智能傳感與檢測技術(shù)的教學(xué)創(chuàng )新設計論文

智能傳感與檢測技術(shù)的教學(xué)創(chuàng )新設計論文

　　【摘要】針對傳統傳感器與檢測技術(shù)教學(xué)的特點(diǎn)，分析當前教學(xué)存在的問(wèn)題，結合目前技術(shù)發(fā)展趨勢及社會(huì )發(fā)展需要，提出了智能傳感器與檢測技術(shù)課程。描述了智能傳感器與檢測技術(shù)課程的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種全新的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結合的教學(xué)方法。采用新型傳感器、最新嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)等完成了智能傳感器的綜合項目，將理論知識綜合應用于實(shí)踐項目，很大程度上提高了學(xué)生的實(shí)際項目開(kāi)發(fā)能力。并通過(guò)教學(xué)過(guò)程考核，全方位考查了學(xué)生的掌握程度。

　　【關(guān)鍵詞】智能傳感器；教學(xué)項目；過(guò)程考核

　　智能科學(xué)與技術(shù)是面向前沿高新技術(shù)的本科專(zhuān)業(yè)，經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展其廣泛的應用前景日趨明顯，比如智能機器人、智能電器、智能家居等產(chǎn)品的技術(shù)越來(lái)越成熟，對人類(lèi)生活的方方面面產(chǎn)生了重要的影響。然而傳感器在這些智能產(chǎn)品中起著(zhù)重要的作用。因此傳感器與檢測技術(shù)這門(mén)課程在諸多高校的電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)中作為一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課[3]。隨著(zhù)智能科學(xué)技術(shù)專(zhuān)業(yè)的誕生以及傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，各種新型傳感器不斷出現，傳統的傳感器與檢測課程中所講授的傳感器則有些落伍。我校秉承“教育創(chuàng )造學(xué)生價(jià)值”的辦學(xué)理念，為了適應時(shí)代的需要和智能科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，針對傳感器課程進(jìn)行改革和創(chuàng )新，并將課程命名為智能傳感與檢測技術(shù)。傳統的傳感器與檢測課程的主要任務(wù)是以傳感器的工作原理、基本結構、測量電路和應用方法為主，而在智能傳感與檢測技術(shù)中不但講授各種傳感器的工作原理、測量電路以及應用方法，更重要的是結合智能科學(xué)的特點(diǎn)將傳感器與嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)以及虛擬儀器技術(shù)相結合。側重于傳感器應用的智能性和通用性，為智能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供良好的教育基礎。

　　1教學(xué)現狀分析

　　傳統的傳感器與檢測技術(shù)教學(xué)中，理論知識偏多，實(shí)踐課程偏少。而在課程中設置的實(shí)驗課大都是驗證類(lèi)的實(shí)驗，并不能滿(mǎn)足培養學(xué)生實(shí)踐能力的需求。目前來(lái)說(shuō)傳感器與檢測技術(shù)課程存在如下幾個(gè)問(wèn)題：1)教學(xué)內容陳舊，不能及時(shí)更新，因而不能反映最新的傳感器技術(shù)水平；2)教學(xué)重原理，輕實(shí)踐。課程內容比較抽象，涉及到很多物理、化學(xué)、數學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識，記憶和理解難度大；3)課程內容之間缺乏整體聯(lián)系，一個(gè)章節講述一種工作原理的傳感器，不同章節之間聯(lián)系較少；4)實(shí)驗教學(xué)內容驗證性實(shí)驗較多，設計和創(chuàng )新性?xún)热葺^少；5)實(shí)驗項目采用傳感器試驗臺可以較好理解工作原理，但不能滿(mǎn)足實(shí)際應用的需要。針對出現的這些普遍性問(wèn)題，在智能傳感與檢測技術(shù)課程中，筆者認為應從教學(xué)培養方案設計、教學(xué)大綱設計、教材與教學(xué)內容的改革以及教學(xué)方法和手段等方面綜合考慮解決方法。

　　2課程培養目標

　　根據智能科學(xué)技術(shù)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，為了適應科技發(fā)展的需求，智能傳感器與檢測技術(shù)這門(mén)課程旨在讓學(xué)生掌握各類(lèi)傳感器的原理、結構、測量電路和應用方法，建立完整的檢測技術(shù)整體概念[1]，具備傳感器與檢測技術(shù)方面的基本知識和基本技能。對生產(chǎn)和科研任務(wù)中的檢測任務(wù)能夠正確的選擇傳感器以及配套的測量電路，設計相應的測量系統，完成所承擔的檢測任務(wù)。通過(guò)課程中的項目設計，培養學(xué)生能夠將傳感器進(jìn)行模塊化設計，組成傳感器系統，結合嵌入式技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，完成多參數檢測系統的設計[2]。本課程是針對智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的三年級下半學(xué)期全體學(xué)生開(kāi)設的專(zhuān)業(yè)課，同時(shí)學(xué)生前續課程中將所學(xué)的《數字電路》、《模擬電路》、《電路分析》、《單片機原理與應用》、《虛擬儀器技術(shù)》等課程作為基礎知識，與實(shí)際項目相結合，通過(guò)項目實(shí)踐深入的理解智能檢測系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程，為后續專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習打下良好的基礎。課程結束后學(xué)生不但能夠深入理解所學(xué)的理論知識，而且能夠將所學(xué)的知識熟練地應用到智能檢測系統設計等實(shí)際的工程當中，進(jìn)而提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

