时间：2022-04-19 17:15:35
关键词：柔性生产线 高职 传感器技术 项目教学
高职教育在教育部16号文件《教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》思想的指导下，一直在以能力为本位，以高素质技能型人才为目标的人才培养模式上探索着。在进行课程教学改革的进程中，行动导向的教学、基于项目的教学、基于问题的教学等各种教学方法都被应用到各专业的各类课程的教学中。教学如何更贴近企业生产工作岗位实际，学生怎样才能将知识与技能有效的融合，培养专业素质，是课程教学改革的出发点，也是落脚点。本文主要讨论基于柔性生产线的高职传感器技术课程项目教学的实践。柔性生产线为亚龙YL-221型机电一体化柔性生产实训系统。
基于柔性生产线的高职传感器技术课程项目教学改革思路
传感器技术课程是高职高专电气工程类、机电一体化类及自动化类专业的一门专业主干课程，教学目标是培养学生具备常用传感器及测量电路的基本知识与技能，熟练掌握各类传感器的工作原理及信号处理，培养机电技术的高素质综合型技能人才。
多数高职院校的传感器技术课程还是相对独立的进行学科式的教学。基本上是按照教材的知识结构，分不同类型的传感器进行原理分析，数据处理分析，再配套一些验证性的实验，在实验箱上完成。在传感器的应用方面，也只是泛泛的介绍，或空洞的引入一些工业应用实例。这样讲授式的课堂教学，因为学生的专业基础水平参差不齐，课程教学内容多，学生会感觉到这门课程非常深奥，非常难学，听不懂，没有学习积极性，教学效果自然可想而知。即便是部分教师在传感器技术课程的教材、教学内容上做了一些整合调整，引入更多的应用实例，学生也会感觉是纸上谈兵，并没有从根本上做到培养学生的实践技能，达到能力培养的目标。笔者在教学改革的实践中，以提高学生的学习兴趣，加强实践能力的培养为目标，对传感器技术课程的教学内容、教学方法进行了调整，采用项目教学法，以工业现场任务为主线，以柔性生产线为载体，结合可编程控制技术（PLC），整合了课程知识，综合了专业技能。主要以工业企业实践中常见物理量的检测组成几个项目，将被测量融合到每个工作项目中形成项目教学。结合传感器综合实验台及柔性生产线，使学生在饶有兴致的技能操作实战中理解各类传感器原理，掌握相关的测量方法，掌握各类传感器在工业企业生产线中的实际应用（安装调试）和技术维护。每一个项目都会是一个典型的实际应用，各个项目综合，组成了一套完整的生产线模拟系统。学生在项目实践过程中，理解和把握课程要求的知识和技能，在实践中找到学习的乐趣，企业工作岗位综合素质的养成，真正达到了培养高素质技能型人才的教学目标。
基于柔性生产线的高职传感器技术课程项目教学实践
教学项目的确定
教学项目的确定是“项目教学法”的关键。以课程教学目标为基础，以企业工作岗位技能要求为指导，将知识分解整合为具体的项目。笔者在进行项目教学的实践过程中，充分利用实训基地的实训设备，将柔性生产线的各分站作为教学项目，结合综合型传感器实验台，设置六个教学项目。每个项目都有独立的知识点，如温度传感器、压力传感器、速度传感器、色标传感器等，知识涵盖了工业企业中常用的现代传感器，更是一个个具体的应用实例。项目在柔性生产线上实施前，还可以提出相关的子项目任务和要求，学生可以按要求在综合型传感器实验台上完成。下表1是基于亚龙柔性生产线的传感器技术课程教学项目。
表1基于柔性生产线的传感器教学项目
教学项目 主要传感器 项目主要技术应用 实践能力
供料单元 涡流接近开关传感器、光电反射传感器 托盘定位检测、工件到位检测 应用分析、安装调试
喷涂烘干单元 温度传感器 喷涂室温度检测 应用分析、安装调试
加盖及顶销单元 接触式行程开关、光纤传感器 加盖检测、上销钉检测 应用分析、安装调试
检测及链条传送单元 称重传感器、色标传感器、数字编码器、涡流接近开关传感器 工件重量检测、工件盖、销钉的有无检测、销钉材料检测、工件颜色检测、链条电机转速检测 应用分析、安装调试
成废品分拣单元 电磁阀控制传感器、涡流接近开关传感器 机械手电磁阀控制、成废品检测 应用分析、安装调试
提升入仓单元 伺服电机磁电编码器、光电反射传感器 提升台控制、工件入仓检测 应用分析、安装调试
项目教学的实施
根据教学培养目标将教学项目确定好以后，授课教师在课前先实施完成各个教学项目，收集整理相关数据并对可能出现的问题进行预分析处理。一方面对整个教学项目会有比较全面具体的了解，便于教学实施，也能更好的指导学生；另一方面在项目的提出时，可以在柔性生产线上给学生展示成果，使学生有明确的目标和感性认知的过程，了解实施该项目要解决什么问题，关键点在哪里。在课程的项目教学实施过程中，由于设备条件限制，要求对教学班级分组分项目进行教学。下面以“检测及链条传送单元”为例说明基于柔性生产线的传感器技术课程项目教学的实施过程。
教学项目：检测及链条传送单元
项目描述：项目的功能要求分为工件的指标检测和传感器的安装调试。检测内容主要包括工件的重量、工件盖和销钉的有无、销钉材料是否是金属的、工件的颜色识别（能识别红绿黄三种）、链条传送带的运行速度（直流电机转速测量）；安装调试内容包括各传感器在生产线上的安装调试。本项目的重点传感器主要有：称重传感器、色标传感器和数字编码器。
教学目标：要求学生会识别常见称重传感器、色标传感器、数字编码器，熟悉其原理，并掌握传感器在柔性生产线中的实际安装调试与应用。
教学组织：将教学项目划分为四个单元来实施：单元一，教师结合综合型传感器实验台及多媒体，介绍称重传感器、色标传感器、数字编码器的实体、原理、应用，演示项目功能效果。小组成员自行熟悉传感器工作原理，根据项目的功能要求，分析讨论用什么类型的传感器实现。单元二，学生根据之前的小组讨论分析，在柔性生产线对应的工作站上安装传感器、配线调试。完成后教师进行检查指导，提出出现的问题或故障，学生继续调试，直到安装合理、配线正确后进入下一单元。单元三，小组成员结合PLC控制技术，实践称重传感器、色标传感器、数字编码器的程序控制。要求能实现项目的功能要求，教师负责关键编程技术指导。单元四，项目实践总结，教师和学生分别就项目的实践过程总结。
为便于组织教学，建立项目实训小组：6人一组，共6组。每个项目的教学学时为14学时，其中单元一4学时；单元二4学时；单元三4学时；单元四2学时。单元一可6组同时进行，单元二、三、四分6个站6个小组分别进行，10个学时后循环轮换项目，即课程的总学时为64学时。各专业可根据教学实际，合理安排学时或有针对性的选择教学项目。
具体实施步骤如下：
1、下发项目任务单，教师利用多媒体和综合型传感器实验台，介绍传感器的外观、结构、原理并演示。学生了解了其原理，并具备了一定的应用知识后，教师再在柔性生产线上演示传感器在生产线中的实际应用，包括安装调试及控制。学生可以在综合型传感器实验台上完成一些主要类型传感器的原理验证及测量，如应变式、电容式、电感式、电涡流式、光电式等，以及温度、气敏、湿敏等传感器。
2、学生小组讨论分析，拟出项目接线布局图纸，在生产线上进行传感器的实际安装、配线调试。小组成员之间要求相互学习、相互帮助。教师跟踪指导。
3、学生在柔性生产线上进行传感器应用的可编程控制，完成项目功能目标，并讨论解决相关的技术问题。小组成员之间要求相互学习、相互帮助，以会的带不会的，直到全都会。教师跟踪指导。
4、学生在完成了项目任务后，需要提交一份项目报告，总结主要传感器在柔性生产线工作站的应用，分析实践中遇到的问题及解决方法。
5、6个实训小组在完成了一个工作站的项目后，进行下一项目的轮换。到第二轮换学时时，各小组之间还可以相互学习，相互帮助，提高项目的实施进度，提高项目教学的效率效果。
项目实施的总结
项目的总结也是“项目教学”的重要环节，主要由教师对学生的项目任务完成情况的评价、学生的自我评价两部分组成。教师的评价主要基于各组各个学生在项目实践过程中的综合表现和所提交的项目报告，即采用过程考核方式。根据每组各成员在项目实践中的完成情况和解决问题的能力等综合表现，给出一个考核成绩，每个项目的考核成绩，加上学生的项目报告成绩，即是该学生该门课程的成绩。学生要进行自我评价，每组学生分别总结项目实施过程中遇到的具体问题和解决方法，注意事项以及个人收获等。教师最后对学生完成项目的情况进行总结，对具有创新的实践方法进行表扬，对项目实施过程中出现的一些共性问题提出解决思路，让每个学生都有一种成就感，期待下一个项目的实践了。
基于柔性生产线的高职传感器技术课程项目教学效果
项目教学法紧紧围绕工作项目选择知识理论，以够用实用为原则，更加注重培养学生的实际应用能力，培养学生实际企业工作岗位技能和综合素质。目前，基于柔性生产线的传感器技术课程项目教学在我院系的教学中已在实践，并取得了很好的教学效果。通过项目教学，以生产线为项目实施平台，学生对课程的兴趣浓厚了，对需要掌握的知识明白了，对学生的专业技能水平提高了，也让学生感到技能训练更加贴近实际工作岗位了。每一个项目经过实践，学生都掌握了一类或几类传感器的外观款式、基本原理、安装接线、信号处理、实际应用维护等技术能力。对授课教师来说，通过项目教学，使得专业知识的衔接与融合更加紧密，课堂教学思路更清晰、更有活力。学院对课程的项目教学实践的评价是：有效利用了自治区示范实训基地的资源优势，将传感器技术课程的教学场所从教室搬到实训基地，让学生的技能训练可以更加贴近岗位工作实际，提升了学生的专业综合技能，提高了课程教学效果，给相关的专业课程改革提供了参考。
基于柔性生产线的项目教学在传感器技术课程的教学实施过程中，还需解决提高之处有：一是如何根据有限的教学条件，增加完善更全面的、适应现代传感器技术发展的教学项目；二是如何有效地对课程的项目教学实施进行过程监控，就是出现6个项目同时进行，课堂管理稍显松散、教师指导不到位等问题。解决改进的方法是：一是主讲教师与实训指导教师一起，不断研究传感器新技术，并在生产线上增加新的传感器类型、内容，保持课程教学内容的与时俱进性；二是在项目实施过程中，任课教师配备一名实训指导教师，全程共同指导学生。每个实训小组安排一个小组长，负责协助教师管理课堂，其他服务等。通过项目管理卡，对各小组成员进行过程监督，对那些不主动学习，坐享组员成果的学生，进行全班通报批评，并在考核成绩上体现。
基于柔性生产线的传感器技术课程项目教学，能够更好的发挥实训基地的教学作用，提高学生的专业技能水平和综合素质，增强了学生的就业竞争力。
参考文献：
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1背景
为了全面提高煤矿企业安全生产水平,国务院《关于进一步加强企业安全生产工作的通知》,强制推行先进适用的技术装备。目前,国内的各煤矿基本安装了煤矿安全监控系统,煤矿安全监控系统主要功能是保证安全监管部门能及时了解煤矿井下的实时信息,发现各种异常情况及报警信息,督促煤矿能及时处理,以减少事故的发生。而现有的煤矿安全监控网络这门课程的实训平台必须依赖于真实的安全监控分站和传感器,而一套最简单的安全监控系统至少需要5,6万元,若单独为每位实训的学生配置一套安全监控系统不切实际,因此迫切需要一套虚拟实训平台能真是模拟整个安全监控系统的安装及配置过程,并且具备验证系统参数设置正确性的功能,能让每位学生都能独立的完成所有参数设置。
2需求分析
