传感器实训总结范文

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关键词 ：智能小车 传感器 实训教学

一、教学内容改革

笔者学院采用《传感器与检测技术（第2版）》(工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目)作为教材，配合THQC-2型传感器系统综合实验仪作为传感器理实一体化教学内容。 传统教学中，教师遵循教材内容和实验设计，从传感器基础知识、工作原理到实验验证，耗费大量课时，学生疲于应对不同类型的传感器，没有真正理解什么是传感器、如何选择和使用不同类型的传感器；教学过程不够直观生动，实验设计缺乏吸引力，难以调动学生学习的热情，导致教学效果不理想，并影响到后续课程的学习。

智能小车是现代工业技术的新发展，为实现显示时间、速度，具备自动寻迹、寻光、避障功能，变速行驶、准确定位停车、声控和远程传输图像等功能，运用到光电传感器、避障传感器、光线传感器、红外检测传感器、加速度和陀螺仪传感器、热电偶传感器、超声波测距传感器、视觉传感器、数字温度传感器和火焰传感器等类型的传感器。把智能小车设计成任务模块，贯穿整个传感器实训教学，可以有效地激发学生的学习兴趣，培养学生独立分析问题、解决问题能力、自学能力和实践动手能力。

二、教学过程改革

传感器理实一体化教学采用任务驱动法，把智能小车作为实训内容，根据课时数合理设计递进的任务模块（见表1），以学生为中心，通过小组相互协作，主动探索解决问题，获得成就感，激发学生的求知欲，形成良性循环。

现以智能小车的避障传感器模块为例，介绍任务驱动对教学过程的改革。

1.布置任务

智能小车在前进过程中如何实现自动避让障碍物？要求学习光电式传感器内容，实现智能小车在距离障碍物20cm时刹车减速的功能。任务明确，激发学生的求知欲，有目标地进行学习。

2.确定设计方案

学习光电式传感器的知识，认识能够把光通量转换为电量的光电管、光敏电阻等光电元件。分小组结合已学知识，设计避障方案，经过集体讨论和教师引导，选用红外避障传感器模块，电路设计如图1所示。

3.模块组装和调试

学校统一采购教学用的智能小车和传感器模块，学生根据确定的设计方案，通过小组协作，正确识别元器件，分析电路图，完成模块的组装焊接（见图2）。在教师的指导下，配合智能小车进行模块功能的调试，实现任务要求。

4.考核和总结

教师根据各组设计的方案、组装调试和最终成品，进行综合评分。组织小组讨论，归纳过程中的困难与问题，总结解决的方案，吸取教训，分享成果。

5.智能小车技能竞赛

学生通过传感器理实一体化的实践训练，努力攻克一个又一个任务模块，掌握智能小车的控制系统，获得成就感，提高自信心。学生积极参加学院每年科技节的智能小车技能竞赛，在比赛中灵活运用所学知识，勇于挑战自我，完成更高难度的智能小车，努力获得优秀成果。

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随着现代信息技术的广泛普及，教学模式由传统的教学方式向现代多样化的教学模式转变。以前的“黑板加粉笔”、“老师讲、学生听”已经满足不了人才培养的需要，由此教学改革势在必行。当今科技的发展，网络技术及计算机、多媒体的应用走进课堂，使得学生获得信息的渠道和接受教育的手段大大增加，在课堂教学中多采用启发式、讨论式、实验技能训练等多种教学手段。从前教育提出的 “因材施教”，在今天技术手段如此完善的条件下已经有可能实现。在如今信息多元化的网络时代，给学生提供了更多的自主学习的机会，许多具有自主学习能力和主动性学习的学生能够获得比课堂上更多的知识。而教学改革最大的受益者是学生。

传感器课程是工科专业的重要专业基础课，在整个课程体系中起到非常重要的作用。它不仅影响学习后续专业课程和完成课程设计，还对扩大自己的专业视野、养成良好的专业习惯和严谨踏实的专业作风有很大的影响，对逻辑思维能力培养，世界观、人生观的树立都有很大的影响。在长期的教学过程中，发现传感器课程的“教”和“学”都非常困难，原因是课程内容比较散，各种传感器之间相互独立，联系不大，无法形成完整的课程体系。要想达到好的教学效果，不仅需要教师有一些专业的前沿知识，有效的教学方式、方法，还需要学生具备良好的理论基础。

