自動檢測技術(shù)課程實驗教學(xué)改革

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摘要:為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在“自動檢測技術(shù)”課程實驗中開發(fā)基于虛擬儀器技術(shù)的多層次實驗項目，采用開放式實驗教學(xué)方式，在驗證型實驗基礎(chǔ)上引入設(shè)計型實驗，學(xué)生組隊完成設(shè)計型實驗。同時，改革課程考核手段，建立課程綜合評價體系，以鍛煉學(xué)生的溝通和表達(dá)能力。教學(xué)實踐表明，基于多層次實驗教學(xué)的課程綜合評價體系能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)成績。

關(guān)鍵詞:自動檢測技術(shù);虛擬儀器;多層次實驗教學(xué);課程綜合評價

一、“自動檢測技術(shù)”課程概況

“自動檢測技術(shù)”是我校(東華大學(xué))信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的一門實踐技能較強(qiáng)的綜合應(yīng)用和自動化專業(yè)特色課程。該課程的教學(xué)手段主要是基于多媒體的課堂理論教學(xué)，課內(nèi)實驗環(huán)節(jié)也多局限于對傳感器原理的認(rèn)證實驗，不能適應(yīng)當(dāng)今培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的要求。為此我們對該課程教學(xué)進(jìn)行改革探索，構(gòu)建科學(xué)的課程考核體系，以提高教育教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)滿足社會發(fā)展需要的應(yīng)用型復(fù)合人才［1］。研究表明，設(shè)計提高型實驗可以改變以教師為中心的傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式，代以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式［2－3］。因此，我們在課程教學(xué)實踐中著力于構(gòu)建學(xué)生基本技能層培養(yǎng)體系，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力與初步設(shè)計能力，為培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐與創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)［4］。在教學(xué)方法和手段的改進(jìn)上，著眼于鍛煉學(xué)生的動手實驗?zāi)芰妥詫W(xué)能力，設(shè)計了多層次實驗教學(xué)方案;并通過建立一套課程綜合考核方式，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的同時，鍛煉學(xué)生的溝通和表達(dá)能力，培養(yǎng)團(tuán)隊合作精神。

二、“自動檢測技術(shù)”課程教學(xué)改革實踐

1．開發(fā)基于虛擬儀器的自動檢測分層實驗系統(tǒng)

虛擬儀器是電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和信號處理技術(shù)發(fā)展的一個綜合性產(chǎn)物，成為未來電子測量儀器發(fā)展的主要方向之一［5－6］。為在“自動檢測技術(shù)”課程教學(xué)中緊緊跟上檢測技術(shù)的新發(fā)展，我們將虛擬儀器技術(shù)內(nèi)容編入《自動檢測與虛擬儀器技術(shù)》教材，該教材由科學(xué)出版社于2018年出版。在“自動檢測技術(shù)”課程教學(xué)中增加虛擬儀器技術(shù)的原理及應(yīng)用，可以使學(xué)生接觸到檢測的最新技術(shù)，為學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的提高奠定基礎(chǔ)。為配合課程教學(xué)，我們在“自動檢測技術(shù)”課程實驗教學(xué)中對現(xiàn)有的實驗器材和軟硬件資源進(jìn)行整合，開發(fā)了創(chuàng)新設(shè)計型實驗項目。在實驗設(shè)計中，增加基于虛擬儀器的綜合實驗內(nèi)容，通過多層次分類實驗培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力、綜合設(shè)計能力和小組協(xié)作能力。根據(jù)“自動檢測技術(shù)”課程的特點，將實驗項目設(shè)計成A、B、C三類。(1)A類為驗證型基礎(chǔ)實驗項目。這類實驗設(shè)計的目的是為了體現(xiàn)理論性。通過實驗加深學(xué)生對理論知識的理解，強(qiáng)化傳感器及其測量電路的理論學(xué)習(xí)以及測量信號采集和處理。主要包括基于浙江求是科教設(shè)備有限公司的檢測裝置平臺完成應(yīng)變片及電橋測量電路、熱電偶測溫和霍爾傳感器三個實驗。(2)B類為虛擬仿真實驗項目。這部分實驗設(shè)計的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和LabVIEW編程能力。內(nèi)容以虛擬儀器技術(shù)的基礎(chǔ)實驗為主，包括計算器及數(shù)組、定時及圖形、公式節(jié)點、設(shè)計示波器用以展示一個二階慣性環(huán)節(jié)等。實驗步驟結(jié)合實驗指導(dǎo)書及網(wǎng)站視頻，由學(xué)生分小組利用課余時間在LabVIEW軟件平臺上完成編程設(shè)計。我們在B類實驗指導(dǎo)書中提出一些開放性問題，鼓勵學(xué)生應(yīng)用課內(nèi)外多學(xué)科知識解決問題，如計算器實驗中如何解決四則運(yùn)算和科學(xué)計算的運(yùn)算順序和中間運(yùn)算結(jié)果的保存，二階慣性問題中離散化方法和保持器的設(shè)計等。在B類實驗的討論課上，我們安排了課堂演示部分，學(xué)生將實驗內(nèi)容制作成PPT，在課堂上介紹編程思路，演示實驗結(jié)果。(3)C類為設(shè)計提高型實驗項目。這部分實驗是根據(jù)生產(chǎn)實踐中遇到的問題或理論課中提出的課題確定實驗任務(wù)的要求及各項性能指標(biāo)，此類實驗設(shè)計的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗內(nèi)容和過程，解決工程實際中的檢測問題，提供理論與實踐相結(jié)合的機(jī)會。實驗內(nèi)容包括基于Lab-VIEW的靜態(tài)信號測量、應(yīng)變片及信號處理實驗，基于LabVIEW的動態(tài)信號測量、光電傳感器測速實驗。以光電傳感器測速實驗為例，我們設(shè)計了基于LabVIEW的轉(zhuǎn)速測量實驗，要求學(xué)生設(shè)計VI，通過DAQ設(shè)備采集光纖傳感器的周期性電壓信號，通過信號處理分析顯示被測的轉(zhuǎn)速，用圖形及數(shù)據(jù)記錄和顯示周期信號的波峰值與轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系，為測量系統(tǒng)性能分析提供依據(jù)。學(xué)生需自行設(shè)計實驗方案，確定實驗任務(wù)的要求，在檢測裝置平臺上連接檢測對象，并在LabVIEW軟件平臺上編程設(shè)計，利用計算機(jī)設(shè)計用戶界面，實現(xiàn)傳感器系統(tǒng)的信號測量、圖表顯示、結(jié)果存儲、數(shù)據(jù)查詢、性能分析功能，完成系統(tǒng)測量誤差分析和數(shù)據(jù)的線性擬合等環(huán)節(jié)，得出實驗結(jié)論。實驗完成后，小組對實驗結(jié)果和步驟進(jìn)行演示匯報，對測量結(jié)果進(jìn)行分析，教師對每組學(xué)生的匯報進(jìn)行當(dāng)場提問和講評。

