智能儀器與檢測技術(shù)實驗教學(xué)的改革與研究

【中圖分類號】TP23 【文獻標識碼】B 【文章編號】1673-8209(2009)6-0135-02

【摘要】本文分析了本科生智能儀器與檢測技術(shù)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，結(jié)合中國石油大學(xué)(華東)的實際情況，對實驗室硬件條件，實驗內(nèi)容，教學(xué)方法等提出改革方案，以增強學(xué)生的工程實踐意識，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的能力，提實驗教學(xué)的質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】智能儀器與檢測技術(shù);實驗教學(xué);多媒體

1 引言

智能儀器與檢測技術(shù)是高校自動化及相關(guān)專業(yè)的一門重要課程，它集技術(shù)性、工程性和實踐性于一體，是一門涉及傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信號分析與處理技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、模式識別技術(shù)、可靠性技術(shù)、抗干擾技術(shù)和人工智能等多門學(xué)科的現(xiàn)代綜合技術(shù)[1]。該課程知識面廣，綜合性強，學(xué)習(xí)難度較大，因此其實驗教學(xué)環(huán)節(jié)顯得尤為重要。通過實驗教學(xué)促進學(xué)生對以傳感器為核心的檢測技術(shù)，對以單片機為核心的智能儀器技術(shù)的理解，增強學(xué)生的工程實踐意識，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的能力。本文從課程教學(xué)的需要和培養(yǎng)具有設(shè)計能力的人才的觀點出發(fā)，對實驗教學(xué)改革措施進行探討。

2 實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

智能儀器主要包括將被測非電量轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的電信號的傳感器部分，對傳感器的信號進行進一步的濾波，放大等的信號調(diào)理電路，以及以單片機為核心對信號進行處理，通信和控制的信號處理單元(如圖1)[2]。

圖1 智能儀表結(jié)構(gòu)原理圖

因此，在中國石油大學(xué)(華東)的智能儀器與檢測技術(shù)實驗室中，相應(yīng)的實驗內(nèi)容也由傳感器，轉(zhuǎn)換電路以及單片機這三部分組成。傳感器及轉(zhuǎn)換電路實驗主要使用CSY-968傳感器實驗儀，進行電阻式，電容式，電感式等多種常用傳感器的靜態(tài)和動態(tài)特性實驗，以及移相器，相敏檢波等轉(zhuǎn)換電路實驗，單片機實驗則使用XYZ-22型綜合實驗儀，進行LED顯示，A/D轉(zhuǎn)換等多個以8051為核心的單片機基礎(chǔ)實驗，實驗室目前共開設(shè)實驗項目二十一個，能夠比較全面地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，完成《智能儀器與檢測技術(shù)》課程的基本教學(xué)要求。目前實驗室存在的問題主要有:實驗項目比較基礎(chǔ);實驗內(nèi)容多為驗證性的;教學(xué)手段比較傳統(tǒng)。針對以上問題，提出了下面的教學(xué)改革方案，以改善實驗室的教學(xué)條件，增強實驗教學(xué)效果。

3 增加學(xué)科領(lǐng)域新型、高端實驗項目

近年來，隨著半導(dǎo)體，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，智能儀器與檢測技術(shù)出現(xiàn)了如下趨勢:微型化;多功能化;人工智能化;網(wǎng)絡(luò)化等[3]。這些發(fā)展變化的技術(shù)背景就是硬件及軟件的不斷發(fā)展及創(chuàng)新。而實驗室目前只能進行學(xué)科基礎(chǔ)性的實驗，非常不利于學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展的情況，掌握工程實踐所需要的高級技能，從而限制了學(xué)生水平的提高。為此，有必要增加學(xué)科領(lǐng)域新型、高端的實驗項目。

從檢測技術(shù)方面，大量應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)的傳感器得到了廣泛的應(yīng)用，如光纖，超聲，紅外，光電等，應(yīng)適當引進相應(yīng)的實驗儀器和項目，引導(dǎo)學(xué)生了解和掌握這些新型的檢測技術(shù)。從單片機方面，MCS-51系列8位單片機由于使用時間長，性能價格比高等特點，在國內(nèi)仍然有比較廣泛的應(yīng)用，但是，單片機發(fā)展速度極快，大約每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番[4]，大量其他系列的單片機不斷投入市場，以其多功能、高速度、低功耗、低價格、擴大存儲容量和加強I/O功能等優(yōu)勢在設(shè)計中占有越來越重要的地位，因此需要增加AVR，DSP，ARM等系列單片機的相關(guān)實驗。這不僅可以滿足學(xué)生拓展知識面的要求，而且可以為學(xué)生的電子設(shè)計競賽和畢業(yè)設(shè)計等活動提供強大的物質(zhì)支持。