　　3教學(xué)改革方法

　　智能傳感與檢測技術(shù)是一門(mén)應用性很強的課程，通過(guò)理論知識指導實(shí)踐，反過(guò)來(lái)實(shí)踐也可以更好的理解理論知識。所以說(shuō)理論與實(shí)踐對于這門(mén)課程都很重要，因此將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)緊密結合是一種較好的教學(xué)方法。教學(xué)改革也要同時(shí)從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)方面入手，提高課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的效果。而學(xué)生是教學(xué)改革活動(dòng)中的主體，所有的改革都以學(xué)生為中心，結合當今技術(shù)發(fā)展情況從學(xué)生的需求出發(fā)。因此在本課程的教學(xué)改革過(guò)程中，需通過(guò)深入研究和反復實(shí)踐從以下幾個(gè)方面進(jìn)行提升：1)以TOPCARES－CDIO人才培養模式為指導進(jìn)行教學(xué)培養方案的設計。對專(zhuān)業(yè)人才培養預期應掌握的知識、能力、態(tài)度進(jìn)行明確的、具體化的分析，重視實(shí)踐項目在人才培養中的作用，構建一體化的人才培養方案和教學(xué)體系。2)理論教學(xué)方面主要是讓學(xué)生掌握傳感器的工作原理和特性，學(xué)會(huì )傳感器的設計和使用。但是僅靠灌輸性的講解會(huì )比較枯燥，達不到教學(xué)的目的。因此需要結合實(shí)際應用引出傳感器的工作原理，合理組織教學(xué)內容，讓學(xué)生在用中學(xué)、學(xué)中用，提升學(xué)生的學(xué)習興趣。另外應讓學(xué)生參與到教學(xué)過(guò)程中，改變傳統的以教師為主導、學(xué)生被動(dòng)接受信息的知識傳授方式�？刹扇∫韵麓胧�：①通過(guò)課前預習課堂提問(wèn)的方式，提升同學(xué)們的參與意識。②部分內容學(xué)生講解，老師點(diǎn)評的方式展開(kāi)學(xué)習。③增加課堂分組討論，老師提供問(wèn)題和應用場(chǎng)景，學(xué)生分組討論解決方案，提高學(xué)生的參與度和積極性。④布置課外書(shū)面作業(yè)和項目調研報告，讓學(xué)生課后能夠有效復習、應用所學(xué)知識。3)實(shí)踐教學(xué)一直是培養學(xué)生綜合應用能力和創(chuàng )新能力的重要途徑，但是如果按照實(shí)驗指導書(shū)生搬硬套的實(shí)驗操作并不能真正提高學(xué)生的動(dòng)手能力。因此除了原理驗證型實(shí)驗之外，增加應用項目于實(shí)踐教學(xué)中，讓學(xué)生不僅能讀取傳感器的數據，還能結合電子線(xiàn)路的知識、微處理器的知識和通信技術(shù)能夠采集和處理相關(guān)的數據，構建具體實(shí)用的智能檢測系統應用方案。通過(guò)實(shí)踐項目讓學(xué)生加深對智能傳感器工作原理的理解，更要注重培養學(xué)生的實(shí)際項目應用能力。4)根據智能傳感與檢測技術(shù)一體化的教學(xué)體系，組織編寫(xiě)可用于一體化培養方案的一體化教學(xué)教材。編寫(xiě)的教材要能體現最新的傳感器技術(shù)和最新的應用，緊密結合實(shí)際，讓學(xué)生把課程的學(xué)習與日常生活結合起來(lái)，通俗易懂，可操作性強。根據傳感器技術(shù)的發(fā)展，需定期對教材進(jìn)行更新和修訂，以適應時(shí)代的發(fā)展。

