主頁 > 技術(shù)文章 > 試論校企合作的傳感器與檢測技術(shù)課程實驗改革和開發(fā)2024-10-11

試論校企合作的傳感器與檢測技術(shù)課程實驗改革和開發(fā)

摘要：根據(jù)傳感器技術(shù)與應(yīng)用課程特點，針對傳感器實驗教學(xué)中存在的問題，以校企合作共建實驗室為平臺，對傳感器實驗教學(xué)模式進(jìn)行了探討。提出了分層次設(shè)置實驗課程模塊，采用開放式實驗教學(xué)，加強(qiáng)實驗與實踐環(huán)節(jié)，以掌握解決問題的方法為主線，制訂對學(xué)生實踐動手能力、綜合運(yùn)用理論知識解決實際問題的能力和獨(dú)立設(shè)計能力進(jìn)行評估的綜合評估方案。
　　各類新型傳感器的不斷涌現(xiàn)和廣泛應(yīng)用使得傳統(tǒng)的傳感器及檢測技術(shù)實驗教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)生產(chǎn)實踐和工程實際應(yīng)用脫節(jié)。以組合實驗箱為主要對象的實驗項目對學(xué)生的開放程度比較低，遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)對人才培養(yǎng)的需求。所以，吸取國外先進(jìn)的經(jīng)驗，結(jié)合工程學(xué)院校企合作實驗室現(xiàn)狀，開發(fā)設(shè)計新的傳感器實驗訓(xùn)練課程，提高學(xué)生實驗的積極性和主動性，提高學(xué)生的實踐動手能力、綜合運(yùn)用理論知識解決實際問題的能力和獨(dú)立設(shè)計能力，將對培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才起著至關(guān)重要的作用。
一、當(dāng)前傳感器實驗教學(xué)中的主要問題分析：
　　隨著各類新型傳感器的不斷涌現(xiàn)，教材內(nèi)容和實驗手段卻沒有及時更新，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)了“傳感器及檢測技術(shù)”課程而不認(rèn)識實際使用的傳感器，不會根據(jù)具體的檢測任務(wù)選擇合適類型、精度的傳感器，面對傳感器與控制器的接線無所適從等的教育問題。出現(xiàn)上述問題有以下四方面原因。
　　1.過分強(qiáng)調(diào)教師的指導(dǎo)性，忽略了學(xué)生的能動性
　　表現(xiàn)為實驗教學(xué)中以教師為主，學(xué)生被動地按教師的演示方法或?qū)嶒灲滩囊?guī)定的步驟進(jìn)行實驗結(jié)果的驗證，實驗教師教什么和怎么教，既不考慮專業(yè)培養(yǎng)的發(fā)展需要，也不考慮培養(yǎng)對象的個人興趣，致使學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)的狀況，教師僅僅講解而不進(jìn)行教學(xué)信息的雙向交流，不利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。
　　2.實驗內(nèi)容陳舊，實驗手段單一
　　目前傳感器課程的實驗設(shè)備的主流產(chǎn)品是組合實驗箱，這種儀器是把多種傳感器、電源、處理電路、顯示儀表集于一體，組成了一個完整的測量系統(tǒng)。實驗時學(xué)生主要根據(jù)實驗指導(dǎo)書給出的步驟接幾根線，手動調(diào)節(jié)實驗儀器，手動記錄輸入和輸出值、計算實驗結(jié)果、畫出實驗曲線。這種實驗箱對學(xué)生的開放程度比較低，學(xué)生只是操作、記錄實驗數(shù)據(jù)，對實驗的傳感器種類、實驗原理、測量電路和方法了解的少。這種通過實驗箱完成的以驗證型實驗為主的實驗方式不利于培養(yǎng)學(xué)生實驗的興趣，更不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。
　　3.傳感器課程的實驗內(nèi)容設(shè)置不合理
　　傳統(tǒng)實驗教學(xué)按課堂教學(xué)的各個課程階段進(jìn)行，教學(xué)內(nèi)容是以課堂教學(xué)中的理論或定律的驗證和求證為主，各類新型傳感器的不斷涌現(xiàn)和廣泛應(yīng)用并沒有設(shè)置在當(dāng)前實驗內(nèi)容中，與企業(yè)生產(chǎn)實踐和工程實際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)。
　　4.實驗考核手段呆板
在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，學(xué)生實驗成績的評價是按實驗預(yù)習(xí)、實驗操作步驟的完成情況、實驗結(jié)果、實驗報告完成情況等來考核，這導(dǎo)致學(xué)生處于不假思索的被動實驗狀態(tài)，甚至同學(xué)之間相互抄襲，沒有留給學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造思維的空間，嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情，不利于學(xué)生的自主發(fā)展。
二、改革具體實施方案
