论文部分内容阅读
摘要:随着科学技术的发展和教学改革的不断深入,“传感器与检测技术”的传统实验教学模式很难适应高等教育发展的要求,因此本文首先提出了实验教学改革的基本指导思想,再分别从教学内容、教学方法和教学评价体系三方面对实验教学改革进行了探索和研究,并取得了不错的教学效果。
关键词:传感器与检测技术;实验教学;改革
作者简介:秦岭(1976-),男,湖北武汉人,武汉工业学院电气信息工程系,讲师,工学硕士,主要研究方向:信息融合。(湖北 武汉 430022)
“传感器与检测技术”是自动化、电气工程及其自动化以及电子信息等工程类专业的一门重要的专业基础课。本课程是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换和信息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。[1]为了加深学生对本课程所涉及的重要基本原理、基本器件和常用检测设备的结构及工作原理的理解,并且锻炼学生分析和处理问题的能力,因此在本科教学过程中贯穿了有关实验教学,包括电容、电感、电阻应变片、热电偶、霍尔传感器、光纤传感器等实验内容。然而在实际的实验教学过程中,由于课时数较少,实验内容简单、孤立,难以提高学生的主观能动性;实验教学方法落后,难以调动学生的积极性;实验考核形式单一,要求不严,难以引起学生足够重视,因此在有限的实验教学时间内怎样结合实际仪器操作掌握相关理论知识体系,怎样最大限度地激发学生的学习兴趣,如何培养学生分析和处理实际问题的能力,如何培养学生扎实的实验技能和创新能力,是该课程实验教学中进行改革的关键所在。
一、“传感器与检测技术”实验教学改革的指导思想
笔者所在武汉工业学院(以下简称“我校”)采用CSY998型传感器系统实验仪,这种仪器是把多种传感器、电源、处理电路、显示仪表集于一体,组成了一个完整的测量系统。学生做实验时,按照实验指导书机械简单地连几根导线就完成了实验,至于使用的传感器种类、工作原理、测量电路等很少知晓,这就导致做了实验,只是有了几个测量数据而己,很难达到与理论结合的目的。
综合考虑“传感器与检测技术”课程以及实验的教学特点以及实验条件,对“传感器与检测技术”实验教学进行了一些探索与研究,其主导思想如下:第一,减少验证性实验,增加设计性、综合性实验,培养创新性人才。第二,增加学生自主设计实验部分,开设课程设计部分,给学生一个展示自己能力的空间和舞台。第三,开放实验室,建立培养学生学习的长效机制,学生学完课程后仍然可以充分利用实验室的平台,独立从事科学研究,增强学生勇于攀登科学高峰的意识。第四,引入虚拟测量仪器,开阔学生知识面,提高实验教学质量。第五,利用网络资源进行辅助教学,学生可以在进行实验前了解本课程的实验教学环境、实验教学大纲、所开设的实验项目、基本仪器使用说明等,为实验做好准备,同时也提供一个学生相互交流的平台。
二、“传感器与检测技术”实验教学改革的探索与研究
1.优化实验教学内容
经过调整,我校“传感器与检测技术”实验教学内容主要分为基础性实验、设计性实验、综合性实验三个层次,教学项目内容层次分明,目的明确,由简入难,循序渐进。学生必须完成规定的基础性实验项目,再根据自身的情况,选择设计性实验项目,自主选择实验时间进行实验,并提交实验报告。此外,由于实验地点和实验资金的限制,综合性实验主要采取课程设计模式进行。
基础性实验以验证性实验为主,依附于课堂理论教学,侧重于加强学生对基本传感器元件的工作原理和性能的理解,从而掌握基本的实验技能和实验方法,目前,我校已开设四个基础性实验,其教学内容包括、热电偶原理及分度表的应用、金属箔式应变片的性能比较、电涡流式传感器的静态标定、霍尔式传感器的直流激励特性等四个实验,每个实验为2个学时,学生必须在规定的时间内先提交实验预习报告,然后在实验室进行实验并完成实验结果分析以及实验思考题。
