智能傳感與檢測技術(shù)的教學創(chuàng)新設計

1、智能傳感與檢測技術(shù)的教學創(chuàng)新設計 【摘要】針對傳統(tǒng)傳感器與檢測技術(shù)教學的特點，分析當前教學存在的問題，結(jié)合目前技術(shù)發(fā)展趨勢及社會發(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，提出了一種全新的理論教學和實踐教學相結(jié)合的教學方法。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踐項目，很大程度上提高了學生的實際項目開發(fā)能力。并通過教學過程考核，全方位考查了學生的掌握程度。 【關(guān)鍵詞】智能傳感器；教學項目；過程考核 智能科學與技術(shù)是面向前沿高新技術(shù)的本科專業(yè)，經(jīng)過近幾年的發(fā)展其廣泛的應用前景日趨明顯，比如智能

2、機器人、智能電器、智能家居等產(chǎn)品的技術(shù)越來越成熟，對人類生活的方方面面產(chǎn)生了重要的影響。然而傳感器在這些智能產(chǎn)品中起著重要的作用。因此傳感器與檢測技術(shù)這門課程在諸多高校的電子信息類專業(yè)中作為一門重要的專業(yè)課3。隨著智能科學技術(shù)專業(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(xiàn)，傳統(tǒng)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)造學生價值”的辦學理念，為了適應時代的需要和智能科學技術(shù)的發(fā)展，針對傳感器課程進行改革和創(chuàng)新，并將課程命名為智能傳感與檢測技術(shù)。傳統(tǒng)的傳感器與檢測課程的主要任務是以傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、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

3、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(jié)合智能科學的特點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(jié)合。側(cè)重于傳感器應用的智能性和通用性，為智能產(chǎn)品的開發(fā)提供良好的教育基礎。 1教學現(xiàn)狀分析 傳統(tǒng)的傳感器與檢測技術(shù)教學中，理論知識偏多，實踐課程偏少。而在課程中設置的實驗課大都是驗證類的實驗，并不能滿足培養(yǎng)學生實踐能力的需求。目前來說傳感器與檢測技術(shù)課程存在如下幾個問題：1)教學內(nèi)容陳舊，不能及時更新，因而不能反映最新的傳感器技術(shù)水平；2)教學重原理，輕實踐。課程內(nèi)容比較抽象，涉及到很多物理、化學、數(shù)學等多個學科的知識，記憶和理解難度大；3)課程內(nèi)容之間缺乏整體聯(lián)系，一個章

4、節(jié)講述一種工作原理的傳感器，不同章節(jié)之間聯(lián)系較少；4)實驗教學內(nèi)容驗證性實驗較多，設計和創(chuàng)新性內(nèi)容較少；5)實驗項目采用傳感器試驗臺可以較好理解工作原理，但不能滿足實際應用的需要。針對出現(xiàn)的這些普遍性問題，在智能傳感與檢測技術(shù)課程中，筆者認為應從教學培養(yǎng)方案設計、教學大綱設計、教材與教學內(nèi)容的改革以及教學方法和手段等方面綜合考慮解決方法。 2課程培養(yǎng)目標 根據(jù)智能科學技術(shù)專業(yè)的特點，為了適應科技發(fā)展的需求，智能傳感器與檢測技術(shù)這門課程旨在讓學生掌握各類傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、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)和科研任務中的檢測任務

5、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(tǒng)，完成所承擔的檢測任務。通過課程中的項目設計，培養(yǎng)學生能夠?qū)鞲衅鬟M行模塊化設計，組成傳感器系統(tǒng)，結(jié)合嵌入式技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，完成多參數(shù)檢測系統(tǒng)的設計2。本課程是針對智能科學與技術(shù)專業(yè)的三年級下半學期全體學生開設的專業(yè)課，同時學生前續(xù)課程中將所學的數(shù)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，與實際項目相結(jié)合，通過項目實踐深入的理解智能檢測系統(tǒng)的開發(fā)過程，為后續(xù)專業(yè)課的學習打下良好的基礎。課程結(jié)束后學生不但能夠深入理解所學的理論知識，而且能夠?qū)⑺鶎W的知識熟練地應用到智能檢測系統(tǒng)設計等實際的工程當中，進

6、而提高學生的工程實踐能力。 3教學改革方法 智能傳感與檢測技術(shù)是一門應用性很強的課程，通過理論知識指導實踐，反過來實踐也可以更好的理解理論知識。所以說理論與實踐對于這門課程都很重要，因此將理論教學和實踐教學緊密結(jié)合是一種較好的教學方法。教學改革也要同時從理論教學和實踐教學兩個方面入手，提高課堂教學和實踐教學的效果。而學生是教學改革活動中的主體，所有的改革都以學生為中心，結(jié)合當今技術(shù)發(fā)展情況從學生的需求出發(fā)。因此在本課程的教學改革過程中，需通過深入研究和反復實踐從以下幾個方面進行提升：1)以TOPCARESCDIO人才培養(yǎng)模式為指導進行教學培養(yǎng)方案的設計。對專業(yè)人才培養(yǎng)預期應掌握的知識、能力、態(tài)

