《傳感器技術及應用》是一門繁雜的交叉學科,也是理工類專業的一門重要課程。為了適應社會對高素質技能型人才的要求,我們對該課程的教學內容、教學方法進行了大膽的改革。實踐證明,學生的學習積極性、技能及分析問題、解決問題的能力得到了很大提高,課程改革取得了很大的成功。
《傳感器技術及應用》課程既是電子、自動化、機電一體化等專業的一門專業課,在現代檢測與控制系統中有著舉足輕重的作用,也是一門內容繁雜的交叉學科。從轉換原理上來說,涉及電學、磁學、光學、化學等學科;從應用角度來看,又與測量學、電子學、計算機技術及自動控制技術等緊密聯系;從每一種傳感器的轉換機理及應用場合來說,內容相對獨立;就學習方法來說,又是理論與實踐相結合的一門課程。
隨著企業對高素質技能型人才要求的提高,我院在教學中本著“技能為主、理論夠用”的原則,結合企業對于工作人員傳感器應用能力的要求,對《傳感器技術及應用》課程的教學進行了大膽的改革,切實體現教學過程的實踐性、開放性和職業性,取得了比較好的教學效果。
理論教學的改革
(一)教學內容模塊化
因為該門課程內容繁多,教學課時又有限(40~60學時),教學內容不可能面面俱到;而且在企事業的實際應用中,不同行業所使用的傳感器也各有側重。針對以上特點,我們將教學內容分為基礎模塊和選用模塊?;A模塊包含測量基礎知識模塊、溫度測量模塊、光測量模塊、磁測量模塊;選用模塊包含力測量模塊、位移測量模塊、其他傳感器模塊(如超聲波、火焰等傳感器)及傳感器網絡模塊?;A模塊為各專業必講內容,而選學模塊則供不同專業在組織教學時選用,如機電一體化專業可選學位移、力傳感器模塊,而電子類專業則不選或降低要求,以滿足不同領域的要求。
(二)教學內容的優化
目前的傳感器教材在內容的編排方面,考慮到系統性和完整性,順序一般安排為基礎知識、各種類型的傳感器、信號處理電路,最后介紹智能型傳感器和傳感器網絡等新知識,這樣的安排不太適合職業院校對學生職業能力培養的要求。如“信號處理電路”的內容安排在各種傳感器內容之后,當講到該部分時,相關實驗都已做過了,這時再來學習接口電路意義不大。為此,我們在組織教學時,對部分內容進行了調整。(1)將“信號處理電路”的內容放在基礎知識模塊。這樣調整的好處是,在學習具體傳感器之前,先掌握對傳感器輸出信號的處理電路,等講到具體傳感器時,學生便能針對不同的傳感器選擇相應的處理電路,并進行相應的實踐,做到學以致用,提高技能。(2)將“智能型傳感器”一章打散,把對應的智能型傳感器放到每一個具體的傳感器教學模塊中。目前,傳感器的智能化、集成化已走向成熟,很多半導體制造商都研制、生產出了各種智能化、集成化的傳感器及傳感器專用處理電路,將該內容分布到每個模塊中,一是可以使學生對智能傳感器的學習更有針對性,二是能做到將最新技術、產品介紹給學生,三是每一模塊仍自成一體,不會使教學內容離散。為此,我院編印了部分智能型、集成化傳感器補充讀物,供學生課后閱讀。(3)教學過程的組織淡化理論,重在應用,充分應用現代教學手段。
該門課程教材的主要內容為轉換原理、基本特性等,而職業院校畢業生的去向主要為生產一線,重點在于應用,只要知道如何使用、選擇傳感器即可,很少需要進行理論研究。因此,在教學中只需要讓學生定性地了解傳感器的工作原理,熟悉其基本特性,對于原理性的理論推導可以不做要求。對于一些定理,只要知道定理內容及在生產實際中的應用即可,對于定理公式的推導則沒必要詳細介紹。對此部分內容感興趣的學生可以自學,有問題再向教師請教或自己查閱資料。例如熱電偶傳感器的中間溫度定律,學生只要明白該定律的作用為熱電偶傳感器的冷端補償,至于該定律的理論推導則無須占用課堂時間。學生學習的重點在于如何根據傳感器手冊、應用場合、測量范圍等指標選用傳感器,而對于很多公式、理論等內容則以學生自學為主,重點在于培養學生的技能。
