智能儀器與檢測技術(shù)實驗教學(xué)的改革與研究

【摘要】本文分析了本科生智能儀器與檢測技術(shù)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀,結(jié)合中國石油大學(xué)(華東)的實際情況,對實驗室硬件條件,實驗內(nèi)容,教學(xué)方法等提出改革方案,以增強學(xué)生的工程實踐意識,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的能力,提實驗教學(xué)的質(zhì)量。
　　【關(guān)鍵詞】智能儀器與檢測技術(shù);實驗教學(xué);多媒體
　　
　　1 引言 　　
　　智能儀器與檢測技術(shù)是高校自動化及相關(guān)專業(yè)的一門重要課程,它集技術(shù)性、工程性和實踐性于一體,是一門涉及傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信號分析與處理技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、模式識別技術(shù)、可靠性技術(shù)、抗干擾技術(shù)和人工智能等多門學(xué)科的現(xiàn)代綜合技術(shù)[1]。該課程知識面廣,綜合性強,學(xué)習難度較大,因此其實驗教學(xué)環(huán)節(jié)顯得尤為重要。通過實驗教學(xué)促進學(xué)生對以傳感器為核心的檢測技術(shù),對以單片機為核心的智能儀器技術(shù)的理解,增強學(xué)生的工程實踐意識,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的能力。本文從課程教學(xué)的需要和培養(yǎng)具有設(shè)計能力的人才的觀點出發(fā),對實驗教學(xué)改革措施進行探討。
　　
　　2 實驗教學(xué)的現(xiàn)狀 　　
　　智能儀器主要包括將被測非電量轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的電信號的傳感器部分,對傳感器的信號進行進一步的濾波,放大等的信號調(diào)理電路,以及以單片機為核心對信號進行處理,通信和控制的信號處理單元(如圖1)[2]。

　　
　　圖1 智能儀表結(jié)構(gòu)原理圖

　　因此,在中國石油大學(xué)(華東)的智能儀器與檢測技術(shù)實驗室中,相應(yīng)的實驗內(nèi)容也由傳感器,轉(zhuǎn)換電路以及單片機這三部分組成。傳感器及轉(zhuǎn)換電路實驗主要使用CSY-968傳感器實驗儀,進行電阻式,電容式,電感式等多種常用傳感器的靜態(tài)和動態(tài)特性實驗,以及移相器,相敏檢波等轉(zhuǎn)換電路實驗,單片機實驗則使用XYZ-22型綜合實驗儀,進行LED顯示,A/D轉(zhuǎn)換等多個以8051為核心的單片機基礎(chǔ)實驗,實驗室目前共開設(shè)實驗項目二十一個,能夠比較全面地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力,完成《智能儀器與檢測技術(shù)》課程的基本教學(xué)要求。目前實驗室存在的問題主要有:實驗項目比較基礎(chǔ);實驗內(nèi)容多為驗證性的;教學(xué)手段比較傳統(tǒng)。針對以上問題,提出了下面的教學(xué)改革方案,以改善實驗室的教學(xué)條件,增強實驗教學(xué)效果。
　　
　　3 增加學(xué)科領(lǐng)域新型、高端實驗項目 　　
　　近年來,隨著半導(dǎo)體,計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,智能儀器與檢測技術(shù)出現(xiàn)了如下趨勢:微型化;多功能化;人工智能化;網(wǎng)絡(luò)化等[3]。這些發(fā)展變化的技術(shù)背景就是硬件及軟件的不斷發(fā)展及創(chuàng)新。而實驗室目前只能進行學(xué)科基礎(chǔ)性的實驗,非常不利于學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展的情況,掌握工程實踐所需要的高級技能,從而限制了學(xué)生水平的提高。為此,有必要增加學(xué)科領(lǐng)域新型、高端的實驗項目。
　　從檢測技術(shù)方面,大量應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)的傳感器得到了廣泛的應(yīng)用,如光纖,超聲,紅外,光電等,應(yīng)適當引進相應(yīng)的實驗儀器和項目,引導(dǎo)學(xué)生了解和掌握這些新型的檢測技術(shù)。從單片機方面,MCS-51系列8位單片機由于使用時間長,性能價格比高等特點,在國內(nèi)仍然有比較廣泛的應(yīng)用,但是,單片機發(fā)展速度極快,大約每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番[4],大量其他系列的單片機不斷投入市場,以其多功能、高速度、低功耗、低價格、擴大存儲容量和加強I/O功能等優(yōu)勢在設(shè)計中占有越來越重要的地位,因此需要增加AVR,DSP,ARM等系列單片機的相關(guān)實驗。這不僅可以滿足學(xué)生拓展知識面的要求,而且可以為學(xué)生的電子設(shè)計競賽和畢業(yè)設(shè)計等活動提供強大的物質(zhì)支持。

