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检测转换技术课程教学改革探索

[摘要]文章通过分析检测转换技术课程教学现状及存在的问题,结合陕西理工大学自动化专业的培养目标,以及企业对工程应用型人才的需求,提出了课程改革的思路和具体措施。文章从改进教学观念、优化教学内容、改善教学方法、侧重工程应用、改变考核办法等方面进行了探讨。近几年的教学实践证明,课程教学改革有效调动了学生学习的积极性和主动性,对学生工程应用能力的培养效果显著。

[关键词]检测转换技术;课程教学改革;工程应用能力

一、课程教学现状

检测转换技术是自动检测技术和自动转换技术的总称,它是自动化、电气工程及其自动化、测控技术等专业的专业基础课程,涉及的知识非常广泛,包括物理学、电工学、电子技术、自动控制原理、计算机技术等多个学科。作为信息技术的三大支柱之一,传感器与检测技术已渗透到人类的科学研究、工程实践和日常生活的各个方面,在促进生产发展和科学技术进步的广阔领域中发挥着重要的作用。在研究自然现象规律及生产活动时,必然要从外界获取大量的信息,信息的获取、处理、转换已经成为信息领域的关键技术。通过本课程的学习,学生能合理地选择及应用传感器和检测技术,搭建检测系统,及时正确地获取所需信息,并为后续课程的学习及工作实践应用打下良好的基础,这对培养学生的创新思维能力和实践动手能力具有重要的作用。检测转换技术一直以来都是陕西理工大学(以下简称“我校”)自动化专业的一门重要专业基础课,我校电气工程学院自动化系培养计划中于第5学期开设这门课程。该课程的主要内容为:了解检测技术的基础知识,结合系统阐述检测技术的应用,掌握测量系统的组成、数据的检测及处理的方法;了解传感器的特性、组成部分和应用场合,结合系统设计明白传感器选取的原则及所需各项指标的确定;掌握一些常用传感器的工作原理、性能指标、基本应用方法,结合系统设计学会根据具体设计要求完成对传感器的选型;掌握一些常用转换电路的搭建,初步具备设计自动检测系统,并能提取所需信息及减小或消除检测误差的能力。该课程在整个自动化课程体系中具有多门课程内容融合的非凡意义,其以物理学、电工原理、电子技术等为先修课程,同时又为后续的单片机与嵌入式系统、计算机控制系统、PLC等课程的课程设计及毕业设计打下基础。该课程涉及的知识面广,与工程实际结合紧密,现已成为我国高等工科院校自动化专业的主干课程,并且在课程体系中占有重要地位。近年来,课程组对该课程的教学改革与探索较为滞后,教学内容、教学大纲没有及时调整,针对课程的实验设备及内容也没有及时更新。受到传统教学模式的影响,该课程同其他一些课程一样存在着教与学严重脱节的现象,虽然教师也认真备课,尽量改进教学方法,但仍然无法使学生足够重视该门课程,以至学生学习兴趣不浓、积极性不高,该门课程的教学效果不够理想。另外,该门课程让学生学习的内容、方式也存在问题,目前主要还是以课本及作业习题为主,不能有效与实际工程应用相结合;实验课时少且均为验证性实验,几乎没有设计性实验,基本属于“纸上谈兵”,结果是部分学生学完该门课程后不认识实验室常用的一些传感器,不会正确使用常用的仪器仪表,不会设计基本的测量电路。针对以上教学存在的问题,研究探讨出一套科学、实用的教、学、做相结合的教学方案,提高该门课程的教学质量,促进学生创新能力和实际工作能力的培养,提高在新形势下学生的竞争力已是刻不容缓。

