摘 要 近年來(lái)，智能測(cè)溫系統(tǒng)的研究和應(yīng)用方興未艾，引發(fā)了移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域的一系列重大突破。這些領(lǐng)域的發(fā)展與變化迫切需要高校電子信息類課程教學(xué)迅速跟進(jìn)，以幫助學(xué)生了解前沿技術(shù)。論文以新型智能測(cè)溫系統(tǒng)為主體，提出了溫度傳感器基礎(chǔ)知識(shí)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相融合、電子信息知識(shí)和醫(yī)療技術(shù)應(yīng)用相融合的課程內(nèi)容融合模式，圍繞理論教學(xué)內(nèi)容引入了移動(dòng)醫(yī)療的前沿成果案例。這些探索為學(xué)生提供了在具體醫(yī)療場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)移動(dòng)智慧應(yīng)用的解決方案和思路借鑒，為電子信息專業(yè)課程建設(shè)和人才培養(yǎng)提供了豐富有益的參考。

關(guān)鍵詞 電子信息；智能測(cè)溫系統(tǒng)；移動(dòng)醫(yī)療；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.23.016

Exploration of Teaching Reform of Intelligent Temperature Measurement

System for Mobile Healthcare

LI Liang1， HU Yanling2， HAN Zhenhua1

（1. College of Physics and Electronic Engineering， Xinjiang Normal University， Urumqi， Xinjiang 830054;

2. College of Life and Health. Nanjing Polytechnic Institute， Nanjing， Jiangsu 210044）

Abstract In recent years， the research and application of intelligent temperature measurement systems have been flourishing， triggering a series of major breakthroughs in the field of mobile healthcare. The development and changes in these fields urgently require the rapid follow-up of electronic information courses in universities to help students understand cutting-edge technologies. This paper focuses on a new intelligent temperature measurement system and proposes a course content fusion model that integrates basic knowledge of temperature sensors with IoT applications， electronic information knowledge with medical technology applications. It introduces cutting-edge achievements in mobile healthcare around theoretical teaching content. These explorations provide students with solutions and ideas for implementing mobile intelligent applications in specific medical scenarios， and offer rich and beneficial references for the construction of electronic information courses and talent cultivation.

Keywords electronic information; intelligent temperature measurement system; mobile healthcare; reform in education

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的健康意識(shí)日益增強(qiáng)，移動(dòng)、遠(yuǎn)程以及智慧體溫監(jiān)測(cè)應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注，如患者監(jiān)護(hù)、公共場(chǎng)合感染者篩查等領(lǐng)域。新型智能測(cè)溫系統(tǒng)將非接觸溫度傳感器與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，可實(shí)時(shí)讀取、記錄和發(fā)送體溫?cái)?shù)據(jù)，為移動(dòng)智慧醫(yī)療領(lǐng)域的測(cè)溫需求提供了保障，相關(guān)電子產(chǎn)品已成為未來(lái)健康醫(yī)療類消費(fèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

然而，與新型智能測(cè)溫系統(tǒng)在智慧移動(dòng)醫(yī)療應(yīng)用中的重要地位不同，筆者發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)高校電子信息本科專業(yè)的相關(guān)課程教材中缺乏新型智能測(cè)溫系統(tǒng)內(nèi)容的相關(guān)闡述和介紹?！半娮有畔?dǎo)論”課程[1-2]是高校電子信息專業(yè)大一新生的第一門(mén)基礎(chǔ)課，涵蓋了傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)這三大部分內(nèi)容，為學(xué)生學(xué)習(xí)其他后續(xù)專業(yè)課程奠定了重要的學(xué)科基礎(chǔ)。溫度傳感器的相關(guān)內(nèi)容是“電子信息導(dǎo)論”課程傳感器內(nèi)容教學(xué)中的重要組成部分，講述了熱電阻、熱電偶等經(jīng)典溫度傳感器的性質(zhì)與應(yīng)用。這些內(nèi)容雖然幫助學(xué)生奠定了溫度傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，但內(nèi)容較為零散、陳舊，沒(méi)有體現(xiàn)與其他內(nèi)容的有機(jī)聯(lián)系，沒(méi)有體現(xiàn)當(dāng)下應(yīng)用的最新成果。因此本部分教學(xué)面臨如下難題：一方面教學(xué)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)閭鞲衅鲄?shù)解讀，學(xué)生不易建立新知識(shí)體系；另一方面，學(xué)生未接觸到前沿的溫度傳感器及測(cè)溫系統(tǒng)，教師難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。如何以溫度傳感器部分為核心融合“電子信息導(dǎo)論”課程其他章節(jié)的內(nèi)容，提高溫度傳感器的課堂教學(xué)效果，一直為筆者教學(xué)團(tuán)隊(duì)所關(guān)注。為了解決教學(xué)難題和滿足行業(yè)需求，筆者團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)了該課程中溫度傳感器的主要內(nèi)容，融入了新型發(fā)光溫度傳感器及智能測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用，目前已經(jīng)完成了該課程兩輪以上的教學(xué)實(shí)踐，為“電子信息導(dǎo)論”課程以及智能測(cè)溫系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的課程建設(shè)和教學(xué)改革進(jìn)行了一些有益探索。

