传感器技术是一门实践性很强的学科,学生通过实验除能验证理论知识外,还能加强创新和实践能力的培养。传感器技术是现代信息技术的主要内容之一, 在当代科学技术中占有十分重要的地位。传感器种类繁多,涉及面很广,是一门学科交叉和知识密集高度综合性的应用技术, 传感器实验教学是整个教学环节中的一个重要子系统,它包括信息的获取、变换、处理、显示等环节。学生在学习传感器技术时已具备基本的专业知识, 如果仍采用一般专业基础课的实验方法,其形式过于简单,实验仅停留在验证性的基本原理阶段, 这类实验与实际联系不多, 反映不出当今传感器的应用技术, 难以刺激学生的学习兴趣和创造欲望,教学效果不够明显。和“自动检测技术”课程配套的传感器实验课程主要以“传感器系统实验仪”作为实验平台,完成十多种传感器的基本实验。该系统生产厂家较多,但功能、特性大同小异。实验系统有一定的局限性, 主要进行验证性实验,并且实验的定量结果比较粗糙。
1.传感器实验教学的现状
长期以来, 理论教学重于实验教学的观念根深蒂固,影响了传感器教学的效果。传统的传感器教学尤其是实验教学迫切需要改革创新。传统的传感器实验教学的问题主要反映在以下几个方面:
1.1 教学中存在对实验重视不够实验教学是理论知识和实验活动、间接经验与直接经验、抽象思维和形象思维、传授知识与训练技能相结合的过程。但是,目前不少高校在教育观念上,仍存在着重理论、轻实践,重理论知识传授、轻动手能力培养的倾向,在课程体系上,实验教学少有独立的教学体系以及相应的学分评价体系,实验课从属于理论课,实验内容含在理论课程中, 实验学时与内容的开设随意性强,随意削减实验学时成为普遍现象,实验课时同理论课时比例不太合理等问题, 从而大大影响了学生对传感器特性的理解及在传感器应用中解决实际问题能力的培养。
1.2 传感器实验教材滞后
实验教材是提高实验教学质量的重要环节。传感器实验是近几年才在各高校普遍开设, 现阶段不少高校采用的传感器实验教材都是在厂家提供的仪器使用指南的基础上编写的讲义,缺乏规范性、普遍适用性。根据高校实验教学改革和本学科发展的现状更新充实实验教学内容和教学方法, 编写配套的、高水平的传感器实验教材是非常必要的。
1.3 实验教学中的实验引导时间长
实验引导指实验课开始时, 教师结合本次实验设备对实验原理、实验内容、实验注意事项和实验要求等内容所作的讲解。这些内容原本是学生在操作实验之前,通过实验预习来了解的。但是,当前实验预习途经主要是通过书本,从抽象符号中揣摩实验对象,一是增加了认知难度,二是需要花费较长的时间。对于这种预习实验方式,在没有检查激励的情况下,学生很少预习实验。这样,教师就不得不在实验课中利用较长时间进行实验引导, 留给学生操作实验的时间相对减少。
1.4 实验过程中缺少主动性和创新性
“传感器系统实验仪”上十多种传感器可以完成的实验项目大部分属半定量或定性实验方法,其中验证性实验方法为主,内容单调枯燥。个别观察分析、思维的动态实验学生基本不能独立完成, 通常由教师进行演示。实验模型基本确定, 实验模式格式化,学生完全按教师和实验讲义要求的内容、步骤进行实验, 学生处于被动学习和机械操作的状态, 遏制了学生实验的逻辑思维和创造性思维。
1.5 实验课程的考核对实验过程缺少激励机制
当前的实验课程考核多数只重视实验结果的考核, 就是以实验报告和教师的印象为主要依据而进行的延迟性考核。由于实验报告中的实验目的、实验设备、实验原理、实验步骤、实验数据等内容具有可复制性, 单一的实验结果考核会引起一些负效应: 一是评定的成绩不可能客观反映学生的实验能力和水平; 二是在客观上会造成做实验的不如看实验的。看实验的不如写实验的不良倾向。
2 传感器实验教学过程的思考
2.1切实加强传感器实验室基础建设,加快传感器实验教材的编写
