传感器与检测技术CAI课件优化与学生实践能力培养
2012-11-08周胜海涂友超余大庆刘江峰余本海
周胜海 涂友超 余大庆 刘江峰 罗 浩 余本海
信阳师范学院物理与电子工程学院 河南信阳 464000
传感器与检测技术CAI课件优化与学生实践能力培养
周胜海 涂友超 余大庆 刘江峰 罗 浩 余本海
信阳师范学院物理与电子工程学院 河南信阳 464000
论证了通过传感器与检测技术CAI课件优化来弥补实践环节教学的不足,以加强学生实践能力培养的必要性与可行性;给出了课件优化的实用方案;比较、分析了课件优化前后的教学效果。
高等院校;教学改革;CAI课件;实践能力
1 课件优化的必要性
1.1 课程基本特点
传感器与检测技术实用性强、应用范围广、涉及学科多、发展速度快。
通常,传感器与检测技术课程的教学基本要求是使学生掌握常用传感器的结构、原理、信号调理电路和基本用法,并熟悉传感器在工程应用中的基本理论、方法和技术。教学内容可概括为五部分:①检测技术的基础知识;②常用传感器的结构、原理、信号调理电路和基本用法;③传感器在工程检测中的常见应用;④自动检测系统及其组成;⑤检测装置的补偿及抗干扰技术。教学形式为理论讲授加实验实习,理论讲授学时与实验实习学时之比约为3:1[1-4]。
显然,实践教学环节是课程的重要组成部分之一,对培养学生的实践能力至关重要。
1.2 实践教学环节的局限性
目前,很多高校尤其是师范院校没有相关的实习工厂,实践教学环节一般靠传感器系统实验仪来完成。实验仪大多为传感器原理实验教学而设计[5]。依赖实验仪实施实践环节的教学有三大局限:①传感器种类少,新型传感器更少,所配的传感器中大多是仅供教学用的自制品(非商用品);②信号调理电路大多是供教学用的简化电路,与实用电路有明显差别;③很少涉及工程应用中的一些重要技术(如抗干扰技术等),而这些技术对工程应用而言可能是至关重要的。这会明显制约学生实践能力的培养。
受经费等多种因素的制约,短期内解决上述问题的难度较大。
1.3 课件优化的必要性
多媒体作为现代教学手段,已在传感器与检测技术课程教学中得到普遍应用。利用多媒体教学手段,通过CAI课件优化来弥补实践教学环节中的不足,以加强学生实践能力的培养,是切实可行的。
目前国内有很多各具特色的传感器与检测技术优秀教材,并配有CAI课件[6-8]。但是,教材上实物照片很少,已有的实物照片也是黑白的,看不清原貌和细节;配套的CAI课件大多是教材内容的摘录,或添加了极少量的彩色照片或动画。
综上所述,通过传感器与检测技术CAI课件优化,主要是在课件中插入有关传感器及其工程应用的实物彩色照片、动画、视频和实用图表,来弥补实践教学环节的不足,以加强学生实践能力的培养,是十分必要的。
2 课件优化的可行性
2.1 政策环境
《中华人民共和国高等教育法》明确指出:“高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。”“高等学校工作应当以培养人才为中心,开展教学、科学研究和社会服务,保证教育教学质量达到国家规定的标准。”
为有效贯彻执行《中华人民共和国高等教育法》,高校必须长期坚持教育教学改革,不断探索教育教学改革的具体思路与方法,大力支持任课教师结合专业开展教育教学改革研究。各级教育行政部门,从国家教育部到各省教育厅以及众多高校,都定期立项各种级别的教育教学改革研究项目,并尽力提供经费资助。
2.2 师资与经费
制作CAI课件和多媒体教学已逐渐成为高校教师的基本教学技能之一,高校也会通过必要的培训,使广大教师掌握相关的知识和技能。目前,大多数高校教师都能制作实用的CAI课件。
在制作传感器与检测技术CAI课件时,可以从互联网上找到大量相关的彩色照片、动画和视频资料,一般稍做编辑即可用于课件。有些可直接用于课件,也有些制作和编辑需用扫描仪、数码相机、数码摄像机等设备。这些设备高校院(系)办公室、实验室、教师个人等一般都有,无需专门购置。
2.3 教学条件
目前,高校传感器与检测技术课程教学已普遍使用多媒体教学手段,这为通过课件优化,弥补实践教学环节的不足,加强学生实践能力的培养,提供了基本教学条件。另外,高校都有较完善的校园网,将课件作为网络教学资源,使学生的学习时间、学习内容、学习方式等更加灵活,这也是教学条件的重要补充。