设计性实验主要面向工程实际应用的设计和研究,培养学生能有效运用所学的知识进行简单的检测系统的设计与应用能力。目前我校有两个设计性实验,由学生根据自身的情况选择一个实验完成,这两个实验教学内容为:压力测量系统和温度测量系统的设计。其中压力测量系统是利用金属箔式应变片搭建桥式测量电路进行压力测量,包括电源、放大、显示等电路设计与调试;而温度测量系统是通过采用数字型温度传感器DS18B20,测量周围环境温度并能进行数字显示,同样也要进行相应的电路设计。
综合性实验着重于培养学生的分析和处理实际问题的能力,即以“电子技术”和“自动控制原理”等课程为理论基础,基于单片机技术和传感器技术,由学生通过查阅文献资料自主设计具有一定功能的自动控制系统,包括信号的检测、信号处理及转换、信号显示、信号控制等。例如通过对数字显示恒温控制系统的设计及实验,从方案的总体制定、元器件的选取,到信号处理及控制回路的设计与调试均由学生自己动手完成,最后写出总结报告,报告中应包括在设计与调试过程中遇到的问题、改进方法及总结体会等。
2.更新实验教学方法
长期以来,在传统实验教学中学生的动手能力未得到真正的培养。因此在改进该实验教学方法中,首先考虑以问题为导向,采用启发式教学方法,即在实验开始时,要求学生完成实验预习报告,并在现场提出本次实验要解决什么样的问题,同时要因势利导,引导学生探究怎样解决问题,最后是为什么采用这种方法以及如何才能掌握好这一技术方法,这一系列问题有利于学生开动大脑,启迪思维,从而掌握本次实验目的以及方法。
其次,开展实验教学的目的不仅在于培养学生理论联系实际的能力,还应该注重培养学生的专业实践技术能力。只有当学生弄清楚实验的每一个步骤、每一种传感器和仪表的结构以及工作原理后,才能动手进行各项内容操作。一旦学生在自己的探索中完成实验,就会有一种成就感,就会觉得相关的理论知识不再深奥难懂。例如,在金属应变式传感器实验中,学生对于桥式测量电路的原理、性能及其关系难以理解,因此在实验操作过程中,容易发生由于没有注意应变方向导致测微头变化而示数无变化或者变化不大的结果。此时首先应该让学生通过调整双平行梁的上移和下移,从电压表中观察,当应变片变化时引起示数的正负变化的方向,从而了解金属应变片的结构及其工作原理。其次引导学生根据已学过的电路规律分析其中原因,比较相邻桥臂的应变方向相同和相异的区别,并通过动手实际操作论证理论结果,由此可以进一步导出应变片桥式测量电路的三种工作方式及其灵敏度。
再次,在传统实验教学中,各个实验相互独立,学生做完实验后也只是对本次实验的原理与方法有所了解,等到下次实验时,对上次实验内容的印象就不甚深刻,因此考虑采用比较法加强学生对实验内容的理解与掌握,即针对同一被检测量,当采用不同的测量传感器时,由于它们的结构不同,工作原理不同,因而测量的方法也不同,测量精度也有所不同。通过比较和分析测量数据误差的产生及其解决方法,达到对整个理论知识体系的融会贯通。例如对于CSY998型传感器系统实验仪而言,测量静态位移的实验装置就有差动变压器、电涡流传感器、电容传感器和霍尔传感器等。学生可以在完成以上各次实验后,利用MATLAB对各次实验数据进行处理,比较它们用于位移测量时的非线性误差,分析其产生原因,提出合理的改进方案。
此外,在实验过程中开展故障分析教学,对于实验中出现的线路或仪器故障,鼓励学生自己动手分析故障原因并加以排除,并基于从中得到的经验对生产、生活实际中可能出现的各种检测故障进行分析,这样可以帮助学生消化和理解理论知识,引导学生认识和积累专业知识,激发学生学习和思考的兴趣。
最后,搭建网络平台,利用网络资源进行辅助教学。网站不仅可以开设实验教学环境、实验教学大纲、实验项目内容、基本仪器使用说明等,而且还可以利用软件技术构建系统的逻辑结构模型,并利用网络技术实现网络化虚拟系统,构建虚拟实验系统,并且通过交互式手段,增加部分远程操作实验。这样学生不仅可以不受时间和空间的限制,实现远程虚拟实验,而且还可以进行网上辅导、网上答疑和网上讨论等交流活动。