按照呼伦贝尔学院考试改革要求，根据传感器技术课程性质，我们对传感器这门课程的教学改革进行了大胆的尝试。在增加实验环节的同时，同时增加了电子实训设计。就是利用一段独立时间（一周或两周），让学生进行电子线路设计和焊接技巧的学习，掌握电子线路设计和焊接技方法，目的是进一步激发学生的兴趣，加深和巩固专业理论知识，养成自主学习的习惯。充分发挥学生的主体作用。

一、实习实训课题的选定

教学改革以提高学生综合素质为目的。为了使学生在实训收到好的效果，实习实训课题的选定从以下几方面考虑：

（一）价值性原则

选择的实训课题要有实践应用价值并且贴近生活实际。这样才能够满足课程实际和专业本身发展的需要。也有利于提高理论的指导性。因此，在选择实训课题时，应具有一定的理论价值和应用价值。

（二）创新性原则

所选的实训课题必须具有新意，选题上具有独创性和突破性，立意上具有趣味性。创新并非一定要独一无二，而是要善于把创新和实际结合起来。

（三）可行性原则

选题的可行性原则，是指在现有的实验条件下，根据学生的个人知识基础、兴趣爱好、时间精力等进行的选题。充分发挥学生的长处，更好的通过设计获得新知识。

对于指导教师来说，实习实训课题应从实际出发，充分考虑自己的力量及实验室的条件与实训课题的大小难易是否相称。总的来说，课题太大，传感器设计所涉及的范围广，所要考虑的因素多、实训周期长，在实训中学生很容易出现半途而废。小的课题，涉及的传感器范围小、难度小，不能起到很好的效果。

基于这几个原则，实训项目选择了万用表和智能小车的焊接与设计。以点带面，使学生充分了解传感器的应用。

二、计划实施

基于传感器的实训作为专业课的一部分。要形成一个科学完整的计划，细致到每一天应该完成的工作。这样在进行教学的同时也能更好地进行考核，有利于对学生有一个约束，更好地培养学生独立解决问题的能力。实训项目的实施按照由易到难、由浅及深、循序渐进进行，分为三个部分进行训练：

（一）基本功训练

此项训练主要包括焊接练习和基本工具、电子元器件的识别以及使用。通过基本功的训练，掌握实训方法，为以后的实训打下基础。

（二）基础课题的训练

基础训练包含理论课中重要知识点的课题，如串联型稳压电源，功放电路，触发电路等。基本知识的掌握关乎对设计的理解，训练的方式可用焊接工艺方式进行。内容是对电子元件的识别，电路的安装与调试。通过训练，学生应达到专业上的基本要求。

1.对常用电子元件的识别与检测。学会用直观的方法与仪表检测的方法识别元件类型了解电子元器件的功能。清楚在电路中的作用。对实训了如指掌。

2.通过对基础电路的安装、调试、维修，锻炼学生的动手能力的同时，使学生掌握电路的组装工艺、训练和排除故障的逻辑思维能力，掌握常用的维修方法及仪器仪表的使用方法。

3.通过焊接工艺的电路安装，可初步训练学生对印制电路板的设计能力。

（三）综合性课题的训练

对选定的项目万用表和电子智能小车进行焊接和安装。因为选定的实训项目有一定的难度和综合性，涉及的知识面比较广，能够达到对学生综合素质的锻练。多数同学通过努力能够完成。同时，最终成果是一个完整的，贴近生活的产品，让学生更有亲近感，觉得学了有用，具有实用性从而激发学生的兴趣。

三、实习课堂的组织与管理

（一）基本功训练的组织与管理

由于这部分内容枯燥，但在设计中非常重要，基本功的训练的每一个细节都关乎设计的成果好坏。实训中采取了以评促练，训练一段时间，评定一次，这样使学生在训练过程中随时知道自己的不足，从中查找问题，及时解决问题。选出好的作业进行展示，激起学生的好胜心，同时要反复强调焊接的重要性，使学生在主观上重视学习的每一个过程。

