“傳感器與檢測技術(shù)”課程教學改革研究

張 齊 華 亮 吳 曉

摘要 “傳感器與檢測技術(shù)”是一門技術(shù)基礎課,也是自動化專業(yè)的專業(yè)必修課程。就該課程在教學中存在的問題,從課堂教學、實踐教學到網(wǎng)絡教學3方面提出改進的方法。

關(guān)鍵詞 傳感器與檢測技術(shù);課程改革;問題

中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)27-0042-02

Research on Course Reform of Sensors & Detection Technology//Zhang Qi, Hua Liang, Wu Xiao

Abstract Sensors & Detection Technology is a basic and technical course in automation specialty. According to the problems and difficulties in teaching, some practical methods are brought forward in this paper from several aspects.

Key words Sensors & Detection Technology; course reform; problem

Authors address School of Electrical Engineering, Nantong University, Nantong, Jiangsu, 226019, China

“傳感器與檢測技術(shù)”課程是工科電氣信息類專業(yè)的重要專業(yè)必修課,是研究傳感器與檢測技術(shù)的實用科學,在現(xiàn)代檢測與控制系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用。本課程的主要任務是:使學生通過學習,獲得誤差分析基礎及檢測技術(shù)與測量系統(tǒng)的基本知識,掌握各類傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、測量電路和應用,并對傳感器、現(xiàn)代檢測技術(shù)與儀表技術(shù)等的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢有一定深度的認識。

“傳感器與檢測技術(shù)”是集電子、光學、精密機械、計算機技術(shù)與信息技術(shù)多學科互相滲透而形成的一門高新技術(shù)密集型專業(yè)課程,它為計算機應用、電子信息、精密儀器、測量與控制等多領(lǐng)域的設計制造、科技開發(fā)、應用研究提供關(guān)鍵技術(shù)和知識平臺。同時本課程也是一門內(nèi)容繁雜的交叉學科,涉及物理學、電子學、電磁學、電工學、微機原理以及高數(shù)、概率等,知識密集性強、內(nèi)容離散性大。與“自動控制原理”等理論性較強的課程相比,本課程的應用性和實踐性較強。所以,實驗和實踐活動對學生理解和掌握課堂上所學的知識起著非常重要的作用,特別有助于培養(yǎng)學生的動手能力和激發(fā)他們的創(chuàng)新思維。為此,在“傳感器與檢測技術(shù)”校級精品課程的建設中,積極進行教學內(nèi)容和方法的改革,改善教學效果;大力開展實驗和實踐活動,培養(yǎng)學生的實際動手能力和創(chuàng)新意識。

1 課程教學存在的問題

“傳感器與自動檢測技術(shù)”在教學中遇到很多困難。首先是學生本身的原因。由于擴招的影響以及學生對基礎課重要性認識不足,造成基礎知識不夠全面和扎實。當理論推導、定量分析較多時,學生容易感到枯燥而喪失學習興趣,使教學達不到預期效果。其次,傳感器涉及的工作原理較多,有熱學、力學、電磁學和化學等;傳感器的應用對象也很多,涉及機械量測量、熱工量測量、化學量測量等。如何按照科學且清晰的思路來進行講授,讓學生充分理解和掌握,有一定的難度。此外,隨著科技的發(fā)展,新型傳感器與測試技術(shù)層出不窮,造成課堂教學內(nèi)容不得不迅速增加,占用原已有限的課時。最后,由于“傳感器與自動檢測技術(shù)”是一門實踐性很強的工程技術(shù)基礎課,課堂上講授的各類傳感器及其應用電路,學生做實驗時不可能全部用到,甚至有的連實物也沒有接觸過,導致學生學習感到太抽象,太枯燥。因此在較少的課時情況下,要達到良好的教學效果,純粹采用傳統(tǒng)的教學模式和教學手段已難以適應現(xiàn)代社會對人才的能力與素質(zhì)的新要求。

2 教學方法的改進

2.1 課堂教學“填鴨式”的教學方式顯然已經(jīng)不再適合新時代的人才培養(yǎng)。在課堂教學過程中,除了采用傳統(tǒng)的教學手段和多媒體演示外,同時還應該加強與學生之間的互動,并動員他們充分利用網(wǎng)絡資源進行搜索查詢,了解新型傳感器發(fā)展的最新動態(tài)。布置學生在課后做一些綜合設計題,例如“通過網(wǎng)絡查找出目前最先進的溫度傳感器及其使用方法”,并要求學生做成幻燈片進行講解。在查詢中,要求學生對多種溫度傳感器就工作原理、測溫范圍、分辨率、精確度、安裝使用方法、成本、局限性等各個方面進行考量對比;在制作幻燈片時,要求學生對傳感器自身的工作原理、應用電路、溫度檢測系統(tǒng)的構(gòu)建等做進一步的研究和討論;在講述幻燈片時,要求學生邏輯清晰、條理清楚、語言流暢,并能提出自己的見解。兩輪課的實踐證明,這不僅對培養(yǎng)學生的工程意識是一種很好的鍛煉,也提高了課堂教學質(zhì)量。首先,思考過程讓學生進一步鞏固了課堂上講授的知識點;其次,學生通過講解從網(wǎng)絡資源中所學到的知識,可以更積極參與課程教學,并且增強課程教學的互動性和趣味性。此外,單片機原理、虛擬儀器技術(shù)這些課程也可以有機結(jié)合進來,讓學生對應該具備的專業(yè)知識有更明確、更深入的理解,更好地做到理論聯(lián)系實際。

