檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程案例式教學(xué)探索與實(shí)踐

朱蘭香，谷　雷，張麗哲，王　皓

檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程案例式教學(xué)探索與實(shí)踐

朱蘭香，谷雷，張麗哲，王皓

朱蘭香/長春建筑學(xué)院電氣信息學(xué)院講師，博士（吉林長春130699）；谷雷/長春建筑學(xué)院電氣信息學(xué)院講師，博士（吉林長春130699）；張麗哲/長春建筑學(xué)院電氣信息學(xué)院講師，碩士（吉林長春130699）；王皓/長春建筑學(xué)院電氣信息學(xué)院在讀學(xué)生（吉林長春130699）。

本文以檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程的一次教學(xué)案例的設(shè)計(jì)和實(shí)施為主線，以我校省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研成果為素材，探討如何在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)基礎(chǔ)上，增加學(xué)生在課堂上的教學(xué)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

檢測(cè)；轉(zhuǎn)換技術(shù)；案例式教學(xué)；電容傳感器

檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)是在物理學(xué)、電工學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等先修課程基礎(chǔ)上開設(shè)的一門重要的綜合性專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，也是自動(dòng)化工程、通信工程、電子信息以及相近專業(yè)必修的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程的目的在于培養(yǎng)學(xué)生具有選擇電工儀表及傳感器、組建一般測(cè)試系統(tǒng)、分析和處理測(cè)試系統(tǒng)中的技術(shù)問題的能力［1］。

為了使學(xué)生能夠通過本課程的學(xué)習(xí)具有上述能力，我校檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程組以我校省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研成果為素材，設(shè)計(jì)了一套檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程的案例式教學(xué)公開課，實(shí)踐結(jié)果表明，通過案例式教學(xué)能夠提高學(xué)生的主體意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決工程實(shí)際問題的能力［2］。

一、案例式教學(xué)內(nèi)容

本次案例式教學(xué)內(nèi)容是“電容傳感器”。電容傳感器由于具有可獲得較大的相對(duì)變化量、能在惡劣的環(huán)境條件下工作、發(fā)熱的影響小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測(cè)試技術(shù)中得到了十分廣泛的應(yīng)用。例如測(cè)量紙張的含水量、塑料薄膜的厚度、物體的振動(dòng)、壓力、位移等，還可以測(cè)量空氣的相對(duì)濕度、液位、物位等。由于學(xué)習(xí)內(nèi)容涉及很多的概念和原理，如果只重視書本教學(xué)，不注重案例教育和實(shí)際應(yīng)用，這門課就會(huì)變成抽象的電路原理課，如果我們通過具有工程應(yīng)用背景的案例將理論引入到實(shí)踐，使學(xué)生在教師的啟發(fā)下能夠由被動(dòng)接受信息到主動(dòng)探索未知，這樣更加有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的吸收和理解。因此，我們以“一種絕對(duì)電容和差動(dòng)電容測(cè)量電路”的實(shí)用新型專利為案例，展開了“電容傳感器”的教學(xué)，取得了很好的教學(xué)效果。

二、教學(xué)案例的選取

我們本著科研服務(wù)于教學(xué)，教學(xué)成果指導(dǎo)科研的思想，從科研中選取與本次課程相關(guān)的科研成果作為教學(xué)案例。

我們選取實(shí)用新型發(fā)明專利“一種絕對(duì)電容和差動(dòng)電容測(cè)量電路”作為教學(xué)案例，該專利已經(jīng)用于大慶油田的石油勘探中。我們根據(jù)專利的電路圖制作了線路板和動(dòng)畫演示，在教學(xué)進(jìn)行過程中通過動(dòng)畫演示和線路板，向?qū)W生生動(dòng)講解電容傳感器的工作原理和電容式傳感器的測(cè)量電路，把抽象的原理圖變成生動(dòng)的動(dòng)畫片。由于所選案例來自于教師的科研團(tuán)隊(duì)，因此，教師能夠在課堂上對(duì)案例的分析更具有權(quán)威性和說服力［3］，案例式教學(xué)便于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，也能增加學(xué)生解決實(shí)際問題的信心，也更能激發(fā)出學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的向往和渴望。

三、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

本次案例式教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)就在于教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，我們是以電容測(cè)量這樣一個(gè)案例為主線，在對(duì)研發(fā)過程剖析的過程中，教師把電容傳感器的工作原理、電容傳感器的一些特殊問題、電容傳感器的測(cè)量電路以及電容傳感器的應(yīng)用等內(nèi)容串接在對(duì)案例的分析過程中，并通過拓展題目引導(dǎo)學(xué)生對(duì)電容傳感器相關(guān)問題進(jìn)行深入研究。教學(xué)內(nèi)容安排如下［3］。