（二）基础课题的组织与管理

实行讲、练、评相结合，尽量让学生独立完成，即老师统一在前面讲述、示范，然后同学独立练习，最后由老师评定成绩。在训练中可采用小组长负责制，一般的问题，可交给小组长决定，充分调动同学的积极性。

（三）综合性课题的组织与管理

更好的完成设计，教学中多种手段综合运用，总的原则归纳如下：

1.化整为零，逐个把关。

本课程设计课题涉及到的范围广，主要体现元件多且复杂，在实训中不进行统一指导，将给调试带来很大麻烦，很容易导致设计结果失败，不仅起不到良好的设计效果，而且还会让学生对本专业产生畏难情绪。基于这一原因，我们在操作时根据设计上的结构分为几个部分，每个部分相当于一个独立的专题，要求学生将每个环节处理好后，才能进行整体安装调试，这样将使整个课题有序进行，提高成功率。

2.培养重点，实行层次式教学。

实训电路元器件多、电路复杂，从识别、焊接、组装、调试，2周时间做出让自己满意的结果，并不是一件容易的事，因为在整个过程中，任何一个环节出现错误都会导致结果错误，如焊点虚焊、元件装错、元件损坏、电位器调整不当等，都将导致做出来的产品效果不理想，而且有些故障即使是教师亲自查找也要花去很多精力和时间，让同学个个独立完成故障排除，学生往往会出现消极怠工的局面。因此，在本次实训中采用了分层次指导。

首在学生中发现动手能力突出的同学，重点培养，这些人的课题可先行完成，碰到疑难问题，教师帮助排除。以程度好的学生帮助差的学生，逐一检验学生的学习状况。让所有学生全面发展。综合的掌握好本门课的知识。

3.融洽师生关系，营造良好的课堂氛围，及时实行激励机制。

在轻松、愉快、欢乐的气氛中学习，能够活跃人的思维，发挥人的潜力，促进学生积极主动的学习。因此，在实训中，教师应当以一种平等的身份参与到学生当中，对他们进行指导，与他们一起分析和讨论，一起分享他们的成功与快乐，对他们在学习中自己的解决问题和帮助别人解决了问题应当给予及时的表扬并在全班通报，让他们有一种成就感。激发学习积极性和主动性。

4.理论和实践结合

为了使理论和实践能有机地起来，在实训过程中进行了作业布置。根据电路图，结合专业理论，分析出原理。以理论指导实践，以实践促进理论。

5.小组进行总结，整理实习成果。

实习结束后，以小组为单位，将自己在实习过程中碰到的问题及解决方案进行总结，最后由教师组织讲评，将全班的成果进行交流和展示。

四、结束语

教学是教师的根本任务，对教学改革的研究与探索，不仅可以提高教学质量，也是作为教师的责任。要让学生养成良好的学习习惯以及培养综合能力，更加需要一个复杂的、长期的过程。在人才培养过程中，让学生能够成为独立思考、自主创新的有用人才，才是我们的最终目的。在传感器教学改革中增加电子工艺实习实训，对培养学生的学习能力、应用能力，提高教学质量有着非常重要的意义。本文是作者本人对该课程教学改革进行的探索，也是本人在实习实训教学过程中的一点心得体会，希望能够对传感器技术课程的教学工作起一点点借鉴作用，能与同行分享。

基金项目：呼伦贝尔学院院级项目2014教研项目（ZDKT-019）

[参考文献]

[1]陈建元.传感器技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]贾伯年，俞朴，宋爱国.传感器技术[M].南京：东南大学出版社，2007.

[3]陈鸿雁，彭东林，邓力.基于网络资源的“传感器与自动检测技术”精品课程建设[J]。重庆工学院学报：自然科学版。2007，21（7）：166～168.