按照网络化教育系统的任务、特点,将该门课程的虚拟实训平台各功能模块设计下:(1)配置文件正确性验证。具备系统安装正确性验证功能,如果配置文件参数设置错误,会根据错误情况提示用户进行相关参数的修改。(2)产生测点信息。虚拟平台能随机产生需要定义的测点以及该测点的各种虚拟参数,由于在系统配置完毕后需要验证整套系统是否能有效的实现风电瓦斯闭锁,因此该虚拟数据还应支持用户自行修改。(3)测点定义。结合系统给出的各类测点,用户能对测点的详细参数进行设置。包含模拟量传感器的报警值、断电值、浮点值、预警值的设置以及控制口的关联;开关量传感器的断线、正常状态、非正常状态的设置以及控制口关联;控制量的常开与常闭状态的设置;交叉断电等。(4)报警信息提示及查询。对于虚拟平台产生的报警、断电等异常信息,系统能通过语音等方式及时提醒用户,并具备对于历史信息提供查询的功能。(5)统计报表管理。虚拟平台能够对模拟量及开关量的数据,分站的运行状态统计形成报表,并提供打印、导出功能。
3总体设计
煤矿安全监控虚拟实训平台采用B/S结构,应用Web服务器、JSP动态网页设计及网络模拟器等技术,构建虚拟实训环境。网络模拟器包可以安装在网络互联实训室的服务器上,也可以安装在校园网的服务器上。学生只要在浏览器页面中输入服务器的IP地址,即可登录到虚拟实训平台对各项参数进行配置和调试。整个虚拟实训平台的核心是测点定义以及正确性验证这部分功能,而用户的测点定义必须遵循《煤矿安全规程》、《AQ1029-2007》以及其他相关规程规范的要求,并结合平台提供的虚拟数据详细设置传感器的报警值、断电值、复电值等参数。
4详细设计
(1)传感器的设置。在采煤工作面上隅角设置瓦斯传感器1个;在工作面回风巷距工作面10米处设置瓦斯传感器1个;在工作面回风巷末端10-15米的范围内设置瓦斯传感器1个、风速传感器1个,若是自然矿井还应增加一氧化碳传感器1个、温度传感器1个;在工作面进风顺槽工作面移变处设置馈电传感器、开停传感器若干,用于检测工作面主要设备的开停和馈电状态;工作面回风巷长度若超过1000米,则还应在中部增设瓦斯传感器1个;煤与瓦斯突出矿井,在工作面进风顺槽处设置瓦斯传感器1个;采用串联通风的采煤工作面,被串工作面的进风巷10-15米处设置瓦斯传感器1个;有专用排瓦斯巷道的工作面,必须在专用排瓦斯靠近回风巷10-15米处设置瓦斯传感器。以上为虚拟实训平台自带的已定义好的虚拟测点,考虑到系统扩展性,支持自定义各类模拟量和开关量传感器的定义。修改数据库中的表t_point即可实现。其中tpointNo为定义测点编号,fzID为定义分站号,lxID为定义传感器测点类型,dwID为定义传感器量产单位,Val为虚拟数据初始值,Wave为虚拟数据波动比例。(2)测点定义正确性验证。当用户对已有的测点定义完毕,需要虚拟实训平台对其正确性进行验证,而验证其正确性的依据是《AQ1029-2007》。如:工作面及上隅角瓦斯传感器报警值应≥1%,断电值应≥1.5%,复电值应<1%;回风巷的瓦斯传感器报警值应≥1%,断电值应≥1%,复电值应<1%等。
5结语
煤矿安全监控系统作为井下安全避险六大系统最重要的一个,本文设计的虚拟实训平台能让学生充分利用所学的知识对安全监控软件进行参数配置和测点定义,并能智能验证参数设置的正确性,目前该系统已经上线用于教学,并取得较好的教学效果。
作者:刘方涛 任亮 单位: 重庆工程职业技术学院
[关键词]传感器技术：科学教育：教学研究
[中图分类号]G436 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008（2012）05—0050—06
一、引言
随着传感器技术的不断发展，它们在科学教学中的应用也逐渐广泛。传感器技术具有科学数据的实时收集、多种类型的数据呈现方式以及变化过程回放等功能，为传统手段所无法实现的实验设计提供了诸多可能。传感器技术应用于教学。可以使微观现象宏观化、抽象概念和理论具体化，从而为学生科学概念的深度理解提供了有力的支持。近几年来。随着传感器技术的不断推广及其在沿海发达城市的广泛使用，与之相关的教学要素也正悄然地发生了变化，如教学模式、实验内容、教学理念、教材开发等，均给传感器技术的教学应用带来了一定的影响。其中关于基础传感器技术实验内容的开发成为重点，教学应用的探讨也引起了一定的关注。
国内曾有学者对近几年来传感器应用于我国教学的研究现状和特点进行了多方面的讨论，为相关研究提供了参考。而对有关国外传感器应用的教学研究内容及特点的讨论较少。为弥补这方面的缺失，本文在文献研究的基础上，从学生概念学习、教学模式、教师使用情况和教师培训模式等方面进行分析，试图就国外传感器技术的教学研究内容及其特点做些梳理，并结合国内情况加以讨论，提出一些建议，为我国相关领域的研究提供有益的启示和借鉴。
二、相关术语及其概念的界定
国内大多数文献提及的手持技术fHandheld Technologyl与传感器技术的概念等同，属于狭义范围，而非广义上的手持技术。广义上的手持技术泛指一些与掌上移动设备（软件或硬件），如掌上电脑、掌上学习软件、数据采集器、图形计算器等有关的学习技术。在国外教育类文献中，与传感器技术直接相关的术语主要有：Microcomputer Based Labs MBLI，probeware，data logging，data logger，Calculator Based Labs（CBL）。因此。传感器技术和手持技术概念的使用需结合不同情境加以区别。关键术语的界定，有助于基于传感器技术教学应用的文献研究。
在教育领域，传感器技术是一种面向科学教育的教学技术，是一种用于实时数据获取、显示和分析的软件和硬件集成系统。基于传感器技术的实验系统如图1所示，该系统主要由用于检测变量的传感器（探头）、用于数据收集和存储的数据采集器（如，图形计算器）以及用于数据管理和分析的配套软件构成（配套软件一般安装于电脑、掌上电脑等）。因此。传感器技术的发展主要体现于对传感器技术的实验系统各要素进行种类的开发和性能的更新等。
三、教育领域中传感器技术的发展
随着技术的更新，数据采集器和软件系统逐渐融合，形成了掌上电脑式数据采集器与传感器的组合，使得传感器技术的使用变得更为灵活，功能更为强大。如图2a为国内常见传统传感器技术系统。主要由传感器、数据采集器和配套的分析软件组成。配套的分析软件中提供了多套实验数据的分析模板。利用不同探头及其组合可以进行大量的实验设计，如，用二氧化碳探头进行二氧化碳引起温室的模拟实验，用氧气探头进行水中溶解氧的探究实验等。此类实验还有很多。常见于小学至高中阶段的探究实验开发和常规实验的改进。图2b为PASCO公司的彩屏触摸式传感器系统，其数据采集器安装有SPARK科学学习系统，以探究式教学模式引导学生开展基于传感器技术的科学实验活动，并且鼓励学生合作学习。利用该系统。PASCO研究团队开发了多种形式的课程，如，包含60多个探究式实验的SPARKlabs，针对化学和生物知识学习的加利福尼亚SPARKlabs，为小学和中学提供科学知识学习的探究式科学（Science through Inquiry）等。目前，世界上约有100多个国家在使用该公司开发的各种基于手持技术的学习系统。图2c为NOVA5000数据采集器，该采集器除了提供诸多科学实验模板，具备数据存储、分析和处理的功能外，还安装有windows CE系统，支持学生上网和查询信息。且配备oMce办公软件来编辑相关内容等。该系统主要应用于初中和高中生物、化学、物理以及环境科学等学科领域的科学实验。与传统数据采集器相比，最新的数据采集器在硬件改建方面主要体现在对数据采集器和数据显示器的改进。现在传感器技术将数据采集和显示进行了有效的融合，且操作采用触屏式，使得户外科学探究变得更为方便。而在实验模板的开发方面，现在传感器技术摒弃了传统实验模板中实验用品、实验步骤、实验结果等“说明书”式的内容结构，融入了核心教学理念，如，科学探究等教学模式来组织内容的编写，使得学生对于科学实验的探究兴趣大大增强，对于问题的思考更为深入。另外。由于加入了信息查询和辅助教学软件使用等功能，学生的科学探究的导向性也更为加强，学生与学生之间信息共享和交流，为合作学习构筑了平台。
四、国外基于传感器技术的教学研究
在国外传感器技术的教学研究中，研究者已逐步从关注实验技术的改进和实验内容的更新等方面，转向着眼于寻求多种传感器技术与教学有效结合的途径。使得传感器能够更好地为教学服务。如下几个方面的研究尤为繁荣：首先，在学生认知研究方面。主要侧重研究利用传感器技术进行教学对于学生概念的转变和能力的提升方面的影响，并且对探究式教学模式的应用尤为关注，从中发现结合传感器技术的教学活动和不同的教学模式对于学生认知发展的影响：其次，在教师使用方面，主要侧重于考察教师传感器技术的认知及探索教学模式的教学效果等，可以为教师教育及传感器技术教学提供依据；最后，在教师教育方面，国外开始关注基于传感器技术的教师培训模式的开发，为培养此类教学的师资做准备。本文对国外基于传感器技术的教学研究进行了梳理。总结了国外基于传感器技术教学研究的侧重点在于学生概念转变和能力变化、教学模式、教师使用情况、教师培训模式等。总之，国外教学研究特点主要体现在：以基于传感器技术的概念转变和能力考查为核心研究内容，以教学模式的探究为重要内容，以师资培训模式的探索为新动向。
（一）学生概念转变和能力考查
对学生概念转变和能力的研究，是基于传感器技术的科学教学研究的核心内容。目前，对将传感器技术与科学探究相结合、以促进学生相关技能和方法的获得的相关研究，取得了一定的成果。以下选取典型案例进行分析。
具有多年科学教学经验的英国学者Frank Fearn设计了基于传感器技术的课外探究活动以促进学生的探究能力。探究内容包括：池塘温度（温度探头）、哺乳动物活动（声音和光探头）、肥堆微环境（温度和湿度探头）、植物生长条件（光探头、湿度探头、温度探头、pH探头）。从活动设计来看，主题从简单到复杂，探究活动的综合性逐渐强：与现实环境紧密结合，使得学生在相对开放的探究环境中，学习使用传感器技术并结合数码相机等工具来收集自然环境下的多种数据，以探究相应数据的变化对于动植物生存环境的影响。这样的设计，不但有利于激起学生的探究兴趣，更有利于培养其观察能力、分析能力以及活动探究能力。
美国威廉斯顿高中教师William Struck和纽约州立大学布法罗分校科学教育专家Randy Yerrick教授，研究了两种数据分析方法对于学生动力学概念学习的影响。研究选取了两组学生，一组先用传感器技术收集和分析数据。然后再使用录像采集并分析数据的方法：另一组学生则先用录像采集并分析数据，然后用传感器技术收集和分析数据的方法。除在个别概念理解方面存在微小的差异外，两种设计下的学生小组在绘图和图形分析能力方面有了明显的提高：学生在利用图像预测和描述物质运动方面的效果也很明显。圈这说明传感器技术在数据分析和收集方面，能够促进学生学习抽象概念的深度认识。
来自康科德教育研究组织的著名传感器技术教学应用教学发起人Robert Tinker博士和密歇根州立大学著名科学教育专家Joseph Kraicik教授以水质为主题，设计实验组和对照组比较基于手持技术的探究活动和常规实验活动对于学生概念转变和相关能力的影响。研究结果表明，将传感器技术与科学探究相结合，可以使学生的探究活动变得更为灵活。更有益于学生观察技能的培养，且以小组合作的形式对探究结果共享和讨论。促使学生对概念理解得更为持久。相对于控制组，实验组学生在基本概念学习及其深度理解方面有了明显的提高，其数据分析也更为全面，且随着时间的增加，基于传感器技术的科学探究活动对学生探究兴趣、思维和探究技能等的培养均产生了积极的影响。
