基于温度传感器的项目教学方法研究

　　一、项目教学方法采用

　　传感器应用课程是高职院校自动化、物联网、机电等专业的专业基础课，主要涉及传感器的原理、特性参数、使用方法以及测量电路等重要知识内容。学习传感器课程后，学生掌握常见传感器特点和使用方法，能解决实际测量所遇到的问题。传感器应用是实践性非常强的课程，因此在授课过程中，采用传统的课堂教学方法很难取得较好的教学效果。

　　项目教学法能够让学生在老师的指导下以小组为单位完成项目方案设计、实施最终完成项目任务[1]。在整个教学过程中教师只是引导、辅助作用，学生才是项目的真正完成者。通过完成项目，实现理论与实践相结合，既实现知识理解和运用，又能提高技能，是一个合理的教学方法。因此，项目教学法是提高学生传感器技能水平的有效的方法[2]。

　　二、项目教学方法实施

　　人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医疗卫生等等各个领域都与温度密切相关，因此，在传感器课程中温度传感器是必须要掌握的部分[3]。怎样在温度传感器课程中实施项目教学方法呢？需要明确以下几个步骤：确定项目、知识准备、方案确立、任务实施、实验调试、项目报告撰写、检查评估等。

　　2.1 确定项目

　　项目的内容确定是项目教学中最重要的一个环节，主要根据学生的培养计划、教学大纲的相关资料确定[4]。项目设计要将理论知识与实践内容有机结合，要让学生在项目中学习到传感器相关知识，同时又具有工程实践的可操作性。在温度传感器的章节中，学生应重点掌握几种温度传感器的工作原理和使用方法，了解其工作特性和重要参数和测量电路，重点掌握热电偶、热敏电阻的典型应用，同时在实际的运用中集成电路芯片的使用方法也同样需要学生能够掌握。为了实现这一教学目标，我们以制作简易温度计作为课程的项目课题，让学生亲自选择温度传感器，完成测量电路的搭接和系统整体设计。

　　项目确定好后，对项目任务进行分配：将学生分成4人一组，各小组内成员共同合作完成项目要求。采用课堂知识讲授2学时，项目任务布置0.5学时，学生方案确立1学时，项目任务实施与调试4学时，项目成果展示1学时，项目总结与评价1.5学时的课时分配。项目完成后，各组完成一个项目产品，每人提交1份项目总结。

　　2.2 知识准备

　　温度传感器是随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化。温度传感器就是利用物质的不同物理性质制成的。温度传感器的测量方法可以分为接触式和非接触式两大类。常用的测量方法是接触式测温方法，该类温度传感器有热电偶、热电阻、集成温度传感器（例如AD590、DS18B20）等。在温度传感器选型时，教师向学生介绍热电偶、热电阻、集成温度传感器等的相关知识，主要包括各类温度传感器的测温原理及各自特点。由学生们选择合适的传感器作为自己的温度计所需的温度传感器，通过选型，巩固课堂所了解的知识内容。

　　根据前期的调研、相关资料查阅，学生讨论等过程，了解每种传感器测温的典型电路。其中，热电偶输出信号非常小，输出信号为0-10.356mV的微弱信号，其A/D转换器所需电压在0-5V范围内，因此对放大器要求很高。工业中热电阻测量范围一般在-200～500，热电阻放大调理电路一般采用增益高、含有内部频率补偿的双运算放大器配合恒流源电路来驱动热电阻，将温度信号转换成电压信号，并进行相关输出。集成温度传感器是把半导体温度传感器与后续的放大电路、信号处理电路等，用集成电路工艺技术制作在同一芯片上的集成功能器件。经过教师和小组讨论，资料比较，确定传感器芯片型号。

　　2.3方案确立

　　传感器型号确定好后，由小组组长对各成员进行任务分配，确定系统方案设计、可行性分析、硬件搭建、系统调试、质量评估等工作安排。通过分析讨论，完成温度计控制电路设计方案，由老师和学生共同讨论方案的可行性，最终确立温度计控制电路方案。图1中是温度计控制系统框图。

　　2.4任务实施

　　温度计的设计方案确定好后，小组成员开始着手设计控制方案中各个模块所选择的器件，基本的控制器选择AT89C52型号的单片机，电源模块由外部USB电源接口供电，温度传感器选择集成电路芯片DS18B20作为感温元件，显示模块由四个数码管构成。整个过程由学生自行选择完成，教师给予相应的指导。各个模块确定好后，通过对比选择性价比最优的元器件作为方案的实施元件。小组成员记录采购的元件性价分析，作为项目整体评价的一部分。各组学生通过电路的搭建，电路设计和焊接完成温度计电路。图2-4为温度计控制电路中的电源、传感器和控制器电路。

　　2.5实验调试

　　经过前期的知识讲授、资料查询整理、方案确立、项目实施等过程后，温度计的制作实物已经完成，通过将程序下载，各个小组成员开始进行电路的装调与测试，完成项目最后的实验记录。在整个调试过程，出现如下问题：

　　1）温度传感器的引脚接线错误；

　　2）电源供电开关接线问题；

　　3）显示电路中出现紊乱；

　　4）温度计记录有偏差。

　　针对以上问题，指导老师及时纠正、适时指导，与学生共同完成故障排除。对于温度传感器引脚接线问题，进行单独指导，让学生真正明白温度传感器的原理。对于线路接线不仔细问题，要求学生认真检查和互查，完成错误纠正。另外，温度测量过程中产生误差，通过查阅温度传感器的特性，分析误差产生原因，利用温度补偿电路或更换误差小的温度传感器来加以比较解决。通过亲自制作调试，各小组最终完成温度计的制作。

　　2.6 项目总结与评估

　　学生完成项目后，项目检查评估尤为重要，教师要对各个小组所做项目进行检查与评价。通过教师、小组之间以及小组内部之间打分，最终给小组及每位小组成员确定成绩。对优秀作品加以表扬，并进行展示。由师生共同对整个项目进行总结，对项目中所涉及的知识进一步归纳，提出项目中出现的问题，给出解决办法。

　　2.7 项目报告撰写

　　温度计制作好后，对项目的知识准备、元件清单、工具型号、实验数据等进行记录。对测量中产生的误差加以分析、总结改进措施，做好项目总结。最后，学生提交一份项目总结报告，作为项目成绩的一部分。

　　三、项目教学方法总结

　　通过简单的温度计制作，让学生对传感器课程产生更浓厚的兴趣，便于以后教学工作的展开。在项目实施过程中，学生自己主动查阅资料、互助合作，提高了实践能力、自主学习能力和与人沟通合作能力。同时，教师在项目实施过程中，从项目立项、实施过程到最终项目总结，都要精心查阅资料、调研，并及时参与项目中来。通过指导、引领、监督、与学生共同合作等工作，改变以往教学思路，提高教学质量和教学效果。

　　四、结论

　　项目教学法是高职院校教学的有效方法，将温度传感器知识融入到温度计制作项目中去，让学生在实践中既学到了知识，又提高了技能水平，取得了明显的教学效果。在今后的教学过程中，需要继续探索，不断更新和优化项目内容，提高教学质量。

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