[4]谢文和.传感技术及其应用[M].高等教育出版社，2004

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中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）35-0150-03

一、概述

物联网在当今社会已成为一个热点话题，它正不断应用到我们的生活中。物联网是指通过装置在物体上的各种传感设备，如射频识别RFID装置、红外感应器、全球定位系统GPS、激光扫描器等，按照约定的协议，通过相应的接口把物体与互联网相连，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种巨型网络[1，2]。2010年，教育部开始将物联网、传感器网络作为战略性新兴产业相关专业的重点，鼓励各大高校申报相关专业。作为培养市场所需人才的高校来说，物联网专业实践教学显得尤为重要，建设物联网实验室也成为当务之急。高等院校物联网专业应该注重培养具有物联网专业基础知识和具有较强的物联网专业实践能力的全方位人才[3，4]，这就要求高等院校在物联网实践教学方面建立和完善适应于学生发展的实践教学体系。

二、物联网体系结构和关键技术

根据研究，按照自底向上的方法，物联网体系结构从技术和功能角度可以分为三层，即感知层、网络层和应用层。其结构框图如图1所示。

感知层主要是前端信息采集以及控制终端，要求能够全面感知物理世界的各种信息，由各种传感器以及传感器网络组成，是物联网信息的源头。用于物联网信息感知的传感器主要有温湿度传感器、气体传感器、水质传感器等。它利用射频识别（RFID）器件、嵌入式设备、无线传感网等全面感知物体的各种信息，具有节点数量多、成本低等特点[5]。可见，感知层是物联网体系结构的底层技术，是物联网关键技术之一。

网络层由光载无线交换系统（主要包括光载无线交换机、远端射频单元、模拟光纤、WIFI设备服务器和以太网交换机）和其他网络设备共同组成，是各种信息与互联网的融合、传输和接入层，是基于TCP/IP协议的网络平台[6]。

应用层的主要作用是支持物联网应用系统中各类平台技术的运行，这些技术包括物联网信息存储技术、物联网信息共享和交互技术以及各行业末端网络应用技术等，主要实现物联网与行业技术的深度融合和无处不在的智能化功能[7]。应用层是由后台数据中心、远程客户端以及装载在其中的各种应用程序共同组成的，实现对前端信息和控制终端的管理和应用。

这三个层次基本涵盖了物联网主要的核心知识和应用范围，为物联网专业的教学指出了明确的方向。

三、物联网专业实践教学典型解决方案

我国高校开设物联网专业是近五年的事，由于整个专业起步比较晚，相对来说，实践教学环境的配备更迟一步，不管是各大高校还是服务于高校的企业单位，对该专业的实践教学配套设施都还处于起步阶段。如何定位高校的物联网专业教学，如何确定相应的实践教学模式，对此，本文进行了相关分析和总结。

（一）体验实践的广泛感知模式

物联网专业本身与电子、通信、计算机领域密切相关，但它也应该有自己明显的特性。据了解，各大高校的物联网专业基本都设置在计算机学院或信息学院，如何把物联网专业与同学院其他专业区分开来？基于物联网专业具有很强的工程实践特性，一些大学从实践环节入手，针对物联网实验教学环节和专业实验内容给出了解决方案。该方案认为实验室建设应该重视基本应用开发能力的培养、应该建立宽泛的可操作环境，让学生在实验时有可选性，鼓励创新精神，从而培养学生对实际物联网应用项目的整体把握能力。

方案中指出，对物联网专业实践教学环节应该从专业认识、毕业设计、生产实习、竞赛活动等方面进行改进。据调查，新生的专业认识一般是统一参观专业实验室或某个网络公司或以讲座形式向学生展示专业的发展，使学生获得对自己专业的初步认识。新的解决方案是建立特定行业物联网“综合演示实训中心”，通过参观该实训中心，让学生从整体上认识物联网专业及其应用场合，从而增加学生对专业的理解，激发学生对专业的兴趣。生产实习方面，通常是带领学生到生产现场进行参观实习。由于物联网是一个新兴行业，可供学生进行参观实习的工业生产现场比较少，因此需要重新制定物联网专业实习解决方案。经调研发现，建立“物联网综合演示实训中心”供学生感性体验，或者利用学校与企业联合共建的物联网相关示范基地以及学校自建的实训中心是比较有效的方案。专业基础学习，应做到学与做同行。为满足多样化需求，应完善丰富专业基础教学实验室，从而丰富课程设计的综合实验内容。如果教师时间紧，可以采用第三方提供的产品方案。通过学科竞赛，让学生可以在创新、理论付诸实践、团队合作三个方面促进增长。

