甚至沒(méi)有應(yīng)用實(shí)例，而是配以大篇幅的公式推導(dǎo)。一方面使得學(xué)生學(xué)了知識(shí)也不知道具體的應(yīng)用場(chǎng)景，應(yīng)用方法。另一方面，對(duì)于高職的學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于其知識(shí)基礎(chǔ)偏弱，而各類傳感器涉及的物理、生物、化學(xué)、電氣的原理范圍廣，難度高。所以往往出現(xiàn)理論學(xué)不懂，應(yīng)用沒(méi)學(xué)到的現(xiàn)象。因此推薦在將課程按用途劃分章節(jié)后，按以下順序進(jìn)行章節(jié)內(nèi)容規(guī)劃：①傳感器基本原理；②傳感器設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)合；③傳感器安裝及日常維護(hù)；④該類傳感器選型；⑤傳感器在各系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例；⑥學(xué)生實(shí)訓(xùn)。使學(xué)生在掌握簡(jiǎn)單原理的基礎(chǔ)上，著重以選型、應(yīng)用、實(shí)際操作為主。下面以壓力傳感器章節(jié)的為例，進(jìn)行具體章節(jié)的課程思路規(guī)劃。

3.3 以壓力傳感器為例，內(nèi)容分析

（1）傳感器基本原理介紹：壓力傳感器根據(jù)其工作原理分為電阻式、電感式、電容式、壓電式等?；诓煌淼膲毫鞲衅鲬?yīng)用的側(cè)重領(lǐng)域不同。故而，在介紹壓力傳感器原理時(shí)，則應(yīng)以授課學(xué)生所在的專業(yè)和未來(lái)所從事的行業(yè)領(lǐng)域?yàn)楸尘?，選擇以相應(yīng)領(lǐng)域內(nèi)主要應(yīng)用的傳感器為主，其他傳感器為輔。而在介紹傳感器的過(guò)程中應(yīng)重原理介紹，輕公式推導(dǎo)，告訴學(xué)生壓力大小的變化量是根據(jù)該種傳感器物理模型中哪個(gè)參數(shù)變化造成的。如果太強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)原理的推導(dǎo)過(guò)程反使學(xué)生感到學(xué)習(xí)困難，造成過(guò)大的心里壓力進(jìn)而影響后續(xù)應(yīng)用的學(xué)習(xí)。

（2）壓力傳感器應(yīng)用場(chǎng)合介紹：以圖片或短時(shí)視頻的方式，讓同學(xué)們直觀地認(rèn)識(shí)壓力傳感器的應(yīng)用實(shí)景，以及在該應(yīng)用環(huán)境下構(gòu)成的典型控制系統(tǒng)。

（3）壓力傳感器安裝及日常維護(hù)：在應(yīng)用實(shí)景圖片和視頻的基礎(chǔ)上，為學(xué)生講解不同環(huán)境和設(shè)備上傳感器的各種安裝方式、安裝要求、安裝位置、安裝配件、取壓點(diǎn)是否需要現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔，以及根據(jù)實(shí)際應(yīng)用地點(diǎn)的最低溫度值，是否要進(jìn)行儀表伴熱等。

（4）壓力傳感器選型：分析壓力傳感器的選型原則，從測(cè)量范圍的確定、精度要求、工作環(huán)境溫度、是否需要配遠(yuǎn)傳輸出、幾線制接線方式、是否帶液晶顯示，以及實(shí)際應(yīng)用采購(gòu)中壓力傳感器關(guān)注的性能指標(biāo)和參數(shù)等方面講解。

（5）壓力傳感器在各系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例：將壓力傳感器與控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整體系統(tǒng)呈現(xiàn)給同學(xué)，讓同學(xué)們充分感受到壓力傳感器在整個(gè)控制系統(tǒng)中所起到的作用。例如，以生活中或者是工業(yè)上管道內(nèi)水的壓力控制作為實(shí)例。壓力傳感器安裝在管道上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道壓力值，當(dāng)下游用戶用水量增加時(shí)，壓力傳感器檢測(cè)到壓力值降低。將壓力信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)檢測(cè)到壓力值比設(shè)定的壓力小，則增加給水泵的頻率，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)，增加水泵出水量，使管道壓力值增加。如此構(gòu)成了一個(gè)壓力傳感器采集信號(hào)，控制器分析數(shù)據(jù)信息，發(fā)出水泵調(diào)節(jié)指令的自動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

（6）壓力傳感器應(yīng)用實(shí)訓(xùn)：為學(xué)生安排相應(yīng)實(shí)訓(xùn)，同學(xué)門自己搭建系統(tǒng)，獨(dú)立完成，真正了解到壓力傳感器在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用知識(shí)，掌握實(shí)操經(jīng)驗(yàn)。

以實(shí)際應(yīng)為目標(biāo)的課程設(shè)計(jì)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生們的認(rèn)知和實(shí)踐動(dòng)手能力，以及日后工作的知識(shí)技能有很重要的作用[5]。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

將傳感器檢測(cè)技術(shù)這門課程建設(shè)好，除了合適的課程規(guī)劃，還需要老師準(zhǔn)備大量的實(shí)際實(shí)訓(xùn)素材，將更多的實(shí)訓(xùn)帶到課程中，通過(guò)實(shí)訓(xùn)帶動(dòng)興趣，通過(guò)興趣促進(jìn)學(xué)習(xí)[6]。使能學(xué)生在學(xué)習(xí)完這么課程后懂原理，會(huì)操作，工作后上手快。充分發(fā)揮這么課程的重要性和實(shí)用性。

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