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摘要：“传感器与检测技术”是一门实践性很强的职业技术基础课，针对课程的特点，结合学校实际情况，在实验教学中引入虚拟实验系统来辅助常规的实验教学，能激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力和动手操作能力，同时也提高“传感器与检测技术”实验教学的效果和质量，有力地推动了实验教学改革。
关键词：虚拟实验室；传感器与检测技术；实验教学
作者简介：刘丽（1974-），女，安徽含山人，安徽职业技术学院电气系，副教授。（安徽 合肥 230051）
基金项目：本文系2009年安徽职业技术学院科教基金项目（项目编号：YB0907）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）13-0118-02
随着信息技术的迅速发展，作为信息获取和转换必要手段的传感器与检测技术，在任何检测系统和控制系统中都不可或缺，是现代科学技术中的一个重要领域。它作为机电、自动化、楼宇智能、数控等专业的职业技术基础课，在专业知识能力体系培养中具有十分重要的地位。这门课程实践性很强，要求学生既要学好理论知识，又要掌握实际操作技能，因此实验教学环节就显得非常重要，而高校学生人数过多、设备缺乏，给实验教学带来了困难。因此，在实验教学中引入虚拟实验系统来辅助常规的实验教学，从而有效地提高“传感器与检测技术”实验教学的效果和质量。
一、虚拟实验室的概念
虚拟实验室是使用软件开发工具实现的一种虚拟实验环境，它利用图形、视频、语音、网络、虚拟现实等多种技术来模拟和再现实际实验过程，使实验者通过计算机身临其境地感受实验，观察实验现象。它是除理论与实物实验之外的另一种学习与研究的方法，通过再现实验过程，为学生提供感性学习材料，使抽象的概念和理论直观化、形象化，在虚拟实验室中，实际实验的实验环境、实验设备和实验对象被真实地再现，实验的过程完全由实验者控制，学生也可以通过计算机来操作自定义的仪器，对被测试量进行采集、分析、判断、显示、数据存储等。
二、虚拟实验的特点
与传统实验相比，传感器与检测技术虚拟实验具有以下特点。
1.降低了实验教学成本，缓解了实验经费不足的问题
目前各高校普遍存在实验经费不足的现象，造成很多实验设备陈旧而无法更新，器材损耗大而无法及时补充，严重地影响了实验教学质量。虚拟实验室只是利用计算机建造非常逼真的虚拟实验环境，无需昂贵的实验设备即可虚拟完成相应的实验，不消耗器材，也不损坏设备，所以对于实验室能开出的实验，学生可以在虚拟实验室先行训练，再到实验室实践，这样可以降低实验器材的消耗或者因为不熟悉设备操作不当造成的仪器设备的损坏；对于实验室现有设备不能开出的实验，学生直接在虚拟实验室完成实验。这样，可使实验成本大大降低，缓解了实验经费不足的压力。
2.提高了实验效率，节约了大量的时间
许多实验室的实验受场地、人数和学时的限制，实验效果并不理想，学生在实验室里很多时间用在熟悉实验设备，观察实验演示上，而在实验过程中也有时会出现元器件或设备损坏的现象，使得实验的效率较低，先进行虚拟实验室后，学生基本上掌握实验设备的使用方法，熟悉了实验过程再进实验室做实验，起到了事半功倍的作用；另外还有一些缓慢变化的非电量，通过虚拟实验，可以加快变化过程，节约了大量的时间；同时虚拟实验可以在不同地点、不同时间进行，学生可以根据实际情况确定实验学习的内容和进程，从而增加了学生实验的学时数，拓展了实验室的空间，提高了实验效率。
3.调动了学生的学习兴趣，加深了对实验内容的理解
在虚拟实验室进行实验是一种全新的实验教学方法，虚拟实验系统可以制作得生动活泼，以调动学生的学习兴趣；虚拟实验系统也可呈现仪器设备内部结构和原理，使学生对仪器设备形成更直观的感受；在虚拟实验的过程中，学生可以根据学习需要任意放慢或加快实验进程，改变实验参数，回到上一步骤，加深对实验内容的理解。