在高校物联网专业实验内容拓展方面，方案给出了三步走策略：综合演示实训类、应用实训类以及基础教学实验类。对于综合演示实训类，针对高校的行业特点，建立其相应的应用型实训中心，比如智能家居系统、智能门禁系统、智能安防系统等，提供专业认识、科技创新、科研、毕业设计等内容。对于应用实训类，构建通用典型的物联网小型系统以及中规模应用系统，比如智能停车管理实训室、智能农业实训室等，提供专业认识、课程设计、科技竞赛及创新相关的实验服务。对于基础教学实验类，进行专业基础、课程设计等专业基本能力培养，比如传感器、单片机、FPGA实验室等。

（二）精品案例教学模式

对于概念和应用宽泛的物联网专业来说，与其面面俱到广而不精，不如采用精品案例教学模式。学校结合自身的长处，选择适合自己的培养方向，这不仅可以充分利用现有资源，更能体现针对性，且学生容易入门。为此，一些企业随之打造了类似产品，以求能够通过某个具体精品案例，把物联网的三层结构体现得淋漓尽致，在追求精品的同时，不失整体的实践教学模式。

方案中，物联网技术应用领域教学选取了典型的案例――智能家居，其结构框图如图2所示。智能家居融合自动化控制系统、无线通信技术、计算机网络技术和传感器技术于一体，形成智能化、网络化的家居控制系统，将家中的各种设备（如照明系统、音视频设备、窗帘控制、安防系统、空调控制、数字影院系统等）通过家庭网络连接到一起，从而实现全方位的信息交互，保持信息交流畅通，环保节能，节约资金，增强家居安全。智能家居系统可提供的实验为智能移动视频监控实验、智能门禁实验、智能电灯控制实验、智能窗帘控制实验、家居环境参数采集实验，通过这些实验，可以使学生更好地锻炼动手能力。

方案通过智能家居系统引出物联网关键技术，该技术主要分为物联网传感技术、物联网接入教育、物联网网络技术等。物联网传感技术可提供多款CPU，例如8051核CPU、cortex m3核CPU和FPGA等，使学生能够学习不同复杂度、不同成本的CPU连接传感器进行信号采集的流程。物联网传感技术还可以提供多款传感器。物联网传感技术实验的核心思想是提供一套可以更换CPU芯片的、能够连接多种传感器的试验教学装置，目的是让学生能够学习各种传感器的应用，包括传感器信息采集、传感器信号分析和接口电路设计。其优势特点是提供一套能够使用不同类型CPU实现传感器信息采集与处理的实践教学装置，提供多种传感器应用，包括声音、电磁、温度、湿度、气体、红外、光照、机械动作等多种感知信号。提供多样的传感器接口，包括模拟接口、数字接口和开关量接口。物联网接入技术的核心思想是提供这样一套实验装置：在完成无线网络管理和射频识别信息处理的同时，可以将数据通过不同网络路径传输到网络中心，目的是让学生掌握WIFI、GPRS、3G网络组成，信息传输过程中的关键性参数配置，传输性能分析等内容。物联网网络技术核心思想是提供一套能够涵盖物联网网络层关键性技术，即软交换技术和IPv6技术的实践教学装置和教学资源，使学生能够掌握主流的网络信息交换技术。

（三）二次研发实践模式

对于体系比较庞大、涉及知识比较繁多的物联网专业来说，让学生亲自动手实践从底层到顶层完整走一遍的思路或许是一条学习捷径。二次研发教学模式即让学生在现有实验箱的基础上完成个性设置和修改部分功能模块的方式体验物联网系统的工作流程，从而学习相关知识。一些公司推出了二次开发实验平台，如基于WSN（Wireless Sensor Network）的物联网解决方案体系架构ATOS平台，该平台框架如图3所示。ATOS物联网开发平台采用一套设备两套协议的方式，这两套协议包括标准的Zigbee协议和基于TinyOS的开源自主协议。TOS系统采用开源TinyOS操作系统，向用户公开了路由协议和上层软件源代码，用户可以根据各种应用需求对系统进行二次开发，包括传感器设置，数据采集、存储、访问等环节均提供二次开发接口，用户可以修改和设计自己所关注的部分，从而实现应用系统的开发工作。这给高校初学物联网的学生提供了简单易行的软硬件开发机会。

