“檢測技術(shù)與自動化儀表”課程教學改革

2015-07-05 02:06:32溫秀蘭王東霞

電氣電子教學學報 2015年3期

溫秀蘭，王東霞

(南京工程學院自動化學院，江蘇南京211167)

0 引言

“檢測技術(shù)與自動化儀表”是自動化專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課。該課程集光、機、電于一體，綜合物理、化學、材料、電子、計算機和機械等多學科技術(shù)[1-4]。其內(nèi)容涵蓋檢測技術(shù)理論基礎、被測信號獲取、信號調(diào)理、信號調(diào)節(jié)與執(zhí)行以及顯示等技術(shù)。課程涉及內(nèi)容多、知識密集且復雜，學生學習時常感覺枯燥，學習積極性較差，教學效果不理想。如何培養(yǎng)學生的工程應用思想、自我學習能力及創(chuàng)新實踐和思維能力，使學生掌握面向工程應用的檢測技術(shù)與檢測系統(tǒng)設計方法、已成為該課程的建設和改革的迫切任務。近年來，結(jié)合我校學以致用的辦學理念及自動化專業(yè)定位和現(xiàn)有教學條件，通過構(gòu)建理論教學、實踐教學、網(wǎng)絡助學三位一體的立體化教學模式，在“檢測技術(shù)與自動化儀表”及相關(guān)課程教學中做了有益的探索，取得了良好的教學效果。

1 優(yōu)化理論教學

“檢測技術(shù)與自動化儀表”課程的教學總學時最初為48學時，其中理論教學40學時，實驗8學時，附加1周的課程設計。近幾年，由于專業(yè)課總學時減少，該課程總學時壓縮為40學時，其中理論教學32學時，實驗8學時，取消了1周的課程設計。在學時減少的情況下，為了能適應科技快速發(fā)展對檢測技術(shù)人才的需求，我們將“檢測技術(shù)與自動化儀表”課程全部內(nèi)容，優(yōu)化和整合成檢測技術(shù)理論基礎、傳感器、自動化儀表及測試系統(tǒng)設計三個模塊，突出重點，形成了一個完整的體系。

1)檢測技術(shù)理論基礎模塊

該模塊涉及檢測技術(shù)概論、測量誤差、檢測方法和檢測系統(tǒng)的基本特性等知識點，講解時不僅要讓學生掌握檢測技術(shù)理論基礎知識，更重要的是能讓學生在上第一堂課時對該課程學習產(chǎn)生興趣，為后續(xù)主動學習打下基礎[4]。為此我們在講授時首先通過視頻、動畫等形式將家用電器溫度控制、醫(yī)學檢測、酒精濃度監(jiān)測、汽車質(zhì)量檢測和火箭測控等眾多實例形象地展示給學生，讓他們感知在工程領域、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制和科學實驗等各行各業(yè)都離不開檢測技術(shù)，從而意識到學習該課程的重要性，為學生學習后續(xù)內(nèi)容作好準備;然后重點講述測量誤差計算、儀表精度等級及其選擇。由于學時有限，有關(guān)現(xiàn)有檢測方法的認識留給學生在課后通過查閱資料及瀏覽該課程網(wǎng)站資源自學完成;關(guān)于檢測系統(tǒng)基本特性在課上只作簡單介紹，深入理解及相關(guān)計算要求通過實驗教學完成。

2)傳感器模塊

傳感器模塊包括典型傳感器和新型傳感器，對典型傳感器，重點講述不同類型傳感器的檢測原理和特點[5]。而后要求學生對同類傳感器以相似的工作原理為線索進行自主類比學習和課堂討論，這樣不僅培養(yǎng)學生自主學習的能力、加深了學生對傳感器的認識，而且節(jié)省課內(nèi)學時。例如在講解了電感式傳感器后，對電容式傳感器要求學生類比學習，掌握電容式傳感器與電感式傳感器共有特點(如零點殘余電壓)、相同的測量電路(如相敏檢波電路)及其應用等。對新型傳感器模塊，包括紅外輻射式傳感器、超聲波傳感器、光電編碼器、光纖傳感器和固態(tài)圖像傳感器等內(nèi)容，較之傳統(tǒng)傳感器，理論深度和難度增加?？紤]到課時有限，在講授新型傳感器基本工作原理的基礎上主要介紹新型傳感器在各個領域中的典型應用以及傳感器技術(shù)的最新發(fā)展和應用進展，以豐富學生的知識面，為今后選用傳感器拓寬思路。

3)自動化儀表及檢測系統(tǒng)設計模塊

該模塊包含自動化儀表、信號調(diào)理技術(shù)和檢測系統(tǒng)工程實例三個部分，其中自動化儀表部分以相同的被測量如測溫、測流量、測壓力等為線索，引出不同種類的傳感器及其測量方法，這樣便從傳感器工作原理和傳感器的各種應用兩方面使學生清楚地認識傳感器;在后兩部分，介紹現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成、常用的信號調(diào)理技術(shù)及數(shù)據(jù)采集與處理方法，通過采用項目教學法，例如以電子秤、測距儀、多路數(shù)字溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)等設計為案例，讓學生進一步了解如何針對不同被測對象選擇合適的傳感器、信號調(diào)理電路、采樣保持電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路等。在學習檢測系統(tǒng)工程實例之前，我們會提前一周將設計實例布置給學生，要求學生在課后查閱資料帶著問題去學習，課堂上采取互動學習，請學生提出自己的設計方案并講解設計思路，再由教師歸納總結(jié)設計方法并提供設計實例。圖1所示的超聲波測距儀和圖2所示的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)都是項目教學法的實例。