　　4教學(xué)內容安排

　　傳統的傳感器與檢測技術(shù)的主要教學(xué)內容中除了講解傳感器與檢測技術(shù)的基本知識、各種常用傳感器的介紹、標定、檢測系統的組成外，并沒(méi)有實(shí)際的項目在課程中。不但導致學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力偏差，而且對理論知識的理解也不夠深入[4]。為此在智能傳感與檢測技術(shù)課程的教學(xué)中，以理論課和實(shí)驗課相結合進(jìn)行授課，目前在智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)中總課時(shí)是80學(xué)時(shí)，其中理論課是48學(xué)時(shí)，實(shí)踐課是32學(xué)時(shí)。理論課程中是以按照項目分類(lèi)，根據項目需求引出所用傳感器，并講述其工作原理、測量電路及應用方法等。實(shí)驗課則分為基礎實(shí)驗課和項目實(shí)踐課兩部分。理論教學(xué)內容包括：檢測技術(shù)的基本知識；常用傳感器的工作原理、基本結構、測量電路和應用方法。實(shí)驗課的主要內容包括：常用傳感器工作特性實(shí)驗，包括測量電路的零點(diǎn)調試，線(xiàn)性度調試、測量數據擬合等。項目實(shí)踐課內容包括：項目的需求分析，硬件設計，軟件設計、系統調試等步驟。

　　5教學(xué)項目設計

　　智能傳感與檢測技術(shù)課程中的項目教學(xué)是一個(gè)系統工程，對教師隊伍的要求很高，不僅需要教師具備理論知識而且還需具備一定的工程實(shí)踐能力，同時(shí)還需要配備精良的實(shí)驗設備。在智能傳感與檢測技術(shù)課程中開(kāi)展實(shí)踐項目，僅靠課堂上的仿真軟件難以達到教學(xué)效果，因此實(shí)驗實(shí)訓平臺的選擇是一項重要的指標。為了能更好的結合理論教學(xué)，針對智能傳感與檢測技術(shù)所選用的實(shí)驗實(shí)訓平臺必須具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：1)采用的實(shí)驗實(shí)訓平臺要有足夠種類(lèi)的傳感器，并采用模塊化設計。2)配備統一的總線(xiàn)接口，具備擴展功能。3)具有主流的嵌入式核心系統，并且能夠適應不斷更新的處理器。4)價(jià)格合理、售后服務(wù)良好、教學(xué)資源豐富。綜上幾點(diǎn)，在智能傳感與檢測技術(shù)課程中，采用的是上海碩博科教設備有限公司的“SBJCS-1113創(chuàng )新型測控/傳感器技術(shù)綜合實(shí)驗實(shí)訓平臺”，該平臺配備大量常用傳感器，同時(shí)具備工業(yè)實(shí)際中廣泛采用的成熟電路完成對各種傳感器信號的拾取、轉換、調理、采樣、存儲、解算、控制及顯示等處理電路。同時(shí)實(shí)驗裝置具備一定的抗干擾及可靠性，學(xué)生可以做到學(xué)以致用。該實(shí)驗實(shí)訓平臺如圖1所示。該平臺具體特點(diǎn)如下：1)傳感器種類(lèi)豐富:包括壓力、壓電、應變、電容、霍爾、溫度、光敏、氣敏(酒、C0)、電渦流、光纖位移、長(cháng)光柵位移、差動(dòng)變壓器、光電耦合等各種常見(jiàn)傳感器。2)模塊化設計：采用標準的模塊化設計，增強系統的結構性和互換性。3)總線(xiàn)標準：建立統一的內總線(xiàn)和接口約定，以實(shí)現最靈活的個(gè)性化配置、擴展和系統管理。4)接近工程實(shí)際：實(shí)驗裝置上采用多種工業(yè)型傳感器，既可以用來(lái)完成傳感器原理、結構與調理電路的教學(xué)，也可以用解決工業(yè)工程和過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題。5)學(xué)以致用：構成實(shí)驗裝置中的智能儀器的各模塊，在其設計時(shí)充分體現實(shí)際系統的抗干擾設計技術(shù)和可靠性設計技術(shù)，其核心卡可作為實(shí)際智能儀器的核心單元。實(shí)驗裝置中信號轉換與信號調理電路采用工業(yè)和工程實(shí)際中所采用的成熟電路。實(shí)驗裝置中使用的各種數字信號處理方法，采用典型的也是未來(lái)實(shí)踐系統首選的數字信號處理手段，具有很強的工程實(shí)用特征。6)智能儀器儀表設計：結合工程實(shí)際給出了一個(gè)將常規儀器實(shí)現智能化的實(shí)例。7)開(kāi)放式設計：實(shí)驗裝置中的軟、硬件及系統均按照全開(kāi)放的思想進(jìn)行設計，以便于學(xué)生開(kāi)展研究型和創(chuàng )新型的實(shí)驗。在項目教學(xué)中，教師指導學(xué)生，按照項目開(kāi)發(fā)的流程來(lái)完成系統的需求分析、硬件設計、軟件設計、系統調試等步驟。最后完成整個(gè)項目的總結報告，并以小組為單位完成課程項目的設計。學(xué)生可以利用課外時(shí)間，完成資料查找、系統設計和代碼編寫(xiě)等工作。本項目要求學(xué)生完成一個(gè)智能家居遠程監控模擬系統。與傳統的檢測系統比起來(lái)，智能傳感器檢測系統更加具有智能性、綜合性等特點(diǎn)，將傳感技術(shù)、嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)以及虛擬儀器技術(shù)有機結合，使學(xué)生深入理解智能傳感器與檢測技術(shù)這門(mén)課的應用，具體項目教學(xué)安排見(jiàn)表1。