综上可知。学生概念转变及能力变化与基于传感器技术的实验活动设计有着密切的联系。研究者从不同角度对传感器技术的教学应用进行了研究，有从传感器本身的特点出发，侧重实验开发和应用，如Fearn和Struck等人的研究；有侧重传感器技术与建构主义模式和科学探究模式相结合进行有关研究，如Tinker等人的研究。因此，基于传感器技术的实验活动设计。不仅需要重视实验本身的设计，还需要考虑实验的活动方式或教学模式的设计，如，将科学探究教学模式与传感器技术的教学应用相结合，更能激发学生的学习兴趣，挖掘出更多基于传感器技术的科学学习的潜在价值，为实现当前课程标准以科学探究为突破口，达成培养学生探究能力的要求开辟了新途径。
（二）教学模式探索
随着传感器技术的逐步发展。如何发挥传感器技术的教学价值，成为值得研究者们思考的问题。因此，在侧重实验开发的基础上，国外对于基于传感器技术的教学模式的开发也极为关注，这成了传感器教学研究的热点内容。
康科德教育研究组织Shari Mecalf博士和Robert Tinker博士开发了一套基于传感器技术的教材。该教材以探究教学模式为理论基础，以基于标准的主题为活动内容，旨在能够最大限度地体现出传感器技术对于学生概念理解和能力培养等方面的优势。教学中，利用配套的软件系统帮助学生运行和观察传感器收集的数据，并指导学生按照引导、反思、实践、应用和评价等环节组成的教学模式进行探究。研究小组还为教师配备了相应的活动指导手册，对有关主题的背景知识、相关问题和讨论模式等均进行了说明，为教师的有效教学提供了支持。研究表明。经过一定的培训，教师能够顺利地运用规定的教学模式，传授教材中的教学内容。调查显示，学生在完成教材所要求的探究活动后，对于相关概念的理解有了明显的提高，错误概念明显减少。教师在访谈中也表示，该教学方法以及对传感器的使用对科学教学的成效是显而易见的，尤其是在学生对科学概念的深度理解方面。另外，学生在问题解决、表达与交流、团队合作等方面也得到了相应的提高。
美国查塔姆高中著名的研究型教师Missy Holzer设计了基于传感器技术的开放式探究课程，旨在为学生提供一种可持续探究和科学学习的方法。该课程提供了一系列与探究方法和科学本质相关的内容。在教学中，学生先学习各种定量和定性观察方法，总结出一些相关的科学术语，这些方法和技能均会使用到后续的传感器技术探究活动中。比如，在“微环境影响因素探究”活动中，学生需调查自身所在社区环境内的微环境，利用温度传感器来收集不同时段社区中的温度，探究温度对其微气候的影响。数据收集完后，学生分组讨论，探讨温度高低对于微气候分布的影响。通过此类简单的探究活动，使得学生能够在一种自主探究的情况下。选择制定相应的探究计划。查询相关信息。确定所要观察的数据和监控数据变化的进程。在探究过程中，通过查阅资料、讨论和分析，得出相应的结论，学生的科学探究能力在得到提升的同时，对相关科学概念的理解也有了显著的提高。
希腊萨利大学的Charilaos Tsihouridis博士等人，研究了建构主义理论引导下的基于传感器技术的科学教学模式对学生科学学习的影响。探究内容为不同物质的热传导，研究选取实验组和控制组，实验组学生按照合作设计、实验、修改以及实施的模式来开展基于传感器技术的实验探究活动：控制组学生则是直接使用已有实验来探究不同物质的热传导现象。研究表明，以建构主义教学理论设计的教学模式引导学生的实验探究，可以有力促进学生对于科学概念的理解。后测结果显示，前测中相对模糊的概念变得清晰，学生的理解不再停留于表层，回答问题的准确率也有了明显的提高。另外，实验组学生对实验活动的参与度和兴趣均较高，学生对于实验过程的掌控和步骤的调整能力得到了加强。
美国斯坦福大学和瑞典韦舍克大学的合作项目LET’sGO，开发了基于传感器技术的合作式探究学习活动。该学习活动以开放式探究为基础，结合计算机和传感器技术的使用。采用小组合作学习的方式。展开了对生态环境的探究。以水质检测为例，学习主要围绕以下几个环节：（1）同一小组学生联系已有知识对主题涉及的核心问题、探究任务进行讨论，并对问题作出假设；（2）探究或收集数据，小组讨论期间主要用SPARK传感器技术来测量和收集数据，用LiverScribe软件来记录活动内容及其结果，用工作单来记录和描述水周围的环境；（4）收集数据后，学生对不同区域的水质进行比较和分析；（5）学生回到课堂书写结果和报告，反思探究结果。研究结果表明。学生对这种基于传感器技术的教学模式给予了很高的评价。他们认为，这种数据收集的方式更简便，更有趣，活动的参与度也得到了加强，且后测也表明学生对于主题相关概念的理解更为深刻，对于问题的理解更为具体。
上述研究表明，基于科学探究的传感器技术教学应用模式。是提高学生对概念的深入认知和相应学习技能、能力（探究技能、分析能力、观察能力、合作学习能力等）的主要途径。且多样化的探究形式，如，对引导式探究、开放式探究以及合作式探究等的应用，为传感器技术的教学应用模式拓宽了思路。使得传感器技术的教学应用不再局限于课堂和个人，传感器的教学价值也不再局限于提升学生的概念认知，而且能够将传感器技术与日常生活与实践相结合。走出课堂。在探究中以合作和讨论的形式来完成一系列学习任务，拓展了传感器技术的教学应用价值。
（三）教师教学使用情况调查
在具体的教学中。除了受教学模式影响外，教师自身的能力以及教学环境的影响，致使基于传感器技术的教学在现实应用中陷入了困境。研究这些困境，提出相应的对策，是为今后基于传感器技术的教学能够顺利实施提供了有力保障。
新加坡国立教育学院学者Seah whve Choo的研究综述表明，在基于传感器技术的教学中。教师的主要任务是设计有效的学习活动及其任务，需注重在教学中给予学生充分的讨论、分析以及解释的时间，且在学生观察数据时给予适当的指导。并分析教师在教学中遇到的主要问题是受到了教学时间的限制，其他还包括资源和设备、技术支持、经费、培训时间、管理技术、教师自信心等因素。另外，传感器的技术问题、课程设计方面等经验的缺乏，也是导致教学使用的障碍所在。他提出，教师应对传感器技术的作用有充分的认识：对rr技术与课程结合的设计思路要有明确的认识：学校应为教师提供更多的时间来实施此类教学活动：通过适当的培训来增强教师的自信：新老教师能够共享优秀课例：改变传统的评价方式，注重过程评价；在教学中对学生的认知、推理以及分析能力、合作等技能进行综合评价。
Seah Whye Choo等人通过网上问卷，调查了新加坡教师在传感器技术的科学教学方面的使用情况。研究表明，在实验类型方面，传感器技术的使用途径主要为教师演示实验、教材实验和学生实验等，在探究性项目中用到的比率较少：教学方式以教师导向为主，主要用于验证性实验，学生在探究式活动中甚少使用：在介绍使用方法时。绝大多数教师着重介绍传感器技术的功能、操作步骤和方法，而忽略学生对于数据的解释和结果的讨论。尤其是面向低年级学生的教学。调查结果显示，教师并未充分挖掘传感器技术对于探究式教学的价值，教师只是用于演示或学生验证性实验，而很少给予学生在探究式活动中使用的机会，教学中也过于强调学生对操作技能的使用，而忽略了其对数据和结果进行讨论和分析能力的培养。
上述研究基本上概括了教师在基于传感器的教学使用中遇到的问题和面临的挑战。除了硬件外，教师自身对于传感器技术的认识，成为传感器能否更好地为教学所用的突破口。这种认识包括对技术的认识，对教学模式的认识以及对教学对象和环境的认识。在教师培训中若能注重提升这些认识，将有助于教师在课堂教学中有效地利用传感器技术。
（四）教师培训模式探索
随着对技术教学应用要求的提高，教师培训中基于传感器技术的教学培训也逐渐受到关注。基于传感器技术的教师培训，也为教师的专业发展打开了思路。
美国克利夫兰州立大学的课程专家Selma Vonderwell教授等人，开发了基于传感器技术的探究式教学培训模式。该培训模式由五个环节组成：探究式教学相关内容的学习——传感器技术的学习——基于传感器技术的探究式课程设计及实施——共享网站的建立。在培训之前，教师普遍认为自身开发此类课程的能力不足，尤其是针对将传感器技术与科学课程相结合的问题时，认为自身水平较低：经培训后，教师对传感器的使用及其教学等均有了一定的自信。认为探究式教学中融合传感器技术的方法，帮助他们理解技术在教学中的多种途径，认识到技术对于科学教育的价值。通过将教师在培训课程中开发的优秀课案例应用于课堂，使学生能够收集信息、分析信息的数据，且数据生成和分析的过程帮助学生更好地理解科学概念，培养学生观察、分析解决问题的能力。学生的活动动机和兴趣均有所增强。
美国克利夫兰州立大学的Issaou Gado博士等人。以归纳——概念发展——概念应用为教学模式，用于职前教师的基于传感器技术的探究式教学培训。在归纳阶段，通过播放教学视频。归纳传感器技术在教学中的使用方法，讨论传感器技术对于科学学习的影响：在概念发展阶段，让教师们通过设计探究式教学活动，和基于传感器技术的活动，并对表现进行评价：概念应用阶段则是教师在熟悉一系列活动后，参与到问题解决和自我探究的活动中，如，小组合作设计基于温度、电导率仪、pH探头的探究活动，并对教学表现进行评价、反思和交流。研究表明，这样的培训模式，使得职前教师对于技术的态度大有转变，一系列的教学活动，使得职前教师的探究能力、组织能力以及科学活动的参与度和态度等均有所促进，教师对于技术的使用能力、信心度进一步提高。
荷兰特温特大学Joke Voogt博士等人，通过基于传感器技术的课程培训。来促进职前教师的技术教学应用能力。该培训课程开发了针对帮助教师理解基于传感器技术的学生中心课程的教学及其实施步骤的课程材料。课程材料的活动设计以POE（预测—观察—解释）理论为指导，通过预测、实验设计、数据分析、比较预测和结果、反思等环节来组织教学，通过将教师设计的课例应用到实际课堂中。结果表明。绝大多数教师愿意在课堂教学中使用基于传感器技术的学生中心科学课程。他们认为。这样的课程对学生的科学学习很有帮助：小组合作探究方式的教学相对容易。而过程评价相对较难：利用学生前概念以及鼓励学生对预测和发现的讨论较难：需要一段时间来达到对于技术教学的班级管理和掌控：相应的课程材料及其评价方式的开发对于技术传感器技术的教学也是很重要的。
可见，国外在基于传感器技术的教师培训方面，侧重借助于一定的教学模式来促进教师对传感器技术的认识和教学应用的能力提高，尤其注重教师基于传感器技术的教学内容设计和实践应用环节，使得教师培训与教学实际相结合，有利于教师从实际出发，从教学实践中体会和收集反馈，从而对原教学设计做出评价和修正。加深他们对于技术应用的现实意义的理解。
此外，还有研究者对学生传感器技术的使用及其看法进行了调查，得出结论：学生传感器技术的操作技能、对传感器学习功能的认识、对技术使用的态度等，均对教学产生了一定的影响。些方面的研究和反馈也进一步促使教师在实际使用过程中，以学生的认知水平和基本技能为前提来设计相应的科学活动。
五、思考和建议
综上所述，国外教育技术或科学教育领域一些著名学者以及相关大学和教育研究机构，对基于传感器技术的科学教学展开了多方面的讨论，主要集中于基于传感器技术的教学对学生概念转变和能力培养的考察：侧重基于传感器技术的教学模式及其教学效果的探索：关注传感器技术教学应用影响因素的探讨，如。教师使用情况及其问题等：以及注重职前教师传感器技术教学应用培训模式的探讨。通过这些研究，使得基于传感器技术的教学设计及其应用，有了强力的理论支撑。本文结合国内的研究现状。在上述文献分析的基础上。简要提出相应的建议。