1" 課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

筆者團(tuán)隊(duì)針對(duì)溫度傳感器課程的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，更加契合當(dāng)下醫(yī)療應(yīng)用場(chǎng)景下的智慧應(yīng)用。該部分內(nèi)容的主要教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生了解國(guó)內(nèi)外最新發(fā)光溫度傳感器、智能測(cè)溫系統(tǒng)發(fā)展及其在移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)發(fā)光溫度傳感器的技術(shù)內(nèi)涵產(chǎn)生一定認(rèn)識(shí)，并掌握相關(guān)智能測(cè)溫系統(tǒng)的基本模型和設(shè)計(jì)方法。在完成這部分教學(xué)內(nèi)容之后，學(xué)生應(yīng)達(dá)到以下三點(diǎn)具體要求：第一，了解發(fā)光溫度傳感器的特性與適用范圍，掌握其工作原理與分析方法。第二，掌握智能測(cè)溫系統(tǒng)的運(yùn)行方式，熟悉智能測(cè)溫系統(tǒng)的典型構(gòu)建策略。第三，熟悉智能測(cè)溫系統(tǒng)的典型應(yīng)用場(chǎng)景，能夠設(shè)計(jì)可以實(shí)時(shí)讀取、發(fā)送數(shù)據(jù)的智能體溫測(cè)量系統(tǒng)。

2" 課程內(nèi)容規(guī)劃

根據(jù)上述教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)，筆者課程團(tuán)隊(duì)對(duì)“電子信息導(dǎo)論”課程中溫度傳感器教學(xué)內(nèi)容作了如下考慮和規(guī)劃，主要圍繞可穿戴電子產(chǎn)品智能測(cè)溫系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)光溫度傳感器原理、新型發(fā)光溫度傳感器的經(jīng)典結(jié)構(gòu)、智能測(cè)溫系統(tǒng)工作原理、智能測(cè)溫系統(tǒng)的信息加密與解密、智能測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用六個(gè)方面開(kāi)展課程教學(xué)。課程內(nèi)容首先介紹可穿戴電子產(chǎn)品的智能測(cè)溫系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，其次闡述其工作原理、靈敏度、信號(hào)傳輸過(guò)程，最后通過(guò)具體案例展示目前國(guó)內(nèi)外具有特色的可穿戴電子產(chǎn)品的測(cè)溫應(yīng)用，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)熱情。

2.1" 發(fā)光溫度傳感器介紹

新型發(fā)光溫度傳感器原理的學(xué)習(xí)是掌握智能測(cè)溫系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)。該部分內(nèi)容將以新型發(fā)光溫度傳感器的發(fā)光特性熱淬滅為切入點(diǎn)。在各種發(fā)光特性中，發(fā)光溫度傳感器的發(fā)射光強(qiáng)度被廣泛用于傳感溫度。目前發(fā)光材料的發(fā)光強(qiáng)度與溫度之間的特性曲線主要采用Mott-Seitz模型進(jìn)行分析。為了減少干擾因素，研究人員進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了比率發(fā)光溫度傳感器。比率發(fā)光溫度傳感器一對(duì)發(fā)射峰的比值只是溫度的函數(shù)。與此同時(shí)，相對(duì)測(cè)溫靈敏度被廣泛用于衡量比率發(fā)光溫度傳感器的溫度傳感性能。在課堂教學(xué)中，筆者在講解每個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)會(huì)展示多個(gè)發(fā)光溫度傳感器實(shí)物，幫助學(xué)生建立關(guān)于發(fā)光溫度傳感器的直觀印象，再引導(dǎo)出測(cè)溫特性的描述、推導(dǎo)過(guò)程，以及影響因素，幫助學(xué)生掌握發(fā)光溫度傳感器的設(shè)計(jì)原理。作為一類非接觸式傳感器，發(fā)光溫度傳感器的結(jié)構(gòu)決定了其測(cè)溫特性與識(shí)別方式。因此，該部分內(nèi)容還重點(diǎn)介紹了新型發(fā)光溫度傳感器的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。目前研究顯示，Tb3+/Eu3+發(fā)光溫度傳感器的發(fā)光易于被識(shí)別并定量分析，因此成為一類經(jīng)典的比率發(fā)光溫度傳感器[3]。Tb3+/Eu3+發(fā)光溫度傳感器的測(cè)溫參數(shù)通常為T(mén)b3+與Eu3+的發(fā)射峰的積分面積比值或強(qiáng)度比值。其中Tb3+的綠光隨溫度上升呈現(xiàn)嚴(yán)重的衰減，通常被用作溫度探針；而Eu3+的紅光受溫度影響較小，通常被用作參比。在課堂實(shí)踐中，隨著溫度升高，Tb3+/Eu3+發(fā)光溫度傳感器的發(fā)光顏色從綠色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，現(xiàn)象非常明顯，可幫助學(xué)生快速理解了相應(yīng)測(cè)溫參數(shù)與溫度的函數(shù)關(guān)系，以及發(fā)光溫度傳感器的結(jié)構(gòu)與測(cè)溫性能之間的關(guān)系。