可见,从政策环境、师资与经费、教学条件等方面来看,通过传感器与检测技术CAI课件优化,主要是在课件中插入有关传感器及其工程应用的实物彩色照片、动画、视频和实用图表,来弥补实践教学环节的不足,以加强学生实践能力的培养,是完全可行的。
3 课件优化方案
传感器与检测技术CAI课件优化的思路与方案主要体现在以下五个方面:①课件中插入多张常用传感器、传感器模块、传感器应用等实物彩色照片,使学生对实际传感器及其应用有直观认识。②课件中插入多段说明典型传感器工作过程或传感器工程应用的动画,使学生更好地熟悉常用传感器的工作过程,使学生有机会了解自动检测系统的构成和工作过程,帮助学生在自动检测系统原理框图与实际自动检测系统之间架起一座桥梁。③课件中插入数段介绍传感器工程应用的视频,使学生能全面了解传感器工程应用实例。④课件中插入少量有关传感器的实用图表,帮助学生熟悉在应用传感器时,如何查找和使用这些图表。⑤根据传感器应用分类,将常用传感器的原理、结构、信号调理电路和基本用法与传感器在工程检测中的常见应用有机融合,这样更适合主要涉及传感器应用的广大工程技术人员。
上述优化措施小结见表1。(限于篇幅,插入课件中的照片、动画、视频和图表的具体内容清单略)。
表1 传感器与检测技术CAI课件优化小结
在表1中,第一章《检测技术的基础知识》,包括检测技术的基本概念、测量误差及修正、传感器的基本特性、传感器的标定及传感器的选用原则;第二至八章根据传感器应用分类,将常用传感器的原理、结构、信号调理电路和基本用法与传感器在工程检测中的常见应用融合在一起;第九章《检测系统的共性技术》,包括非线性补偿技术、误差修正技术、抗干扰技术等;第十章《检测技术的新进展》,包括MEMS技术与微型传感器、虚拟仪器、多传感器信息融合、无线传感器网络、软测量技术等。
在课件优化时,必须处理好以下3个问题:①有关传感器及其应用的实物彩色照片、动画、视频和实用图表种类繁多,取舍时怎样兼顾典型性、实用性和先进性,并与现有实验实习条件相互补充。②插入课件中的每处内容具体选用哪种媒体形式,怎样与传统教学内容和学时分配有机融合,以收到最佳效果。③怎样以传感器应用分类为基本线索,将种类繁多的常用传感器的基础知识与传感器在工程应用中的基本理论、方法和技术有机结合。
4 教学效果比较
对于传感器与检测技术CAI课件优化前后的教学效果,笔者通过连续3年的教学实践,作了调查、分析和总结,结果有力证明了课件优化的作用。教学效果改善可以从以下5个方面得到印证:①90%以上的学生充分肯定了课件优化的必要性,认为课件优化加强了对传感器及其工程应用的直观认识,有助于提高实践能力。②多数学生能总结传感器系统综合实验仪上的实验与工程应用之间的主要联系与区别,说明课件优化成为课程实践教学环节的重要补充。③多数学生能体会到传感器与检测技术发展快、应用广的现状,进而不断提高学习能力、实践能力和创新能力。④学生期末考试综合题得分较以往普遍有所提高,说明课件优化有助于培养和锻炼学生综合运用相关知识解决实际问题的能力。⑤学生参加2009年和2011年全国大学生电子设计大赛的成绩较以往有很大提高,参赛学生一致认为课件优化使其受益匪浅。
5 结束语
通过传感器与检测技术CAI课件优化,主要是在课件中插入有关传感器及其工程应用的实物彩色照片、动画、视频和实用图表,来弥补实践教学环节的不足,以加强学生实践能力的培养,是十分必要的,也是完全可行的。教学试验结果证明,课件优化对提高教学质量作用显著。
本教改项目于2011年10月通过信阳师范学院教学成果鉴定,并获得信阳师范学院教学成果奖二等奖。
(致谢:本教改项目研究得到信阳师范学院教改项目经费资助,得到“河南省信阳市机电公共技术服务平台”和中央财政支持地方高校发展专项资金建设项目“信阳师范学院大学生电子技术实践创新创业基地”教改试验支持,谨此致谢。)
[1] 李东升.传感器技术[EB/OL].http://www.jingpinke.com/xpe/ portal/20a4bb00-1188-1000-8b6c-ac9dee625938,209-10-08.
