溫秀蘭，王東霞

(南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院，江蘇南京211167)

0 引言

“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化儀表”是自動(dòng)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(jì)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(cè)技術(shù)理論基礎(chǔ)、被測(cè)信號(hào)獲取、信號(hào)調(diào)理、信號(hào)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(shí)密集且復(fù)雜，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)常感覺(jué)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(shí)踐和思維能力，使學(xué)生掌握面向工程應(yīng)用的檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、已成為該課程的建設(shè)和改革的迫切任務(wù)。近年來(lái)，結(jié)合我校學(xué)以致用的辦學(xué)理念及自動(dòng)化專業(yè)定位和現(xiàn)有教學(xué)條件，通過(guò)構(gòu)建理論教學(xué)、實(shí)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(cè)技術(shù)與自動(dòng)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(cè)技術(shù)與自動(dòng)化儀表”課程的教學(xué)總學(xué)時(shí)最初為48學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，附加1周的課程設(shè)計(jì)。近幾年，由于專業(yè)課總學(xué)時(shí)減少，該課程總學(xué)時(shí)壓縮為40學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，取消了1周的課程設(shè)計(jì)。在學(xué)時(shí)減少的情況下，為了能適應(yīng)科技快速發(fā)展對(duì)檢測(cè)技術(shù)人才的需求，我們將“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化儀表”課程全部?jī)?nèi)容，優(yōu)化和整合成檢測(cè)技術(shù)理論基礎(chǔ)、傳感器、自動(dòng)化儀表及測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)模塊，突出重點(diǎn)，形成了一個(gè)完整的體系。

1)檢測(cè)技術(shù)理論基礎(chǔ)模塊

該模塊涉及檢測(cè)技術(shù)概論、測(cè)量誤差、檢測(cè)方法和檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性等知識(shí)點(diǎn)，講解時(shí)不僅要讓學(xué)生掌握檢測(cè)技術(shù)理論基礎(chǔ)知識(shí)，更重要的是能讓學(xué)生在上第一堂課時(shí)對(duì)該課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，為后續(xù)主動(dòng)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)[4]。為此我們?cè)谥v授時(shí)首先通過(guò)視頻、動(dòng)畫等形式將家用電器溫度控制、醫(yī)學(xué)檢測(cè)、酒精濃度監(jiān)測(cè)、汽車質(zhì)量檢測(cè)和火箭測(cè)控等眾多實(shí)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(kāi)發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等各行各業(yè)都離不開(kāi)檢測(cè)技術(shù)，從而意識(shí)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(cè)量誤差計(jì)算、儀表精度等級(jí)及其選擇。由于學(xué)時(shí)有限，有關(guān)現(xiàn)有檢測(cè)方法的認(rèn)識(shí)留給學(xué)生在課后通過(guò)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(cè)系統(tǒng)基本特性在課上只作簡(jiǎn)單介紹，深入理解及相關(guān)計(jì)算要求通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(duì)典型傳感器，重點(diǎn)講述不同類型傳感器的檢測(cè)原理和特點(diǎn)[5]。而后要求學(xué)生對(duì)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(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)，而且節(jié)省課內(nèi)學(xué)時(shí)。例如在講解了電感式傳感器后，對(duì)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(cè)量電路(如相敏檢波電路)及其應(yīng)用等。對(duì)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(shí)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(gè)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(shí)面，為今后選用傳感器拓寬思路。

3)自動(dòng)化儀表及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊

該模塊包含自動(dòng)化儀表、信號(hào)調(diào)理技術(shù)和檢測(cè)系統(tǒng)工程實(shí)例三個(gè)部分，其中自動(dòng)化儀表部分以相同的被測(cè)量如測(cè)溫、測(cè)流量、測(cè)壓力等為線索，引出不同種類的傳感器及其測(cè)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(shí)傳感器;在后兩部分，介紹現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)的組成、常用的信號(hào)調(diào)理技術(shù)及數(shù)據(jù)采集與處理方法，通過(guò)采用項(xiàng)目教學(xué)法，例如以電子秤、測(cè)距儀、多路數(shù)字溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)計(jì)為案例，讓學(xué)生進(jìn)一步了解如何針對(duì)不同被測(cè)對(duì)象選擇合適的傳感器、信號(hào)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(cè)系統(tǒng)工程實(shí)例之前，我們會(huì)提前一周將設(shè)計(jì)實(shí)例布置給學(xué)生，要求學(xué)生在課后查閱資料帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)，課堂上采取互動(dòng)學(xué)習(xí)，請(qǐng)學(xué)生提出自己的設(shè)計(jì)方案并講解設(shè)計(jì)思路，再由教師歸納總結(jié)設(shè)計(jì)方法并提供設(shè)計(jì)實(shí)例。圖1所示的超聲波測(cè)距儀和圖2所示的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)都是項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)例。

