傳感器與檢測技術(shù)課程教學(xué)改革研究

1、    “傳感器與檢測技術(shù)”課程教學(xué)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(chǔ)課,也是自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)必修課程。就該課程在教學(xué)中存在的問題,從課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)3方面提出改進(jìn)的方法。關(guān)鍵詞 傳感器與檢測技術(shù);課程改革;問題:g642.0 :b :1671-489x(2009)27-0042-02research on course reform of sensors & detection technology/zhang qi, hua liang, wu xiaoabstract sensors

2、& 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; problemauthors addres

3、s 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(shí)用科學(xué),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(wù)是:使學(xué)生通過學(xué)習(xí),獲得誤差分析基礎(chǔ)及檢測技術(shù)與測量系統(tǒng)的基本知識(shí),掌握各類傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、測量電路和應(yīng)用,并對(duì)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(rèn)識(shí)?！皞鞲衅髋c檢測技術(shù)”是集電子、光學(xué)、精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)多學(xué)科互相滲透而

4、形成的一門高新技術(shù)密集型專業(yè)課程,它為計(jì)算機(jī)應(yīng)用、電子信息、精密儀器、測量與控制等多領(lǐng)域的設(shè)計(jì)制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究提供關(guān)鍵技術(shù)和知識(shí)平臺(tái)。同時(shí)本課程也是一門內(nèi)容繁雜的交叉學(xué)科,涉及物理學(xué)、電子學(xué)、電磁學(xué)、電工學(xué)、微機(jī)原理以及高數(shù)、概率等,知識(shí)密集性強(qiáng)、內(nèi)容離散性大。與“自動(dòng)控制原理”等理論性較強(qiáng)的課程相比,本課程的應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng)。所以,實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng)對(duì)學(xué)生理解和掌握課堂上所學(xué)的知識(shí)起著非常重要的作用,特別有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)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(jí)精品課程的建設(shè)中,積極進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和方法的改革,改善教學(xué)效果;大力開展實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能

5、力和創(chuàng)新意識(shí)。1 課程教學(xué)存在的問題“傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù)”在教學(xué)中遇到很多困難。首先是學(xué)生本身的原因。由于擴(kuò)招的影響以及學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)課重要性認(rèn)識(shí)不足,造成基礎(chǔ)知識(shí)不夠全面和扎實(shí)。當(dāng)理論推導(dǎo)、定量分析較多時(shí),學(xué)生容易感到枯燥而喪失學(xué)習(xí)興趣,使教學(xué)達(dá)不到預(yù)期效果。其次,傳感器涉及的工作原理較多,有熱學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)和化學(xué)等;傳感器的應(yīng)用對(duì)象也很多,涉及機(jī)械量測量、熱工量測量、化學(xué)量測量等。如何按照科學(xué)且清晰的思路來進(jìn)行講授,讓學(xué)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(xué)內(nèi)容不得不迅速增加,占用原已有限的課時(shí)。最后,由于“傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù)”是

6、一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)基礎(chǔ)課,課堂上講授的各類傳感器及其應(yīng)用電路,學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)不可能全部用到,甚至有的連實(shí)物也沒有接觸過,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)感到太抽象,太枯燥。因此在較少的課時(shí)情況下,要達(dá)到良好的教學(xué)效果,純粹采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)手段已難以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才的能力與素質(zhì)的新要求。2 教學(xué)方法的改進(jìn)2.1 課堂教學(xué)“填鴨式”的教學(xué)方式顯然已經(jīng)不再適合新時(shí)代的人才培養(yǎng)。在課堂教學(xué)過程中,除了采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段和多媒體演示外,同時(shí)還應(yīng)該加強(qiáng)與學(xué)生之間的互動(dòng),并動(dòng)員他們充分利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行搜索查詢,了解新型傳感器發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)。布置學(xué)生在課后做一些綜合設(shè)計(jì)題,例如“通過網(wǎng)絡(luò)查找出目前最先進(jìn)的溫度傳感器

7、及其使用方法”,并要求學(xué)生做成幻燈片進(jìn)行講解。在查詢中,要求學(xué)生對(duì)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(gè)方面進(jìn)行考量對(duì)比;在制作幻燈片時(shí),要求學(xué)生對(duì)傳感器自身的工作原理、應(yīng)用電路、溫度檢測系統(tǒng)的構(gòu)建等做進(jìn)一步的研究和討論;在講述幻燈片時(shí),要求學(xué)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(shí)踐證明,這不僅對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)是一種很好的鍛煉,也提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。首先,思考過程讓學(xué)生進(jìn)一步鞏固了課堂上講授的知識(shí)點(diǎn);其次,學(xué)生通過講解從網(wǎng)絡(luò)資源中所學(xué)到的知識(shí),可以更積極參與課程教學(xué),并且增強(qiáng)課程教學(xué)的互動(dòng)性和趣味性。此外,單片機(jī)原理、虛

