智能儀器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與研究

【摘要】本文分析了本科生智能儀器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀,結(jié)合中國(guó)石油大學(xué)(華東)的實(shí)際情況,對(duì)實(shí)驗(yàn)室硬件條件,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,教學(xué)方法等提出改革方案,以增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力,提實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。
　　【關(guān)鍵詞】智能儀器與檢測(cè)技術(shù);實(shí)驗(yàn)教學(xué);多媒體
　　
　　1 引言 　　
　　智能儀器與檢測(cè)技術(shù)是高校自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)的一門重要課程,它集技術(shù)性、工程性和實(shí)踐性于一體,是一門涉及傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、可靠性技術(shù)、抗干擾技術(shù)和人工智能等多門學(xué)科的現(xiàn)代綜合技術(shù)[1]。該課程知識(shí)面廣,綜合性強(qiáng),學(xué)習(xí)難度較大,因此其實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)顯得尤為重要。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)學(xué)生對(duì)以傳感器為核心的檢測(cè)技術(shù),對(duì)以單片機(jī)為核心的智能儀器技術(shù)的理解,增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。本文從課程教學(xué)的需要和培養(yǎng)具有設(shè)計(jì)能力的人才的觀點(diǎn)出發(fā),對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施進(jìn)行探討。
　　
　　2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀 　　
　　智能儀器主要包括將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的傳感器部分,對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的濾波,放大等的信號(hào)調(diào)理電路,以及以單片機(jī)為核心對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,通信和控制的信號(hào)處理單元(如圖1)[2]。

　　
　　圖1 智能儀表結(jié)構(gòu)原理圖

　　因此,在中國(guó)石油大學(xué)(華東)的智能儀器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室中,相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也由傳感器,轉(zhuǎn)換電路以及單片機(jī)這三部分組成。傳感器及轉(zhuǎn)換電路實(shí)驗(yàn)主要使用CSY-968傳感器實(shí)驗(yàn)儀,進(jìn)行電阻式,電容式,電感式等多種常用傳感器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn),以及移相器,相敏檢波等轉(zhuǎn)換電路實(shí)驗(yàn),單片機(jī)實(shí)驗(yàn)則使用XYZ-22型綜合實(shí)驗(yàn)儀,進(jìn)行LED顯示,A/D轉(zhuǎn)換等多個(gè)以8051為核心的單片機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)室目前共開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二十一個(gè),能夠比較全面地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,完成《智能儀器與檢測(cè)技術(shù)》課程的基本教學(xué)要求。目前實(shí)驗(yàn)室存在的問題主要有:實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較基礎(chǔ);實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性的;教學(xué)手段比較傳統(tǒng)。針對(duì)以上問題,提出了下面的教學(xué)改革方案,以改善實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)條件,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。
　　
　　3 增加學(xué)科領(lǐng)域新型、高端實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 　　
　　近年來,隨著半導(dǎo)體,計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,智能儀器與檢測(cè)技術(shù)出現(xiàn)了如下趨勢(shì):微型化;多功能化;人工智能化;網(wǎng)絡(luò)化等[3]。這些發(fā)展變化的技術(shù)背景就是硬件及軟件的不斷發(fā)展及創(chuàng)新。而實(shí)驗(yàn)室目前只能進(jìn)行學(xué)科基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn),非常不利于學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展的情況,掌握工程實(shí)踐所需要的高級(jí)技能,從而限制了學(xué)生水平的提高。為此,有必要增加學(xué)科領(lǐng)域新型、高端的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
　　從檢測(cè)技術(shù)方面,大量應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)的傳感器得到了廣泛的應(yīng)用,如光纖,超聲,紅外,光電等,應(yīng)適當(dāng)引進(jìn)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器和項(xiàng)目,引導(dǎo)學(xué)生了解和掌握這些新型的檢測(cè)技術(shù)。從單片機(jī)方面,MCS-51系列8位單片機(jī)由于使用時(shí)間長(zhǎng),性能價(jià)格比高等特點(diǎn),在國(guó)內(nèi)仍然有比較廣泛的應(yīng)用,但是,單片機(jī)發(fā)展速度極快,大約每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番[4],大量其他系列的單片機(jī)不斷投入市場(chǎng),以其多功能、高速度、低功耗、低價(jià)格、擴(kuò)大存儲(chǔ)容量和加強(qiáng)I/O功能等優(yōu)勢(shì)在設(shè)計(jì)中占有越來越重要的地位,因此需要增加AVR,DSP,ARM等系列單片機(jī)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。這不僅可以滿足學(xué)生拓展知識(shí)面的要求,而且可以為學(xué)生的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和畢業(yè)設(shè)計(jì)等活動(dòng)提供強(qiáng)大的物質(zhì)支持。