7、度進行明確的、具體化的分析，重視實踐項目在人才培養(yǎng)中的作用，構(gòu)建一體化的人才培養(yǎng)方案和教學體系。2)理論教學方面主要是讓學生掌握傳感器的工作原理和特性，學會傳感器的設計和使用。但是僅靠灌輸性的講解會比較枯燥，達不到教學的目的。因此需要結(jié)合實際應用引出傳感器的工作原理，合理組織教學內(nèi)容，讓學生在用中學、學中用，提升學生的學習興趣。另外應讓學生參與到教學過程中，改變傳統(tǒng)的以教師為主導、學生被動接受信息的知識傳授方式。可采取以下措施：通過課前預習課堂提問的方式，提升同學們的參與意識。部分內(nèi)容學生講解，老師點評的方式展開學習。增加課堂分組討論，老師提供問題和應用場景，學生分組討論解決方案，提高學生的參

8、與度和積極性。布置課外書面作業(yè)和項目調(diào)研報告，讓學生課后能夠有效復習、應用所學知識。3)實踐教學一直是培養(yǎng)學生綜合應用能力和創(chuàng)新能力的重要途徑，但是如果按照實驗指導書生搬硬套的實驗操作并不能真正提高學生的動手能力。因此除了原理驗證型實驗之外，增加應用項目于實踐教學中，讓學生不僅能讀取傳感器的數(shù)據(jù)，還能結(jié)合電子線路的知識、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(shù)據(jù)，構(gòu)建具體實用的智能檢測系統(tǒng)應用方案。通過實踐項目讓學生加深對智能傳感器工作原理的理解，更要注重培養(yǎng)學生的實際項目應用能力。4)根據(jù)智能傳感與檢測技術(shù)一體化的教學體系，組織編寫可用于一體化培養(yǎng)方案的一體化教學教材。編寫的教材要能體

9、現(xiàn)最新的傳感器技術(shù)和最新的應用，緊密結(jié)合實際，讓學生把課程的學習與日常生活結(jié)合起來，通俗易懂，可操作性強。根據(jù)傳感器技術(shù)的發(fā)展，需定期對教材進行更新和修訂，以適應時代的發(fā)展。 4教學內(nèi)容安排 傳統(tǒng)的傳感器與檢測技術(shù)的主要教學內(nèi)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(tǒng)的組成外，并沒有實際的項目在課程中。不但導致學生的實踐動手能力偏差，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)課程的教學中，以理論課和實驗課相結(jié)合進行授課，目前在智能科學與技術(shù)專業(yè)中總課時是80學時，其中理論課是48學時，實踐課是32學時。理論課程中是以按照項目分類，根據(jù)項目需求引

10、出所用傳感器，并講述其工作原理、測量電路及應用方法等。實驗課則分為基礎實驗課和項目實踐課兩部分。理論教學內(nèi)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(jié)構(gòu)、測量電路和應用方法。實驗課的主要內(nèi)容包括：常用傳感器工作特性實驗，包括測量電路的零點調(diào)試，線性度調(diào)試、測量數(shù)據(jù)擬合等。項目實踐課內(nèi)容包括：項目的需求分析，硬件設計，軟件設計、系統(tǒng)調(diào)試等步驟。 5教學項目設計 智能傳感與檢測技術(shù)課程中的項目教學是一個系統(tǒng)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踐能力，同時還需要配備精良的實驗設備。在智能傳感與檢測技術(shù)課程中開展實踐項目，僅靠課堂上的仿真軟件難以達到

11、教學效果，因此實驗實訓平臺的選擇是一項重要的指標。為了能更好的結(jié)合理論教學，針對智能傳感與檢測技術(shù)所選用的實驗實訓平臺必須具備以下幾個特點：1)采用的實驗實訓平臺要有足夠種類的傳感器，并采用模塊化設計。2)配備統(tǒng)一的總線接口，具備擴展功能。3)具有主流的嵌入式核心系統(tǒng)，并且能夠適應不斷更新的處理器。4)價格合理、售后服務良好、教學資源豐富。綜上幾點，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)綜合實驗實訓平臺”，該平臺配備大量常用傳感器，同時具備工業(yè)實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(zhuǎn)換、調(diào)理、采樣、存儲、解算、控