（一）我国传感器技术的教学应用研究现状
在基于传感器技术的教学应用方面，我国学者主要从基于传感器技术的实验开发着手，进行了大量研究，研究内容包括教材常规实验的改进（如，用温度探究代替温度计来观测二氧化碳的温室效应），抽象理论的实验新设计（如，酸碱滴定中电导率的变化、沉淀平衡时电导率的变化等），课外实验活动的开发（如，利用色度计测红枣中铁元素的含量）等。这些实验的设计和开发为促进相关教学提供了支持。但基于探究教学模式设计的传感器技术实验活动研究不多，尤其是面向低年级的课外实验探究活动甚少。从教师教育的角度来讲，有关技术教育的师资培训中，针对基于传感器技术的教学培训模式的探讨也较少。在基于传感器技术的学生概念认知方面，也有一些研究，如，对传感器技术与酸碱中和滴定概念学习的研究，对传感器技术与化学定量问题解决的研究等，叫旦成果并不丰富。
1.1调查方法
对锐器伤发生时机、器具结合口腔医护员工的日常操作行为，针对性的对某些条目进行适当的修改，以期更准确的分析出口腔临床诊疗行为中锐器伤发生的危险因素。调查按照按调查对象的工作类别不同，划分为医生、护士、医技人员、学生(包括实习和进修)以及工勤人员等层次，每层的调查人数依据各层的总人数按比例分配后进行简单随机抽样，通过查阅文献，估算出最小样本量约为医院总人数的30%。被调查者匿名参加答题。
1.2质量控制
由专职感染管理人员培训专职调查员人员下科室发放第一部分问卷，一对一指导医务人员正确填写并统一回收，对发生锐器伤者发放第二部分问卷，现场填写后由专职人员对问卷的完整性进行检查核对后密封，交给数据录入员。
1.3数据录入
数据由南京医科大学实习学生盲法录入，本调查研究者负责审核。使用SPSS14．0软件对调查数据进行人数、例次数、构成比等统计分析。率或构成比的比较采用χ2检验，P＜0．05为差异具有统计学意义。
1.4伦理审查与知情同意
本调查获得南京医科大学附属口腔医院感染管理委员会批准，研究者向被调查者说明了此次调查的意义和目的，被调查者自愿参加并可随时退出。
2结果
2.1基本情况
医院共有员工469人，查阅文献，估算最小样本量约为140人，按照各层兼顾的原则，本次调查共发问卷169份，回收问卷169份，有效问卷167份，有效率98．8%;其中男43人，占25．7%;女124人，占74．3%;医生63人，占37．7%;护士44人，占26．3%;学生35人(包括实习生和进修生)，占20．9%;医技8人(检验、药剂、麻醉)，占4．8%;工勤17人，占10．2%，平均年龄为33岁。
2.2职业暴露危险因素构成比
调查结果显示，医生锐器伤涉及的前三项操作为手术缝针、根管治疗、尖锐物品穿出;护士锐器伤涉及的前三项操作为针头或器械传递、整理或清理物品、套回针头套。其余锐器伤职业暴露危险因素构成比情况。
2.3发生锐器伤后的处理及培训参与和报告情况
62．3%的被调查者(104例)参加过培训，35．9%(60例)未参加过培训，1．8%(3例)不确定。167例被刺伤人员中，77．2%的被调查者能采用“挤血+冲洗+消毒”的正确局部处理，但仅26例(15．5%)上报院感科，其中24例(14．3%)进行了血源性暴露源的检测，有2例涉及的锐器显示含有血源性传染疾病，检测结果为HBs(+)。
3讨论
3.1锐器伤职业暴露的特点
我院的平均发生率高达65．9%，平均频次为1．62次/(人·年)，可能与口腔诊疗操作侵入性操作多，接触锐器频繁以及工作压力大等原因有关。本次调查显示，护士、医生和工勤人员居报告人群的前3位。而在职业暴露的场所除了传统意义的高危科室如手术室和供应室发生率高外，也体现出专科的特殊性，比如牙体牙髓科也是锐器伤的高发场所，因为专科特有的根管治疗操作因为在操作中需要频繁的接触尖锐的扩大针(锉)等，也较易发生职业暴露。在护士发生的职业暴露中，针头或器械传递位居危险因素首位，说明不安全、不规范操作是职业暴露的主要原因，应该引起有关管理部门的关注。建议通过有效地培训养成使用弯盘传递锐器的习惯。
3.2认知程度和培训效果分析
对锐器伤的危险认识不足，虽然有62．3%曾经参加过培训，77．2%的被调查者在受伤后能采用“挤血+冲洗+消毒”的正确局部处理，但仅有15．5%的医护人员刺伤后上报院感科。说明现有的培训培训效果不明显，方式方法有待进一步改进。感染管理科每年应根据医务人员所处科室、工作环境、业务特点等不同进行针对性的防护措施培训，培训的形式和手段应该多样化。还应该定期深入高发科室，现场督查医务人员标准预防措施落实情况及防护工具使用状况，发现问题及时指正，预防或减少职业暴露的发生。本次调查所反映出的另一个特点是口腔科由于多数操作在门诊进行，大多数的暴露源是未知且难以追踪的。建议通过完善门诊日志，推行门诊电子病历等方法更好实现对血源性传染性疾病的动态监控。2009年国家卫生部颁布了国家职业卫生标准《血源性病原体职业接防护导则》，进一步强调了血源性病原体职业防护重要性。但就各个医疗机构而言，重视程度还远不够，口腔专业的医务人员由于其专科特殊性，面临较高的血源性疾病暴露风险，更应该加强职业暴露和职业防护教育。通过完善管理流程、积极开展培训，改变错误的习惯行为，推荐使用安全器械，实施标准的全防护等措施来切实有效的降低锐器伤的发生。
4小结
关键词： 输送仓储 PLC 自动控制
1.引言
教学需要构建实践环节，为培养工程技术应用型人才创造良好的教学环境，实验系统的建设是专业课程实践教学体系中不可缺少的重要组成部分。现代教学培养模式的实践教学旨在从几个方面提高学生的能力。（1）在课程基础理论验证实验中激发和提高学生的学习兴趣，培养自学能力；（2）在完成工程实际案例过程中培养学生动手能力和综合实践能力；（3）在参与课后专业兴趣小组、科技制作竞赛过程中掌握高新技术的应用，培养创新精神；（4）教学过程中结合教学设备实现教、学、做一体化，理论与实践相结合。职业教学中更需要体现第4点的要求。职业教育强调培养学生的职业技能和职业素养，在实验实训教学中尽量贴近实际工业生产，加强对学生职业能力的培养。对此大力开发教学及实训用教学系统，从而使教学更符合职业教育要求和特点是职业教育工作者追求和提倡的。本文提出的输送仓储实验装置即配合机电一体化专业教学和实训工作开发的实验装置。
分拣和仓储是制造业常见的生产流程，以此作为课程教学实验实训项目基础，开发贴近真实生产过程的输送仓储系统，能再现实际生产过程基本特征和控制过程，根据实际教学内容设计实验实训环节，以此为基础，锻炼学生的控制设计思想、PLC编程能力、装配调试能力等，基于以上考虑，开发一个小型输送仓储实验装置，并针对机电一体化专业的专业能力要求，开发以PLC为控制元件完成系统工作，以此为载体完成与PLC控制相关的教学和实训内容。当然，该装置不仅具备一些常规的控制功能，还能根据要求提升、开发新的功能，从而满足学生在其他方面的实验实训教学要求。
2.系统设计思路
整个系统采用触摸屏作为上位机，PLC为主要控制核心，几种不同传感器作为工件类型检测、料仓位置检测和滑台位置检测的元器件，直流电机和电磁铁为主要控制对象，完成系统工作。总体控制思路如图1所示。
图1
系统常采用的传感器类型：光电传感器、电感传感器和电容传感器，将输送带上的所有工件属性（颜色、材料）判断出来，将工件按类型放置在对应料仓中。触摸屏作为一种智能控制设备，可以实现远距离控制和系统状态显示，实现工作模式切换，用于代替传统按钮输入，同时实时监控系统的工作状态。
3.系统元器件选型与硬件结构设计
本装置上位机采用松下QT01（AIGT0030B1）型号触摸屏，在PLC的选择方面，考虑其控制要求确定。根据系统的控制要求，需要三个判断工件属性的传感器，三个工件位置检测传感器，三个料仓位置检测传感器，两个滑台极限位置检测传感器。另外，还需要7个控制按钮，系统共需要18个输入点。输出部分需要控制皮带输送机的电机启停，滚珠丝杠滑台电机的启停、正反转，电磁推料器的启停，共计4个输出点。系统采用了西门子S7-200 CPU（16个输入点，10个输出点），外加一个EM223 8路输入8路输出扩展模块，以满足输入点量要求，并提供继电器类型输出状态。传感器选择北京惠斯科技有限公司的产品，性价比较高。工件属性检测传感器采用光电传感器、电感传感器和电容传感器组合实现，实现方式如表1所示。整个PLC控制系统的硬件原理图如图2所示，其I/O分配如表2所示。
3.系统软件设计
输送仓储实验装置的软件设计包括2个部分：触摸屏组态软件设计和PLC控制程序设计。其中组态软件设计主要实现触摸屏的操作画面，便于人机交互。而PLC的控制程序设计主要实现工件的分拣和仓储功能。
系统可以实现手动和自动两种运行方式。手动运行是通过按钮开关独立控制不同运动部件的动作，如皮带输送机的启动和停止，滑台的左向运动和右向运动，推料器的推料和复位运动。自动运行即系统自动完成工件的分拣和仓储，工作过程如下所述。
3.1手动工作模式
在PLC教学中，基本指令的运用和熟悉可以通过手动工作模式加以训练。在手动工作模式下，可以通过不同按钮开关进行基本操作，如启动、停止皮带输送机，滑台的向左和向右运动，电磁推料器的推料与复位等，通过这些设计，可以训练学生熟悉基本指令和基本逻辑。
3.2自动工作模式
自动工作模式下则是系统自动完成工件的检测存储，基本工作过程是启动按钮按下，滑台复位，输送机启动，工件属性检测，滑台到对应料仓口，工件到对应料仓口，电磁推料器推料入仓，依次循环。
3.3扩展控制模式
在扩展工作模式下，可以在自动工作模式下增加控制要求内容，如增加系统的工件计数功能，采用间歇输送方式实现工件输送等。
4.基于此装置的实验实训内容
作为一种实验实训装置，本系统为学生提供了一种开放式结构，适合各类大中专学生学习PLC技术和触摸屏技术，甚至可以进行电路控制设计训练、机械装配设计训练，由于装置各部分可拆卸，学生可以自己加工、搭建控制系统，可以锻炼自身硬件接线能力、PLC的程序设计能力、触摸屏的组态编程能力及系统的安装调试能力等。利用本项目可以实现不同难度层次的实验实训设计，也可以配合教学进行基本指令学习。基本外形如图3所示。
图3 输送仓储装置外形图
5.结语
本文研究开发出一种新型的输送仓储实验装置，该装置主要特点：（1）贴近实际工作流程，结构包含较多基本构件和常用机构，能够更好地贴近实际，便于高职学生学习；（2）功能多样，本设计是为实现工业生产中常见的输送仓储功能，教学使用时，可以采用多种控制技术实现功能；（3）控制灵活，可以根据实际教学控制要求制定，由简至难，层次递进，便于教学应用。（4）装置小型化，整个装置采用双层装置，体积小，便于携带，有利于不同场合转换。（5）采用开放式设计，便于后续其他部件及元器件加入，从而丰富系统内容和功能。（6）综合性强，可以运用于机械加工、装配、电路设计装调、PLC硬件按线与软件编程训练等项目教学和实训。
搭建基于PLC控制的输送仓储实验装置，丰富学生的工程实践经验，锻炼学生的动手能力和创新意识，使教、学、做一体化有载体加以实施，从而增强教学效果，有效提高教学质量，是一种合理可靠的实验教学装置。
参考文献：
[1]欧益宝.PLC实验系统构建模式研究[J].实验室研究与探索，2010.9.