2．改進(jìn)課程考核方式

為培養(yǎng)具有高素質(zhì)的專業(yè)技術(shù)人才，制定科學(xué)的評價標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型教學(xué)的要求，鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力、溝通表達(dá)能力和團(tuán)隊合作精神，結(jié)合多層次實驗教學(xué)模式，建立了一套“自動檢測技術(shù)”課程綜合能力評價體系.在課程教學(xué)改革之前，學(xué)生的課程總評成績中期末成績占70%，平時成績的依據(jù)是課程作業(yè)/實驗報告，占30%，缺乏過程監(jiān)督。改革后，期末考試成績比例降至60%，實驗成績比例增至35%。因為在分組設(shè)計B類和C類實驗過程中要分工合作，進(jìn)行課題分析、軟件設(shè)計、系統(tǒng)整合、報告撰寫、演示匯報等多個環(huán)節(jié)的任務(wù)，所以，每名學(xué)生的實驗成績既包括設(shè)計方案的合理性、實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析的正確性，也包含演示匯報的清晰明了和小組合作的默契程度，展示作品的基本理論內(nèi)容、完成的技術(shù)難度和創(chuàng)新點等。答辯過程中，學(xué)生的表達(dá)能力、總結(jié)能力以及現(xiàn)場反應(yīng)能力等都得到提升，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

三、教學(xué)改革成效

基于多層次實驗教學(xué)的課程綜合評價教學(xué)法在“自動檢測技術(shù)”課程中的應(yīng)用，有效地解決了理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)的問題。相比課堂上照本宣科的理論講解，學(xué)生對于編程類設(shè)計問題更感興趣。為此，我們在此次課程教改中設(shè)計了多種途徑，以發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。首先，部分實驗內(nèi)容是在課程網(wǎng)站經(jīng)過視頻學(xué)習(xí)后課外完成，并在討論課中完成匯報講演，學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動轉(zhuǎn)為主動;其次，對于虛擬儀器綜合設(shè)計型實驗，學(xué)生自主完成設(shè)計方案，在對測量系統(tǒng)的軟硬件都深入理解后，通過系統(tǒng)組態(tài)和軟件編程，最后順利完成任務(wù)。因此，可以鍛煉學(xué)生的綜合設(shè)計能力和編程能力，進(jìn)而為解決復(fù)雜工程問題奠定基礎(chǔ)。通過教學(xué)改革，學(xué)生提高了“自動檢測技術(shù)”課程的學(xué)習(xí)興趣和動力，促進(jìn)了理論知識的理解與掌握，其結(jié)果反映在期終考試成績中。實施多層次實驗教學(xué)法的試驗班級的優(yōu)秀和良好率達(dá)到60%以上，及格率超過歷年年級平均及格率近10個百分點。在設(shè)計和答辯過程中，學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力都明顯提高。

參考文獻(xiàn):

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［4］何蘇勤，王建林．信息類教學(xué)實驗平臺的建設(shè)與實踐教學(xué)改革［J］．實驗室研究與探索，2006(1):14－16．

作者：董愛華 左鋒 韓芳 單位：東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院