主页 > 技术文章 > 试论校企合作的传感器与检测技术课程实验改革和开发 2024-10-11

试论校企合作的传感器与检测技术课程实验改革和开发

摘要：根据传感器技术与应用课程特点，针对传感器实验教学中存在的问题，以校企合作共建实验室为平台，对传感器实验教学模式进行了探讨。提出了分层次设置实验课程模块，采用开放式实验教学，加强实验与实践环节，以掌握解决问题的方法为主线，制订对学生实践动手能力、综合运用理论知识解决实际问题的能力和独立设计能力进行评估的综合评估方案。
　　各类新型传感器的不断涌现和广泛应用使得传统的传感器及检测技术实验教学内容与企业生产实践和工程实际应用脱节。以组合实验箱为主要对象的实验项目对学生的开放程度比较低，远不能满足企业对人才培养的需求。所以，吸取国外先进的经验，结合工程学院校企合作实验室现状，开发设计新的传感器实验训练课程，提高学生实验的积极性和主动性，提高学生的实践动手能力、综合运用理论知识解决实际问题的能力和独立设计能力，将对培养应用型工程技术人才起着至关重要的作用。
一、当前传感器实验教学中的主要问题分析：
　　随着各类新型传感器的不断涌现，教材内容和实验手段却没有及时更新，导致学生学习了“传感器及检测技术”课程而不认识实际使用的传感器，不会根据具体的检测任务选择合适类型、精度的传感器，面对传感器与控制器的接线无所适从等的教育问题。出现上述问题有以下四方面原因。
　　1.过分强调教师的指导性，忽略了学生的能动性
　　表现为实验教学中以教师为主，学生被动地按教师的演示方法或实验教材规定的步骤进行实验结果的验证，实验教师教什么和怎么教，既不考虑专业培养的发展需要，也不考虑培养对象的个人兴趣，致使学生处于被动学习的状况，教师仅仅讲解而不进行教学信息的双向交流，不利于提高学生学习的积极性和主动性。
　　2.实验内容陈旧，实验手段单一
　　目前传感器课程的实验设备的主流产品是组合实验箱，这种仪器是把多种传感器、电源、处理电路、显示仪表集于一体，组成了一个完整的测量系统。实验时学生主要根据实验指导书给出的步骤接几根线，手动调节实验仪器，手动记录输入和输出值、计算实验结果、画出实验曲线。这种实验箱对学生的开放程度比较低，学生只是操作、记录实验数据，对实验的传感器种类、实验原理、测量电路和方法了解的少。这种通过实验箱完成的以验证型实验为主的实验方式不利于培养学生实验的兴趣，更不利于培养学生的动手能力和创新能力。
　　3.传感器课程的实验内容设置不合理
　　传统实验教学按课堂教学的各个课程阶段进行，教学内容是以课堂教学中的理论或定律的验证和求证为主，各类新型传感器的不断涌现和广泛应用并没有设置在当前实验内容中，与企业生产实践和工程实际应用严重脱节。
　　4.实验考核手段呆板
在传统的实验教学中，学生实验成绩的评价是按实验预习、实验操作步骤的完成情况、实验结果、实验报告完成情况等来考核，这导致学生处于不假思索的被动实验状态，甚至同学之间相互抄袭，没有留给学生发挥创造思维的空间，严重影响了学生的学习积极性和热情，不利于学生的自主发展。
二、改革具体实施方案
　　在20世纪80年代和90年代，在工业界和政府部门工作的工程师，就已经和学校的教学领导一起讨论如何改善工程教育的状况。其共识是对当前工程教育偏重于包括数学、科学和技术专业方面的理论教学，而对强调技能如设计、团队合作和沟通等方面的实践基础没有加以足够的重视。[2]该共识提出学生的能力不仅包括自学能力、应用能力和实际动手能力，还应包括创新能力和团队合作和沟通能力。因此，必须深化实验教学内容、实验手段及实验方式的改革。
　　为了加强工程教育的改革，我校先后与国内外著名企业合作共建了一批具有较强工程实践背景的，适应现代工程技术，融基础性、综合性、设计性和创新性特点为一体的一流实验中心（室）。如三菱电机自动化实验中心、GE自动化系统集成实验室、西门子先进自动化联合示范实验中心、博世力士乐机电一体化实验中心、台达自动化实验中心、赛普拉斯联合共建PSOC实验室等。在此基础上，进行了一系列课程教学和实践的改革。传感器技术及应用课程也进行了改革的探索和实施。
　　课程设置上提高了实验学时的比例，并且把教室放到了实验室，教师一边讲解一边操作，增加了学生对传感器的直观认识和学习兴趣，真正做到“做中学”。实验课程以当前自动化系统所涉及到的主要物理量及主流传感器类型为实验对象，分层次设置基本技能型实验、验证型实验、综合型实验、设计型实验四级实验课程模块，尝试采用开放式实验教学，加强实验与实践环节，以提高学生的综合实践能力和创新能力。制订对学生实践动手能力、综合运用理论知识解决实际问题的能力和独立设计能力进行评估的综合评估方案。
　 1.实验课程设置