随着机电一体化技术推广应用的普及，在机械加工、汽车制造、食品生产、药品包装等方面有许多工作都是由生产线来完成的，相关企业急需机电应用型技能人才，要求具备对生产线有较熟练的安装、调试、操作以及维护能力。而作为培养高技能人才的职业院校由于办学经费紧张，大多没有能力购置与企业类同的生产线，学生在校期间，不能建立整套生产过程的概念，为此，本文研制了一套仿真的自动化生产线教学实训装置，解决了学生在校实训过程与企业实际生产情况不相吻合的问题，增强学生对机电一体化系统的感性认识，提高学生的实际动手能力。
1.实训装置研制
1.1实训系统的总体方案
根据教学需要，机电气一体化自动生产线教学实训装置必须做到一机多能，要将机、电、气、测、控等技术有机地结合起来，满足多门课程的实训需要，要涵盖机械传动、液压与气动技术、传感检测技术、电气控制技术等课程知识。所以本文设计的自动生产线教学实训系统是模拟完成现代化生产装配过程的自动上料、传输、物料检测和自动分拣的一个小型自动生产线系统，本教学实训系统包括五个模块，即由气动元件控制的供料装置和运输装置；由光电传感器、霍尔传感器和颜色传感器组成的检测装置；机械手分拣装置；PLC电气控制系统。生产线的工作过程是：先将物料放入料仓供料机构动作输送机构动作分拣机械手动作将物料分类分拣到相应的料仓。根据以上工作过程设计系统方案如图1所示：
1.2供料装置和运输装置的设计
供料装置和运输装置均采用气动传动机构，其气动回路示意图如图2所示，供料装置由一个垂直储料筒和一直线往复式双动送料气缸6组成，送料气缸动作一次，就将储料筒中的一个物料推到运输装置的运输平台7上；运输装置由无杆汽缸8构成，在活塞上安装有一运输平台7，可在无杆汽缸8的动作下做左右方向的往复直线运动，以运输工件或货物，平台的移动距离有安装在无杆汽缸两端的霍尔传感器控制。
1.3分拣装置的设计
系统中的分拣装置采用由机械传动的机械手实现对物料的搬运和分拣。本装置设计的机械手采用直流电机驱动，由机架底座、转盘、电机齿轮箱、大臂和手抓等组成，其结构如图3所示。
1.4检测装置和控制系统的设计
检测装置的功能主要是判断物料的有无、各气缸运动的行程、机械手行程的位置和物料的颜色等，以便机械手能将不同颜色的物料搬运到不同的物料区域。所以系统中的检测装置主要由光电传感器、霍尔传感器、电感传感器和辨色传感器等构成。控制系统采用西门子S7-200可编程控制器实现，根据生产线的控制信号和被空对象确定PLC控制系统的I/O地址，地址分配表如下：
1.5系统的控制程序设计
在设计本系统的控制程序时首先应清楚本装置的生产动作过程，其动作过程如下：将物料放入料仓供料机构动作输送机构动作分拣机械手动作将物料分类分拣到相应的料仓。根据系统的这个动作流程来考虑设计PLC的控制程序，把供料机构的控制、输送机构的控制和分拣机械手的控制分别作为子程序，这样可以使程序编写层次分明，更有条理，也更简单。所以系统主程序流程图设计如图5所示。机械手动作过程如下：机械手下降机械手抓紧物料机械手上升机械手左转（或右转）机械手下降机械手松开机械手上升到初始位置。所以由于机械手分拣物料的动作过程比较复杂，机械手分拣过程的控制单独设计成一个子程序。其流程图如图6所示。
2.实训装置研制的意义
文章所开发的实训装置结构虽简单，但也是一个完整的小型仿真自动生产线系统，所涵盖的知识内容较多，包括机械传动、气动技术、传感检测技术、PLC控制技术等多门课程，目前已研制完成，并且投入到教学中，取得了不错的效果。
关键词 PLC 组态软件 温度控制 实训教学
中图分类号：TP273 文献标识码：A
PLC是实践性非常强的一门课程，要求学生以一定的硬件知识为背景，掌握一定的PLC编程指令，才可从事实践活动。因此PLC课程教学需要学生更多地和计算机、控制电器、仿真设备进行交互式学习。为此利用西门子S7-200PLC、组态软件，设计一套温度控制PLC实训平台。通过该实训平台，可以形象地理解PLC控制、了解具体的过程控制对象，有助于增强PLC的教学效果，丰富学生的工程实践经验。
1 系统设计方案
实训平台控制结构如图1所示。由上位计算机、S7-200 PLC、PT1000热电阻温度传感器、可控硅功率调整器、加热器、封闭式水箱等组成，为一套水循环系统温度控制以及人机交互、带反馈的闭环控制系统。
系统分为上位机监控、控制和现场模拟量三级。上位监控选用MCGS组态软件进行人机界面设计，以上位计算机作为人机交互的载体。PLC为控制级，由S7-200PLC连接现场测控仪器构成。现场仪器进行控制对象温度信号的测量，调节机构执行输出动作；PLC完成逻辑控制，对模拟量数据进行A/D转换并将经过PID运算后的结果由D/A模块转换后输出。PLC与监控级之问通过通信总线相连接，现场仪表与PLC输入输出模块连接，共同组成整个控制系统，完成对温度的测量以及控制。
2 硬件设计
2.1 上位机配置
上位PC机安装MCGS组态软件，设计监控界面。该软件具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便地开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。
2.2 PLC配置
西门子S7-200系列PLC具有极高的可靠性、丰富的指令集、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块等优点，具有极高的性价比。选择西门子S7-200（CPU224）PLC，配置EM235模拟量输入输出模块。该类模块有四路AD输入，一路DA输出，可满足实训控制系统对信号转换的要求。
2.3 温度传感器
采用热电阻传感器测量温度。热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的，由热电阻、连接导线及显示仪表组成。热电阻广泛用来测量-200～850℃范围内的温度，少数情况下，低温可测量至1K，高温达1000℃。
3 软件设计
3.1 PLC程序设计
PLC控制流程如图2所示。
利用MCGS组态软件，进行用户界面的设计和组态。设计步骤为：（1）启动MCGS组态环境，在工程中新建一个用户窗口。（2）绘制控制界面图形。（3）在组态画面中连接变量，完成与PLC的通讯。（4）项目调试。
设计的温度显示控制界面如图3所示。
4 实训内容
本温度控制实训台可以开展以下内容实训教学：可控硅功率调节、温度传感器模拟量信号采集、PLC编程控制、MCGS组态监控与温度控制等。
5 结束语
全国大学生电子设计竞赛是检验学生创新实践能力的一个重要的平台，得到了相关高校的高度重视。为了能在大赛中获得理想成绩，对学生进行有针对性的培训是很有必要的。以创新实践基地为培训平台，根据不同年级学生知识掌握的程度，进行电子制作兴趣入门、基本电子操作技能、理论知识应用实践、系统设计能力等环节培训。实践证明经过系列的项目培训，学生的动手实践能力有很大的提升，并培养了学生的创新能力，为参赛做好了必要的准备。
关键词：
电子设计竞赛；培训模式；创新实践
一、前言
全国大学生电子设计竞赛是教育部高等教育司和信息产业部人事司共同举办并与教学改革实践紧密结合的大型学科竞赛之一，其规模和影响力不断扩大，竞赛的指导思想是积极认真参与竞赛，丰富学生科技活动，推动教学改革与课程建设。建立科学有效的培训体系，培养学生提高专业理论水平、工程素质及创新能力，锻炼学生意志品德，树立协作精神，赛出成绩，赛出水平［1］。我校长期以来重视学生“学习能力、实践能力、创新能力”的培养，突出“专业基础和应用能力并重”的人才培养特色，近年来不断加大经费投入，实验、实习条件得到很大改善。很多动手实践能力强的学生参加全国各种电子设计大赛并取得非常优异的成绩，通过竞赛，涌现了一批创新性强、实用性好的优秀作品，为优秀学生的脱颖而出搭建了一个很好的展示平台。电子设计竞赛所需知识覆盖面广，实践性又较强，从参赛人员结构上看，大部分是以大三的学生为主，虽然他们学完相关基础课程和大部分专业课程，但还缺乏用理论知识解决实际设计应用能力，此时让这些没有经过系统培训的学生参加竞赛，显然也不可能取得理想成绩。笔者认为电子设计竞赛赛前训练是精英教育模式的一个重要环节，培训内容应有针对性、继承性和前瞻性；培训应分阶段进行，兼顾知识梯度与受众面；注重基础知识与基本技能的培养；强化综合技能培养，激发创新能力；注意培养协作精神与竞争意识。所以如何建立一套良好的培训模式，让学生能够得到更好的系统培训从而提高竞赛水平是一项重要工作。为充分挖掘学生的潜力，培养创新型人才，将实践教学与竞赛有机结合起来，让对电子制作方面有爱好、学有余力、动手能力强、喜欢挑战的学生加入进来，形成从大一开始选拔培训对象，大二加强理论和动手能力的培训，到大三进行系统的有针对性的培训这一梯队培训模式。这样可以避免出现参赛学生断层现象，也可以让高年级的学生带动低年级的学生学习，形成良好的学习培训氛围［2］。
二、创新实践基地平台的建设
我校在2008年就建立了创新实践基地，为对电子制作有兴趣的学生进行课外学习培训提供了良好的环境。基地为学生聘请了有经验的指导教师，每周都安排时间进行答疑，及时解决学生在电子制作过程中遇到的问题，不定期开展专题讲座，针对学生普遍存在的问题进行专门辅导培训，同时也要让学生培养独立研究思考的能力。另外学院还根据学生进行电子制作的需求和培训的需要，购置了必要的实验桌椅、电脑、示波器、信号源、万用表、稳压电源等常用仪器设备，还根据不同类型的竞赛题目配置了单片机实验板、EDA开发板、ARM试验箱、自动控制模块、电路板雕刻机等设备，极大满足了培训学习需求。为了带动和培养更多的电子制好者，以创新基地为平台，每学期都会举办校级的电子设计竞赛，依托校企合作的丰富资源，在双赢的基础上由企业赞助经费或者元器件，让学生得到更大的动力支持。如我院在ALTERA公司的赞助下，已经成功地举办了三届的Altera杯EDA创新设计竞赛。创新实践基地平台的建设为后面竞赛培训的展开发挥了至关重要的作用。
三、兴趣培养和入门培训阶段
兴趣培养阶段主要针对大一的学生，因为他们刚进入大学校园不久，对很多事物都感到新鲜，有很多学生对电子制作感兴趣加入了电子制作协会，也有很多新生对自己所选的专业不太了解，不知道以后毕业能从事什么工作，处于迷茫中。所以我们要采取多种方式引导和激发他们参加电子制作的兴趣：一是组织他们参观创新基地，通过高年级的学生对演示性较强的电子作品进行展示和讲解，让他们了解并接触到具体的作品，在脑海中产生深刻的印象。二是通过专业教师在课堂上给学生介绍专业知识及专业发展方向，让学生定位自己的发展目标，这也会激发一部分学生投入到电子制作中。三是通过培训讲座的开展，让有兴趣的学生了解进行电子制作需要掌握的知识和获得相关知识的途径。通过一段时间的兴趣培养，发现一批对电子制作产生浓厚兴趣的学生，组织这些学生进入创新基地参加电子制作入门培训学习。对于大一的学生来说，大部分专业基础课程还没学过，很多知识都要靠自学，慢慢积累。在这阶段学生应该学习认识常用元器件及其功能用途，学会焊接制作电路板的技巧，学习电路图绘图软件的使用，以及常用仪器设备的使用，如万用表、示波器、信号源等，创新指导教师或者高年级有经验的学生给他们培训指导。有了一定基础后可以做一个简单的制作项目，如抢答器、计时器、直流稳压电源等，这样既可以学会电路板制作的流程，又可以做一个实用的作品，迈出电子制作的第一步，同时又学习到电路方面的相关知识，提高他们继续努力的信心。
