“传感器与检测技术”课程教学改革探究.doc

“传感器与检测技术”课程教学改革探究 为了突出学生工程素质的培养，结合“传感器与检测技术”课程实践性强的特点，在理论课学时中，提出了实物或多媒体示教以及验证性实验提前等形式的形象教学法；在实验课学时中，提出了实行开放式项目型实验教学法的改革方案。这些方案缩短了教学与工程实际应用之间的距离，提高了学生的实践能力，为学生以后走上工作岗位奠定了坚实的基础。 对于培养即将在技术密集型行业从事电气工程及其自动化工作的专业技术人才，高校尤其要注重学生工程素质的培养。工程素质是指从事工程实践的工程专业技术人员的一种能力，是面向工程实践活动时所具有的潜能和适应性。1针对当今社会对人才需求状况，结合国家人才培养战略，这就要求高校培养的大学生在工作前就具有一定的实际动手能力和探索研究开发能力。 “传感器与检测技术”是电气工程及其自动化专业的必修课，以传感器为对象，重点讲述灵活运用传感器及其如何获得测量信息应用于工程实际方面的内容。通过本课程的学习，使学生了解测量系统的基本知识、各类传感器的工作原理、基本结构、测量电路和应用，学会根据实际要求选用传感器，掌握建立基本检测系统的原则与方法，并初步具有检测、控制系统设计的能力。2“传感器与检测技术”是一门实践性很强的课程，仅采用传统的教学模式已经不能满足当前教育发展的需求，应当对这门课程的理论教学和实验教学进行全面的改革，将工程技术应用的理念贯穿到整个教学过程中，注重培养学生的工程素质，强化学生的工程意识。 一、理论课的教学改革方案 以往“传感器与检测技术”课程的理论教学以讲授传感器的工作原理和检测方法为主，理论推导和定量分析较多，内容抽象空洞，难以调动学生的学习兴趣。为了突出学生工程技术能力的培养，并使学生的学习由被动接受变为主动探索，达到真正掌握知识的目的，迫切需要理论教学模块尽可能结合工程实际，改革后笔者在这门课的理论教学中采用形象教学法。 1.形象教学法的实施办法 在常规教室中讲授理论课时，教师对传感器原理和检测方法的讲解比较抽象困难，学生学起来容易畏难，失去信心甚至厌学。形象教学法是教师的主导性与学生的主动性相结合、理论联系实践等教学原则的具体运用。3教师在具体形象教学操作时可以 （1）将所有的理论课放在带有多媒体的实验室进行，每讲授一种新的传感器及其相关的检测技术时，先通过实物或多媒体从传感器的应用展开，结合工程应用实例来吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。 （2）教师通过实例引出理论，并抓住重点精讲，利用理论解决问题并解释实例应用，以便加深学生对理论知识的理解，提高学生学习的主动性。 （3）阐述理论后，学生们就动手操作，进行验证性实验。 （4）实验操作完成后，同学们进行交流讨论。 （5）最后教师做小结，进一步深化理论知识的讲解，使学生将知识迅速转化为能力。 这种形象教学法让学生边听课，边观察，边操作，边总结，在动中学，学中动，使学生将书本知识和实际工程经验相结合，加深对该种传感器工程应用知识的理解和掌握。 2.形象教学法应注意的几个问题 （1）实物形象教学与多媒体形象教学相结合。浓厚的学习兴趣是学生能否学好该课程的关键因素，也是教师取得良好教学效果的重要条件。每讲授一种新的传感器时，为了提高学生的兴趣，突出着重于工程应用的形象教学，教师讲课时可以先从该传感器的工程应用实例展开。 在讲解传感器应用和检测方法时，如果仅使用板书，一般情况下学生根本不知道教师讲的是什么。如果教师能够将传感器的实物拿过来，对照实物讲解传感器的外观结构，然后做一个简单的实验，传感器的特性和原理也能够更容易讲清楚，学生也马上就能明白。