3.改革教学评价体系
传感器与检测技术实验教学目的是为了培养学生良好的实验操作技能和严谨的研究素质,提高学生的科研能力,因此必须有较完备的综合评价考核体系。学生的成绩不能以一次的实验结果而定,也不能以实验报告而定,而要贯穿整过实验过程。因此采用多元化考核方法,主要把实验预习报告(10%)、实验操作(30%)、现场问答(30%)、实验报告的质量(30%)等四个方面作为实验课的考核成绩。只有采取系统的、严格的考核办法,才能使学生真正重视实验教学环节,才能提高学生勤于思考、勇于探索的能力。
三、结束语
教师只有在实验教学过程中,强化理论联系实际,通过实验教学内容的调整和教学方法的改革,指导学生自主开展实验,才能促使学生独立思考,学会学习,提高分析和解决问题的能力。目前教学改革工作虽然取得了一定的成绩,但“传感器与检测技术”是一门发展迅速的综合性和应用性较强的课程,今后还有许多工作需要继续努力,争取做到教与学的最佳统一。
参考文献:
[1]常健生,石要武,常瑞.检测与转换技术[M].北京:机械工业出版社,2007.
[2]陈黎敏.以学生能力为本位,探索“自动检测技术”课程改革[J].常州信息职业技术学院学报,2004,3(2):49-51.
[3]潘雪涛.基于CSY型传感器实验台的位移测量特性分析与研究[J].自动化与仪器仪表,2005,(4):64-68.
[4]向丹.“自动检测技术”教学新探[J].广东技术师范学院学报,2004,(6):85-87.
[5]张登峰.谈程序教学法在自动检测技术课程教学中的运用[J].常州工学院学报,2005,(1):87-90.
[6]陈颖,李军,李红斌.检测技术全开放实验教学模式探讨[J].实验室研究与探索,2009,(2):145-147.
[7]陈鸿雁,珍东林,邓力.基于网络资源的“传感器与自动检测技术”精品课程建设[J].重庆工学院学报(自然科学版),2007,(7):166-168.
(责任编辑:刘辉)
关键词:传感器与检测技术;实验教学;改革
作者简介:秦岭(1976-),男,湖北武汉人,武汉工业学院电气信息工程系,讲师,工学硕士,主要研究方向:信息融合。(湖北 武汉 430022)
“传感器与检测技术”是自动化、电气工程及其自动化以及电子信息等工程类专业的一门重要的专业基础课。本课程是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换和信息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。[1]为了加深学生对本课程所涉及的重要基本原理、基本器件和常用检测设备的结构及工作原理的理解,并且锻炼学生分析和处理问题的能力,因此在本科教学过程中贯穿了有关实验教学,包括电容、电感、电阻应变片、热电偶、霍尔传感器、光纤传感器等实验内容。然而在实际的实验教学过程中,由于课时数较少,实验内容简单、孤立,难以提高学生的主观能动性;实验教学方法落后,难以调动学生的积极性;实验考核形式单一,要求不严,难以引起学生足够重视,因此在有限的实验教学时间内怎样结合实际仪器操作掌握相关理论知识体系,怎样最大限度地激发学生的学习兴趣,如何培养学生分析和处理实际问题的能力,如何培养学生扎实的实验技能和创新能力,是该课程实验教学中进行改革的关键所在。
一、“传感器与检测技术”实验教学改革的指导思想
笔者所在武汉工业学院(以下简称“我校”)采用CSY998型传感器系统实验仪,这种仪器是把多种传感器、电源、处理电路、显示仪表集于一体,组成了一个完整的测量系统。学生做实验时,按照实验指导书机械简单地连几根导线就完成了实验,至于使用的传感器种类、工作原理、测量电路等很少知晓,这就导致做了实验,只是有了几个测量数据而己,很难达到与理论结合的目的。
