“传感器与检测技术”课程教学改革研究

张 齐 华 亮 吴 晓

摘要 “传感器与检测技术”是一门技术基础课,也是自动化专业的专业必修课程。就该课程在教学中存在的问题,从课堂教学、实践教学到网络教学3方面提出改进的方法。

关键词 传感器与检测技术;课程改革;问题

中图分类号:G642.0 文献标识码:B 文章编号: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

“传感器与检测技术”课程是工科电气信息类专业的重要专业必修课,是研究传感器与检测技术的实用科学,在现代检测与控制系统中有着举足轻重的作用。本课程的主要任务是:使学生通过学习,获得误差分析基础及检测技术与测量系统的基本知识,掌握各类传感器的工作原理、基本结构、测量电路和应用,并对传感器、现代检测技术与仪表技术等的发展现状及趋势有一定深度的认识。

“传感器与检测技术”是集电子、光学、精密机械、计算机技术与信息技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型专业课程,它为计算机应用、电子信息、精密仪器、测量与控制等多领域的设计制造、科技开发、应用研究提供关键技术和知识平台。同时本课程也是一门内容繁杂的交叉学科,涉及物理学、电子学、电磁学、电工学、微机原理以及高数、概率等,知识密集性强、内容离散性大。与“自动控制原理”等理论性较强的课程相比,本课程的应用性和实践性较强。所以,实验和实践活动对学生理解和掌握课堂上所学的知识起着非常重要的作用,特别有助于培养学生的动手能力和激发他们的创新思维。为此,在“传感器与检测技术”校级精品课程的建设中,积极进行教学内容和方法的改革,改善教学效果;大力开展实验和实践活动,培养学生的实际动手能力和创新意识。

1 课程教学存在的问题

“传感器与自动检测技术”在教学中遇到很多困难。首先是学生本身的原因。由于扩招的影响以及学生对基础课重要性认识不足,造成基础知识不够全面和扎实。当理论推导、定量分析较多时,学生容易感到枯燥而丧失学习兴趣,使教学达不到预期效果。其次,传感器涉及的工作原理较多,有热学、力学、电磁学和化学等;传感器的应用对象也很多,涉及机械量测量、热工量测量、化学量测量等。如何按照科学且清晰的思路来进行讲授,让学生充分理解和掌握,有一定的难度。此外,随着科技的发展,新型传感器与测试技术层出不穷,造成课堂教学内容不得不迅速增加,占用原已有限的课时。最后,由于“传感器与自动检测技术”是一门实践性很强的工程技术基础课,课堂上讲授的各类传感器及其应用电路,学生做实验时不可能全部用到,甚至有的连实物也没有接触过,导致学生学习感到太抽象,太枯燥。因此在较少的课时情况下,要达到良好的教学效果,纯粹采用传统的教学模式和教学手段已难以适应现代社会对人才的能力与素质的新要求。

2 教学方法的改进

2.1 课堂教学“填鸭式”的教学方式显然已经不再适合新时代的人才培养。在课堂教学过程中,除了采用传统的教学手段和多媒体演示外,同时还应该加强与学生之间的互动,并动员他们充分利用网络资源进行搜索查询,了解新型传感器发展的最新动态。布置学生在课后做一些综合设计题,例如“通过网络查找出目前最先进的温度传感器及其使用方法”,并要求学生做成幻灯片进行讲解。在查询中,要求学生对多种温度传感器就工作原理、测温范围、分辨率、精确度、安装使用方法、成本、局限性等各个方面进行考量对比;在制作幻灯片时,要求学生对传感器自身的工作原理、应用电路、温度检测系统的构建等做进一步的研究和讨论;在讲述幻灯片时,要求学生逻辑清晰、条理清楚、语言流畅,并能提出自己的见解。两轮课的实践证明,这不仅对培养学生的工程意识是一种很好的锻炼,也提高了课堂教学质量。首先,思考过程让学生进一步巩固了课堂上讲授的知识点;其次,学生通过讲解从网络资源中所学到的知识,可以更积极参与课程教学,并且增强课程教学的互动性和趣味性。此外,单片机原理、虚拟仪器技术这些课程也可以有机结合进来,让学生对应该具备的专业知识有更明确、更深入的理解,更好地做到理论联系实际。