4如今，市场上的传感器正在向高度集成化、智能化、多功能化方向发展，而实验室中的传感器非常简单。为了缩小学校教学与工程应用之间的差别，并能使学生更多地了解传感器的发展现状，笔者购买了一些工业实用的传感器在课堂上展示。如用途非常广泛的数字温度传感器DS18B20；检测距离在30cm内红外漫发射光电传感器E3JK-DS30M1；内部集成了气压传感器、温度传感器、SPI串行数据接口和DAC数/模转换器的汽车轮胎气压监测传感器MPXY8020A等。 由于多媒体教学可以将文字、图形、动画、视频、声音等多种信息加工组成在一起来向学生呈现信息，能够人工模拟工程生产环境，可以化抽象为具体，所以对于一些比较贵重的传感器，笔者搜集了一些其工程应用实例的照片或者视频，做成多媒体展示给学生看。学生在这种虚拟的环境中，犹如身临其境，充分调动学生的视觉直观功能，加深学生对理论知识的理解。 例如，在讲授压电式传感器这一章时，教师可以通过多媒体图片展示诸如玻璃破碎报警器、振动加速度测量、车刀切削力测量和血压计等大量工程应用实例，从而引入压电式传感器的直观印象概念，让学生觉得这种类型的传感器在生产中重要且广泛存在，进而产生强大的学习兴趣。然后教师将实验室中现有的压电式传感器实物拿给学生观察，并通过多媒体图片将实物的外观和内部结构进一步放大展示。在介绍压电式传感器工作原理时，可以利用多媒体动画演示将较抽象的压电效应再现，使学生在几分钟之内就能看懂，而且印象深刻。另外，教师还可以通过多媒体视频播放压电式传感器在生产、生活中应用的录相片段，让学生感受到压电式传感器在当今信息社会各领域的具体应用。 经过学生反馈情况调查，这种实物结合多媒体形象教学有助于突出教学重点，且能为突破难点创造出良好的氛围，使学生能够在有效的时间内掌握更多的知识，起到事半功倍的教学效果。 （2）将验证性实验提前在理论教学过程中进行。验证性实验，是指对所学知识的科学性、实用性进行验证，并掌握基本的实验技能和方法，该类实验的内容紧跟理论教学进程。以前，金陵科技学院机电工程学院（以下简称 “我院”）根据“传感器与检测技术”的教学计划在课程的实验环节中开设了部分验证性实验。这种教学安排在具体的教学实践中已被逐渐发现存在着以下的弊端 1）在单独安排的实验学时中进行验证性实验操作时，由于我院学生人数较多，而实验室数量相对不足，学院在编排课表时很难完全照顾到实验与理论教学的衔接。有时相关理论课程已讲过很久才安排相关的实验，而很少有学生会在实验前认真地分析实验目的，只是简单根据实验指导书按部就班进行操作，记录下显示的实验结果。在实验过程中学生生搬硬套、应付差事，实验效果并不理想。 2）“传感器与检测技术”的教学计划中实验环节学时安排较少，传感器实验台上传感器及其功能只用到了较少的一部分，实验设备的使用效率低下，造成了较大的实验资源浪费。 西方有一句名言听过的我会忘记，看过的我能记得，做过的我才理解。5为了将“培养学生工程素质”的理念贯穿到整个理论教学中，形象教学还迫切需要在理论授课过程中进行实践。考虑到将验证性实验安排在实验教学环节中存在的种种弊端，近年来，我院将验证性实验的教学内容提前在理论教学方面给予演示操作，加深学生对传感器理论知识的理解和掌握。 具体教学实施时，教师将所有的理论课都放在带有多媒体的实验室进行。在通过实例引出并阐述理论之后，教师先进行验证性实验演示，然后学生动手操作。在这个教学过程中应注意做好以下两点 第一，教师要善于根据实际情况随时设计问题。老师设问，全班学生来回答，也可以学生设问，老师或全班同学回答，培养学生学会发现问题及分析和解决问题的能力，使学生的思维处于活跃状态。 第二，对在实验过程中遇到的共性问题，立刻对学生进行针对性很强的短期理论指导，加深学生对基础理论的理解。 