综合考虑“传感器与检测技术”课程以及实验的教学特点以及实验条件,对“传感器与检测技术”实验教学进行了一些探索与研究,其主导思想如下:第一,减少验证性实验,增加设计性、综合性实验,培养创新性人才。第二,增加学生自主设计实验部分,开设课程设计部分,给学生一个展示自己能力的空间和舞台。第三,开放实验室,建立培养学生学习的长效机制,学生学完课程后仍然可以充分利用实验室的平台,独立从事科学研究,增强学生勇于攀登科学高峰的意识。第四,引入虚拟测量仪器,开阔学生知识面,提高实验教学质量。第五,利用网络资源进行辅助教学,学生可以在进行实验前了解本课程的实验教学环境、实验教学大纲、所开设的实验项目、基本仪器使用说明等,为实验做好准备,同时也提供一个学生相互交流的平台。
二、“传感器与检测技术”实验教学改革的探索与研究
1.优化实验教学内容
经过调整,我校“传感器与检测技术”实验教学内容主要分为基础性实验、设计性实验、综合性实验三个层次,教学项目内容层次分明,目的明确,由简入难,循序渐进。学生必须完成规定的基础性实验项目,再根据自身的情况,选择设计性实验项目,自主选择实验时间进行实验,并提交实验报告。此外,由于实验地点和实验资金的限制,综合性实验主要采取课程设计模式进行。
基础性实验以验证性实验为主,依附于课堂理论教学,侧重于加强学生对基本传感器元件的工作原理和性能的理解,从而掌握基本的实验技能和实验方法,目前,我校已开设四个基础性实验,其教学内容包括、热电偶原理及分度表的应用、金属箔式应变片的性能比较、电涡流式传感器的静态标定、霍尔式传感器的直流激励特性等四个实验,每个实验为2个学时,学生必须在规定的时间内先提交实验预习报告,然后在实验室进行实验并完成实验结果分析以及实验思考题。
设计性实验主要面向工程实际应用的设计和研究,培养学生能有效运用所学的知识进行简单的检测系统的设计与应用能力。目前我校有两个设计性实验,由学生根据自身的情况选择一个实验完成,这两个实验教学内容为:压力测量系统和温度测量系统的设计。其中压力测量系统是利用金属箔式应变片搭建桥式测量电路进行压力测量,包括电源、放大、显示等电路设计与调试;而温度测量系统是通过采用数字型温度传感器DS18B20,测量周围环境温度并能进行数字显示,同样也要进行相应的电路设计。
综合性实验着重于培养学生的分析和处理实际问题的能力,即以“电子技术”和“自动控制原理”等课程为理论基础,基于单片机技术和传感器技术,由学生通过查阅文献资料自主设计具有一定功能的自动控制系统,包括信号的检测、信号处理及转换、信号显示、信号控制等。例如通过对数字显示恒温控制系统的设计及实验,从方案的总体制定、元器件的选取,到信号处理及控制回路的设计与调试均由学生自己动手完成,最后写出总结报告,报告中应包括在设计与调试过程中遇到的问题、改进方法及总结体会等。
2.更新实验教学方法
长期以来,在传统实验教学中学生的动手能力未得到真正的培养。因此在改进该实验教学方法中,首先考虑以问题为导向,采用启发式教学方法,即在实验开始时,要求学生完成实验预习报告,并在现场提出本次实验要解决什么样的问题,同时要因势利导,引导学生探究怎样解决问题,最后是为什么采用这种方法以及如何才能掌握好这一技术方法,这一系列问题有利于学生开动大脑,启迪思维,从而掌握本次实验目的以及方法。
其次,开展实验教学的目的不仅在于培养学生理论联系实际的能力,还应该注重培养学生的专业实践技术能力。只有当学生弄清楚实验的每一个步骤、每一种传感器和仪表的结构以及工作原理后,才能动手进行各项内容操作。一旦学生在自己的探索中完成实验,就会有一种成就感,就会觉得相关的理论知识不再深奥难懂。例如,在金属应变式传感器实验中,学生对于桥式测量电路的原理、性能及其关系难以理解,因此在实验操作过程中,容易发生由于没有注意应变方向导致测微头变化而示数无变化或者变化不大的结果。此时首先应该让学生通过调整双平行梁的上移和下移,从电压表中观察,当应变片变化时引起示数的正负变化的方向,从而了解金属应变片的结构及其工作原理。其次引导学生根据已学过的电路规律分析其中原因,比较相邻桥臂的应变方向相同和相异的区别,并通过动手实际操作论证理论结果,由此可以进一步导出应变片桥式测量电路的三种工作方式及其灵敏度。