ATOS平台主要设计了传感器数据采集、基站数据汇聚、网关对外发送、采集系统解析以及远程服务器数据接收和存储等功能，它从整体上为物联网专业的学生提供了从传感数据到终端用户的各个流程，让实践过的学生能够彻底理解物联网从底层到应用层再到终端的基本架构。

该方案不同于其他实训模式，传统的实训模式多为“现场观摩为主、基本不予参与”，在本方案中，学生可以根据系统提供的二次开发平台，重现上述具备的所有功能，或根据自己的需求改写新的控制逻辑，因此具备较好的学习参与度。另外，该方案还可采用硬件组态的设计模式，根据不同的需求选配不同模块组建自己的试验平台，以适应实验教学的需要。而且，系统中绝大部分设备和器件，如传感器、气动部件等，都是工业现场使用的标准工业级元件，学生如同实践在一个真实生产的过程中，能够学到真正实用的专业知识和操作技能。

另外，ATOS平台中的实训定位功能，也能更好地全面地锻炼物联网专业的学生。该功能体现为室内人员精确定位技术的演示与测试，它采用基站定位技术，即利用已知基站来定位移动点的位置，在对信息进行收集与统计之后，实现轨迹与区域的实时定位等功能。与传统的RFID刷卡式人员定位不同，它可灵活地实现人员随时随地定位。

四、总结

物联网行业的兴起，为高校学生提供了广阔的就业前景。物联网专业所涉及的硬件、软件及网络大多是现有技术的综合应用，因此，物联网专业是工程实践性较强的学科，若要培养出理论知识与动手能力于一身的综合型人才，就需要高校制定出一套完善的物联网实践教学体系。由于物联网的提出本身涉及多门学科，故其课程体系具有一定的交叉性和动态发展特性，因此，物联网专业实践教学面临新模式的挑战，这也给各高校根据自身优势摸索出新专业办学特色提供了良好机遇。

参考文献：

[1]谢秋丽，黄刚.基于物联网人才培养与教学实践的研究[J].软件导刊：教育技术，2011，（3）.

[2]罗蓉.物联网的发展和应用研究[J].计算机工程应用技术，2011，（3）.

[3]郭丽.高职院校物联网应用技术方向课程体系的探索与构建[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2011，（2）.

[4]王志良.物联网现在与未来[M].北京：机械工业出版社，2010.

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二、研究目标和内容

课题的研究，是根据智慧实验室建设的环境对感知、控制的具体要求以及使用人的功能要求，研究设计在小规模试验的环境下建立一个可供体验、实训、研究的物联网技术支撑平台及网络架构。1.研究智慧实验室建设传感网网络架构，根据新校区智慧实验室建设，各智慧教室的空间分布情况及功能分布情况进行相关的研究设计，提出完整的传感网网络架构方案。2.物联网技术支撑平台，研究传感及控制系统集成模块、管理系统模块及智能处理模块三个部分集成为一个整体的物联网，构成物联网技术支撑平台方案。该课题研究的核心内容是由感知及控制系统集成模块、管理系统模块及智能处理模块三个部分集成后形成的物联网。该系统不仅将三个部分叠加到一起，还将三个部分有机的集成，特别是智能处理模块要达到智能化的功能，要随时访问另外两个模块的数据，并根据访问的数据分析处理做出准确的判断，输出控制信号到控制系统交给执行机构执行。因此，要解决的重点问题是构成由三个系统模块组成的有机集成系统——物联网。要突破的难点问题是如何按照智慧实验室建设环境下对感知、控制的具体要求及使用人的功能要求，设计出有机集成的三个系统模块方案，并使其达到功能要求的智能化。