检测与转换技术课程案例式教学探索与实践

朱兰香，谷　雷，张丽哲，王　皓

检测与转换技术课程案例式教学探索与实践

朱兰香，谷雷，张丽哲，王皓

朱兰香/长春建筑学院电气信息学院讲师，博士（吉林长春130699）；谷雷/长春建筑学院电气信息学院讲师，博士（吉林长春130699）；张丽哲/长春建筑学院电气信息学院讲师，硕士（吉林长春130699）；王皓/长春建筑学院电气信息学院在读学生（吉林长春130699）。

本文以检测与转换技术课程的一次教学案例的设计和实施为主线，以我校省级重点实验室的科研成果为素材，探讨如何在传统的课堂教学基础上，增加学生在课堂上的教学互动，实现培养学生创新能力的目的。

检测；转换技术；案例式教学；电容传感器

检测与转换技术是在物理学、电工学、电子学、计算机、自动控制等先修课程基础上开设的一门重要的综合性专业技术基础课，也是自动化工程、通信工程、电子信息以及相近专业必修的专业技术基础课。本课程的目的在于培养学生具有选择电工仪表及传感器、组建一般测试系统、分析和处理测试系统中的技术问题的能力［1］。

为了使学生能够通过本课程的学习具有上述能力，我校检测与转换技术课程组以我校省级重点实验室的科研成果为素材，设计了一套检测与转换技术课程的案例式教学公开课，实践结果表明，通过案例式教学能够提高学生的主体意识，激发学生的学习兴趣和解决工程实际问题的能力［2］。

一、案例式教学内容

本次案例式教学内容是“电容传感器”。电容传感器由于具有可获得较大的相对变化量、能在恶劣的环境条件下工作、发热的影响小、动态响应快等优点，因此，在测试技术中得到了十分广泛的应用。例如测量纸张的含水量、塑料薄膜的厚度、物体的振动、压力、位移等，还可以测量空气的相对湿度、液位、物位等。由于学习内容涉及很多的概念和原理，如果只重视书本教学，不注重案例教育和实际应用，这门课就会变成抽象的电路原理课，如果我们通过具有工程应用背景的案例将理论引入到实践，使学生在教师的启发下能够由被动接受信息到主动探索未知，这样更加有利于学生对知识的吸收和理解。因此，我们以“一种绝对电容和差动电容测量电路”的实用新型专利为案例，展开了“电容传感器”的教学，取得了很好的教学效果。

二、教学案例的选取

我们本着科研服务于教学，教学成果指导科研的思想，从科研中选取与本次课程相关的科研成果作为教学案例。

我们选取实用新型发明专利“一种绝对电容和差动电容测量电路”作为教学案例，该专利已经用于大庆油田的石油勘探中。我们根据专利的电路图制作了线路板和动画演示，在教学进行过程中通过动画演示和线路板，向学生生动讲解电容传感器的工作原理和电容式传感器的测量电路，把抽象的原理图变成生动的动画片。由于所选案例来自于教师的科研团队，因此，教师能够在课堂上对案例的分析更具有权威性和说服力［3］，案例式教学便于学生对所学知识的理解，也能增加学生解决实际问题的信心，也更能激发出学生对科学研究的向往和渴望。

三、教学内容的设计

本次案例式教学的难点和重点就在于教学内容的设计，我们是以电容测量这样一个案例为主线，在对研发过程剖析的过程中，教师把电容传感器的工作原理、电容传感器的一些特殊问题、电容传感器的测量电路以及电容传感器的应用等内容串接在对案例的分析过程中，并通过拓展题目引导学生对电容传感器相关问题进行深入研究。教学内容安排如下［3］。

另外一个难点问题就是教案的撰写。如何使我们所用的案例能够自然、清晰的和本课程的知识紧密结合起来，让学生感觉不到牵强，让学生知道本课程的知识能够解决什么样的实际问题。因此，我们采用了选择传感器—信号调理电路的设计—输出环节的实现这样一个从理论分析到系统实现，再到对系统进行性能分析的案例分析过程，使案例的解决符合认知规律。整个过程都是在75分钟内由学生和教师之间的互动完成的。

拓展题目的选择也是一个具有挑战性的问题。教师要根据所授课程内容和科研情况加以权衡，所选题目既要有一定的难度，又要有可实现性，这样才能更好地激发出学生对知识和科研的兴趣。

我们充分利用了动画演示这一有力手段，将大庆油田的一次石油液位勘测进行了动态演示，并利用本次课程所学内容对测量结果进行了分析，实现了由理论到实践，使理论的实际应用更有说服力［4］。

我们把案例中的技术引进教学中，用Altium Designer绘制了测量电容Cx的电容值的电路图，作为教学软件，绘制了利用晶体震荡原理测量电容值大小的电路原理图，当电路中各元件参数确定后，待测电容Cx的电容值变化时，会使反相器U1A输出信号的频率发生变化，在一定温度范围内，这种变化是线性的，这样通过测量反相器U1A输出信号的频率就可以得到待测电容Cx的电容值。从图3可以看出，Cx为7pF时输出信号的频率为4.91476MHz；从图4可以看出Cx为输出信号的频率为20pF4.91520MHz，电容值增大13pF时，输出信号的频率增加了440Hz。

图2　绝对电容测量电路

图3　Cx为7pF时绝对电容测量电路的输出信号

图4　Cx为20pF时绝对电容测量电路的输出信号

四、案例式教学的实施过程

为了使学生能够上好这样一次案例式教学课，我们提前在网络上公示了教学内容以及课程采用的案例，让学生对案例有所了解，学生也可以在网络上向教师提出问题，这样更加有利于教师和学生在课堂上的互动，提高教学效果。

课堂的授课是这次案例式教学中最为关键的环节。教师要结合多媒体、动画、板书等一系列教学工具，启发、引导学生积极加入到互动中来。教师要掌控好教学的进度，上课前就要考虑好，应该在什么地方布疑，能够让学生产生共鸣；什么问题是学生可以通过互相讨论就可以分析完成的，什么问题教师要在什么地方给予提示，控制好互动与讲授的时间，让教学可以一气呵成。课堂的授课首先是案例的提出，就案例产生的结果提出问题，案例呈现可以通过多媒体和动画演示等方式，这样可以激发学生的学习兴趣。另外，在对案例分析的过程中串入所学课程的主要内容进行讲解。最后用所学知识解释案例产生的结果。这样可以增加学生应用所学知识解决实际工程问题的信心，提高学生独立思考和自主创新的能力。

在检测与转换技术课程的教学过程中，采用案例式教学模式，取得了很好的教学效果。学生提出了很多问题，也有了很多新的想法，学生的学习积极性十分高涨，课堂气氛十分活跃。充分体现了学生的主体意识。学生能将所学的基本理论和分析方法更好地与工程实际相结合，增强学生的实际动手能力，提高了培养应用型人才的培养质量。

项目名称：吉林省高等教育教学研究课题

［1］刘罗华，汤琼，工科院校大学数学的案例式教学探讨［J］.湖南工业大学学报，2010.24（2）：80-82.

［2］孟爽，晏祖根，杨绮云等液压与气压传动课程案例式教学方法的研究［J］.科技创新导报，2010（9）.

［3］谢晓霞，罗鹏飞，张权.“随机信号分析与处理”课程案例式教学的实践［J］.电气电子教学学报，2011，12.

［4］管致中，夏恭恪，孟桥，信号与线性系统（上册）（第4版）［M］.北京：高等教育出版社，2004（1）.

责任编辑：郭一鹤

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1671-6531（2015）17-0084-02