[2] 施文康.检测技术基础[EB/OL].http://www.jingpinke.com/xpe/ portal/20a4bb00-1188-1000-8b6c-ac9dee625938,2009-10-08.
[3] 程德福.传感器原理及检测技术[EB/OL].http://www. jingpinke.com/xpe/portal/20a4bb00-1188-1000-8b6cac9dee625938,2009-10-08.
[4] 周杏鹏.检测技术[EB/OL].http://www.jingpinke.com/xpe/ portal/20a4bb00-1188-1000-8b6c-ac9dee625938,2009-10-08.
[5] 浙江高联科技开发有限公司.CSY®910传感器系统实验仪[EB/OL].http://www.golink.com.cn/docc/prodmain.asp?producti d=29&typenames=,2009-10-10.
[6] 徐科军.传感器与检测技术:第2版[M].北京:电子工业出版社,2008.
[7] 周杏鹏.传感器与检测技术[M].北京:清华大学出版社,2010.
[8] 程德福.传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2008.
Study on optimization of CAI courseware of sensor theory and detection technology and the cultivation of students
Zhou Shenghai, Tu Youchao, Yu Daqing, Liu Jiangfeng, Luo Hao, Yu Benhai
Xinyang normal university, Xinyang, 464000, China
The necessity and feasibility of fostering the undergraduates’ practical ability by optimizing the CAI (Computer-Aided Instruction) courseware of the sensor theory and detection technology and compensating for the limitation of relevant experimental teaching are proved, a practical optimization scheme of the CAI courseware is given, and the teaching effectiveness of the CAI courseware optimized is investigated.
university and college; teaching reform; CAI courseware; practical ability
传感器技术、通信技术和计算机技术是构成现代信息技术的三大基础,分别被喻为人的感官、神经和大脑。传感器技术作为其中关键的部分,在许多领域尤其是检测与控制领域有着重要而广泛的用途。高等院校的测控、自动化、仪器仪表、电子信息工程、电子科学与技术、物理等专业在本科阶段一般都开设相关课程,虽然课程名称不尽相同,但主要内容都是传感器与检测技术的基础知识及其应用。作为一门实用性很强的应用技术课程,实验实习条件对培养学生的实践能力很重要。然而,很多高校尤其是师范院校现有的实验实习条件难以满足教学需要,制约了学生实践能力的培养。所以,研究解决这一问题的实用措施是很有意义的。
本文作为信阳师范学院教育教学改革项目“传感器与检测技术CAI课件优化与学生实践能力培养研究”的总结报告,论证了通过传感器与检测技术CAI课件优化,主要是在课件中插入有关传感器及其工程应用的实物彩色照片、动画、视频和实用图表,来弥补实践教学环节的不足。
2011-11-02
周胜海,硕士,副教授。
信阳师范学院教育教学改革项目(编号:060933)。