二、目前存在的主要问题及分析

检测转换技术的教学内容主要包括自动检测技术、自动转换技术、传感器选型应用等方面,不同于一些理论、原理性为主的课程,该课程是一门知识掌握、应用能力并重的课程,对培养学生的自动检测、自动控制及生产过程自动化设计能力具有重要作用。现有的检测转换技术课程在教学中主要存在以下问题。(一)课程教学观念偏离教学目标。课程教学观念对教学起着指导和统帅的作用,我校的目标是培养高级应用型人才,注重知识和能力的并行培养,而该课程目前仍是“先知识,后能力”的传统教学模式,即便如此,在课程教学灌输式“先知识”后,还是缺乏对学生应用能力的培养。具体体现在课程教学目标还是停留于课堂讲授、验证性实验、理论考核这样的传统模式,忽略了将所学理论知识与实践动手能力的有效结合,导致多数学生的理论考试成绩良好,但并不具备该学科应有的设计及应用能力。(二)课堂教学方法缺乏创新。在该课程中,很多基础效应、传感器工作原理都是在之前的物理、电路等课程中学习过的内容,而现行的教学计划仍然在这些学生已基本掌握的理论知识上耗费了较多课时,这导致在课堂教学的过程中,学生对重复的教学内容感到无趣,求知欲也就被遏制了。教师对如何针对课程特点采取有效的教学方法和手段,从根本上解决学生学习兴趣不浓、积极性不高的问题上缺乏深入思考和研究,教学方法仍以灌输为主,双主体意识中的学生主体地位不够突出,教师对学生创新思维的培养滞后。(三)课程教学内容和工程实际相脱节。现行的教学内容主要以理论教学为主,强调各种传感器的工作原理,对目前工程应用中所需熟悉的技能,尤其是一些新型传感器的认知不够。虽然原理的掌握是该课程教学中必不可少的重要环节,但光强调原理不利于学生更好地掌握典型工作任务所需的知识和技能,反而会忽视传感器技术在具体工业现场的选型、安装、调试等能力的培养,而这正是学生毕业后走上职业岗位所需要的技能。(四)课程作业形式单一课程作业形式单一,学生敷衍了事已成常态。传统教学中的作业形式,通常以布置课后题为主,其目的是帮助学生在课后加深对基本概念的理解,巩固理论知识认知,但这对该门课程的实际教学效果并不理想。主要原因是理论学习枯燥无味,即便学生认真完成作业后,仍然对传感器的应用和检测电路的设计知之甚少,这与应用型人才的培养目标有所偏离,导致学生无法真正地学以致用,学生学习兴趣低下,应付过关了事。(五)课程考核评价体系单一。课程考核应能够反映出学生对该课程各个知识点的掌握程度及工程应用的能力。目前,该课程的考核还是以笔试为主,学生复习、考试也仍以记、背为主要方式,这很大程度上忽视了学生对检测转换技术及传感器在实际系统中的应用水平和能力,不能充分反映学生在学习过程中的实际体验和感受,换言之,即该课程对学生的实际应用能力的考核不够。