　　6課程考核形式

　　在素質(zhì)教育的大背景下，課程的考核的結果不能只看期末考試成績(jì)，應采用多元化的考核方式，要能反映出學(xué)生的學(xué)習效果、應用能力和解決問(wèn)題的能力。本課程的考核貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，最終成績(jì)由課堂表現、作業(yè)成績(jì)、實(shí)驗成績(jì)、項目成績(jì)、期末考試成績(jì)等部分組成。老師在平時(shí)應根據學(xué)生的課上表現和問(wèn)題回答情況記錄成績(jì)，作為平時(shí)成績(jì)的依據。實(shí)驗成績(jì)要能體現實(shí)驗過(guò)程中的表現和實(shí)驗報告的完成情況。項目成績(jì)的考核則包括項目實(shí)施過(guò)程中的表現、階段性成果成績(jì)、最終項目結果成績(jì)、項目報告成績(jì)和答辯成績(jì)組成。期末考試采用閉卷方式，考核內容側重對傳感器工作原理和應用設計的考核�？傮w來(lái)說(shuō)，改革后的課程考核不是通過(guò)一次考試定好壞，而是更重視過(guò)程，要能體現學(xué)生的綜合素質(zhì)和水平。其中項目教學(xué)作為教學(xué)改革的創(chuàng )新點(diǎn)，所以項目考核形式的也是多樣化的�？己素灤┰诮虒W(xué)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節，從學(xué)生的出勤、日常表現、作業(yè)、實(shí)驗、項目及考試等，對學(xué)生進(jìn)行全方位的考核。其中項目考核中的項目答辯包括自述、現場(chǎng)操作、教師提問(wèn)、解答幾個(gè)環(huán)節，通過(guò)答辯，教師可以直觀(guān)評價(jià)學(xué)生對相關(guān)理論的掌握程度，綜合評價(jià)學(xué)生的實(shí)際應用能力及應變能力，對設計不完善的地方給予指導建議，給學(xué)生提供創(chuàng )新的空間。智能傳感與檢測技術(shù)這門(mén)課的所有考核項目中，采用過(guò)程考核和終結考核相結合的方式能夠全方位的考核學(xué)生的平時(shí)學(xué)習情況及動(dòng)手實(shí)踐能力，并激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣。

　　7結語(yǔ)

　　智能傳感與檢測技術(shù)是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)課，如何讓學(xué)生更好的掌握理論知識提升應用能力一直是困擾任課教師的難題。筆者從教學(xué)培養方案、教材與教學(xué)內容的選擇以及教學(xué)方法和手段等方面進(jìn)行了分析和探索，提出了相應的改革舉措。文中的改革舉措是TOPCARES-CDIO人才培養模式在智能傳感器與檢測技術(shù)上的運用，采用教學(xué)與項目相結合的方式對當今智能傳感與檢測技術(shù)的教學(xué)具有有益的參考價(jià)值。

　　參考文獻

　　[1]李玲,張旭.傳感器與檢測技術(shù)課程教學(xué)改革研究[J].科教文匯旬刊,2015(4):55-56.

　　[2]張琳,袁新娣.《傳感器與檢測技術(shù)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].贛南師范學(xué)院學(xué)報,2012,33(6):106-108.

　　[3]周潤景,劉曉霞,韓丁,朱莉.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014.

　　[4]王東霞,溫秀蘭.傳感器與檢測技術(shù)課堂教學(xué)改革探索[J].中國現代化教育裝備，2008,(7):92-93.

【智能傳感與檢測技術(shù)的教學(xué)創(chuàng )新設計論文】相關(guān)文章：

傳感器的應用教學(xué)反思03-19

程序設計課堂教學(xué)模式探索論文03-20

工業(yè)設計表現技法課程教學(xué)革新論文03-10

四年級勞動(dòng)技術(shù)《切菜》的教學(xué)設計02-26

《標牌設計》的教學(xué)設計03-14

創(chuàng )新教育的教學(xué)策略總結01-28

旋轉的教學(xué)設計02-16

《茶經(jīng)》教學(xué)設計02-18

《國殤》教學(xué)設計12-11

《賽馬》的教學(xué)設計05-21