再次,在传统实验教学中,各个实验相互独立,学生做完实验后也只是对本次实验的原理与方法有所了解,等到下次实验时,对上次实验内容的印象就不甚深刻,因此考虑采用比较法加强学生对实验内容的理解与掌握,即针对同一被检测量,当采用不同的测量传感器时,由于它们的结构不同,工作原理不同,因而测量的方法也不同,测量精度也有所不同。通过比较和分析测量数据误差的产生及其解决方法,达到对整个理论知识体系的融会贯通。例如对于CSY998型传感器系统实验仪而言,测量静态位移的实验装置就有差动变压器、电涡流传感器、电容传感器和霍尔传感器等。学生可以在完成以上各次实验后,利用MATLAB对各次实验数据进行处理,比较它们用于位移测量时的非线性误差,分析其产生原因,提出合理的改进方案。
此外,在实验过程中开展故障分析教学,对于实验中出现的线路或仪器故障,鼓励学生自己动手分析故障原因并加以排除,并基于从中得到的经验对生产、生活实际中可能出现的各种检测故障进行分析,这样可以帮助学生消化和理解理论知识,引导学生认识和积累专业知识,激发学生学习和思考的兴趣。
最后,搭建网络平台,利用网络资源进行辅助教学。网站不仅可以开设实验教学环境、实验教学大纲、实验项目内容、基本仪器使用说明等,而且还可以利用软件技术构建系统的逻辑结构模型,并利用网络技术实现网络化虚拟系统,构建虚拟实验系统,并且通过交互式手段,增加部分远程操作实验。这样学生不仅可以不受时间和空间的限制,实现远程虚拟实验,而且还可以进行网上辅导、网上答疑和网上讨论等交流活动。
3.改革教学评价体系
传感器与检测技术实验教学目的是为了培养学生良好的实验操作技能和严谨的研究素质,提高学生的科研能力,因此必须有较完备的综合评价考核体系。学生的成绩不能以一次的实验结果而定,也不能以实验报告而定,而要贯穿整过实验过程。因此采用多元化考核方法,主要把实验预习报告(10%)、实验操作(30%)、现场问答(30%)、实验报告的质量(30%)等四个方面作为实验课的考核成绩。只有采取系统的、严格的考核办法,才能使学生真正重视实验教学环节,才能提高学生勤于思考、勇于探索的能力。
三、结束语
教师只有在实验教学过程中,强化理论联系实际,通过实验教学内容的调整和教学方法的改革,指导学生自主开展实验,才能促使学生独立思考,学会学习,提高分析和解决问题的能力。目前教学改革工作虽然取得了一定的成绩,但“传感器与检测技术”是一门发展迅速的综合性和应用性较强的课程,今后还有许多工作需要继续努力,争取做到教与学的最佳统一。
参考文献:
[1]常健生,石要武,常瑞.检测与转换技术[M].北京:机械工业出版社,2007.
[2]陈黎敏.以学生能力为本位,探索“自动检测技术”课程改革[J].常州信息职业技术学院学报,2004,3(2):49-51.
[3]潘雪涛.基于CSY型传感器实验台的位移测量特性分析与研究[J].自动化与仪器仪表,2005,(4):64-68.
[4]向丹.“自动检测技术”教学新探[J].广东技术师范学院学报,2004,(6):85-87.
[5]张登峰.谈程序教学法在自动检测技术课程教学中的运用[J].常州工学院学报,2005,(1):87-90.
[6]陈颖,李军,李红斌.检测技术全开放实验教学模式探讨[J].实验室研究与探索,2009,(2):145-147.
[7]陈鸿雁,珍东林,邓力.基于网络资源的“传感器与自动检测技术”精品课程建设[J].重庆工学院学报(自然科学版),2007,(7):166-168.
(责任编辑:刘辉)