　　在实验内容的安排上以校企共建实验室为依托，以培养综合实践能力和以独立思考能力为主线，从简到繁，循序渐进，进行实验内容的整合，建立与传感器理论课程并驾齐驱的实验课程，在人才培养和目标定位上形成二者并重的既紧密联系又相对独立的两个支柱。同时在实验内容设置上将电子技术、单片机技术、PLC与电气控制、检测技术等课程内容有机地结合起来，形成以项目实现为目标的综合性实验内容，克服传统传感器及检测技术实验教学中验证性、低层次重复性实验过多的弊端，增加综合性、设计性实验教学内容，为培养学生综合能力、实践能力和创新能力奠定基础，加强了学生的团队合作和沟通能力。
　　2.实验内容建立多级分层的模块结构
　　按照传感器学科特点和职业技术的要求，分层次建立起基本技能型实验、验证型实验、综合型实验、设计型实验四级实验课程模块。
　　基本技能型实验包括仪器、仪表的使用和基本的电子工艺，为后续实验的操作打下坚实的基础。
　　验证型实验指通过实验来验证传感器课程中的基本理论，加深对相关理论的理解和认识，这部分内容可通过教师在讲授理论的课堂演示和学生课外自己操作。实验内容如箔式应变片性能，相敏检波器原理及特性，电感、电容、磁感应式传感器的特性，直接检测式、对射式、反射式光电传感器的性能等实验内容。
　　综合型实验旨在培养学生综合运用传感器理论知识分析问题和解决问题的能力。综合性实验内容要体现系统性和实用性，实验项目要包括被检测信息的获取、转换、显示以及测量数据的处理等技术。实验教师仅提出实验项目要求和实验条件，学生以小组为单位查阅相关资料，把学过的理论知识与实验内容联系起来，并结合实验室现有设备和条件，提出项目方案论证，由教师确认可行之后动手完成实验。这种实验教学，极大地提高了学生学习的主动性，增强了动手能力，更有利于培养学生的综合实践能力与创造性思维能力。综合型实验将学生置于校企共建实验室环境中，可以将自动化专业多门课程综合应用，如采用PLC技术和传感器技术综合设计并制作一个恒压供水系统，采用温控仪或PLC和传感器技术设计并制作一个恒温控制系统、采用MCS51系列单片机构建一个智能汽车超载报警器、采用MCS51系列单片机完成微位移测量并显示系统等。
　　设计型实验以工程实际应用为背景，以项目的方式完成实验课程的训练。指导教师仅提出项目需求，由学生查阅资料、根据校企合作共建实验室现有设备自行设计项目实施方案，并由指导教师确认并实施。校企合作实验室均采用开放式管理，使得学生完成实验的方式和手段不拘泥于课堂上而完全转变为课堂外，增加了实验的灵活性和提高了学生的创新能力。设计性实验如学完压电式传感器设计并制作一个压电式玻璃破碎报警器、学完霍尔式传感器设计并制作智能测速仪，学完光电式传感器设计一个智能路灯亮灭控制系统、对城市路灯具有一定的节能管理功能以及酒后驾车智能酒精浓度报警器，智能障碍探测仪等具有实际应用意义的实验项目，使得学生具有浓厚的兴趣和项目完成的成就感。
　　3.实验实施方案
　　实验课改变传统的以课时为单位的教学方法为项目教学法。综合性和设计性实验以小组为单位，每小组3～4人，信息的收集、方案的设计以及项目实施都由学生自己负责，学生通过该项目的实施，解决并把握整个过程及每一个环节中的基本要求，教师仅提供指导。改变教师的主导地位和单向的授课方式为相互的交流和讨论，创设情境，启迪思维，引导学生积极主动地参与教学，激发学生的学习兴趣，增加课堂信息量，营造积极活跃的学习氛围，培养学生形象思维及创新思维能力。组织学生分组讨论，然后派代表发言，使得学生由被动接受转换为主动思考，深化了学生对教学内容的理解。实验室采用开放式管理，学生可以灵活的控制项目进度。
　　4.制订合理的实验成绩考核方案
　　传统的实验考核方式是采用对实验结果的验收和实验报告的考核完成的。在实施过程中就会出现不注重过程、实验报告抄袭等问题。新的实验成绩考核方案应该是对学生实践动手能力、综合运用理论知识解决实际问题的能力和独立设计能力的综合评估。考核可以采用现场答辩的方式，考核的依据要使学生重视实验过程，可通过对综合型和设计型实验的方案论证和最终的软硬件调试结果是否满足预期目标来达到这一目的。
在研究对比目前国内高校传感器及检测技术课程实验设置和对企业用人单位需求分析的基础上，结合专业特色，按照传感器学科特点和职业技术的要求，从培养应用型、技术型人才的目标出发，以校企合作共建实验室为平台，分层次建立起基本技能型实验、验证型实验、综合型实验、设计型实验四级实验课程模块，既尊重课程的内在规律，又能以工业自动化中应用最广泛的典型案例为媒介，使实验教学步入多元化、科学化的轨道。教学改革工作取得了一定的成绩，但传感器技术与应用是一门发展中的学科，需要与时俱进，争取做到教与学、学与用的最佳统一。

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