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传感器实验课程教学创新性改革初探

作者:未知

  摘要:新时代迫切需要创新应用型人才,实验教学是培养创新应用型人才的重要途径。本文以《传感器与检测技术》实验课程教学为例,结合地方高校实际情况,分别从阶梯化的教学内容和实验配套支撑服务两个方面对实验教学创新性改革进行了探索和研究,旨在高质量提高传感器与检测技术的教学效果,增强学生创新、实践和工程实际应用能力。
  关键词:传感器实验;阶梯化教学;实验配套支撑服务
  一、概述
  《传感器与检测技术》课程是电气自动化、测控技术等相关专业的一门重要主干课程。本课程通过对常用的各类传感器的基本原理、测量电路和应用特点等进行介绍和分析,培养学生具备对各类常用传感器的选型和应用能力,及对检测设备运行过程出现的问题进行分析、解决的实践能力。伴随课程开设的传感器实验教学,主要包括电阻、电容、电感、霍尔传感器、热电偶、光纤传感器等实验内容。然而,在实际教学中重理论轻实验的做法,使得实验教学模式单一、实验内容相对独立、交叉少、系统性差,缺乏创新的综合性、设计性实验项目,影响了学生学习传感器的主动性和积极性,限制了学生的思维方式,不利于学生创新性能力和实践应用能力的提高,违背了地方性高校应用型人才的培养目标。本文结合本校情况阐述了传感器与检测技术实验课程的建设情况,探讨实验教学内容和实验配套支撑服务的创新性改革。
  二、传感器实验教学改革的探讨
  培养应用型人才是地方性高校的主要目标,而实验教学是应用型人才培养的主要途径,因此,实验教学质量和教学效果的好坏是培养学生的实践性和应用性、发挥学习主观能动性和创造性、夯实应用型人才培养目标的关键所在。
  本校《传感器与检测技术》实验设备采用THSRZ-1型传感器系统综合实验装置,该实验装置主要由试验台部分、三源板部分、处理(模块)电路部分和数据采集通讯部分组成。学生在实验操作时只需将各种传感器模块与实验装置按照实验指导书的要求机械式连线,记录数据即可,对传感器如何检测,又如何转换成电信号的过程几乎了解很少,那也就很难实现将理论运用与实践相结合。
  基于以上分析,考虑《传感器与检测技术》课程应用性和实践性强的特点,对本实验课程的教学改革主要从实验教学内容和实验教学配套支撑服务两个方面考虑:一方面,实验教学内容阶梯化,从基本性验证实验过渡至综合性实验,再上升到设计性实验。实验教学项目要贴近工程实际或与实际应用密切相关,切实提高学生的工程实践应用能力。另一方面,实验配套支撑服务要实行实验时间和形式开放化,建立更“自由”的学习平台,使学生在课后也可以开展创新和设计研究。
  三、实验教学内容改革
  本校的传感器实验装置是传感器实验教学的主要平台。图1为传感器实验平台的示意图。利用该实验装置,结合传感器模块可进行温度、压力、转速、湿度、位移及振动等物理信号的检测。《传感器与检测技术》实验教学内容的设置应以学生为主,考虑学生特点,结合教学内容,由简入难,实行教学内容阶梯化。
  (一)基础性实验
  基础性实验大部分为验证性实验,比如应变式传感器全桥性能实验、电容式传感器的位移特性、磁电式转速传感器测速实验、电涡流传感器位移特性、被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验等,学生通过实验验证传感器实验的基本理论、典型的传感器原理和特性,获得必要的实验知识和操作技能及基本实验仪器的使用,培养他们的动手能力和初步的分析、归纳和解决问题的能力。
  (二)综合性实验