四、理论和动手能力的培训
对于大二的学生，已经开始学习模拟电路、数字逻辑电路、单片机技术与应用、EDA技术、非电量检测技术等专业基础课，他们的理论知识在慢慢积累增加，但是用理论知识进行相关电路设计的能力还比较缺乏，设计经验还比较欠缺。因此需要针对大二学生的情况作出合理的培训安排，让他们在这个阶段能得到最大限度的锻炼和提高。对于模拟电路，可以安排的培训项目有小信号放大器、功率放大器、滤波器等；数字逻辑电路可以培训抢答器的设计，用74系列芯片设计电子时钟等。单片机技术可以培训的项目很多，如频率计的设计、波形发生器、数据采集等，单片机是参赛培训学生必须掌握的核心技术，因为在比赛过程中大部分项目都要用到单片机作为主控器件。EDA技术在做仪器仪表类题目中用得比较多，可以开展的培训项目可以有DDS信号发生器、高速数据采集及存储等，一般复杂的数字电路都可以用可编程逻辑器件来进行设计，可以大大提高设计效率和系统稳定性。非电量检测技术是要掌握几种常用传感器的应用，如光电传感器、温湿度传感器、红外传感器、角度传感器、超声波传感器等，这些传感器在智能小车等控制类题目中经常要用到。通过对这些理论课程的学习与实践设计的培训，让学生初步具备了电子设计及调试电路的能力。根据电子设计竞赛的参赛模式，一般是以三个学生为一组进行比赛，所以在进行电子设计技能培训的同时也要进行分组筛选的工作。在参赛过程及平时培训过程中很多工作都要团结协作完成，遇到问题要一起讨论，要有良好的沟通氛围，不能各自为战，各个队员都要努力提高自己软硬件设计方面的知识，经过不断磨合及互相了解后，增加配合的默契感，这样才能在全国电子设计大赛中取得理想的成绩［3］。
五、系统的综合性项目培训
经过前几个阶段的知识积累和实践能力的提高后，学生的应用设计能力会有很大的提升，再经过大三对专业课程的深入学习，理论知识不断丰富，这时可以培训学生对知识的综合应用能力。比较有效的培训方法是让每组队伍在规定时间内利用课余时间完成一项综合设计任务，创新基地可以拿出部分经费资助学生购买元器件，既让学生有紧迫感，同时又调动其积极性。根据往届竞赛题目的类型来看主要有以下几个设计方向：功率电子、仪器仪表、自动控制、高频通信、电路系统等，培训时可以选做往年电子大赛的设计项目，也可以做指导教师出的模拟赛题。每组队伍在选定训练项目时要根据各自队员的知识掌握情况及兴趣来选择主攻1－2个设计方向，各组选题要相互错开，避免扎堆同校竞争。在进行系统设计培训的同时，各组要形成和完善一套符合自身选题方向的单元模块电路和相应的程序模块。主要的模块电路有：单片机小系统、高速A／D和D／A模块、CPLD／FPGA系统板、小信号放大器模块、LCD显示模块、电机驱动模块、无线通信模块、红外探测模块及各种传感器模块等。这些模块电路调试稳定后在竞赛中可以直接使用，为参赛过程节省很多宝贵的时间，奠定了取得理想成绩的基础。在完成一阶段综合项目培训之后，各组之间要及时进行项目设计交流总结，并对资料进行整理和共享，这些工作有利于大家共同进步，经过交流能学到别人的设计优点和积累设计经验，避免因重新摸索造成的时间精力的浪费。
六、暑假赛前集训阶段
全国电子设计竞赛一般是在8、9月份进行，所以在暑假阶段的培训尤为重要。并不是每个学生都可参加全国电子设计竞赛，为了体现公平竞赛原则，必须进行校内选拔淘汰竞争，有电子制作基础的学生都可以参加选拔，选出在电子制作方面最优秀的学生参加全国竞赛。被选的学生在暑假要进行集中强化培训，把综合设计能力进一步提升。在暑假一个多月的时间里，每组参赛队必须完成2－3个题目的设计，每完成一项设计要撰写论文报告，要求跟竞赛题目一样，各个指标都要尽量完成，在这个过程中遇到问题积极跟指导老师讨论。在完成设计后指导教师要对学生的项目设计过程进行总结，如设计方案是否合理，提出需要改进的地方。针对出现的问题要求学生进行学习整改，避免在正式比赛中出现类似的问题。通过这段时间的强化集训，学生的竞赛水平将会有很大的提高。在赛前需要让学生树立正确的比赛观念，不要让其在比赛期间心理压力过大而发挥不理想。参赛的意义是为了自我提高，学以致用，培养团队精神，并不是以获奖为惟一目的。经过几个阶段的学习培训，学生已经大大丰富了自身知识和提高动手实践技能，这才是比赛本身追求的目标［4］。
六、结束语
从2007年起，通过电子设计竞赛梯队培训模式的实践，我校多名学生在参加部级电子设计竞赛和省部级电子设计竞赛都取得了优异成绩，更重要的是通过培训提高了学生的动手实践能力和创新应用能力，推动了实践教学改革的发展，使更多学生体验到了电子制作的成就感，并从参加电子设计竞赛的过程中受益良多。
参考文献：
［1］姚有峰，赵江东，汪明珠．从电子设计竞赛谈电子类实践教学改革［J］．实验技术与管理，2009（7）：132－148．
［2］高原．基于大学生电子设计竞赛的学生培训模式探索［J］．广西民族师范学院学报，2012（3）：68－70．
［3］杨威．基于科技与学习竞赛的大学生科技创新能力培养［J］．科技与管理，2010（3）：120－123．
关键词：自动化生产线安装与调试 项目教学 课程设计
天津龙洲科技有限公司的自动化生产线实训系统是一套模拟实际自动化生产线的教学设备，它囊括了绝大部分工业生产中所涉及的应用技术，是一个从综合控制中心到自动加工系统，经自动生产线装配，再到质量检测系统，最后进行物流仓储的闭环式可循环系统。此实训系统的总控平台采用西门子公司的profibus现场总线通信系统，选用了西门子的S7-300PLC作主站控制器，S7-200PLC作从站控制器，配备了Step7编程软件和WINCC监控软件等。14个单元分别是：上料单元、下料单元、加盖单元、穿销单元、模拟单元、图像识别单元、换向单元、机器人单元、加工单元、废品单元、物流仓储单元、分拣单元、液压单元、检测单元。
笔者在基于该实训设备的自动化生产线安装与调试课程中，实施项目教学，使学生的理论知识和实际操作相结合，提高学生解决实际问题的能力。
一、课程内容设计
该课程的最大特点就是综合性较强，有机地融合了多种技术。由于此实训系统的各个单元既可以独立运行，又可以由总站整体控制，所以笔者采用项目教学法，将实训系统的每一个单元作为一个教学项目，按照自动化生产线实训系统的工作过程，设计了16个教学项目。学生先进行单站的学习，教师由浅入深地讲解相关知识点，从而让学生先了解各个单元的功能和结构，再通过一个个小项目逐步掌握全部的相关知识。
1.教学项目1：上料单元的安装与调试
上料单元将工件从料槽中取出，并送入下料单元。通过此单元的安装与调试，使学生掌握电工工具的使用，识读电气原理图和气动控制回路图，掌握用PLC控制步进电动机的方法，能够对本单元进行安装与调试。
2.教学项目2：下料单元的安装与调试
下料单元储存一定数量的工件，当移动工作托盘到达下料单元设定工位时，将储存的工件放入托盘中。通过此单元的安装与调试，学生能够掌握直流电动机的控制方法，对本单元常见的故障进行排除。
3.教学项目3：机器人单元的操作与维护
机器人从托盘中抓取工件，送入加工单元进行加工，加工完毕后，从加工单元重新取出，再放入托盘。通过本单元的操作与维护，学生学会工业机器人运行控制，能排除常见故障。
4.教学项目4：加工单元的安装与调试
本单元完成对工件的加工，通过此单元的安装与调试，使学生掌握数控机床的使用方法。
5.教学项目5：加盖单元的安装与调试
加盖单元将工件从上盖料槽中取出上盖，并完成装配。通过此单元的安装与调试，学生学会用PLC控制电动机正反转，能够排除加盖单元常见故障。
6.教学项目6：穿销单元的安装与调试
穿销单元将工件销钉从销钉料槽中取出，并进行装配。通过此单元的安装与调试，学生掌握电磁阀和双作用汽缸等气动元件的使用，并能够排除穿销单元常见故障。
7.教学项目7：检测单元的安装与调试
检测单元运用多种检测传感装置对装配好的产品进行检测，并将最后检测结果送至PLC进行处理，以此作为后续站分拣单元控制方式选择的依据。通过此单元的安装与调试，学生学会电容式、电感式、光电式传感器及色彩标志检测器等的使用，能够排除检测单元常见故障。
8.教学项目8：换向单元的安装与调试
换向单元是将前站传送过来的托盘及组装好的工件产品经换向、提升等流程，将其送至传送带向模拟传送。通过此单元的安装与调试，学生综合掌握气路的搭建与控制、传感器信号的采集、电动机正反转的控制。
9.教学项目9：模拟单元的安装与调试
模拟单元完成对工件的模拟喷漆，即在工件表面喷涂油漆，并加热烘干。通过此单元的安装与调试，使学生学会用PLC控制加热炉加热和用温度传感器测量炉内温度，掌握PLC模拟量模块的使用，能够排除模拟单元常见故障。
10.教学项目10：液压单元的安装与调试
液压单元通过液压系统实现对产品的盖章操作。通过此单元的安装与调试，使学生掌握比例溢流阀、液压缸、压力传感器、流量传感器的使用，能够排除液压单元常见故障。
11.教学项目11：图像识别单元的安装与调试
图像识别单元运用电脑识别技术，对液压单元传送来的工件，通过图形摄影系统采集产品的当前画面，并与原设置合格产品进行比较，判断产品质量是否合格。我们通过此单元的安装与调试，使学生了解图像识别系统的设置和应用，熟悉接口设置，了解图像识别系统和PLC系统的连接方法。
12.教学项目12：分拣单元的安装与调试
分拣单元根据检测单元的检测结果，用气动机械手对产品进行分拣，质量符合要求的产品随托盘进入物流仓储单元；不符合要求的产品被送入废品单元。通过此单元的安装与调试，学生掌握摆动汽缸、双作用汽缸、真空吸盘等气动元件的使用，能够排除分拣单元常见故障。
13.教学项目13：废品单元的安装与调试
废品单元将质量不符合要求的产品放入废料单元的废品输送道内。当废品道上的传感器检测到有产品，PLC将控制变频器驱动输送电动机，把废品送到废品区。通过此单元的安装与调试，学生掌握变频器的使用。
14.教学项目14：物流仓储单元的安装与调试
物流仓储单元根据检测单元对销钉材质的检测结果，将工件分类入库。通过此单元的安装与调试，学生学会步进和伺服电动机的控制方法，能够排除物流仓储单元常见故障。
15.教学项目15：自动线的编程与调试
利用PLC技术和现场总线通信技术，实现对所有单元的联网与监控，学生学会生产线的组建和网络的建立。
16.教学项目16：上位机的编程与调试
利用组态软件WINCC对生产线进行监控，学生掌握组态软件的使用。
二、课程考核
本课程采用理论考试和实践考试相结合的考核方式。理论考试采用试卷的方式，主要考查学生对基础知识的掌握情况；实践考试贯穿于整个课程的项目教学活动中，学生每完成一个项目就马上进行操作考试，所有项目考核成绩相加即是学生实践考试的成绩。这种考核方式有效地调动了学生的学习积极性，使学生明确知道自己哪个地方没有学好，并会努力在下一个项目的考核中有更好的表现。
为了进一步提高学生的学习积极性，增强学生就业的竞争力，本课程还与考证相结合。如果学生考取了可编程控制器系统设计师高级证书，考试成绩加10分，这样就更有效地激发了学生的学习积极性。
三、小结
自动线安装与调试是笔者学校机电一体化专业的核心课程。此课程模拟真实的工作环境，与企业的技能要求对接。在教学中采用项目教学的教学方式，让学生边学边练、学做合一，能有效提高学生的学习积极性和主动性。
参考文献：
[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2]吕景泉.自动化生产线安装与调试（第二版）[M].北京：中国铁道出版社，2009.
