“检测技术与自动化仪表”课程教学改革

2015-07-05温秀兰王东霞

电气电子教学学报 2015年3期

温秀兰，王东霞

(南京工程学院自动化学院，江苏南京211167)

0 引言

“检测技术与自动化仪表”是自动化专业一门重要的专业基础课。该课程集光、机、电于一体，综合物理、化学、材料、电子、计算机和机械等多学科技术[1-4]。其内容涵盖检测技术理论基础、被测信号获取、信号调理、信号调节与执行以及显示等技术。课程涉及内容多、知识密集且复杂，学生学习时常感觉枯燥，学习积极性较差，教学效果不理想。如何培养学生的工程应用思想、自我学习能力及创新实践和思维能力，使学生掌握面向工程应用的检测技术与检测系统设计方法、已成为该课程的建设和改革的迫切任务。近年来，结合我校学以致用的办学理念及自动化专业定位和现有教学条件，通过构建理论教学、实践教学、网络助学三位一体的立体化教学模式，在“检测技术与自动化仪表”及相关课程教学中做了有益的探索，取得了良好的教学效果。

1 优化理论教学

“检测技术与自动化仪表”课程的教学总学时最初为48学时，其中理论教学40学时，实验8学时，附加1周的课程设计。近几年，由于专业课总学时减少，该课程总学时压缩为40学时，其中理论教学32学时，实验8学时，取消了1周的课程设计。在学时减少的情况下，为了能适应科技快速发展对检测技术人才的需求，我们将“检测技术与自动化仪表”课程全部内容，优化和整合成检测技术理论基础、传感器、自动化仪表及测试系统设计三个模块，突出重点，形成了一个完整的体系。

1)检测技术理论基础模块

该模块涉及检测技术概论、测量误差、检测方法和检测系统的基本特性等知识点，讲解时不仅要让学生掌握检测技术理论基础知识，更重要的是能让学生在上第一堂课时对该课程学习产生兴趣，为后续主动学习打下基础[4]。为此我们在讲授时首先通过视频、动画等形式将家用电器温度控制、医学检测、酒精浓度监测、汽车质量检测和火箭测控等众多实例形象地展示给学生，让他们感知在工程领域、产品开发、生产监督、质量控制和科学实验等各行各业都离不开检测技术，从而意识到学习该课程的重要性，为学生学习后续内容作好准备;然后重点讲述测量误差计算、仪表精度等级及其选择。由于学时有限，有关现有检测方法的认识留给学生在课后通过查阅资料及浏览该课程网站资源自学完成;关于检测系统基本特性在课上只作简单介绍，深入理解及相关计算要求通过实验教学完成。

2)传感器模块

传感器模块包括典型传感器和新型传感器，对典型传感器，重点讲述不同类型传感器的检测原理和特点[5]。而后要求学生对同类传感器以相似的工作原理为线索进行自主类比学习和课堂讨论，这样不仅培养学生自主学习的能力、加深了学生对传感器的认识，而且节省课内学时。例如在讲解了电感式传感器后，对电容式传感器要求学生类比学习，掌握电容式传感器与电感式传感器共有特点(如零点残余电压)、相同的测量电路(如相敏检波电路)及其应用等。对新型传感器模块，包括红外辐射式传感器、超声波传感器、光电编码器、光纤传感器和固态图像传感器等内容，较之传统传感器，理论深度和难度增加。考虑到课时有限，在讲授新型传感器基本工作原理的基础上主要介绍新型传感器在各个领域中的典型应用以及传感器技术的最新发展和应用进展，以丰富学生的知识面，为今后选用传感器拓宽思路。

3)自动化仪表及检测系统设计模块

该模块包含自动化仪表、信号调理技术和检测系统工程实例三个部分，其中自动化仪表部分以相同的被测量如测温、测流量、测压力等为线索，引出不同种类的传感器及其测量方法，这样便从传感器工作原理和传感器的各种应用两方面使学生清楚地认识传感器;在后两部分，介绍现代检测系统的组成、常用的信号调理技术及数据采集与处理方法，通过采用项目教学法，例如以电子秤、测距仪、多路数字温湿度监控系统等设计为案例，让学生进一步了解如何针对不同被测对象选择合适的传感器、信号调理电路、采样保持电路以及A/D转换电路等。在学习检测系统工程实例之前，我们会提前一周将设计实例布置给学生，要求学生在课后查阅资料带着问题去学习，课堂上采取互动学习，请学生提出自己的设计方案并讲解设计思路，再由教师归纳总结设计方法并提供设计实例。图1所示的超声波测距仪和图2所示的温湿度监控系统都是项目教学法的实例。

图1 超声波测距仪

图2 温湿度监控系统

实践证明，互动式的项目教学法，不仅增强了学生对本门课程学习的主动性和学习兴趣，而且能够将所学习的数模电、微机原理与单片机等知识融会贯通，增进了学生对所学专业知识的综合性理解，提高了学生解决工程实际问题的能力，为后续开展科技创新、科技竞赛奠定一定基础。

2 强化实践环节

“检测技术与自动化仪表”课程是一门实践性很强的课程，通过课内实验和课外科技竞赛、科技创新活动等提升学生工程意识和工程能力的培养[6]。

1)实验课前预习

实验课是验证理论、应用理论、锻炼学生动手能力的重要环节，根据教学大纲我们开设了8个学时的实验，除了电涡流传感器振幅测量实验为综合必做(3学时)实验外，其他实验如电阻应变式传感器特性、电容式传感器特性、电感式传感器特性、差动变压器测振动、相敏检波器特性、霍尔传感器的直流激励特征、光电传感器测转速、数字式传感器等，通过学生抽签选择，完成5个学时实验。由于抽签随机性大，学生要想在规定时间内顺利完成实验，课前需要熟悉所有实验项目，我们为学生提供了网络虚拟实验室，学生可以不受时间地点限制提前预习所有实验。

2)科技竞赛和科技创新活动

为了加强实践环节，在学生课余时间内，我校分别由教务处和团委牵头主办了普惠型大学生学科及科技竞赛，组织开展了科技创新基金项目活动，参加的学生平均每年约3500人。以2014年为例，由教务处和各院系承办的学科及科技竞赛平台就有30项，覆盖学生近2000人;由团委主办的2014年大学生科技创新基金获批项目347项，覆盖学生1400余人。通过开展这些课外活动有效地拓展了大学生学习的空间、时间和模式，大大提高了学生工程实践能力、创新创业能力和就业竞争力。

3 完善网络助学

由于“检测技术与自动化仪表”课程目前存在有限的学时和丰富内涵之间的矛盾，网络教学是解决此矛盾的一条捷径。为此，2013年该课程获批我校网络课程建设资助。目前该课程网上教育资源包括课程简介、教学大纲、教学日历、考评方式、教学课件、课程教材、分章习题、模拟试卷及答案、实验中心简介、实验指导书及报告、虚拟实验室、拓展知识、生产厂商和视频资源等相关栏目，为学生学习提供方便，特别是虚拟实验室的建设，打破了传统实验室受时间、地点、经费等条件限制，提高了课内实验的效率;再如生产厂商模块展现了国内外知名厂家的联系方式，为学生完成科技创新、科技竞赛选择传感器和元器件等提供了捷径，作为课堂教学的延伸，该网络课程真正起到了辅助教学和拓展知识的作用，激发了学生的学习兴趣。