圖1 超聲波測距儀

圖2 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)

實踐證明，互動式的項目教學法，不僅增強了學生對本門課程學習的主動性和學習興趣，而且能夠?qū)⑺鶎W習的數(shù)模電、微機原理與單片機等知識融會貫通，增進了學生對所學專業(yè)知識的綜合性理解，提高了學生解決工程實際問題的能力，為后續(xù)開展科技創(chuàng)新、科技競賽奠定一定基礎。

2 強化實踐環(huán)節(jié)

“檢測技術(shù)與自動化儀表”課程是一門實踐性很強的課程，通過課內(nèi)實驗和課外科技競賽、科技創(chuàng)新活動等提升學生工程意識和工程能力的培養(yǎng)[6]。

1)實驗課前預習

實驗課是驗證理論、應用理論、鍛煉學生動手能力的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)教學大綱我們開設了8個學時的實驗，除了電渦流傳感器振幅測量實驗為綜合必做(3學時)實驗外，其他實驗如電阻應變式傳感器特性、電容式傳感器特性、電感式傳感器特性、差動變壓器測振動、相敏檢波器特性、霍爾傳感器的直流激勵特征、光電傳感器測轉(zhuǎn)速、數(shù)字式傳感器等，通過學生抽簽選擇，完成5個學時實驗。由于抽簽隨機性大，學生要想在規(guī)定時間內(nèi)順利完成實驗，課前需要熟悉所有實驗項目，我們?yōu)閷W生提供了網(wǎng)絡虛擬實驗室，學生可以不受時間地點限制提前預習所有實驗。

2)科技競賽和科技創(chuàng)新活動

為了加強實踐環(huán)節(jié)，在學生課余時間內(nèi)，我校分別由教務處和團委牽頭主辦了普惠型大學生學科及科技競賽，組織開展了科技創(chuàng)新基金項目活動，參加的學生平均每年約3500人。以2014年為例，由教務處和各院系承辦的學科及科技競賽平臺就有30項，覆蓋學生近2000人;由團委主辦的2014年大學生科技創(chuàng)新基金獲批項目347項，覆蓋學生1400余人。通過開展這些課外活動有效地拓展了大學生學習的空間、時間和模式，大大提高了學生工程實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和就業(yè)競爭力。

3 完善網(wǎng)絡助學

由于“檢測技術(shù)與自動化儀表”課程目前存在有限的學時和豐富內(nèi)涵之間的矛盾，網(wǎng)絡教學是解決此矛盾的一條捷徑。為此，2013年該課程獲批我校網(wǎng)絡課程建設資助。目前該課程網(wǎng)上教育資源包括課程簡介、教學大綱、教學日歷、考評方式、教學課件、課程教材、分章習題、模擬試卷及答案、實驗中心簡介、實驗指導書及報告、虛擬實驗室、拓展知識、生產(chǎn)廠商和視頻資源等相關(guān)欄目，為學生學習提供方便，特別是虛擬實驗室的建設，打破了傳統(tǒng)實驗室受時間、地點、經(jīng)費等條件限制，提高了課內(nèi)實驗的效率;再如生產(chǎn)廠商模塊展現(xiàn)了國內(nèi)外知名廠家的聯(lián)系方式，為學生完成科技創(chuàng)新、科技競賽選擇傳感器和元器件等提供了捷徑，作為課堂教學的延伸，該網(wǎng)絡課程真正起到了輔助教學和拓展知識的作用，激發(fā)了學生的學習興趣。

4 結(jié)語

本文就我?！皺z測技術(shù)與自動化儀表”課程，開展了理論教學、實踐教學和網(wǎng)絡助學三位一體的立體化教學模式改革，其中包括:優(yōu)化整合教學內(nèi)容，改進完善教學方法，拓展延伸實驗資源，普及科技創(chuàng)新和科技競賽、豐富完善網(wǎng)絡資源等。

自動化專業(yè)多個班級的教學實踐證明:教學效果良好，對提升學生的實踐動手能力和工程應用能力起到了積極的作用。

[1]許芬，張志芳，賈守強，左岐，面向自動化專業(yè)的“檢測技術(shù)”實驗教學[J].南京:電氣電子教學學報，2012，34(6):74-76

[2]謝森林，《檢測技術(shù)與儀表》的教學改革與研究[J].濟南:科技信息，2010，14:10

[3]周杏鵬.“檢測技術(shù)”課程教材建設與教改實踐[J].南京:電氣電子教學學報，2005，27(3):68-70

[4]徐科軍，“傳感器與檢測技術(shù)”課程建設探討[J].南京:電氣電子教學學報，2009，31(3):23 － 24.

[5]王東霞，溫秀蘭，傳感器與檢測技術(shù)課程教學改革探索[J].北京:中國現(xiàn)代教育裝備，2008，7:92-93