一、项目驱动教学的优势
以教师为中心，以教材为中心，以课堂为中心的传统教学模式中，教师是教育的主动实施者，而学生是被灌输知识的对象、是被动接受者。而项目驱动教学强调以学生为中心，教师充当组织者、指导者的角色，利用情境、协作等环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和创造性，最终达到使学生有效地实现对所学知识重新进行建构的目的。与传统的教学方法相比，“项目驱动法”能更大地激发学生的学习兴趣和求知欲望。
二、单片机课程项目驱动教学的模式
在单片机课程项目驱动教学模式中，项目设计是整个教学的关键。教师应紧扣教学内容，以能力培养为出发点，结合单片机技术的实际应用，拟定切实可行的项目。
1.在设计项目时，应把握的原则
（1）实用性。理论知识应具有较强应用价值，与实际技能训练紧密结合。
（2）可行性。选择学生易理解、感兴趣的项目，尽量贴近企业产品实施过程与实际产品研发。
（3）难度适中。选取难度适宜的项目，提高学生的积极性。
（4）综合性。注重理论联系实际，注意与其他课程在专业知识体系的融合。
2.单片机项目驱动实践教学应侧重于工程训练
（1）相关理论知识的理解与运用能力的培养。
（2）单片机应用系统设计与调试能力的培养。
（3）了解系统的开发流程，熟悉相关开发工具，熟练使用相关仪器设备。
（4）充分体验从设计到产品的全过程，锻炼其工程实践能力。
（5）锻炼技术交流、团队合作等技能。
在项目的早期，教师处于主导地位，与学生充分交流和探讨，帮助完成主要调研和确定总体方案；但随着项目的进行，帮扶逐渐变成协助，越来越多的内容由学生独立完成，教师只需定期检查项目进展，并对难点问题进行及时指导；而在项目的后期，教师的作用主要是引导学生一步步迈向成功。前述单片机项目在实施时，一般由4人组成1个团队，由教师下达统一的任务，但每人分工各有侧重，实施中，团队成员通力协作，最终形成一套完整的实验装置。
三、举例分析
在目前教学中，选择“基于单片机控制的机器人小车”作为训练项目是切实可行的。该项目强调多门课程知识的融合与有机集成，可以给学生提供较大的发挥空间。
机器人小车的控制部分如图1所示，主要完成：上位机PC和单片机之间的串行通信；通过键盘进行参数设定；利用红外传感器和超声波传感器等组成网络对环境进行探测，避免传感器之间的相互干扰；用蜂鸣器、发光管等进行声、光报警；电动机闭环控制。利用码盘进行；转速反馈，采用PID算法进行转速控制；利用PC机模拟遥控器，对小车进行无线控制。
总控软件采用模块设计思想，主要功能模块以结构层次图的形式如图2所示。
该项目实施流程为：“需求分析”“项目调研与资料整理”“控制系统总体方案设计”“硬件电路设计”“基于PROTEL的线路板制作”“元器件安装与焊接”“硬件调试”“软件编程”“软件调试”“系统联调”“形成系统”“资料归档”。
实践表明，项目驱动是机电专业综合性实践教学改革中行之有效的方法，单片机类课程实践教学的尝试，不仅有效地激发学生的学习热情和钻研精神，而且明显提高了学生的工程素质、实践动手能力和意识，这无疑为学生今后就业打下了较好的基础。
关键词 传感器技术 课程改革 “教、学、做”一体
中图分类号：G424 文献标识码：A
传感器技术作为信息科学的一个重要分支与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一起构成了信息技术的完整科学。因此传感器技术是一门重要的专业课程，如何按照行业、企业的要求，结合各专业的特点，实现“教、学、做”一体化的课程体系建设，将是本文要探讨的内容。
1 加快对传感器技术课程改革的重要性
传感器技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学和材料科学等众多学科相互交叉的综合性和高新技术密集型前沿技术之一。所以传感器技术这门专业课程的特点是：知识综合性强、技术前沿性强、技能实践性强。而传统的传感器技术课程往往是重理论、重实验，缺技术、缺实践，通常教师在课堂上主要讲解传感器的原理，以及讲授仪器仪表的使用、电子线路测量等知识。教学方法也比较单一，以教师讲解为主，课后再做若干验证性的实验。这完全是学科体系的课程，不符合高职学生的特点，不利于学生对技术、技能的掌握。
目前各高职院校都在开展不同形式的校企合作，如“订单班”、工学交替、“校中厂”和“厂中校”等。针对不同的校企合作形式，如何进行课程建设及课程改革，是目前各院校在校企合作中要重点解决的问题。教育部在《关于推进高等职业教育改革创新引领职业教育科学发展若干意见》【2011】12号文中明确指出：要强化教学过程的实践性、开放性和职业性。因此引入企业新技术、新工艺，校企合作共同开发该课程，并且实现任务驱动、项目导向等“教、学、做”一体的教学模式，是传感器技术这门课程改革的必然趋势。
2 实现对传感器技术课程改革的关键任务
2.1 加强调研，与行业、企业合作共同确定课程学习目标
笔者所在学校是珠海城市职业技术学院电子信息工程学院，通过对珠海经济的调研我们了解到，珠海目前有三大支柱产业集群，它们是以伟创力集团为龙头的新青电子信息产业集群 、以珠海港为依托的临港重化产业集群、新能源智能电网产业集群。我们学院与珠海新能源智能电网产业集群及电子信息产业集群进行了广泛的对接，我们与协会组织珠海新能源智能电网产业联盟、珠海市自动化协会有着密切的合作关系，在与这些行业协会组织以及所属企业的合作中确定了该课程学习目标：
传感器技术课程的学习目标是要把学生培养成德智体全面发展的新型应用性高级技术人才，包括知识目标、能力目标和素质目标三个方面。
知识目标：要求学生必须掌握测量及误差理论等基础知识，传感器及检测技术基本知识；掌握各种常用传感器的基本工作原理、性能特点，理解它们的工作过程，掌握它们的各种应用场合和方法；掌握信号处理及抗干扰技术的基本知识，理解典型检测系统的工作原理，清楚各组成部分的功能及其特性；了解电力企业常用传感器及测量方法。
能力目标：通过本课程的学习，学生能够使用常用仪器检查各种传感器性能，判别其好坏；能够根据检测要求合理选用各种类型的传感器；能够运用所学知识设计制作基本检测单元模块电路；能够对制作的模块电路进行简单的测试；能够对电力企业常用电压互感器及电流互感器进行检测、接线。
素质目标：养成良好的工作责任心和严谨的工作作风；培养良好的合作精神、创新精神和竞争意识。
2.2 根据岗位调研，归纳整理出典型工作任务，确定课程的核心能力
按照珠海新能源智能电网产业集群及电子信息产业集群两大典型应用方向，通过调研对应不同岗位群，我们把传感器技术课程学习内容划分为：温度测量、力的测量、位移测量、转速测量、典型控制、电力监测设备接线6个学习领域。通过与行业、企业专家研讨和几年的教学实践总结，针对珠海区域经济发展状况，笔者认为本学院传感器技术课程的核心能力应该包括以下几方面：
2.2.1 专业能力
（1）熟知常用传感器的种类、特性、使用方法和使用环境；（2）掌握常见信号处理电路的原理和分析方法；（3）掌握电路的调试方法和技能；（4）学会分析和查找检测系统的故障原因；（5）能够检测、排除系统的故障；（6）能够掌握电力企业常用电压互感器及电流互感器接线的接线方法。
2.2.2 方法能力
（1）能自主学习传感器与检测技术知识；（2）能利用图书、网络等资源查找所需技术资料；（3）能独立制订工作计划并实施；（4）具有勤于思考、严谨认真的良好工作作风；（5）具有创新能力及开拓意识。
2.2.3 社会能力
（1）具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力；（2）具有团队精神和协作精神；（3）具有良好的心理素质和克服困难的能力；（4）具有自我管理、自我约束能力；（5）具有勇于创新、敬业乐业的工作作风；（6）具有安全生产的质量意识、安全意识。
3 构建传感器技术课程“教、学、做”一体的教学模式
对传感器技术课程教学模式的改革是传感器技术课程改革的核心。必须摒弃传统的学科式教学模式，构建基于工作过程，融入职业标准，以职业能力为核心、以真实工作项目为载体的项目驱动式，按资讯计划决策实施检查评估完整的六步骤工作过程进行行动导向的“教、学、做”一体的教学模式。
按照前面对学习内容划分的6个学习领域进行教学设计，以项目为引导，任务为驱动。内容以实用为主，原理分析通俗易懂。各项目中典型传感器应用电路的分析和测试，融合常用传感器的基本知识。课程内容包含了传感器检测若干个项目，每个项目又分为若干个典型工作任务，每个任务将相关知识和实践进行有机的结合，突出实际应用，摒弃理论推导，注重培养学生的实际应用能力和分析解决问题的能力。按照学习领域和工作任务的要求，将传感器的应用寓于工作过程之中，使学生在有针对性地知晓在做什么、学什么、会什么的过程中，逐步掌握专业技能和相关专业知识，培养学生的实际操作能力。由于本课程与实际联系紧密，理论教学和实践训练有机结合。加强过程考核，对学生的成绩采用全方位、全过程的新的评价方式。
4 完善教学资源，创新教学实践环境
教材建设是传感器技术课程改革的一项很重要的工作，目前该课程的各类教材很多，但是以项目为引导，任务为驱动以技能训练为重点的教材可选择的却很少，同时还要结合本地区经济发展状况，根据确定的学习领域来选择教材更是很难，所以各院校必须自己进行教材建设。笔者根据几年的教学实践，主编了教材《传感器技术及实训》，在2012年1月由机械工业出版社出版，该教材的特点就是：以项目训练为重点，淡化理论突出应用；同时结合珠海经济发展状况，与珠海泰坦科技有限公司业务专家一起合编了《电气测量技术与实践》校本教材，以补充6个学习领域中所需要的学习训练内容。
结合学习领域中项目任务的要求，创新教学实践场所也是课程改革中一项非常重要的工作。基于工作过程满足行动导向的“教、学、做”一体的教学实践场所必须满足以下原则：
（1）校内教学实践场所的建设应符合真实性原则、高技术性原则和通用性原则，使其尽可能贴近生产第一线，尽可能体现真实的职业环境，体现专业领域新技术、新工艺。我院的传感器实训室在采用了传统的基础实训设备基础上，根据学习领域的要求在典型控制中，我们选择建设了智能楼宇的光控防盗、门禁控制、烟雾火灾报警控制等目前在智能楼宇中广泛应用的技术
（2）实训室的布局要打破传统学科式学生做实验两人一组的模式，按项目任务灵活布局，实现集多媒体教学、示教、实训与一体的多功能实训室，有利于“教、学、做”一体化教学改革的实施。
（3）在根据调研确定了学习领域后，聘请企业技术人员共同开发建设实训室，并且可以选择岗位群中典型工作任务项目，引进企业现有设备，聘请企业技术人员进行训练指导，确保学生能在真实工作环境下完成项目任务。
随着网络技术的发展，创新该课程教学实践环境的另外一个手段是，开展了网络化教学。建立专门的课程网站，充分利用互联网丰富的网络资源，包括网络项目训练视频、网络实验视频、电子课件、网上教学环境、网上课程介绍、传感器知识拓展等，形成较方便的上网条件；并且提供给学生相关网站网址，供学生上网浏览。
参考文献
[1] 张淑红.项目教学法在传感器课程改革中的应用[J].高等职业教育，2007.3.