　　4 增加設(shè)計性,綜合性的實驗內(nèi)容
　　
　　智能儀器與檢測技術(shù)是一門與工程實踐結(jié)合得比較緊密的課程。而實驗室目前開設(shè)的實驗項目多為驗證性的。驗證性的實驗有利于鞏固學(xué)生所學(xué)的傳感器和單片機的相關(guān)理論知識,有利于提高學(xué)生的基本實驗技能,但是卻很難培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合與應(yīng)用能力,理論與實際相結(jié)合的能力和創(chuàng)新研究能力。因此,必須在保留經(jīng)典的驗證性實驗項目的基礎(chǔ)上,增加設(shè)計性,綜合性的實驗內(nèi)容。
　　設(shè)計性,綜合性實驗主要是講義上給出實驗?zāi)康幕蝾}目,要求學(xué)生據(jù)此查閱大量相關(guān)的資料或文獻,了解實驗原理,選擇實驗儀器,列寫實驗步驟,最終完成實驗并撰寫實驗報告。例如:智能溫度控制實驗,要求學(xué)生使用8051單片機設(shè)計一個控制電熱杯加熱水溫度的應(yīng)用系統(tǒng),這個實驗綜合了傳感器熱電阻Pt100及其轉(zhuǎn)換電路,8051單片機的軟件與硬件設(shè)計等多方面的知識,實質(zhì)上就是一個完整的智能儀器的設(shè)計過程,學(xué)生必須綜合運用所學(xué)的知識,才可能獨立完成實驗。這樣的實驗有趣味,有難度,可以拓寬學(xué)生的知識面,激發(fā)學(xué)生的實驗興趣,增強學(xué)生的實驗技能,提高其知識綜合運用的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力,從而提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。
　　
　　5 充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體技術(shù),改進教學(xué)方法
　　
　　實驗室目前采取的教學(xué)方法比較傳統(tǒng),概括地講就是實驗前統(tǒng)一講授,實驗中個別輔導(dǎo)。由于實驗前需講解多個實驗,所以每個實驗不可能面面俱到,只能點出實驗要點和注意事項,實驗中,由于實驗項目和學(xué)生眾多而時間有限,因此個別輔導(dǎo)的面也不廣。這樣學(xué)生的預(yù)習工作對教學(xué)效果影響很大。要改變這種現(xiàn)狀,必須充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體技術(shù),改進教學(xué)方法。
　　多媒體輔助教學(xué)是一種以多媒體計算機系統(tǒng)為主要教學(xué)媒體的新型教學(xué)模式[5]。它可以實現(xiàn)課堂教學(xué)的全員性、大容量、多信息、多趣味和高效率,能幫助教師更好地完成教學(xué)功能。為此提出兩點教學(xué)改革的方案,一是制作大量優(yōu)質(zhì)的CAI多媒體實驗教學(xué)課件,在師生面對面的教學(xué)中產(chǎn)生圖、文、聲、像并茂的效果,刺激學(xué)生的科學(xué)靈感,強化知識的印象,加大知識信息傳播的力度和深度,以彌補傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足,提高實驗教學(xué)的效果。二是充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,積極開發(fā)網(wǎng)上智能儀器與檢測技術(shù)虛擬實驗室,使學(xué)生在上課之前可以進行模擬實驗,從而提高預(yù)習深度,最終改善教學(xué)效果。
　　
　　6 結(jié)束語
　　
　　綜上所述,由于本科生智能儀器與檢測技術(shù)實驗教學(xué)存在著實驗項目比較基礎(chǔ);實驗內(nèi)容多為驗證性的;教學(xué)手段比較傳統(tǒng)等方面的問題,本文提出對實驗室硬件條件,實驗內(nèi)容,教學(xué)方法等方面進行改革,其中部分方案已經(jīng)實施,并明顯地提高了教學(xué)效果,但實驗教學(xué)改革的某些具體環(huán)節(jié)仍需我們不斷的進行探索和研究。
　　
　　參考文獻
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　　[2] 孫宏軍,張濤,王超. 智能儀器儀表[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2007:2
　　[3] 林月芳,吉海彥. 智能儀器及其發(fā)展趨勢[J]. 儀表技術(shù),2003(1):37-38
　　[4] 張俊謨. 單片機的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 電子制作,2007(8):5-8
　　[5] 李兆峰. 多媒體技術(shù)在實驗教學(xué)應(yīng)用中的探討[J]. 高校論壇,2007(1):17-18