三、建设目标及内容

针对检测转换技术课程性质以及传统教学过程中存在的问题,以“强调实践、注重应用”为教学指导思想,紧密围绕学生专业核心能力的培养,拟从以下几个方面进行改革。(一)优化教学内容优化教学内容,构建科学合理的课程教学体系。对教学内容不断进行优化和调整,在所选教材的基础上,精选教学内容,增加新知识、新技术的介绍。检测转换技术涉及知识面广,应以相互具有有机联系的方式讲解,要求教学内容的理论浅显易懂、简洁明了,切实贯彻“必须、够用”的原则,避免学生在学习中因需要掌握各种繁杂知识而失去学习兴趣。例如,在讲解应变式电阻传感器时,其工作原理、转换电路等知识必须详细阐述,而因为学科差异,涉及材料力学方面的理论公式推导只需介绍了解即可,再以实际的传感器应用案例,让学生清楚该类传感器的实际使用方法和应用领域,以激发学生的学习兴趣及创新思维。(二)改进教学方法改进教学方法,教学形式多样化,提高教学效果。多媒体是现代教学活动中必不可少的教学工具,应结合现有的多媒体课件,再借鉴其他与该课程相关的精品课件,制作出更为适合该课程课堂教学的多媒体课件。但课堂教学也不能完全依赖多媒体课件,应该采取课件、板书、实例教学相结合的方式。另外,还可将易于携带的各种常用传感器或教具带入课堂,采用教师边讲边操作的方式,使学生对所学知识和传感器的使用方法及步骤有一个直观的了解和认识。这种模式适合讲授各类传感器的基本概念、工作原理,包括器件的选型、安装、调试等教学内容。用“眼见为实”的方式加强学生对所学内容的认知,以提高学生学习的兴趣。在教学过程中,除了采用上述以讲授为主的注入式方法以外,还可结合以自学为主的启发式教学模式,如适量增设课堂讨论环节,让每个学生都能自觉主动地参与到课堂教学中,从而更进一步激发学生的学习积极性。注入式和启发式相结合的教学模式,完成了从单纯的教师主导课堂教学到学生自学,师生共同讨论相结合的转变,达到了充分发挥学生主体作用的效果,增加了课堂教学的吸引力。同时,教师可以通过讨论及时了解学生对知识点的掌握情况,进而采取相对应的教学改进,从而很好地处理教与学的关系。(三)注重实例教学注重实例教学,加强实验教学,学以致用。在检测转换技术的教学中有很多原理性的知识,学生在学习这些知识的过程中会感到知识比较抽象、枯燥,对此教师可以实际例子作为导入,先让学生有一个感性的认识,再讲原理,使学生有针对性地去学习。教师可将实际工业现场的应用技术融入课堂教学,整合、提炼出一部分能配合知识点讲授的实际案例,以典型工作任务的完成过程,使课堂教学生动、形象且切合实际,从而激发学生的学习兴趣和对课程内容相关知识的求知欲。通过这种教学方式,可逐渐完成从“概念—原理—应用”的传统教学模式,到“实例展示—核心设计—应用领域”教学模式的转换,达到引导学生创新思维、激发学生学习兴趣的目的,有利于知识点的融会贯通,让学生更好地掌握检测转换技术和传感器应用技术。检测转换技术是一门比较注重实践的课程,而实验教学是与理论教学相对应的一种教学形式,是对理论学习的深化和补充,强调过程操作和应用设计。适当增加实验课时,以验证性实验为主、设计性实验为辅的实验教学模式非常适合该课程的学习,精选开发一些有针对性的验证性实验,可以帮助学生更好地理解课堂所学知识,这样既可激发学生的学习兴趣,深化理论教学的知识点,又可以提高学生的实际动手能力和工程应用能力,满足应用型人才的培养需求。结合实际增设若干设计性实验,重点培养学生的实际工程应用、设计能力。首先,设计性实验的题目要选好,既要结合专业,又要针对工程实际,设计中更要真刀真枪地完成设计要求,实现设计功能。为此,可以教师的一些在研课题为依据,师生共同讨论研究,这样既可加快教师科研课题的进度,又可锻炼和提高学生的实践能力。在实验报告的形式上可以多样化,如报告式、论文式,这样既可以让学生完成实验任务,又可以让学生掌握科技论文的写法,达到事半功倍的学习效果。(四)大作业为主大作业为主、课后题为辅,调动学生学习的积极性。在讲解完同种原理或同类型的传感器教学内容后,可根据实际的工程应用,留给学生一次大作业,由教师下达任务书,以学生自主设计为主、教师答疑辅导为辅,完成一些有针对性的应用及设计任务。例如,在讲完电阻式传感器后,可完成“电子秤的硬件电路设计”。在设计中,主要侧重于传感器的选型、检测模块的设计和测量电路的设计。再如,讲完霍尔传感器后,可完成“基于霍尔传感器的转速测量装置设计”。在设计中,侧重传感器的选型、安装、显示电路的设计和误差的分析。实物的制作可在该课程设计性实验环节或后续课程设计的教学环节中完成。大作业可以安排4~5名学生一组共同探讨,从查阅资料、器件选型、设计电路,到提交设计报告完成作业,最后由师生共同讨论协商,给出作业成绩。这种方式可以让学生边学边练、分工合作,充分调动了学生学习的积极性,有效促进了学生将所学理论知识应用于实践的能力,对学生工程应用能力的培养起到了激励作用,并提高了学生的团队协作意识。(五)改变课程考核办法改变课程考核办法,侧重学生的工程应用能力。课程考核是检验学生所学知识和能力的手段,它具有导向、反馈、评价等多项功能。合适的考核方式,能引导学生注重形成性学习,改变以往“上课记,考试背,考完忘”的传统做法,针对检测转换技术课程的特点及教学目标,并结合工程实际的要求,采用基于学习过程的多维度考核方式。鉴于此种设想,课程考核的总评成绩可由平时考核、实验考核、笔试考核三大模块组成,具体的考核权重如表1所示。新的考核方式,除保留了传统笔试考核以外,更加注重考核学生主动参与课程教学的积极性和基于该门课程的实际应用能力。实践证明,在此机制的促进下,学生的到课率明显提高,完成作业、实验的态度和能力也有所改善。

四、结束语

近三年的课程教学改革实践证明,学生在该门课程的学习中,主动参与意识明显加强,积极性显著提高。相较于以往的只重视理论学习,到现在更侧重于实践动手能力的培养,形成了理论联系实践的良性循环,并在新的考核机制的促进下,更加重视实验及作业的完成,大大提高了学生实践动手和工程应用能力,有效提升了学生学习的效果。这在后续的课程设计和毕业设计的教学环节中得到了充分的证明。另外,课程教学改革也提高了教师教学及科研的积极性,有效促进了教师队伍的专业发展。当然,随着用人单位对毕业生要求的不断变化,教学理念也应不断更新,这就需要课程教研组不断研讨课程的培养目标和教学方法,以达到适应工程应用能力培养的实效。笔者坚信,以先进的教学理念为引导,通过广大师生坚持不懈的努力,定能培养出更多更好的、与时俱进的工程应用型人才,为经济建设和社会发展贡献力量。

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作者:胡波 单位:陕西理工大学电气工程学院

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