实验器材是开展实验教学活动的基础平台, 应逐渐增加传感器实验室经费的投入,加强实验室科学管理制度的建设,形成较为完整的实验教学管理和保证体系。加快传感器实验教材的编写, 辅以多媒体辅助实验教学课件。从教师的教学观念, 到学生的实验目的等各方面都要充分认识到传感器实验在传感器教学中的重要性, 在实际实验教学中不断培养学生独立的动手能力。
2.2 提供良好的实验预习平台
创建面向实验环境的预习平台, 学生在实验室中,面对实验设备、实验工具、实验材料等实物, 通过阅读实验指导书或观看多媒体辅助实验教学课件,达到明确实验目的和任务, 把帮助学生设计出具有个性化实验步骤作为重点, 这种实验预习平台除要求实验室开放外, 对实验指导书或多媒体辅助实验教学课件提出更高的要求。
2.3 提供多种实验内容和类型
传感器课程是一门集机、光、电知识于一体的综合性应用技术。传感器元件是一种把外界的温度、压力、流量等非电量信号转换为电信号的功能器件。它所利用的是在物理学上称为“效应”的各种物理现象。但是传感器得到的信号大部分不能直接利用,要将得到的信号根据使用要求进行加工、处理, 转换成符合一定条件的电信号。
随着新材料、新工艺以及电子技术的发展,新型传感器不断涌现,目前市场已形成各类集成化、智能化、多功能化多系列的传感器产品。为使学生在有限的实验课时里较好的了解新型传感器件, 应精心选择实验项目, 减少验证性实验增加综合性实验, 在传统传感器基础上增添了新型传感器。一方面保留了一些基础验证性实验,如电阻应变、电涡流位移特性、光纤传感器位移特性实验等, 使学生通过这些实验,理解传感器的基木原理和特性,消化教学内容; 另一方面设计制作出多种实验模板。例如:集成霍尔开关控制实验板;光敏电阻应用实验板等。以传感器为主并与具体电路构成应用系统,用“实验任务书”的方式下达给学生。每个实验在任务书中提出了具体的技术要求, 让学生独立完成实验设计,实验教师在必要时给予提示,为了活跃学生的思路, 大部分实验只提出实验任务和要求, 而不规定具体的实验方法及步骤, 学生根据实验任务和具体给出的器件,设计出线路图,在实验电路板上装配。最后由学生独立完成连接和调试。为了便于学生观察实验结果和现象,每个实验电路设计时都采用了声、光器件, 这样不仅能刺激学生感观, 还可进一步提高学生对实验的兴趣。实验让每个学生都能亲自动手完成传感器的功能实现, 这样不仅提高学生的独立操作能力更有利于增强实验教学的效果。通过设计性实验和综合性实验, 培养学生工程设计能力、解决实际问题的能力和创新意识。
此外, 结合大学生实践创新训练计划以及课程设计让学生自己制作出一些小产品模型, 如利用电阻应变片设计数字电子秤, 结合单片机知识设计出多路温度、湿度等巡检系统, 使学生进一步认识到课堂中学过的传感器在其中的应用。
各种实验既有连贯性, 又相互独立。不同专业的学生可以根据不同的教学内容选用不同实验题目。在完成基本实验的同时, 不同层次的学生根据自己的能力和兴趣,可增加不同内容和难度的实验。
2.4 强化考核对实验过程的激励机制
在传感器实验教学中, 除进行实验结果的考核之外,更要进行实验过程的考核。就是指在本次实验操作结束时, 实时对学生的实验操作和理性思维等方面做出定量或定性的评定。将成绩评价定位在是否理解并灵活应用所学知识, 以及鼓励创新思想和创新实践过程,而不仅仅是结果正确与否。引导撰写设计论文,将设计思想、方案论证、技术路线等一系列创造性工作反映出来,同时还可锻炼学生的总结能力,为将来撰写科技论文奠定基础。强化对学生实验过程的考核, 既是实验结果考核有效性的前提,又是激励学生达到实验教学目标要求的有效途径。
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