4.开拓了学生视野，培养了学生创新能力
传统实验室受条件限制往往无法及时开设反映新技术新成果的新型实验，而虚拟实验室则可以通过计算机资源，比较方便地开发出相应的实验内容，有助于开拓学生视野；由于设备条件的约束，学生普遍综合性、创新性实验效果较差，不利于培养学生的创新思维和创新能力，而虚拟实验室可以任意开展综合性实验和创新型实验，加强了这方面能力的培养。
三、虚拟实验室在“传感器与检测技术”实验教学中的应用实践
“传感器与检测技术”实验教学要求学生具有使用工业仪表的能力，选择传感器和相应的测量电路的能力，能利用传感器进行非电量电测与信号处理，了解新型的传感器和检测技术。
1.认识性与验证性实验
这类实验主要是为了加深学生对传感器工作原理与特性的认识与理解，教学基本流程如图1所示。
（1）实验任务。说明本次实验课的教学任务，提出教学目标要求，了解涡流式传感器的工作原理、基本结构，了解涡流式传感器的性能和输出特性。
（2）实验讲解。教师利用虚拟实验室讲解实验，分析转换电路，指导如何通过实验得出电涡流式传感器的特性，提出实验过程中的需要注意的要点和安全事项。
（3）实验预习。学生进入虚拟实验系统，充分认识涡流式传感器的内部结构，进一步的理解电涡流传感器的工作原理，熟悉实验中所用到的仪器和设备的使用原理和方法，了解实验过程和步骤，如图2 所示。
（4）实验操作。学生以小组为单位，分工合作，在传感器和检测技术实验室进行实际操作，采用标定的方法获取涡流传感器的输入输出特性。
（5）巩固总结。对照着虚拟实验分析自己实际操作中出现的问题，如是否正确连线，是否完全掌握了仪器的使用方法；根据实验结果判断实验误差的大小，分析实际操作中出现误差的原因，如实际系统中一些干扰信号的影响，元器件参数的不一致性和实际设备性能的不稳定性等等。
2.设计与综合型实验
设计与综合型实验能加深对理论知识的理解，培养学生自己分析问题、解决问题的能力，激发了学生的创造能力，教学流程如图3所示。
3.新型实验
对于一些应用最新技术和成果的检测系统，直接利用虚拟的新型实验让学生去感受和观察，有助于开拓学生的视野，领略本学科发展的前沿技术。
四、虚拟实验室应用于教学存在的问题与建议
1.虚拟实验只是实际实验的补充，不能取代真实的实验过程
虚拟实验的便捷、高效不能完全代替真实的实验，因为学生的实践操作能力必须由实物实验来培养，实验过程中的能培养分析问题解决问题能力的误差、故障在虚拟实验中也根本体现不出，所以虚拟实验只是实际实验的一个有益补充，不能完全取代真实的实验过程。
2.虚拟实验室的开发应切合实际，为教学服务
虚拟实验室的目的应是为实验教学服务的，所以虚拟实验室的开发应切合实际情况，不一定需要多么复杂、专门的开发技术，只要方便、简洁，能形象生动地反应整个实验的过程即可。设计时可考虑对某一部分知识完整的学习过程，除实验内容外加入背景知识的介绍，原理、电路的分析，实际工业应用的场景等。
五、结束语
在对102名自动化专业的学生调查中显示，94.12%的学生认为“传感器与检测技术”虚拟实验能激发他们的学习兴趣，对他们的学习有所帮助，89.21%的学生认为“传感器与检测技术”虚拟实验有助于提高他们的实验操作技能。实践表明，在传感器与检测实验教学中引入虚拟实验系统，有助于提高实验教学质量，有助于培养学生学习兴趣和动手操作能力。随着虚拟实验室技术的不断成熟，虚拟实验系统将会在传感器与检测实验教学起着更加积极的作用。
参考文献：
[1]孙燕莲,文福安.虚拟实验教学的探索与实践[J].现代教育技术,2009,(4).
[2]周四春,吴建平,祝忠明.传感器技术与工程应用[M].北京:原子能出版社,2007.
[3]田丰.虚拟实验与真实实验的整合研究[J].实验技术与管理,2005,(11).
[4]卢超.职业教育中虚拟实验的教学研究[J].科学时代,2010,(3).
[5]王志伟,张田梅.构建多层次、模块化、开放式的实验教学体系[J]．黑龙江高教研究,2008,(5).