　　在20世紀(jì)80年代和90年代，在工業(yè)界和政府部門工作的工程師，就已經(jīng)和學(xué)校的教學(xué)領(lǐng)導(dǎo)一起討論如何改善工程教育的狀況。其共識是對當(dāng)前工程教育偏重于包括數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)專業(yè)方面的理論教學(xué)，而對強(qiáng)調(diào)技能如設(shè)計、團(tuán)隊合作和溝通等方面的實踐基礎(chǔ)沒有加以足夠的重視。[2]該共識提出學(xué)生的能力不僅包括自學(xué)能力、應(yīng)用能力和實際動手能力，還應(yīng)包括創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作和溝通能力。因此，必須深化實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗手段及實驗方式的改革。
　　為了加強(qiáng)工程教育的改革，我校先后與國內(nèi)外著名企業(yè)合作共建了一批具有較強(qiáng)工程實踐背景的，適應(yīng)現(xiàn)代工程技術(shù)，融基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性特點為一體的一流實驗中心（室）。如三菱電機(jī)自動化實驗中心、GE自動化系統(tǒng)集成實驗室、西門子先進(jìn)自動化聯(lián)合示范實驗中心、博世力士樂機(jī)電一體化實驗中心、臺達(dá)自動化實驗中心、賽普拉斯聯(lián)合共建PSOC實驗室等。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一系列課程教學(xué)和實踐的改革。傳感器技術(shù)及應(yīng)用課程也進(jìn)行了改革的探索和實施。
　　課程設(shè)置上提高了實驗學(xué)時的比例，并且把教室放到了實驗室，教師一邊講解一邊操作，增加了學(xué)生對傳感器的直觀認(rèn)識和學(xué)習(xí)興趣，真正做到“做中學(xué)”。實驗課程以當(dāng)前自動化系統(tǒng)所涉及到的主要物理量及主流傳感器類型為實驗對象，分層次設(shè)置基本技能型實驗、驗證型實驗、綜合型實驗、設(shè)計型實驗四級實驗課程模塊，嘗試采用開放式實驗教學(xué)，加強(qiáng)實驗與實踐環(huán)節(jié)，以提高學(xué)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力。制訂對學(xué)生實踐動手能力、綜合運(yùn)用理論知識解決實際問題的能力和獨(dú)立設(shè)計能力進(jìn)行評估的綜合評估方案。
　 1.實驗課程設(shè)置
　　在實驗內(nèi)容的安排上以校企共建實驗室為依托，以培養(yǎng)綜合實踐能力和以獨(dú)立思考能力為主線，從簡到繁，循序漸進(jìn)，進(jìn)行實驗內(nèi)容的整合，建立與傳感器理論課程并駕齊驅(qū)的實驗課程，在人才培養(yǎng)和目標(biāo)定位上形成二者并重的既緊密聯(lián)系又相對獨(dú)立的兩個支柱。同時在實驗內(nèi)容設(shè)置上將電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、PLC與電氣控制、檢測技術(shù)等課程內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來，形成以項目實現(xiàn)為目標(biāo)的綜合性實驗內(nèi)容，克服傳統(tǒng)傳感器及檢測技術(shù)實驗教學(xué)中驗證性、低層次重復(fù)性實驗過多的弊端，增加綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)內(nèi)容，為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力、實踐能力和創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)，加強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊合作和溝通能力。
　　2.實驗內(nèi)容建立多級分層的模塊結(jié)構(gòu)
　　按照傳感器學(xué)科特點和職業(yè)技術(shù)的要求，分層次建立起基本技能型實驗、驗證型實驗、綜合型實驗、設(shè)計型實驗四級實驗課程模塊。
　　基本技能型實驗包括儀器、儀表的使用和基本的電子工藝，為后續(xù)實驗的操作打下堅實的基礎(chǔ)。
　　驗證型實驗指通過實驗來驗證傳感器課程中的基本理論，加深對相關(guān)理論的理解和認(rèn)識，這部分內(nèi)容可通過教師在講授理論的課堂演示和學(xué)生課外自己操作。實驗內(nèi)容如箔式應(yīng)變片性能，相敏檢波器原理及特性，電感、電容、磁感應(yīng)式傳感器的特性，直接檢測式、對射式、反射式光電傳感器的性能等實驗內(nèi)容。