8、擬儀器技術(shù)這些課程也可以有機(jī)結(jié)合進(jìn)來,讓學(xué)生對(duì)應(yīng)該具備的專業(yè)知識(shí)有更明確、更深入的理解,更好地做到理論聯(lián)系實(shí)際。本課程的一大教學(xué)難點(diǎn)是傳感器涉及的工作原理較多,應(yīng)用對(duì)象也很多,如果僅以前兩者中的一方面為線索進(jìn)行介紹,難免會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生疑惑。比如說,按照被測參量(溫度、壓力、流量、液位、機(jī)械量等)對(duì)傳感器進(jìn)行分類時(shí),在壓力檢測、液位檢測、機(jī)械量檢測中都會(huì)介紹到電容傳感器。若反復(fù)講述傳感器的工作原理和使用特性會(huì)造成內(nèi)容重復(fù)和課時(shí)浪費(fèi);若只講一次,又會(huì)給掌握得稍差的學(xué)生帶來困惑。所以,按照科學(xué)且清晰的思路來進(jìn)行講授顯得尤為重要。對(duì)此采取的辦法是:先按照工作原理對(duì)各類傳感器進(jìn)行大致歸類,并以相同或相似的

9、工作原理為線索,進(jìn)行講解;在學(xué)生對(duì)多種傳感器的工作原理和特點(diǎn)有了基本認(rèn)識(shí)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(yīng)用對(duì)象)的有機(jī)結(jié)合,把各種傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各方面應(yīng)用介紹清楚。2.2 實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐教學(xué)旨在幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固課堂知識(shí),并培養(yǎng)他們的工程意識(shí)和工程能力。以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還停留在驗(yàn)證基本原理的階段。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、操作方法、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,被動(dòng)地驗(yàn)證,機(jī)械地重復(fù),缺乏主觀能動(dòng)性。為了加強(qiáng)素質(zhì)教育的力度,近年來,在優(yōu)化基本型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加綜合型及設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn),并鼓勵(lì)和支持學(xué)有余力的學(xué)生開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。為了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的

10、效果,專門為各次實(shí)驗(yàn)制作教學(xué)視頻和課件。學(xué)生在沒有進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前,就可以通過網(wǎng)絡(luò)觀看并進(jìn)行有目的的預(yù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的編寫采用啟發(fā)式教學(xué),不再將整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作流程具體羅列,而是通過設(shè)計(jì)好的一個(gè)個(gè)問題,讓學(xué)生自己在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(gè)系統(tǒng)的調(diào)試。這樣不但充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,也實(shí)現(xiàn)課堂與實(shí)驗(yàn)教學(xué)之間的互動(dòng),全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的同時(shí),可以培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力,積累解決實(shí)踐問題的經(jīng)驗(yàn),進(jìn)而培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。為了提高實(shí)驗(yàn)水平和科技含量,實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也充分引入計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等,如虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。學(xué)生可以采用labview

11、等軟件作為開發(fā)工具,建立虛擬的人機(jī)交互界面。再利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)有的各類傳感器將被測量轉(zhuǎn)換為電信號(hào),通過相應(yīng)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)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(duì)被測信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、顯示、存儲(chǔ)和處理。將虛擬儀器引入實(shí)踐教學(xué),學(xué)生能較快地構(gòu)建一個(gè)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的傳感器平臺(tái),完成測試并降低實(shí)驗(yàn)成本。2.3 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)由于課時(shí)的限制,傳統(tǒng)的課堂教學(xué)已經(jīng)難以保證良好的教學(xué)效果。而網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的特點(diǎn)是,學(xué)生可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí),課程內(nèi)容也可及時(shí)更新,課堂教學(xué)在空間、時(shí)間及教學(xué)內(nèi)容上得到延伸。作為重要的輔助教學(xué)手段,

12、南通大學(xué)天空教室“傳感器與檢測技術(shù)”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)已具有網(wǎng)絡(luò)課堂、在線答疑、網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)等板塊。網(wǎng)絡(luò)課堂包括教學(xué)大綱、理論課和實(shí)驗(yàn)課課件以及教學(xué)錄像。教學(xué)大綱可以讓學(xué)生明確本課程的基本要求、重點(diǎn)難點(diǎn)、學(xué)習(xí)進(jìn)度和參考資料。借助電子課件,學(xué)生進(jìn)一步鞏固和消化課堂上講過的內(nèi)容,學(xué)有余力的學(xué)生還可以按照自己的意愿任選一些教學(xué)大綱以外的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。教學(xué)錄像可供學(xué)生隨時(shí)點(diǎn)播,可以使學(xué)生在相對(duì)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(luò)輔助教學(xué)板塊的設(shè)立是為給學(xué)生提供一條復(fù)習(xí)自學(xué)、自我提高、克服學(xué)習(xí)中所遇困難的途徑,同時(shí)也能為師生之間的教學(xué)討論和信息交流提供一個(gè)寬松的環(huán)境。通過學(xué)生提出的問題,教師可以得到一個(gè)及時(shí)的反饋,掌握學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的把握以及對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)的認(rèn)識(shí),并對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行歸納、總結(jié),將重點(diǎn)問題和常見問題及其回答及時(shí)轉(zhuǎn)入常見問題區(qū)。學(xué)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(diǎn)評(píng),提高學(xué)生的參與意識(shí),形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。而典型例題評(píng)講可以為學(xué)生列舉各個(gè)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(xué)生參考。實(shí)踐證明,學(xué)生對(duì)這種開放式的教學(xué)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(xué)效果,學(xué)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