提高《檢測技術》實驗教學效果的研究

任海霞 李志斌 夏飛

【摘 要】《檢測技術》是一門實踐性很強的課程，注重培養(yǎng)學生的實踐能力。本文針對這門課程的特點，結合學校的辦學理念，從基礎實驗教學、綜合實踐教學、提高科創(chuàng)等方面對該課程的實驗教學進行了改革，體現(xiàn)了分層次、多樣化的特點，取得較好的教學效果。

【關鍵詞】《檢測技術》 ? ?實驗教學 ? ?實踐教學 ? ? ?科創(chuàng)

《檢測技術》課程是測控技術與儀器、自動化專業(yè)的必修專業(yè)基礎課，是一門實踐性和技術性很強的學科。隨著時代進步和科技發(fā)展，秉承上海電力學院“立足電力、立足一線、立足應用”的辦學理念，強調學科特色傳承和拓展，作為專業(yè)主干課程的《檢測技術》需要進行課程教學改革。實驗教學作為整體教學的一環(huán)已不可或缺，其教學內容的選取和安排是非常重要的。本文從基礎實驗教學、綜合實踐教學、提高科創(chuàng)等方面進行了探討，希望借此能夠幫助學生更好地學習這門專業(yè)基礎課程，并提高動手操作能力和創(chuàng)新能力。

一、基礎實驗項目模塊化

由于該門課程內容繁多，且隨著大規(guī)模集成電路、材料科學和微機械加工技術的快速發(fā)展， 各種新型傳感器及其檢測技術也發(fā)展得非常迅猛，教學時不可能做到面面俱到。因此， 我們根據(jù)傳感器的工作原理調整課程結構， 將同種工作原理的傳感器分為一個模塊。

《檢測技術》實驗基于杭州英聯(lián)公司生產的YL2100系列傳感儀，分成5大模塊，分別為溫度、壓力、位移、轉速和差動變壓器，每個模塊又包含3到6個小實驗不等。

實驗項目分為必做模塊、選做模塊兩大類，實驗內容分為“基本實驗”“設計性實驗”和“綜合性實驗”三個層次。學生在完成基本實驗的基礎上，可以利用實驗室開放時間進行自主實驗。學生不僅要學會連線、加電、讀數(shù)據(jù)，還要結合以前所學的電子技術、電路等知識，構建基本的檢測系統(tǒng)， 加大學生自由發(fā)揮的空間， 提高實際動手能力。

比如，在完成基本的應變片式傳感器、 差動變壓器、 霍爾傳感器實驗后，增加設計型實驗——電子秤的設計。學生可以根據(jù)學過的知識，任意選取一種傳感器，結合自己的工作特性，并加上測量電路去設計電子秤，最后對基于不同傳感器的電子秤進行比對。經(jīng)過學生自己的動腦思考和選擇比較過程，對這幾種傳感器的工作原理和應用能有更深入地理解。這種效果比每學過一種傳感器通過直接連接實驗儀上設計好的電子秤去稱重，僅僅是讀取實驗數(shù)據(jù)的效果要好得多。

或進行溫度、轉速的PID控制系統(tǒng)設計實驗，利用Labview建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，把實驗數(shù)據(jù)實時傳送給計算機進行控制處理，通過設置“采樣周期”“比例系數(shù)”“積分時間”“微分時間”的參數(shù)值，以達到最佳的控制效果。結合《自控原理》《單片機系統(tǒng)設計》等先修課程，自學《智能儀器儀表》《虛擬儀器》等后續(xù)課程，前后知識融會貫通。

二、實踐教學題目工程實用化

在完成課程理論教學和實驗教學之后，安排二周左右的時間進行實踐教學。實踐教學的效果好不好，能否起到實踐教學應有的作用，設計題目是關鍵。原先《檢測技術》實踐是掌握節(jié)流式流量測量系統(tǒng)的設計計算、系統(tǒng)調試的方法和步驟，內容較為單一，而且和當下企業(yè)有所脫節(jié)。要從工程實際中選題、從科研項目中選題、從生活實際中選題，力求實現(xiàn)實踐教學題目工程實用化。

現(xiàn)在將實踐教學題目分成四個方向，學生可憑個人興趣自由選擇。

（一）性能提升

主要是在《檢測技術》實驗的基礎上進一步提高能力。其中，測溫元件自動檢定裝置是集計算機技術、電子技術、自動測試技術于一體的自動化檢定系統(tǒng)，主要用于自動檢定各種工作用熱電偶、熱電阻，還可以半自動檢定水銀溫度計、壓力式溫度計、雙金屬溫度計等?？梢越Y合誤差理論對測溫元件的精度、不確定度等基本性能進行更好地分析，有助于學生深入掌握測溫元件的檢定;還可以結合測控儀器聯(lián)網(wǎng)技術對實驗數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時采集和傳輸，加上無線傳感網(wǎng)絡去實現(xiàn)無線傳感數(shù)據(jù)。

注重發(fā)揮學生個人的思維能力和創(chuàng)造能力，讓學生結合自己的興趣自己設計題目，利用實驗室建設經(jīng)費，購置一些電子元器件，盡量鼓勵學生做出實物。比如做實驗時，很多測試信號都比較微弱，為mV級，怎么不失真地進行信號放大，怎么根據(jù)輸入信號的大小選擇合適的放大倍數(shù)等，引導學生進行可編程增益放大器的設計。還可以根據(jù)實驗教學需要再制定新的小項目，如直流穩(wěn)壓電源、信號發(fā)生器等。