[6]Kocar V,Akgunduz A.ADVICE:A virtual environment for Engineering Change Management[J].Computers in Industry,2010,(1)．
（责任编辑：苏宇嵬）
关键词：虚拟实验室；传感器与检测技术；实验教学
作者简介：刘丽（1974-），女，安徽含山人，安徽职业技术学院电气系，副教授。（安徽 合肥 230051）
基金项目：本文系2009年安徽职业技术学院科教基金项目（项目编号：YB0907）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）13-0118-02
随着信息技术的迅速发展，作为信息获取和转换必要手段的传感器与检测技术，在任何检测系统和控制系统中都不可或缺，是现代科学技术中的一个重要领域。它作为机电、自动化、楼宇智能、数控等专业的职业技术基础课，在专业知识能力体系培养中具有十分重要的地位。这门课程实践性很强，要求学生既要学好理论知识，又要掌握实际操作技能，因此实验教学环节就显得非常重要，而高校学生人数过多、设备缺乏，给实验教学带来了困难。因此，在实验教学中引入虚拟实验系统来辅助常规的实验教学，从而有效地提高“传感器与检测技术”实验教学的效果和质量。
一、虚拟实验室的概念
虚拟实验室是使用软件开发工具实现的一种虚拟实验环境，它利用图形、视频、语音、网络、虚拟现实等多种技术来模拟和再现实际实验过程，使实验者通过计算机身临其境地感受实验，观察实验现象。它是除理论与实物实验之外的另一种学习与研究的方法，通过再现实验过程，为学生提供感性学习材料，使抽象的概念和理论直观化、形象化，在虚拟实验室中，实际实验的实验环境、实验设备和实验对象被真实地再现，实验的过程完全由实验者控制，学生也可以通过计算机来操作自定义的仪器，对被测试量进行采集、分析、判断、显示、数据存储等。
二、虚拟实验的特点
与传统实验相比，传感器与检测技术虚拟实验具有以下特点。
1.降低了实验教学成本，缓解了实验经费不足的问题
目前各高校普遍存在实验经费不足的现象，造成很多实验设备陈旧而无法更新，器材损耗大而无法及时补充，严重地影响了实验教学质量。虚拟实验室只是利用计算机建造非常逼真的虚拟实验环境，无需昂贵的实验设备即可虚拟完成相应的实验，不消耗器材，也不损坏设备，所以对于实验室能开出的实验，学生可以在虚拟实验室先行训练，再到实验室实践，这样可以降低实验器材的消耗或者因为不熟悉设备操作不当造成的仪器设备的损坏；对于实验室现有设备不能开出的实验，学生直接在虚拟实验室完成实验。这样，可使实验成本大大降低，缓解了实验经费不足的压力。
2.提高了实验效率，节约了大量的时间
许多实验室的实验受场地、人数和学时的限制，实验效果并不理想，学生在实验室里很多时间用在熟悉实验设备，观察实验演示上，而在实验过程中也有时会出现元器件或设备损坏的现象，使得实验的效率较低，先进行虚拟实验室后，学生基本上掌握实验设备的使用方法，熟悉了实验过程再进实验室做实验，起到了事半功倍的作用；另外还有一些缓慢变化的非电量，通过虚拟实验，可以加快变化过程，节约了大量的时间；同时虚拟实验可以在不同地点、不同时间进行，学生可以根据实际情况确定实验学习的内容和进程，从而增加了学生实验的学时数，拓展了实验室的空间，提高了实验效率。
3.调动了学生的学习兴趣，加深了对实验内容的理解
在虚拟实验室进行实验是一种全新的实验教学方法，虚拟实验系统可以制作得生动活泼，以调动学生的学习兴趣；虚拟实验系统也可呈现仪器设备内部结构和原理，使学生对仪器设备形成更直观的感受；在虚拟实验的过程中，学生可以根据学习需要任意放慢或加快实验进程，改变实验参数，回到上一步骤，加深对实验内容的理解。
4.开拓了学生视野，培养了学生创新能力
传统实验室受条件限制往往无法及时开设反映新技术新成果的新型实验，而虚拟实验室则可以通过计算机资源，比较方便地开发出相应的实验内容，有助于开拓学生视野；由于设备条件的约束，学生普遍综合性、创新性实验效果较差，不利于培养学生的创新思维和创新能力，而虚拟实验室可以任意开展综合性实验和创新型实验，加强了这方面能力的培养。