由此可见，这种教学情况下的验证性实验可以对前面理论的阐述进一步深化，是从理性认识回归到感性认识，再由感性认识上升到理性认识的一个螺旋式形象教学过程，有助于学生工程素质的初步形成。 二、实验课的教学改革方案 实验教学的基本任务是培养学生分析问题、解决问题和独立进行科学实验研究的能力以及严谨的科学态度。工科的实验教学更是要培养学生具有工程师素质的综合实践能力，所以在“传感器与检测技术”课程的实验教学环节中，笔者提出了重工程应用、重技能锻炼、重能力培养的原则。6由于在理论教学时笔者已采用结合验证性实验进行形象教学，学生已经掌握了传感器与检测技术的基本实验技能和方法。在此基础之上，笔者尝试在本课程的实验教学环节采用开放式项目型实验教学法，激发学生强烈的求知欲，培养学生解决实际工程问题的一般思维能力和创新思维能力。 1.开放式项目型实验教学法的实施办法 实验课开始时，将一个班的学生分为若干组。教师提供一些面向工程应用的综合性较强且难度适中的实验项目题目，如常用数字显示电子秤的设计、自行车行驶速度里程表的设计、大棚恒温系统的设计、煤气泄漏报警器的设计等。学生以小组为单位，每组学生从中选择两个题目，设计实验方案，最后做出实验作品。 每个实验项目，在实验指导书中仅提出本次实验的具体实验目的，需要掌握的内容，不规定具体的实验步骤和方法，不进行实验设计思路的限制，要求学生独立完成实验设计和调试的全部过程。学生也可以根据自己的兴趣和特长另选实验项目题目，但需要就自己所选的题目进行可行性答辩。教师与其他学生一起针对这些另选题目的开题报告进行质疑与评论，然后由教师挑选出具有可行性的实验项目进入实践开发阶段。 实验项目题目定下来之后，配合我院现已逐渐完善的实验室管理制度，学生可以根据实验室的安排课表向实验室管理老师预约实验时间。这种开放式实验方式，能够增加学生独立思考和实验设计调试的时间。 在项目具体的实验期间，由小组成员进行资料检索、提出解决方案、系统调试和撰写成文。在这段时期内，教师要给予必要的引导，如果学生出现错误的决策，老师要及时进行掌控，探讨并寻求有无其他途径，并给出指导性建议。 2.实验成绩的评定办法 对实验成绩评定采用的是全过程追踪考核，教师需要时常到实验室进行检查与记录，考查学生在系统制作过程中的各模块质量，测试方法的可靠性、准确性、操作技能的掌握情况、团队协作精神、职业道德等，统计出学生的实验平时成绩。各小组在规定的期限内完成实验作品后，可以采取小组答辩或者比赛的形式进行，教师要做好实验答辩成绩的记录。这样既锻炼了学生的表达能力，也有助于学生之间的团结互助，对不同课题组的同学之间的相互学习也起到了一定的促进作用。在实验的最终成绩评定里，平时成绩和答辩成绩各占50%，而实验成绩占本门课程总成绩的40%。对于实验项目设计思路和效果比较好的小组，可以进一步深化设计体系，进而参加各级别的学科专业竞赛。 自2009年该课程实验教学改革到现在，学生反映改革后的实验模式加强了学生的实践能力，有助于学生工程素质的进一步形成，且为优秀人才的脱颖而出创造了条件。 三、结束语 上述“传感器与检测技术”的教学改革方法，理论教学中的形象教学法将抽象的知识具体化，能给学生以实实在在的感官认识，杜绝了一味的纸上谈兵；开放式项目型实验教学法中，学生在一个相对开放的平台上设计实验方案，完成实验操作，从被动的学转变为主动的学，能够在有限的学时内获得最实用的知识，提高了学生实验的积极性和主动性。这样的教学改革培养了学生实践能力、创新能力以及合作精神等工程素质，缩短了课堂以及实验教学与工程实际应用之间的距离，提高了毕业生适应工作的能力和发展潜力。结合近几年的教学实践，学生普遍反映收获颇丰。 第 10 页