[2] 李建求.论高职人才培养模式的若干特征[J].职业技术教育（教科版），2001.31.
关键词：物联网技术；基层连队；管理应用；信息化建设
中图分类号：E25；TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）02-00-03
0 引 言
物联网被许多军事专家称为“一个未探明储量的金矿”，其在军事管理领域的应用价值潜力巨大。管理是部队建设一项根本性、全局性的基础工作，向科学管理要效益、向科学管理要战斗力是全军的共识。基层连队是部队组织体系中的细胞，是部队一切管理工作的落脚点。物联网技术具有感知范围广、数据传输稳、应用智能化等技术优势，对基层连队统筹管理要素、控制管理过程、改进管理方法均有显著促进作用，对推动部队基层连队管理质量效益的整体提升具有重要战略意义。
1 物联网的概念及技术特点
物联网是新技术革命的产物，现阶段对其概念认可的普遍描述是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把物品与网络连接起来进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。物联网的基本架构主要包括感知层、网络层和应用层，其关键技术主要有射频识别技术（RFID）、传感器技术、网络通信技术、云计算技术等。
物联网技术实现了物体与物体之间的信息交换，数据通过网络传输到信息处理中心后产生各种服务和应用，其技术特点主要包含三个方面。
1.1 感知全面
物联网的感知层是获取信息数据的第一道“关口”，是整个物联网体系的“底层触手”和“神经末梢”。种类不同、型号各异、功能丰富的传感器既可以感知声、光、电、磁、温、加速度等物理量，还能感知气体、液体、固体等化学量，也可以χ肝啤⒑缒ぁ⒚娌康壬物量进行识别，或依托卫星定位技术产生地理位置数据。采集到的信息能够完全满足对物体状态全方位感知的要求，是实现管理控制的前提和条件。
1.2 传输可靠
物联网的网络层相当于人体的“神经中枢”和“大脑”，负责实时传递各种数据信息。在网络层中，有线网和无线网交织融合，感知数据和控制信息通过各种通信网、局域网和广域网进行双向传递，实现在物与物之间、物与人之间的交换和共享。数据信息能够通过网络层实时准确地传递给设备和用户，对整个物联网高效稳定的运行起到关键作用。
1.3 应用智能
充分发挥“人工智能”是物联网技术应用的核心。在物联网的应用层将收集到的数据依托“云计算”、“大数据”、“模糊识别”等智能计算技术和手段进行存储、分析、运算和决策，根据用户的实际需求，形成高效、准确、合理的解决方案。在不需要人工参与的情况下，应用系统直接对感知层发出控制和操作指令，触发反馈机制，指导仪器或设备进行相应调整或改变，实现自我反馈、自行决断、自主控制的智能化服务。
2 物联网技术在部队基层连队管理中应用的必要性
现代化军队必须借助现代化管理，军队信息化建设必须把管理信息化建设摆在重要位置。军队基层管理是军队微观范围的相当于连队一级的管理，是军队管理的基础[2]。加快推进物联网技术在部队基层连队管理中的应用是世界军事变革的大势所趋，也是解决具体问题、实现管理创新、完善管理体系的必然要求。
2.1 物联网技术在部队基层连队管理中应用是顺应军事变革的必然趋势
物联网技术对军队数字化、智能化和集约化发展模式具有革命性的影响，世界主要各军事强国均竭力推进技术研发，力求在理论和实践上取得突破。物联网技术在军队管理工作中的应用是其在军事领域应用发展的重要方向之一，并且正在不断向基层连级单位甚至是单兵末端渗透。美军将物联网技术作为国防安全的重点建设项目，已经在连以下单位的人员管控、智能装备、后勤保障等管理工作中得到成功运用。军队信息化建设需要紧跟潮流、抢抓机遇、顺势而为，通过推动物联网技术在管理工作中的应用，尤其是推进其在基层“落地生根”，催生管理思维、管理方法和管理模式的深刻变革，是加快转变战斗力生成模式的必要基础。
2.2 物联网技术在部队基层连队管理中应用是助推管理创新的强大引擎
经过近九十年的实践考验，我军官兵一致、尊干爱兵、教养一致、训管结合等传统经验在部队基层管理中发挥了重要作用。在信息网络时代，部队基层连队管理的任务和环境都发生了深刻变化，如何让传统管理经验焕发出新的生机与活力，是必须面对和解决的现实问题。物联网技术在可视化管理、精确化管理、智能化管理等方面具有得天独厚的优势，能够有效减少管理活动的盲目性、随意性、主观性，增强管理的科学性、预见性、前瞻性。运用物联网技术能够为基层连队在正确决策、计划安排、检查控制、总结提高等管理工作的各个环节提供方便、灵活、高效的解决方案，成为助力基层连队管理创新的加速器。
2.3 物联网技术在部队基层连队管理中应用是完善管理体系的迫切需求
俗话有云，“上面千条线，下面一根针”，基层连队管理工作是一项复杂的系统性工程，具有综合性、经常性、渗透性、动态性、细密性等特点。部队基层连队管理的主要任务是抓好军事训练、落实战备工作、严格行政管理、密切内外关系、搞好后勤保障、用好武器装备等内容，但在人员管理、训练管理、装备管理、后勤管理、安全管理等多个方面还存在薄弱环节和矛盾问题，这在一定程度上制约了整个管理体系的效能发挥。应用物联网技术能够改进基层连队的管理手段和管理方式，弥补管理体制和机制中的短板与弱项，实现可视化、精细化、智能化的管理目标，满足完善部队基层连队管理体系的客观需求。
3 物联网技术在部队基层连队管理应用的前景
物联网技术在部队基层连队的管理应用将重点围绕人员、训练、武器装备管理、后勤保障、信息安防等方面展开，通过将新技术与传统管理体系有机融合来推进管理过程和管理方法革新，全面提高部队基层连队管理的质量效益。
3.1 人员管控可视化
部队基层连队在管理诸因素中，人是最生动、最活跃、最具有决定作用的因素[3]。在人员管理中物联网技术可以实现以下三种功能：
（1）人员信息管理。建立连队人员个人信息数据库，将数据通过RFID技术写入“一卡通”系统，实现对连队官兵的年龄、籍贯、爱好等所有个人信息的数字化管理。
（2）人员在位管理。依托“一卡通”系统和覆盖到连的军用信息网，建立连队出入门禁监控系统，可以运行快捷高效的请销假流程，并随时查看外出人员的归队人数，实时掌控连队官兵的在位情况。
（3）人员状态管理。利用智能手环、智能手表等可穿戴设备集成的多种传感器，能够记录佩戴人员每天的运动指标、睡眠质量、能量消耗等日常数据，使连队主官实现对部属状态的动态掌控。
3.2 训练管理精细化
物联网技术在部队基层连队训练管理中应用的核心价值是提高训练效益。在制定训练计划、监控训练过程、分析训练质量三个环节具有突出作用。在监控训练过程中，参训官兵全程佩戴智能手环、智能手表等可穿戴设备，利用内嵌其中的各类型传感器，可以完全满足三种数据采集的需要：
（1）完成训练科目的时间、距离、力量等物理数据的采集。
（2）采集参训人员的心率、呼吸、体温、热量消耗等生物数据。
（3）采集训练环境的温度、湿度、风速等环境数据。
这些数据能够为连队主官在制定训练计划和分析训练质量两个环节提供重要参考，既可以帮助准确查找训练薄弱环节和体能落后人员，提高制定训练计划的针对性，又可以帮助分析和对比不同类型训练计划的实际效果，根据体验性训练的结果事半功倍地选出最佳方案。通过分析环境对训练成绩的影响，为全连官兵的体能水平能否满足不同环境作战任务需求提供重要依据。
3.3 武器装备智能化
利用物网技术建立武器装备管理系统，为每一件武器装备建立包含生产日期、规格型号、配发时间等信息的“电子档案”，在每一件武器装备上固定RFID芯片，写入电子信息。连队武器装备管理员通过手持终端就可以读取“电子档案”，信息上传至军用网络后，直接供连队主官管理和使用，并把数据及时上报给上级机关，便于上级对武器装备进行快速查询、智能调度和动态管控。利用RFID芯片还可以提高武器的日常管理效率，为手枪、步枪、火箭筒、迫击炮等轻武器内置RFID芯片，在其出入库（场）时依托手持或者固定读取设备进行自动读取，对武器的数量实现实时监控。对装甲车、火炮、坦克等重型装备可以内置诊断传感芯片，对行驶里程、发射数据、运行情况进行记录，数据通过网络到达诊断平台后进行自检，并将维修需求及时反馈给维修保障点，实现装备生命周期自检和故障报损维修的智能化。
3.4 后勤保障人性化
把智能传感技术应用于改进连队的营房设施，能够显著提高官兵的生活舒适度，降低连队营房建设的整体能耗，实现低碳节能的效果。通过安装传感器元件和搭建网络平台把连队建筑内照明、通风、温控、电源等设施进行联网，可以形成营房智能网络。安装了太阳能电动遮阳帘，窗户能够根据阳光强弱、温度变化自动开关；宿舍的照明系统和空调设施会根据对人体红外的感知及时开启和关闭。
在饮食管理中，基层连队每天都会消耗肉、蛋、奶、粮、油、蔬菜、水果等食品物资，利用电子标签系统可以实现对连队消耗量和储存量的动态监控，连队主官既能够按需及时申请，避免出现短缺，又能够掌控所属官兵的饮食状况，根据季节变换、训练任务、伤病情况对菜单食谱进行有针对性的调整，使膳食结构科学合理。
3.5 军事安防现代化
基层连队安防重点分为武器装备库（室）和营房周边环境防止入侵两个方面。物联网技术应用于基层连队武器装备库（室）安防起步较早，目前已普遍采用多功能门禁、红外报警、震动感应、视频监控等智能技术，对在库（室）武器装备的安全防护起到了比较好的效果。在营房周边环境防止入侵方面，可以运用WSN、ZigBee等技术将温湿度、声音、震动、红外等多种传感器以及实时通信、视频监控、声音报警等设备通过网络相连，构建立体安防网络，在营房建筑周围形成“电子围栏”系统。将该防护系统与连队“一卡通”门禁系统配合使用，连队内部人员通过携带“一卡通”就可以通过无线射频感应区域顺利出入连队，而无电子标签的外部人员（敌人）或者有电子标签的人员从非法区域进入营房都会触发警报，以此实现对非法入侵的严密防堵。此外，通过红外监测、语音通话和视频识别等手段，连队能够对要害区域和重要岗哨形成24小时不间断监控，实现远程应答、无人查岗、自动报警等智能化功能。
4 结 语
随着物联网技术的快速发展，将物联网技术运用到部队管理中也是大势所趋，不仅可以提高连队基层的管理效率，还能为部队基层连队的信息化建设提供借鉴。
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