“檢測技術(shù)與自動化儀表”課程教學(xué)改革

溫秀蘭，王東霞

(南京工程學(xué)院自動化學(xué)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(chǔ)課。該課程集光、機(jī)、電于一體，綜合物理、化學(xué)、材料、電子、計算機(jī)和機(jī)械等多學(xué)科技術(shù)[1-4]。其內(nèi)容涵蓋檢測技術(shù)理論基礎(chǔ)、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(fù)雜，學(xué)生學(xué)習(xí)時常感覺枯燥，學(xué)習(xí)積極性較差，教學(xué)效果不理想。如何培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用思想、自我學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新實踐和思維能力，使學(xué)生掌握面向工程應(yīng)用的檢測技術(shù)與檢測系統(tǒng)設(shè)計方法、已成為該課程的建設(shè)和改革的迫切任務(wù)。近年來，結(jié)合我校學(xué)以致用的辦學(xué)理念及自動化專業(yè)定位和現(xiàn)有教學(xué)條件，通過構(gòu)建理論教學(xué)、實踐教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)助學(xué)三位一體的立體化教學(xué)模式，在“檢測技術(shù)與自動化儀表”及相關(guān)課程教學(xué)中做了有益的探索，取得了良好的教學(xué)效果。

1 優(yōu)化理論教學(xué)

“檢測技術(shù)與自動化儀表”課程的教學(xué)總學(xué)時最初為48學(xué)時，其中理論教學(xué)40學(xué)時，實驗8學(xué)時，附加1周的課程設(shè)計。近幾年，由于專業(yè)課總學(xué)時減少，該課程總學(xué)時壓縮為40學(xué)時，其中理論教學(xué)32學(xué)時，實驗8學(xué)時，取消了1周的課程設(shè)計。在學(xué)時減少的情況下，為了能適應(yīng)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(chǔ)、傳感器、自動化儀表及測試系統(tǒng)設(shè)計三個模塊，突出重點(diǎn)，形成了一個完整的體系。

1)檢測技術(shù)理論基礎(chǔ)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(diǎn)，講解時不僅要讓學(xué)生掌握檢測技術(shù)理論基礎(chǔ)知識，更重要的是能讓學(xué)生在上第一堂課時對該課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，為后續(xù)主動學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)[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(xué)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(xué)生，讓他們感知在工程領(lǐng)域、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制和科學(xué)實驗等各行各業(yè)都離不開檢測技術(shù)，從而意識到學(xué)習(xí)該課程的重要性，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容作好準(zhǔn)備;然后重點(diǎn)講述測量誤差計算、儀表精度等級及其選擇。由于學(xué)時有限，有關(guān)現(xiàn)有檢測方法的認(rèn)識留給學(xué)生在課后通過查閱資料及瀏覽該課程網(wǎng)站資源自學(xué)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(xué)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(diǎn)講述不同類型傳感器的檢測原理和特點(diǎn)[5]。而后要求學(xué)生對同類傳感器以相似的工作原理為線索進(jìn)行自主類比學(xué)習(xí)和課堂討論，這樣不僅培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、加深了學(xué)生對傳感器的認(rèn)識，而且節(jié)省課內(nèi)學(xué)時。例如在講解了電感式傳感器后，對電容式傳感器要求學(xué)生類比學(xué)習(xí)，掌握電容式傳感器與電感式傳感器共有特點(diǎn)(如零點(diǎn)殘余電壓)、相同的測量電路(如相敏檢波電路)及其應(yīng)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(chǔ)上主要介紹新型傳感器在各個領(lǐng)域中的典型應(yīng)用以及傳感器技術(shù)的最新發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)展，以豐富學(xué)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(shè)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(yīng)用兩方面使學(xué)生清楚地認(rèn)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(xué)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(shè)計為案例，讓學(xué)生進(jìn)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(xué)習(xí)檢測系統(tǒng)工程實例之前，我們會提前一周將設(shè)計實例布置給學(xué)生，要求學(xué)生在課后查閱資料帶著問題去學(xué)習(xí)，課堂上采取互動學(xué)習(xí)，請學(xué)生提出自己的設(shè)計方案并講解設(shè)計思路，再由教師歸納總結(jié)設(shè)計方法并提供設(shè)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(xué)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(xué)法，不僅增強(qiáng)了學(xué)生對本門課程學(xué)習(xí)的主動性和學(xué)習(xí)興趣，而且能夠?qū)⑺鶎W(xué)習(xí)的數(shù)模電、微機(jī)原理與單片機(jī)等知識融會貫通，增進(jìn)了學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識的綜合性理解，提高了學(xué)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(chǔ)。

2 強(qiáng)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(qiáng)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(xué)生工程意識和工程能力的培養(yǎng)[6]。

1)實驗課前預(yù)習(xí)

實驗課是驗證理論、應(yīng)用理論、鍛煉學(xué)生動手能力的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)教學(xué)大綱我們開設(shè)了8個學(xué)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(xué)時)實驗外，其他實驗如電阻應(yīng)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(xué)生抽簽選擇，完成5個學(xué)時實驗。由于抽簽隨機(jī)性大，學(xué)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(xué)生提供了網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室，學(xué)生可以不受時間地點(diǎn)限制提前預(yù)習(xí)所有實驗。

2)科技競賽和科技創(chuàng)新活動

為了加強(qiáng)實踐環(huán)節(jié)，在學(xué)生課余時間內(nèi)，我校分別由教務(wù)處和團(tuán)委牽頭主辦了普惠型大學(xué)生學(xué)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(xué)生平均每年約3500人。以2014年為例，由教務(wù)處和各院系承辦的學(xué)科及科技競賽平臺就有30項，覆蓋學(xué)生近2000人;由團(tuán)委主辦的2014年大學(xué)生科技創(chuàng)新基金獲批項目347項，覆蓋學(xué)生1400余人。通過開展這些課外活動有效地拓展了大學(xué)生學(xué)習(xí)的空間、時間和模式，大大提高了學(xué)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(luò)助學(xué)

由于“檢測技術(shù)與自動化儀表”課程目前存在有限的學(xué)時和豐富內(nèi)涵之間的矛盾，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)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(luò)課程建設(shè)資助。目前該課程網(wǎng)上教育資源包括課程簡介、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、考評方式、教學(xué)課件、課程教材、分章習(xí)題、模擬試卷及答案、實驗中心簡介、實驗指導(dǎo)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(xué)生學(xué)習(xí)提供方便，特別是虛擬實驗室的建設(shè)，打破了傳統(tǒng)實驗室受時間、地點(diǎn)、經(jīng)費(fèi)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(xué)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(xué)的延伸，該網(wǎng)絡(luò)課程真正起到了輔助教學(xué)和拓展知識的作用，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)、實踐教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)助學(xué)三位一體的立體化教學(xué)模式改革，其中包括:優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)完善教學(xué)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(luò)資源等。

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

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

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

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

[4]徐科軍，“傳感器與檢測技術(shù)”課程建設(shè)探討[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)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(xué)改革探索[J].北京:中國現(xiàn)代教育裝備，2008，7:92-93

[6]張玉財，王建國，陳立軍，深化《檢測技術(shù)與儀表》課程教學(xué)改革培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力[J].合肥:科教文匯(中旬刊)，2007，4:127