4 增加設(shè)計性，綜合性的實驗內(nèi)容

智能儀器與檢測技術(shù)是一門與工程實踐結(jié)合得比較緊密的課程。而實驗室目前開設(shè)的實驗項目多為驗證性的。驗證性的實驗有利于鞏固學(xué)生所學(xué)的傳感器和單片機的相關(guān)理論知識，有利于提高學(xué)生的基本實驗技能，但是卻很難培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合與應(yīng)用能力，理論與實際相結(jié)合的能力和創(chuàng)新研究能力。因此，必須在保留經(jīng)典的驗證性實驗項目的基礎(chǔ)上，增加設(shè)計性，綜合性的實驗內(nèi)容。

設(shè)計性，綜合性實驗主要是講義上給出實驗?zāi)康幕蝾}目，要求學(xué)生據(jù)此查閱大量相關(guān)的資料或文獻，了解實驗原理，選擇實驗儀器，列寫實驗步驟，最終完成實驗并撰寫實驗報告。例如:智能溫度控制實驗，要求學(xué)生使用8051單片機設(shè)計一個控制電熱杯加熱水溫度的應(yīng)用系統(tǒng)，這個實驗綜合了傳感器熱電阻Pt100及其轉(zhuǎn)換電路，8051單片機的軟件與硬件設(shè)計等多方面的知識，實質(zhì)上就是一個完整的智能儀器的設(shè)計過程，學(xué)生必須綜合運用所學(xué)的知識，才可能獨立完成實驗。這樣的實驗有趣味，有難度，可以拓寬學(xué)生的知識面，激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，增強學(xué)生的實驗技能，提高其知識綜合運用的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力，從而提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。

5 充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體技術(shù)，改進教學(xué)方法

實驗室目前采取的教學(xué)方法比較傳統(tǒng)，概括地講就是實驗前統(tǒng)一講授，實驗中個別輔導(dǎo)。由于實驗前需講解多個實驗，所以每個實驗不可能面面俱到，只能點出實驗要點和注意事項，實驗中，由于實驗項目和學(xué)生眾多而時間有限，因此個別輔導(dǎo)的面也不廣。這樣學(xué)生的預(yù)習(xí)工作對教學(xué)效果影響很大。要改變這種現(xiàn)狀，必須充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體技術(shù)，改進教學(xué)方法。

多媒體輔助教學(xué)是一種以多媒體計算機系統(tǒng)為主要教學(xué)媒體的新型教學(xué)模式[5]。它可以實現(xiàn)課堂教學(xué)的全員性、大容量、多信息、多趣味和高效率，能幫助教師更好地完成教學(xué)功能。為此提出兩點教學(xué)改革的方案，一是制作大量優(yōu)質(zhì)的CAI多媒體實驗教學(xué)課件，在師生面對面的教學(xué)中產(chǎn)生圖、文、聲、像并茂的效果，刺激學(xué)生的科學(xué)靈感，強化知識的印象，加大知識信息傳播的力度和深度，以彌補傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足，提高實驗教學(xué)的效果。二是充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，積極開發(fā)網(wǎng)上智能儀器與檢測技術(shù)虛擬實驗室，使學(xué)生在上課之前可以進行模擬實驗，從而提高預(yù)習(xí)深度，最終改善教學(xué)效果。

6 結(jié)束語

綜上所述，由于本科生智能儀器與檢測技術(shù)實驗教學(xué)存在著實驗項目比較基礎(chǔ);實驗內(nèi)容多為驗證性的;教學(xué)手段比較傳統(tǒng)等方面的問題，本文提出對實驗室硬件條件，實驗內(nèi)容，教學(xué)方法等方面進行改革，其中部分方案已經(jīng)實施，并明顯地提高了教學(xué)效果，但實驗教學(xué)改革的某些具體環(huán)節(jié)仍需我們不斷的進行探索和研究。

參考文獻

[1] 王仲生. 智能檢測與控制技術(shù)[M]. 西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，2002:1-2

[2] 孫宏軍，張濤，王超. 智能儀器儀表[M]. 北京:清華大學(xué)出版社，2007:2

[3] 林月芳，吉海彥. 智能儀器及其發(fā)展趨勢[J]. 儀表技術(shù)，2003(1):37-38

[4] 張俊謨. 單片機的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 電子制作，2007(8):5-8

[5] 李兆峰. 多媒體技術(shù)在實驗教學(xué)應(yīng)用中的探討[J]. 高校論壇，2007(1):17-18