2.2" 智能測(cè)溫系統(tǒng)工作原理

該部分內(nèi)容將主要考慮發(fā)光溫度傳感器、智能手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)之間的連接方式，重點(diǎn)介紹發(fā)光溫度傳感器的識(shí)別。智能手機(jī)一方面可以感知上述發(fā)光溫度傳感器的發(fā)光變化，另一方面可以建立與物聯(lián)網(wǎng)的連接，因此通過(guò)智能手機(jī)可以將這些傳感器高效連接到物聯(lián)網(wǎng)中，從而建立智能測(cè)溫系統(tǒng)[4]。目前智能手機(jī)是每個(gè)學(xué)生使用時(shí)間最長(zhǎng)的電子設(shè)備，穩(wěn)定性好，集成度高，人機(jī)交互也非常方便，非常適合用于教學(xué)實(shí)踐。具體過(guò)程如下：用智能手機(jī)拍攝發(fā)光溫度傳感器的發(fā)光圖像，并通過(guò)App從發(fā)光圖像中建立藍(lán)（B）綠（G）紅（R）三種顏色通道的強(qiáng)度和溫度的定量關(guān)系，之后依據(jù)定量關(guān)系提取出發(fā)光溫度傳感器的溫度，最后利用智能手機(jī)完成溫度信息的存儲(chǔ)與通信。教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)中采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使用智能手機(jī)App輔助完成課程內(nèi)容的具體應(yīng)用實(shí)踐，避免了搭建傳統(tǒng)溫度傳感器系統(tǒng)過(guò)程中常見(jiàn)的導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗的因素，如人為失誤和硬件損壞等。因此大一學(xué)生對(duì)于利用智能手機(jī)與發(fā)光溫度傳感器建立智能測(cè)溫系統(tǒng)非常感興趣，所有學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)都可完成溫度識(shí)別。

2.3" 智能測(cè)溫系統(tǒng)的信息加密與解密

信息存儲(chǔ)與讀取是智能測(cè)溫系統(tǒng)的另一項(xiàng)重要功能，該部分將介紹目前智能測(cè)溫系統(tǒng)主要采用的信息加密與解密方法?；谏鲜鱿⊥帘嚷拾l(fā)光溫度傳感器可構(gòu)筑發(fā)光QR碼，存在發(fā)光溫度傳感器的區(qū)域可看作“1”，而其他區(qū)域可看作“0”。之后可利用智能手機(jī)從發(fā)光圖像中提取出發(fā)光QR碼的溫度，以及解碼出相關(guān)信息。這些發(fā)光QR碼具有彩色復(fù)用特性，可以進(jìn)一步提高存儲(chǔ)容量和提供附加功能。這個(gè)過(guò)程融合了溫度傳感、信息的表示與運(yùn)算、圖像處理等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生初步接觸到電子信息課程中多個(gè)重要的領(lǐng)域，幫助學(xué)生建立溫度傳感器與信息技術(shù)、通信技術(shù)的聯(lián)系。