圖1 超聲波測(cè)距儀

圖2 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)踐證明，互動(dòng)式的項(xiàng)目教學(xué)法，不僅增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)本門課程學(xué)習(xí)的主動(dòng)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(shí)融會(huì)貫通，增進(jìn)了學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的綜合性理解，提高了學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，為后續(xù)開(kāi)展科技創(chuàng)新、科技競(jìng)賽奠定一定基礎(chǔ)。

2 強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)

“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化儀表”課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，通過(guò)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外科技競(jìng)賽、科技創(chuàng)新活動(dòng)等提升學(xué)生工程意識(shí)和工程能力的培養(yǎng)[6]。

1)實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)

實(shí)驗(yàn)課是驗(yàn)證理論、應(yīng)用理論、鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)教學(xué)大綱我們開(kāi)設(shè)了8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，除了電渦流傳感器振幅測(cè)量實(shí)驗(yàn)為綜合必做(3學(xué)時(shí))實(shí)驗(yàn)外，其他實(shí)驗(yàn)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(dòng)變壓器測(cè)振動(dòng)、相敏檢波器特性、霍爾傳感器的直流激勵(lì)特征、光電傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速、數(shù)字式傳感器等，通過(guò)學(xué)生抽簽選擇，完成5個(gè)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)。由于抽簽隨機(jī)性大，學(xué)生要想在規(guī)定時(shí)間內(nèi)順利完成實(shí)驗(yàn)，課前需要熟悉所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，我們?yōu)閷W(xué)生提供了網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以不受時(shí)間地點(diǎn)限制提前預(yù)習(xí)所有實(shí)驗(yàn)。

2)科技競(jìng)賽和科技創(chuàng)新活動(dòng)

為了加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，在學(xué)生課余時(shí)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(jìng)賽，組織開(kāi)展了科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目活動(dòng)，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(jìng)賽平臺(tái)就有30項(xiàng)，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(xiàng)目347項(xiàng)，覆蓋學(xué)生1400余人。通過(guò)開(kāi)展這些課外活動(dòng)有效地拓展了大學(xué)生學(xué)習(xí)的空間、時(shí)間和模式，大大提高了學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 完善網(wǎng)絡(luò)助學(xué)

由于“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化儀表”課程目前存在有限的學(xué)時(shí)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(jiǎn)介、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、考評(píng)方式、教學(xué)課件、課程教材、分章習(xí)題、模擬試卷及答案、實(shí)驗(yàn)中心簡(jiǎn)介、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書及報(bào)告、虛擬實(shí)驗(yàn)室、拓展知識(shí)、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(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室受時(shí)間、地點(diǎn)、經(jīng)費(fèi)等條件限制，提高了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的效率;再如生產(chǎn)廠商模塊展現(xiàn)了國(guó)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(jìng)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(shí)的作用，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4 結(jié)語(yǔ)

本文就我?！皺z測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化儀表”課程，開(kāi)展了理論教學(xué)、實(shí)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(shí)驗(yàn)資源，普及科技創(chuàng)新和科技競(jìng)賽、豐富完善網(wǎng)絡(luò)資源等。

自動(dòng)化專業(yè)多個(gè)班級(jí)的教學(xué)實(shí)踐證明:教學(xué)效果良好，對(duì)提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)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(dòng)化專業(yè)的“檢測(cè)技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34(6):74-76

[2]謝森林，《檢測(cè)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(cè)技術(shù)”課程教材建設(shè)與教改實(shí)踐[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27(3):68-70

[4]徐科軍，“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程建設(shè)探討[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(3):23 － 24.

[5]王東霞，溫秀蘭，傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)改革探索[J].北京:中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2008，7:92-93

[6]張玉財(cái)，王建國(guó)，陳立軍，深化《檢測(cè)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