  综合性实验是学生培养学生分析和处理问题的能力重要环节,利用温度传感器、磁电传感器、应变式传感器、光电传感器、霍尔传感器等,按照任务要求,独立进行实验,编写方案,设计电路,然后进行调试,撰写报告完成实验。如学生进行温度监控系统综合性实验,该系统包括温度检测、处理及转换、显示、监控报警电路等内容,要求结合日常所学的传感器和单片机等内容,根据基础性实验所掌握的实践知识,经过精心设计,提出可行的实验方案,通过实验操作,对实验过程中出现的问题进行独立思考、判断并解决,最终完成综合性实验的任务。
  传感器系统综合实验装置示意图
  综合性实验也需要在教师的参与指导下完成。通过综合性实验,学生可以对整个实验有一个系统的认知,重在培养学生对于实验的兴趣,加深对所学知识的理解,提高个人系统分析能力和实践应用能力。
  (三)设计性实验
  在完成基础性和综合性实验后,学生可申请开展设计性实验,运用LabVIEW虚拟软件,结合硬件平台,实现传感器数据的采集、显示和分析,学生可以完成类似温度检测系统设计、智能家居系统设计、智能交通灯控制系统、烟雾报警系统设计等设计性实验,比如温度检测系统设计,学生运用LabVIEW软件设计系统的前面板和后台程序,通过软硬件结合的方式,对传感器的选用、设计和调试有一个比较系统的认识和理解,可以极大地调动学生学习传感器和参与实验的积极性。
  除此之外,学生还可运用虚拟软件进行创新性实验项目,与实际操作相结合,参与传感器方面的各类学科竞赛、小发明、小制作、专利等实验活动,锻炼学生的实际工程应用能力和创新能力。设计性实验是学生根据实验选题独立完成的。设计性实验更贴合工程实际运用,学生的自主能动性得到最大发挥,系统性、创新性、实践性和分析力能得到很大提高,为学生未来从事科研或者就业打下良好的基础。
  阶梯化教学内容是一个循序渐进的过程,如上表所示,需要学生在掌握实验物理量基本测量方法和仪器使用的基礎上,通过综合性实验和设计性实验,实现所学知识进一步深化和创新应用实践能力提升的过程,更加切合地方高校培养应用型人才的初心,也为培养创新型科研工作者打下坚实基础。
  四、实验配套支撑服务改革
  阶梯化教学的实现是在高校实验配套支撑服务方面同步改革下方可完成的,诸如实验时间、实验室形式等开放化。   实验时间开放化。正常实验授课时间有限,学生在规定的实验开放时间内所学有限,特别是实验内容阶梯化以后,学生通过自主选题、设计和实践,与其他同学和老师共同探讨都需在开放的环境下进行,这对培养学生的科学素养和创新意识,提高学生的自主学习和创新能力都是十分要的。这就要求地方高校将实验资源开放化,将学生“引进来”,使他们能够有充分的时间和丰富的实验资源开展综合性、设计性和创新性实验。
  实验室形式开放化。实验室开放形式主要有教师预约型,教师结合科研,指导学生参与创新性和综合性实验;学生预约型,学生自主开展的实验项目或各类竞赛等实验活动;开放实验预约型,每学期初作为实验教學内容的延伸和扩展开放的实验项目,学生自愿申请选做。为调动教师和学生的参与积极性,参与实验项目的学生完成后可适当给予一定的创新创业学分,对参与指导的教师计算一定的工作量,当然,实验室的负责人和指导教师应对实验室负责。总之,为学生提供自主发展和实践锻炼的空间,增强他们的创新意识和实践能力。
  五、结语
  《传感器与检测技术》实验教学只有理论联系实际,通过实验教学内容的不断改革,才能促使学生得到传感器系统性的学习,提高发现、分析并解决问题的能力,增强学习自主能动性和创新实践应用能力。实验教学内容阶梯化是高校实验改革的重要途径,实验配套支撑服务改革是实验阶梯化教学改革的基础和前提,只有这样,才能使学生更加自由地开展实验,达到地方高校培养创新应用型人才的目标。
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