　　綜合型實驗旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用傳感器理論知識分析問題和解決問題的能力。綜合性實驗內(nèi)容要體現(xiàn)系統(tǒng)性和實用性，實驗項目要包括被檢測信息的獲取、轉(zhuǎn)換、顯示以及測量數(shù)據(jù)的處理等技術(shù)。實驗教師僅提出實驗項目要求和實驗條件，學(xué)生以小組為單位查閱相關(guān)資料，把學(xué)過的理論知識與實驗內(nèi)容聯(lián)系起來，并結(jié)合實驗室現(xiàn)有設(shè)備和條件，提出項目方案論證，由教師確認(rèn)可行之后動手完成實驗。這種實驗教學(xué)，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，增強(qiáng)了動手能力，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力與創(chuàng)造性思維能力。綜合型實驗將學(xué)生置于校企共建實驗室環(huán)境中，可以將自動化專業(yè)多門課程綜合應(yīng)用，如采用PLC技術(shù)和傳感器技術(shù)綜合設(shè)計并制作一個恒壓供水系統(tǒng)，采用溫控儀或PLC和傳感器技術(shù)設(shè)計并制作一個恒溫控制系統(tǒng)、采用MCS51系列單片機(jī)構(gòu)建一個智能汽車超載報警器、采用MCS51系列單片機(jī)完成微位移測量并顯示系統(tǒng)等。
　　設(shè)計型實驗以工程實際應(yīng)用為背景，以項目的方式完成實驗課程的訓(xùn)練。指導(dǎo)教師僅提出項目需求，由學(xué)生查閱資料、根據(jù)校企合作共建實驗室現(xiàn)有設(shè)備自行設(shè)計項目實施方案，并由指導(dǎo)教師確認(rèn)并實施。校企合作實驗室均采用開放式管理，使得學(xué)生完成實驗的方式和手段不拘泥于課堂上而完全轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂外，增加了實驗的靈活性和提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。設(shè)計性實驗如學(xué)完壓電式傳感器設(shè)計并制作一個壓電式玻璃破碎報警器、學(xué)完霍爾式傳感器設(shè)計并制作智能測速儀，學(xué)完光電式傳感器設(shè)計一個智能路燈亮滅控制系統(tǒng)、對城市路燈具有一定的節(jié)能管理功能以及酒后駕車智能酒精濃度報警器，智能障礙探測儀等具有實際應(yīng)用意義的實驗項目，使得學(xué)生具有濃厚的興趣和項目完成的成就感。
　　3.實驗實施方案
　　實驗課改變傳統(tǒng)的以課時為單位的教學(xué)方法為項目教學(xué)法。綜合性和設(shè)計性實驗以小組為單位，每小組3～4人，信息的收集、方案的設(shè)計以及項目實施都由學(xué)生自己負(fù)責(zé)，學(xué)生通過該項目的實施，解決并把握整個過程及每一個環(huán)節(jié)中的基本要求，教師僅提供指導(dǎo)。改變教師的主導(dǎo)地位和單向的授課方式為相互的交流和討論，創(chuàng)設(shè)情境，啟迪思維，引導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加課堂信息量，營造積極活躍的學(xué)習(xí)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生形象思維及創(chuàng)新思維能力。組織學(xué)生分組討論，然后派代表發(fā)言，使得學(xué)生由被動接受轉(zhuǎn)換為主動思考，深化了學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解。實驗室采用開放式管理，學(xué)生可以靈活的控制項目進(jìn)度。
　　4.制訂合理的實驗成績考核方案
　　傳統(tǒng)的實驗考核方式是采用對實驗結(jié)果的驗收和實驗報告的考核完成的。在實施過程中就會出現(xiàn)不注重過程、實驗報告抄襲等問題。新的實驗成績考核方案應(yīng)該是對學(xué)生實踐動手能力、綜合運(yùn)用理論知識解決實際問題的能力和獨(dú)立設(shè)計能力的綜合評估�？己丝梢圆捎矛F(xiàn)場答辯的方式，考核的依據(jù)要使學(xué)生重視實驗過程，可通過對綜合型和設(shè)計型實驗的方案論證和最終的軟硬件調(diào)試結(jié)果是否滿足預(yù)期目標(biāo)來達(dá)到這一目的。
在研究對比目前國內(nèi)高校傳感器及檢測技術(shù)課程實驗設(shè)置和對企業(yè)用人單位需求分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)特色，按照傳感器學(xué)科特點和職業(yè)技術(shù)的要求，從培養(yǎng)應(yīng)用型、技術(shù)型人才的目標(biāo)出發(fā)，以校企合作共建實驗室為平臺，分層次建立起基本技能型實驗、驗證型實驗、綜合型實驗、設(shè)計型實驗四級實驗課程模塊，既尊重課程的內(nèi)在規(guī)律，又能以工業(yè)自動化中應(yīng)用最廣泛的典型案例為媒介，使實驗教學(xué)步入多元化、科學(xué)化的軌道。教學(xué)改革工作取得了一定的成績，但傳感器技術(shù)與應(yīng)用是一門發(fā)展中的學(xué)科，需要與時俱進(jìn)，爭取做到教與學(xué)、學(xué)與用的最佳統(tǒng)一。

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