（二）硬件開發(fā)

主要是對單片機和嵌入式系統(tǒng)進行開發(fā)，結合《單片機原理及開發(fā)》《電子制作實踐》《嵌入式系統(tǒng)》等課程，可以讓感興趣的學生繼續(xù)研究。比如，配合自動化工程學院的能耗監(jiān)控系統(tǒng)，可進行人體紅外探測器制作項目，通過系統(tǒng)設計、程序編寫、傳感器選型、實物焊接、整體調試等，讓學生了解其功能和工作原理。

（三）系統(tǒng)集成

主要是與科研相結合，一方面是教師們的科研課題，讓學生更多地參與進來，看自身能力和特長能夠完成哪一階段的任務;另一方面是與校外專家合作，比如日本橫河公司，可進行各種流量計的設計。這樣所進行的實踐與現(xiàn)實聯(lián)系，有應用背景，也有一定先進性，而不是閉門造車，既可鍛煉提高學生的實踐能力，又可使學生了解科研工作和工程應用的主要環(huán)節(jié)或過程。

比如自動化工程學院能耗監(jiān)控系統(tǒng)實踐平臺，利用遍布學院的溫度、濕度、照度、紅外、圖像、電參數(shù)等傳感器，將綜合創(chuàng)新實驗環(huán)節(jié)放到具體的節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)中，使學生既能了解各參數(shù)檢測的基本原理，又能了解實際測控方法和對象，使學生能夠廣泛適用于多方向的就業(yè)需求。

全工況循環(huán)冷卻系統(tǒng)仿真實驗裝置布置了溫度、流量、電參數(shù)、速度等參數(shù)的傳感檢測單元，可以真實模仿工業(yè)領域中的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，具有一定的典型性和代表性，能夠以點帶面。學生通過親自設計、焊接、調試和組裝系統(tǒng)中的典型模塊，到最后完成系統(tǒng)控制，全面掌握工程測控系統(tǒng)的建模、分析、控制器設計和調試等方法。

機器視覺創(chuàng)新實驗開發(fā)平臺可以完成多個圖像處理實驗，包括匹配定位、尺寸測量、顏色分析、缺陷檢測等，可以幫助學生更好地了解視覺檢測在工業(yè)生產中的應用，可以讓學生了解視覺檢測系統(tǒng)的建立，鞏固和掌握圖像處理技術的基本技能，不僅培養(yǎng)了學生對視覺檢測知識的深入理解和掌握，還可以鍛煉學生的研究能力、創(chuàng)新思維以及獨立解決技術難題的能力。

（四）智能算法

主要結合我校的重點實驗室能耗監(jiān)控系統(tǒng)進行，可進行故障診斷、能耗采集、策略研究、組態(tài)軟件等等，讓學生更好地掌握數(shù)據(jù)采集與傳輸、信號測量與轉換、控制理論、總線等。

實踐教學環(huán)節(jié)提高了學生的實踐能力，為學生做好畢業(yè)設計以及從事工程技術工作打下了良好的基礎。

三、課外創(chuàng)新活動經(jīng)常化

將學有余力的學生組織起來，成立了創(chuàng)新制作小組，依托大學生科技創(chuàng)新項目，開展課外科技活動。所有課外科技創(chuàng)新項目的創(chuàng)意均來源于學生，并按興趣自由組建團隊，聘請指導教師對項目的實施進行指導。專家組在選題答辯的基礎上確定每年的課外科技創(chuàng)新活動的研究方向，對項目進行可行性方案論證，分層次確定推薦項目（國家、上海市、學校、學院）和資助經(jīng)費。

要求課程主講教師科研教學并舉。教師只有積極投身于科學研究，才能把在科技創(chuàng)新活動中獲取的知識和創(chuàng)新的知識不斷融入課程體系和教學之中，才能居高臨下地用科技創(chuàng)新的思維培養(yǎng)學生獲取知識的能力和解決問題的本領。

在科創(chuàng)項目激發(fā)學生的學習熱情和興趣下，鼓勵學生積極參加學科競賽活動。“飛思卡爾”杯智能汽車競賽是教育部高等學校自動化類專業(yè)教學指導委員會倡導的大學生科技競賽之一。該競賽是以迅猛發(fā)展、前景廣闊的汽車電子為背景，涵蓋自動控制、模式識別、傳感器技術、電子、電氣、計算機、機械與汽車制造等多學科跨專業(yè)的創(chuàng)意性比賽。學生在“飛思卡爾”杯智能汽車競賽中，無論是華東賽，還是全國賽，均取得過優(yōu)良的成績。這不僅使大學生獲得了扎實的基礎知識，提高了軟硬件開發(fā)能力，而且培養(yǎng)了學生的協(xié)作精神和科學嚴謹?shù)淖黠L，增強了他們的創(chuàng)新意識，是一條行之有效和具有可操作性的人才培養(yǎng)之路。經(jīng)過創(chuàng)新制作鍛煉，學生的實踐能力和創(chuàng)新能力得到了很大提升。

四、結語

本文對《檢測技術》課程的實驗教學內容進行了探討，通過基礎實驗項目模塊化、實踐教學題目工程實用化、創(chuàng)新活動經(jīng)常化，構建了“實驗+實踐教學+科創(chuàng)+學科競賽”的立體化課程體系，提出了不同方向的實踐課題供學生自由選擇，更注重學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高了教學效果。

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