本课程的一大教学难点是传感器涉及的工作原理较多,应用对象也很多,如果仅以前两者中的一方面为线索进行介绍,难免会使学生产生疑惑。比如说,按照被测参量(温度、压力、流量、液位、机械量等)对传感器进行分类时,在压力检测、液位检测、机械量检测中都会介绍到电容传感器。若反复讲述传感器的工作原理和使用特性会造成内容重复和课时浪费;若只讲一次,又会给掌握得稍差的学生带来困惑。所以,按照科学且清晰的思路来进行讲授显得尤为重要。对此采取的办法是:先按照工作原理对各类传感器进行大致归类,并以相同或相似的工作原理为线索,进行讲解;在学生对多种传感器的工作原理和特点有了基本认识之后,再以相同的被测量为线索,介绍不同的传感器及其测量方法。这样通过2条支线(传感器的工作原理和应用对象)的有机结合,把各种传感器的工作原理、结构特点和各方面应用介绍清楚。

2.2 实践教学实践教学旨在帮助学生进一步巩固课堂知识,并培养他们的工程意识和工程能力。以往的实验教学还停留在验证基本原理的阶段。学生根据实验原理、实验步骤、操作方法、实验现象,被动地验证,机械地重复,缺乏主观能动性。为了加强素质教育的力度,近年来,在优化基本型实验的基础上增加综合型及设计型实验,并鼓励和支持学有余力的学生开展创新实验。

为了加强实验教学的效果,专门为各次实验制作教学视频和课件。学生在没有进入实验室之前,就可以通过网络观看并进行有目的的预习。实验指导书的编写采用启发式教学,不再将整个实验操作流程具体罗列,而是通过设计好的一个个问题,让学生自己在实验平台上一步步完成传感器的安装调节、转换电路的接线以及整个系统的调试。这样不但充分调动学生自主学习的积极性和主动性,也实现课堂与实验教学之间的互动,全面提高学生的综合素质。学生在完成实验的同时,可以培养解决实际问题的能力,积累解决实践问题的经验,进而培养其创新精神和创新能力。

为了提高实验水平和科技含量,实验教学中也充分引入计算机和网络技术等,如虚拟仪器实验平台。学生可以采用LabVIEW等软件作为开发工具,建立虚拟的人机交互界面。再利用实验台现有的各类传感器将被测量转换为电信号,通过相应的放大和滤波等调理电路后,由电脑上的数据采集卡将调理后的信号转换为数字信号输入计算机的虚拟仪器中。通过操作和传统仪器前面板一样的用户界面,完成对被测信号的实时采集、显示、存储和处理。将虚拟仪器引入实践教学,学生能较快地构建一个基于计算机技术的传感器平台,完成测试并降低实验成本。

2.3 网络教学由于课时的限制,传统的课堂教学已经难以保证良好的教学效果。而网络教学的特点是,学生可以在任何时间、任何地点进行学习,课程内容也可及时更新,课堂教学在空间、时间及教学内容上得到延伸。作为重要的辅助教学手段,南通大学天空教室“传感器与检测技术”网络教学系统已具有网络课堂、在线答疑、网络辅助教学等板块。

网络课堂包括教学大纲、理论课和实验课课件以及教学录像。教学大纲可以让学生明确本课程的基本要求、重点难点、学习进度和参考资料。借助电子课件,学生进一步巩固和消化课堂上讲过的内容,学有余力的学生还可以按照自己的意愿任选一些教学大纲以外的内容进行学习。教学录像可供学生随时点播,可以使学生在相对轻松的课堂气氛中聆听教师的分析讲解。

在线答疑和网络辅助教学板块的设立是为给学生提供一条复习自学、自我提高、克服学习中所遇困难的途径,同时也能为师生之间的教学讨论和信息交流提供一个宽松的环境。通过学生提出的问题,教师可以得到一个及时的反馈,掌握学生对基础知识的把握以及对重点难点的认识,并对学生的学习情况进行归纳、总结,将重点问题和常见问题及其回答及时转入常见问题区。学生之间也可以相互回答问题,发表自己的见解,由教师作出点评,提高学生的参与意识,形成良好的学习氛围。而典型例题评讲可以为学生列举各个章节具有代表性的例题,并给出解题思路、分析步骤和一题多解的方法,供学生参考。实践证明,学生对这种开放式的教学方式接受度较高。

3 结论

“传感器与检测技术”课程的改革取得显著的教学效果,学生的专业素质和专业技能得到提高,也为其他课程的改革提供了借鉴。

参考文献

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