另外一個(gè)難點(diǎn)問題就是教案的撰寫。如何使我們所用的案例能夠自然、清晰的和本課程的知識(shí)緊密結(jié)合起來，讓學(xué)生感覺不到牽強(qiáng)，讓學(xué)生知道本課程的知識(shí)能夠解決什么樣的實(shí)際問題。因此，我們采用了選擇傳感器—信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)—輸出環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)從理論分析到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，再到對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能分析的案例分析過程，使案例的解決符合認(rèn)知規(guī)律。整個(gè)過程都是在75分鐘內(nèi)由學(xué)生和教師之間的互動(dòng)完成的。

拓展題目的選擇也是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題。教師要根據(jù)所授課程內(nèi)容和科研情況加以權(quán)衡，所選題目既要有一定的難度，又要有可實(shí)現(xiàn)性，這樣才能更好地激發(fā)出學(xué)生對(duì)知識(shí)和科研的興趣。

我們充分利用了動(dòng)畫演示這一有力手段，將大慶油田的一次石油液位勘測(cè)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)演示，并利用本次課程所學(xué)內(nèi)容對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了由理論到實(shí)踐，使理論的實(shí)際應(yīng)用更有說服力［4］。

我們把案例中的技術(shù)引進(jìn)教學(xué)中，用Altium Designer繪制了測(cè)量電容Cx的電容值的電路圖，作為教學(xué)軟件，繪制了利用晶體震蕩原理測(cè)量電容值大小的電路原理圖，當(dāng)電路中各元件參數(shù)確定后，待測(cè)電容Cx的電容值變化時(shí)，會(huì)使反相器U1A輸出信號(hào)的頻率發(fā)生變化，在一定溫度范圍內(nèi)，這種變化是線性的，這樣通過測(cè)量反相器U1A輸出信號(hào)的頻率就可以得到待測(cè)電容Cx的電容值。從圖3可以看出，Cx為7pF時(shí)輸出信號(hào)的頻率為4.91476MHz；從圖4可以看出Cx為輸出信號(hào)的頻率為20pF4.91520MHz，電容值增大13pF時(shí)，輸出信號(hào)的頻率增加了440Hz。

圖2　絕對(duì)電容測(cè)量電路

圖3　Cx為7pF時(shí)絕對(duì)電容測(cè)量電路的輸出信號(hào)

圖4　Cx為20pF時(shí)絕對(duì)電容測(cè)量電路的輸出信號(hào)

四、案例式教學(xué)的實(shí)施過程

為了使學(xué)生能夠上好這樣一次案例式教學(xué)課，我們提前在網(wǎng)絡(luò)上公示了教學(xué)內(nèi)容以及課程采用的案例，讓學(xué)生對(duì)案例有所了解，學(xué)生也可以在網(wǎng)絡(luò)上向教師提出問題，這樣更加有利于教師和學(xué)生在課堂上的互動(dòng)，提高教學(xué)效果。

課堂的授課是這次案例式教學(xué)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。教師要結(jié)合多媒體、動(dòng)畫、板書等一系列教學(xué)工具，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生積極加入到互動(dòng)中來。教師要掌控好教學(xué)的進(jìn)度，上課前就要考慮好，應(yīng)該在什么地方布疑，能夠讓學(xué)生產(chǎn)生共鳴；什么問題是學(xué)生可以通過互相討論就可以分析完成的，什么問題教師要在什么地方給予提示，控制好互動(dòng)與講授的時(shí)間，讓教學(xué)可以一氣呵成。課堂的授課首先是案例的提出，就案例產(chǎn)生的結(jié)果提出問題，案例呈現(xiàn)可以通過多媒體和動(dòng)畫演示等方式，這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外，在對(duì)案例分析的過程中串入所學(xué)課程的主要內(nèi)容進(jìn)行講解。最后用所學(xué)知識(shí)解釋案例產(chǎn)生的結(jié)果。這樣可以增加學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的信心，提高學(xué)生獨(dú)立思考和自主創(chuàng)新的能力。

在檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程的教學(xué)過程中，采用案例式教學(xué)模式，取得了很好的教學(xué)效果。學(xué)生提出了很多問題，也有了很多新的想法，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性十分高漲，課堂氣氛十分活躍。充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體意識(shí)。學(xué)生能將所學(xué)的基本理論和分析方法更好地與工程實(shí)際相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，提高了培養(yǎng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

項(xiàng)目名稱：吉林省高等教育教學(xué)研究課題

［1］劉羅華，湯瓊，工科院校大學(xué)數(shù)學(xué)的案例式教學(xué)探討［J］.湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010.24（2）：80-82.

［2］孟爽，晏祖根，楊綺云等液壓與氣壓傳動(dòng)課程案例式教學(xué)方法的研究［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（9）.

［3］謝曉霞，羅鵬飛，張權(quán).“隨機(jī)信號(hào)分析與處理”課程案例式教學(xué)的實(shí)踐［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011，12.

［4］管致中，夏恭恪，孟橋，信號(hào)與線性系統(tǒng)（上冊(cè)）（第4版）［M］.北京：高等教育出版社，2004（1）.

責(zé)任編輯：郭一鶴

G642

A

1671-6531（2015）17-0084-02