三、虚拟实验室在“传感器与检测技术”实验教学中的应用实践
“传感器与检测技术”实验教学要求学生具有使用工业仪表的能力，选择传感器和相应的测量电路的能力，能利用传感器进行非电量电测与信号处理，了解新型的传感器和检测技术。
1.认识性与验证性实验
这类实验主要是为了加深学生对传感器工作原理与特性的认识与理解，教学基本流程如图1所示。
（1）实验任务。说明本次实验课的教学任务，提出教学目标要求，了解涡流式传感器的工作原理、基本结构，了解涡流式传感器的性能和输出特性。
（2）实验讲解。教师利用虚拟实验室讲解实验，分析转换电路，指导如何通过实验得出电涡流式传感器的特性，提出实验过程中的需要注意的要点和安全事项。
（3）实验预习。学生进入虚拟实验系统，充分认识涡流式传感器的内部结构，进一步的理解电涡流传感器的工作原理，熟悉实验中所用到的仪器和设备的使用原理和方法，了解实验过程和步骤，如图2 所示。
（4）实验操作。学生以小组为单位，分工合作，在传感器和检测技术实验室进行实际操作，采用标定的方法获取涡流传感器的输入输出特性。
（5）巩固总结。对照着虚拟实验分析自己实际操作中出现的问题，如是否正确连线，是否完全掌握了仪器的使用方法；根据实验结果判断实验误差的大小，分析实际操作中出现误差的原因，如实际系统中一些干扰信号的影响，元器件参数的不一致性和实际设备性能的不稳定性等等。
2.设计与综合型实验
设计与综合型实验能加深对理论知识的理解，培养学生自己分析问题、解决问题的能力，激发了学生的创造能力，教学流程如图3所示。
3.新型实验
对于一些应用最新技术和成果的检测系统，直接利用虚拟的新型实验让学生去感受和观察，有助于开拓学生的视野，领略本学科发展的前沿技术。
四、虚拟实验室应用于教学存在的问题与建议
1.虚拟实验只是实际实验的补充，不能取代真实的实验过程
虚拟实验的便捷、高效不能完全代替真实的实验，因为学生的实践操作能力必须由实物实验来培养，实验过程中的能培养分析问题解决问题能力的误差、故障在虚拟实验中也根本体现不出，所以虚拟实验只是实际实验的一个有益补充，不能完全取代真实的实验过程。
2.虚拟实验室的开发应切合实际，为教学服务
虚拟实验室的目的应是为实验教学服务的，所以虚拟实验室的开发应切合实际情况，不一定需要多么复杂、专门的开发技术，只要方便、简洁，能形象生动地反应整个实验的过程即可。设计时可考虑对某一部分知识完整的学习过程，除实验内容外加入背景知识的介绍，原理、电路的分析，实际工业应用的场景等。
五、结束语
在对102名自动化专业的学生调查中显示，94.12%的学生认为“传感器与检测技术”虚拟实验能激发他们的学习兴趣，对他们的学习有所帮助，89.21%的学生认为“传感器与检测技术”虚拟实验有助于提高他们的实验操作技能。实践表明，在传感器与检测实验教学中引入虚拟实验系统，有助于提高实验教学质量，有助于培养学生学习兴趣和动手操作能力。随着虚拟实验室技术的不断成熟，虚拟实验系统将会在传感器与检测实验教学起着更加积极的作用。
参考文献：
[1]孙燕莲,文福安.虚拟实验教学的探索与实践[J].现代教育技术,2009,(4).
[2]周四春,吴建平,祝忠明.传感器技术与工程应用[M].北京:原子能出版社,2007.
[3]田丰.虚拟实验与真实实验的整合研究[J].实验技术与管理,2005,(11).
[4]卢超.职业教育中虚拟实验的教学研究[J].科学时代,2010,(3).
[5]王志伟,张田梅.构建多层次、模块化、开放式的实验教学体系[J]．黑龙江高教研究,2008,(5).
[6]Kocar V,Akgunduz A.ADVICE:A virtual environment for Engineering Change Management[J].Computers in Industry,2010,(1)．
（责任编辑：苏宇嵬）