在教學過程中,對于基本概念的教學仍然采用傳統的教學手段,對于新技術、新知識或相對比較簡單的內容,如“傳感器網絡”、“超聲波傳感器”等內容則采用多媒體教學。對于一些智能型傳感器,則要求學生充分利用網絡資源,了解傳感器發展的最新動態。
實踐教學的改革
(一)實踐教學內容的改革
在教學中,我院將實踐教學內容由傳統的實驗調整為實驗、實訓和課程設計。
實驗教學內容的改革目前,傳感器教學主要是在學完理論后做1~2個實驗,這些實驗絕大部分屬于原理性、驗證性的參數或性能測試類實驗,而且現在的各種傳感器實驗儀也只能做驗證性的實驗,應用性、綜合性的實驗幾乎沒有,導致學生對待實驗興趣不高、實驗效果不理想等問題。針對這一現象,結合職業院校對人才的培養目標,我院在保留幾個典型的原理性、驗證性實驗(如電阻應變片性能測試)的基礎上,大量增加實訓環節。原理性實驗供學生測量傳感器的特性,以培養學生科學的實驗方法。實訓環節為每學完一個傳感器模塊后,針對所學內容,讓學生設計、制作一個相應物理量的測量電路,主要訓練學生對傳感器的選擇、信號處理電路設計等實際應用能力。每個實訓設計成小型項目,主要內容為:(1)溫度傳感器應用實訓;(2)壓力傳感器應用實訓;(3)磁傳感器應用實訓;(4)轉速測量應用實訓。實訓的目的在于培養學生綜合運用所學知識的能力,根據需要選擇相應的傳感器,掌握常見傳感器測量電路的調試方法、步驟等。這樣,學生走上工作崗位以后能夠很快地進入角色。
課程設計教學內容的改革課程設計是職業類院校培養學生實際技能的重要環節,通過課程設計可以培養學生綜合運用所學知識解決工程實際問題的能力,以進一步鞏固、深化、擴展本課程所學的理論知識,并用來指導實踐技能。根據企業需要及人才培養方案的要求,我院測控類專業安排一周專門時間的課程設計,通過一周的綜合訓練,激發學生的學習興趣,培養學生的技能,并取得了理想的效果。
(二)實踐教學的實施
實驗教學傳感器基本特性測試實驗仍采用傳統的方法,在傳感器實訓設備上完成。學生主要根據實驗指導書給出的步驟測量若干個數據,并根據測量數據繪制出相應傳感器的特性曲線,計算其靈敏度等,通過實驗教學培養學生科學的實驗態度,掌握基本的測試技術,這些都相對比較簡單,也容易實現。
實訓及課程設計相對于實驗來說,實訓和課程設計要難得多,但也是最能鍛煉學生技能的環節。在實訓教學過程中,由3~5個學生組成一個小組,以小組為單位組織實訓。教學采用循序漸進的方式,由簡單到復雜逐步加大難度。在該實訓的教學中,若所有的電路都讓學生去做,難度較大,有的學生能做出來,而有的學生會覺得實訓太難而退縮。因此,我們在實訓時,對于后面的三個部分不要求學生去做,用數字電壓表來代替,學生只需要做前面兩個方框,即傳感器的選擇和信號處理電路,學生的主要精力轉移到傳感器的選擇與信號處理電路的設計與制作、調試上來,難度降低很多。而接下來的實訓則逐步要求部分學生做出全部電路,并能正確調試電路,直到完成相應物理量的測量。
通過前面四個實訓內容的鍛煉,大部分學生已能夠基本掌握傳感器測量電路的設計、制作與調試工作,也為課程設計的完成打下了堅實的理論、技能基礎。課程設計是培養學生綜合運用所學知識的重要環節,教學中將課程設計的課題看成是一個項目,每個項目由3~5個學生來完成,指定或選出能力較強的學生作為項目負責人,負責整個項目的實施,在認真研讀課程設計指導書,了解任務的基礎上合理分工,使每個學生負責一部分電路,并明白每部分電路之間的聯系,集中小組所有學生的智慧,協作完成整個課程的設計任務。經過兩輪課程設計的驗證,每個小組都能按時完成任務,使學生分析與解決工程實際問題的能力得到提高,鍛煉了學生的動手能力,也培養了學生的合作能力。
經過兩個學期的實踐,與原有的教學方法相比,《傳感器技術與應用》課程的改革取得了顯著的教學效果,學生的技能得到了提高,也為其他課程的改革提供了借鑒。