本課程的一大教學難點是傳感器涉及的工作原理較多,應用對象也很多,如果僅以前兩者中的一方面為線索進行介紹,難免會使學生產(chǎn)生疑惑。比如說,按照被測參量(溫度、壓力、流量、液位、機械量等)對傳感器進行分類時,在壓力檢測、液位檢測、機械量檢測中都會介紹到電容傳感器。若反復講述傳感器的工作原理和使用特性會造成內(nèi)容重復和課時浪費;若只講一次,又會給掌握得稍差的學生帶來困惑。所以,按照科學且清晰的思路來進行講授顯得尤為重要。對此采取的辦法是:先按照工作原理對各類傳感器進行大致歸類,并以相同或相似的工作原理為線索,進行講解;在學生對多種傳感器的工作原理和特點有了基本認識之后,再以相同的被測量為線索,介紹不同的傳感器及其測量方法。這樣通過2條支線(傳感器的工作原理和應用對象)的有機結(jié)合,把各種傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)特點和各方面應用介紹清楚。

2.2 實踐教學實踐教學旨在幫助學生進一步鞏固課堂知識,并培養(yǎng)他們的工程意識和工程能力。以往的實驗教學還停留在驗證基本原理的階段。學生根據(jù)實驗原理、實驗步驟、操作方法、實驗現(xiàn)象,被動地驗證,機械地重復,缺乏主觀能動性。為了加強素質(zhì)教育的力度,近年來,在優(yōu)化基本型實驗的基礎上增加綜合型及設計型實驗,并鼓勵和支持學有余力的學生開展創(chuàng)新實驗。

為了加強實驗教學的效果,專門為各次實驗制作教學視頻和課件。學生在沒有進入實驗室之前,就可以通過網(wǎng)絡觀看并進行有目的的預習。實驗指導書的編寫采用啟發(fā)式教學,不再將整個實驗操作流程具體羅列,而是通過設計好的一個個問題,讓學生自己在實驗平臺上一步步完成傳感器的安裝調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換電路的接線以及整個系統(tǒng)的調(diào)試。這樣不但充分調(diào)動學生自主學習的積極性和主動性,也實現(xiàn)課堂與實驗教學之間的互動,全面提高學生的綜合素質(zhì)。學生在完成實驗的同時,可以培養(yǎng)解決實際問題的能力,積累解決實踐問題的經(jīng)驗,進而培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

為了提高實驗水平和科技含量,實驗教學中也充分引入計算機和網(wǎng)絡技術(shù)等,如虛擬儀器實驗平臺。學生可以采用LabVIEW等軟件作為開發(fā)工具,建立虛擬的人機交互界面。再利用實驗臺現(xiàn)有的各類傳感器將被測量轉(zhuǎn)換為電信號,通過相應的放大和濾波等調(diào)理電路后,由電腦上的數(shù)據(jù)采集卡將調(diào)理后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入計算機的虛擬儀器中。通過操作和傳統(tǒng)儀器前面板一樣的用戶界面,完成對被測信號的實時采集、顯示、存儲和處理。將虛擬儀器引入實踐教學,學生能較快地構(gòu)建一個基于計算機技術(shù)的傳感器平臺,完成測試并降低實驗成本。

2.3 網(wǎng)絡教學由于課時的限制,傳統(tǒng)的課堂教學已經(jīng)難以保證良好的教學效果。而網(wǎng)絡教學的特點是,學生可以在任何時間、任何地點進行學習,課程內(nèi)容也可及時更新,課堂教學在空間、時間及教學內(nèi)容上得到延伸。作為重要的輔助教學手段,南通大學天空教室“傳感器與檢測技術(shù)”網(wǎng)絡教學系統(tǒng)已具有網(wǎng)絡課堂、在線答疑、網(wǎng)絡輔助教學等板塊。

網(wǎng)絡課堂包括教學大綱、理論課和實驗課課件以及教學錄像。教學大綱可以讓學生明確本課程的基本要求、重點難點、學習進度和參考資料。借助電子課件,學生進一步鞏固和消化課堂上講過的內(nèi)容,學有余力的學生還可以按照自己的意愿任選一些教學大綱以外的內(nèi)容進行學習。教學錄像可供學生隨時點播,可以使學生在相對輕松的課堂氣氛中聆聽教師的分析講解。

在線答疑和網(wǎng)絡輔助教學板塊的設立是為給學生提供一條復習自學、自我提高、克服學習中所遇困難的途徑,同時也能為師生之間的教學討論和信息交流提供一個寬松的環(huán)境。通過學生提出的問題,教師可以得到一個及時的反饋,掌握學生對基礎知識的把握以及對重點難點的認識,并對學生的學習情況進行歸納、總結(jié),將重點問題和常見問題及其回答及時轉(zhuǎn)入常見問題區(qū)。學生之間也可以相互回答問題,發(fā)表自己的見解,由教師作出點評,提高學生的參與意識,形成良好的學習氛圍。而典型例題評講可以為學生列舉各個章節(jié)具有代表性的例題,并給出解題思路、分析步驟和一題多解的方法,供學生參考。實踐證明,學生對這種開放式的教學方式接受度較高。

3 結(jié)論

“傳感器與檢測技術(shù)”課程的改革取得顯著的教學效果,學生的專業(yè)素質(zhì)和專業(yè)技能得到提高,也為其他課程的改革提供了借鑒。

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