2.4" 智能測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用

用于移動(dòng)醫(yī)療的智能測(cè)溫系統(tǒng)作為貼近消費(fèi)者的溫度測(cè)量系統(tǒng)，是可穿戴電子產(chǎn)品的重點(diǎn)集成部分，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，因此本部分在教學(xué)中特意設(shè)置了相關(guān)內(nèi)容。在最新報(bào)道中，這些QR碼被分別印在醫(yī)用智能標(biāo)簽和口罩上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)醫(yī)用標(biāo)簽和口罩溫度的實(shí)時(shí)追蹤。參照相關(guān)報(bào)道，學(xué)生在課堂實(shí)踐中復(fù)現(xiàn)了前沿研究的成果。該部分一方面以具體需求為導(dǎo)向，以典型智能溫度測(cè)量系統(tǒng)為例，開(kāi)展上述內(nèi)容的具體應(yīng)用，指出智能測(cè)溫系統(tǒng)在移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)的特殊設(shè)計(jì)方法；另一方面，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，指導(dǎo)學(xué)生利用智能手機(jī)搭建智能測(cè)溫系統(tǒng)，并積極探索了新的移動(dòng)醫(yī)療應(yīng)用場(chǎng)景。經(jīng)過(guò)以上課堂實(shí)踐，學(xué)生既掌握了溫度傳感器的通用分析方法，又接觸到了移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)智能測(cè)溫系統(tǒng)的前沿技術(shù)。

3" 課程特色與評(píng)價(jià)

“電子信息導(dǎo)論”課程溫度傳感器內(nèi)容的課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐，源于智能測(cè)溫系統(tǒng)和移動(dòng)醫(yī)療的快速發(fā)展。課程的各部分內(nèi)容依次遞進(jìn)，具有以下特點(diǎn)：①概述消費(fèi)電子產(chǎn)品和可穿戴電子產(chǎn)品，可調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣，快速引導(dǎo)學(xué)生建立智能測(cè)溫系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)體系；②主體內(nèi)容以溫度的傳感為切入點(diǎn)，過(guò)渡到溫度信息的實(shí)時(shí)追蹤，涵蓋了智能測(cè)溫系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)、信息加密與解密、物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)層面，促進(jìn)學(xué)生從多個(gè)專業(yè)方向進(jìn)行思考，引導(dǎo)學(xué)生建立基礎(chǔ)知識(shí)與新型消費(fèi)電子產(chǎn)品的聯(lián)系，有助于學(xué)生掌握整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的運(yùn)行方式；③選擇用于標(biāo)簽和口罩溫度監(jiān)測(cè)的智能測(cè)溫系統(tǒng)為實(shí)例，突出了移動(dòng)醫(yī)療應(yīng)用特色，為學(xué)生提供了融合電子信息與移動(dòng)醫(yī)療的素材，可促進(jìn)學(xué)生建立學(xué)科交叉認(rèn)知，提高學(xué)生的移動(dòng)醫(yī)療電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力；④配備難度適當(dāng)?shù)拈_(kāi)放式課程設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生深入理解相關(guān)內(nèi)容。經(jīng)過(guò)不斷完善，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到了提高，自主學(xué)習(xí)能力進(jìn)一步得到提升，在參與各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和學(xué)科競(jìng)賽的過(guò)程中也展示了極高的熱情。

4" 結(jié)語(yǔ)

圍繞筆者所在高校電子信息本科專業(yè)開(kāi)設(shè)的“電子信息導(dǎo)論”課程，本論文針對(duì)性地分析了溫度傳感器部分的教學(xué)定位與教學(xué)目標(biāo)，并以移動(dòng)醫(yī)療應(yīng)用為特色，規(guī)劃了該部分所涉及的智能測(cè)溫系統(tǒng)相關(guān)課程內(nèi)容。通過(guò)這部分課程內(nèi)容的教學(xué)實(shí)踐探索，為師范類院校電子信息專業(yè)傳感器、信號(hào)與系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等相關(guān)課程內(nèi)容的教學(xué)改革與完善提供了一種值得借鑒的建設(shè)思路，進(jìn)而助力培養(yǎng)符合消費(fèi)電子產(chǎn)品和移動(dòng)醫(yī)療行業(yè)快速發(fā)展需求的厚基礎(chǔ)寬口徑的高素質(zhì)應(yīng)用型電子信息專業(yè)人才。

*通信作者：韓振華

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)科學(xué)技術(shù)廳青年科學(xué)基金（2022D01B116）；新疆維吾爾自治區(qū)“天池英才”引進(jìn)計(jì)劃；新疆師范大學(xué)教學(xué)研究與改革項(xiàng)目“工程教育專業(yè)認(rèn)證理念下的新工科專業(yè)建設(shè)研究——以電子信息一流專業(yè)建設(shè)為例”（SDJG2023-09）；2021年第一批―教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“基于PROTEUS軟件的電子信息專業(yè)核心課程仿真教學(xué)師資培訓(xùn)”（202101138049）；南京科技職業(yè)學(xué)院“科研北斗計(jì)劃”項(xiàng)目（NJPI-2023-04）。

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