12、制及顯示等處理電路。同時實驗裝置具備一定的抗干擾及可靠性，學生可以做到學以致用。該實驗實訓平臺如圖1所示。該平臺具體特點如下：1)傳感器種類豐富: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、長光柵位移、差動變壓器、光電耦合等各種常見傳感器。2)模塊化設計：采用標準的模塊化設計，增強系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性和互換性。3)總線標準：建立統(tǒng)一的內(nèi)總線和接口約定，以實現(xiàn)最靈活的個性化配置、擴展和系統(tǒng)管理。4)接近工程實際：實驗裝置上采用多種工業(yè)型傳感器，既可以用來完成傳感器原理、結(jié)構(gòu)與調(diào)理電路的教學，也可以用解決工業(yè)工程和過程中的實際問題。5)學以致用：構(gòu)成實驗裝置中的智能儀

13、器的各模塊，在其設計時充分體現(xiàn)實際系統(tǒng)的抗干擾設計技術(shù)和可靠性設計技術(shù)，其核心卡可作為實際智能儀器的核心單元。實驗裝置中信號轉(zhuǎn)換與信號調(diào)理電路采用工業(yè)和工程實際中所采用的成熟電路。實驗裝置中使用的各種數(shù)字信號處理方法，采用典型的也是未來實踐系統(tǒng)首選的數(shù)字信號處理手段，具有很強的工程實用特征。6)智能儀器儀表設計：結(jié)合工程實際給出了一個將常規(guī)儀器實現(xiàn)智能化的實例。7)開放式設計：實驗裝置中的軟、硬件及系統(tǒng)均按照全開放的思想進行設計，以便于學生開展研究型和創(chuàng)新型的實驗。在項目教學中，教師指導學生，按照項目開發(fā)的流程來完成系統(tǒng)的需求分析、硬件設計、軟件設計、系統(tǒng)調(diào)試等步驟。最后完成整個項目的總結(jié)報告

14、，并以小組為單位完成課程項目的設計。學生可以利用課外時間，完成資料查找、系統(tǒng)設計和代碼編寫等工作。本項目要求學生完成一個智能家居遠程監(jiān)控模擬系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)比起來，智能傳感器檢測系統(tǒng)更加具有智能性、綜合性等特點，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(jié)合，使學生深入理解智能傳感器與檢測技術(shù)這門課的應用，具體項目教學安排見表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(jié)果不能只看期末考試成績，應采用多元化的考核方式，要能反映出學生的學習效果、應用能力和解決問題的能力。本課程的考核貫穿整個教學過程，最終成績由課堂表現(xiàn)、作業(yè)成績、實驗成績、項目成績、期末考試成績等部分

15、組成。老師在平時應根據(jù)學生的課上表現(xiàn)和問題回答情況記錄成績，作為平時成績的依據(jù)。實驗成績要能體現(xiàn)實驗過程中的表現(xiàn)和實驗報告的完成情況。項目成績的考核則包括項目實施過程中的表現(xiàn)、階段性成果成績、最終項目結(jié)果成績、項目報告成績和答辯成績組成。期末考試采用閉卷方式，考核內(nèi)容側(cè)重對傳感器工作原理和應用設計的考核?？傮w來說，改革后的課程考核不是通過一次考試定好壞，而是更重視過程，要能體現(xiàn)學生的綜合素質(zhì)和水平。其中項目教學作為教學改革的創(chuàng)新點，所以項目考核形式的也是多樣化的。考核貫穿在教學過程的各個環(huán)節(jié)，從學生的出勤、日常表現(xiàn)、作業(yè)、實驗、項目及考試等，對學生進行全方位的考核。其中項目考核中的項目答辯包括

16、自述、現(xiàn)場操作、教師提問、解答幾個環(huán)節(jié)，通過答辯，教師可以直觀評價學生對相關(guān)理論的掌握程度，綜合評價學生的實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，給學生提供創(chuàng)新的空間。智能傳感與檢測技術(shù)這門課的所有考核項目中，采用過程考核和終結(jié)考核相結(jié)合的方式能夠全方位的考核學生的平時學習情況及動手實踐能力，并激發(fā)學生學習興趣。 7結(jié)語 智能傳感與檢測技術(shù)是電子信息類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)課，如何讓學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。筆者從教學培養(yǎng)方案、教材與教學內(nèi)容的選擇以及教學方法和手段等方面進行了分析和探索，提出了相應的改革舉措。文中的改革舉措是TOPCARES-CDIO人才培養(yǎng)模式在智能傳感器與檢測技術(shù)上的運用，采用教學與項目相結(jié)合的方式對當今智能傳感與檢測技術(shù)的教學具有有益的參考價值。 參考文獻 1李玲,張旭.傳感器與檢測技術(shù)課