　　4 增加設(shè)計(jì)性,綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
　　
　　智能儀器與檢測(cè)技術(shù)是一門與工程實(shí)踐結(jié)合得比較緊密的課程。而實(shí)驗(yàn)室目前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為驗(yàn)證性的。驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)有利于鞏固學(xué)生所學(xué)的傳感器和單片機(jī)的相關(guān)理論知識(shí),有利于提高學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能,但是卻很難培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合與應(yīng)用能力,理論與實(shí)際相結(jié)合的能力和創(chuàng)新研究能力。因此,必須在保留經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,增加設(shè)計(jì)性,綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
　　設(shè)計(jì)性,綜合性實(shí)驗(yàn)主要是講義上給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕蝾}目,要求學(xué)生據(jù)此查閱大量相關(guān)的資料或文獻(xiàn),了解實(shí)驗(yàn)原理,選擇實(shí)驗(yàn)儀器,列寫實(shí)驗(yàn)步驟,最終完成實(shí)驗(yàn)并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。例如:智能溫度控制實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生使用8051單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)控制電熱杯加熱水溫度的應(yīng)用系統(tǒng),這個(gè)實(shí)驗(yàn)綜合了傳感器熱電阻Pt100及其轉(zhuǎn)換電路,8051單片機(jī)的軟件與硬件設(shè)計(jì)等多方面的知識(shí),實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)完整的智能儀器的設(shè)計(jì)過程,學(xué)生必須綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí),才可能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)有趣味,有難度,可以拓寬學(xué)生的知識(shí)面,激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣,增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能,提高其知識(shí)綜合運(yùn)用的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力,從而提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
　　
　　5 充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體技術(shù),改進(jìn)教學(xué)方法
　　
　　實(shí)驗(yàn)室目前采取的教學(xué)方法比較傳統(tǒng),概括地講就是實(shí)驗(yàn)前統(tǒng)一講授,實(shí)驗(yàn)中個(gè)別輔導(dǎo)。由于實(shí)驗(yàn)前需講解多個(gè)實(shí)驗(yàn),所以每個(gè)實(shí)驗(yàn)不可能面面俱到,只能點(diǎn)出實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)和注意事項(xiàng),實(shí)驗(yàn)中,由于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和學(xué)生眾多而時(shí)間有限,因此個(gè)別輔導(dǎo)的面也不廣。這樣學(xué)生的預(yù)習(xí)工作對(duì)教學(xué)效果影響很大。要改變這種現(xiàn)狀,必須充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體技術(shù),改進(jìn)教學(xué)方法。
　　多媒體輔助教學(xué)是一種以多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主要教學(xué)媒體的新型教學(xué)模式[5]。它可以實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的全員性、大容量、多信息、多趣味和高效率,能幫助教師更好地完成教學(xué)功能。為此提出兩點(diǎn)教學(xué)改革的方案,一是制作大量?jī)?yōu)質(zhì)的CAI多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件,在師生面對(duì)面的教學(xué)中產(chǎn)生圖、文、聲、像并茂的效果,刺激學(xué)生的科學(xué)靈感,強(qiáng)化知識(shí)的印象,加大知識(shí)信息傳播的力度和深度,以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。二是充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,積極開發(fā)網(wǎng)上智能儀器與檢測(cè)技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室,使學(xué)生在上課之前可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),從而提高預(yù)習(xí)深度,最終改善教學(xué)效果。
　　
　　6 結(jié)束語
　　
　　綜上所述,由于本科生智能儀器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在著實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較基礎(chǔ);實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性的;教學(xué)手段比較傳統(tǒng)等方面的問題,本文提出對(duì)實(shí)驗(yàn)室硬件條件,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,教學(xué)方法等方面進(jìn)行改革,其中部分方案已經(jīng)實(shí)施,并明顯地提高了教學(xué)效果,但實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的某些具體環(huán)節(jié)仍需我們不斷的進(jìn)行探索和研究。
　　
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