主頁(yè) > 技術(shù)文章 > 試論校企合作的傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)改革和開(kāi)發(fā)2024-10-11

試論校企合作的傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)改革和開(kāi)發(fā)

摘要：根據(jù)傳感器技術(shù)與應(yīng)用課程特點(diǎn)，針對(duì)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，以校企合作共建實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，對(duì)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了探討。提出了分層次設(shè)置實(shí)驗(yàn)課程模塊，采用開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)，以掌握解決問(wèn)題的方法為主線，制訂對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和獨(dú)立設(shè)計(jì)能力進(jìn)行評(píng)估的綜合評(píng)估方案。
　　各類(lèi)新型傳感器的不斷涌現(xiàn)和廣泛應(yīng)用使得傳統(tǒng)的傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐和工程實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。以組合實(shí)驗(yàn)箱為主要對(duì)象的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)學(xué)生的開(kāi)放程度比較低，遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的需求。所以，吸取國(guó)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工程學(xué)院校企合作實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)新的傳感器實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練課程，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，將對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才起著至關(guān)重要的作用。
一、當(dāng)前傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主要問(wèn)題分析：
　　隨著各類(lèi)新型傳感器的不斷涌現(xiàn)，教材內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)手段卻沒(méi)有及時(shí)更新，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)了“傳感器及檢測(cè)技術(shù)”課程而不認(rèn)識(shí)實(shí)際使用的傳感器，不會(huì)根據(jù)具體的檢測(cè)任務(wù)選擇合適類(lèi)型、精度的傳感器，面對(duì)傳感器與控制器的接線無(wú)所適從等的教育問(wèn)題。出現(xiàn)上述問(wèn)題有以下四方面原因。
　　1.過(guò)分強(qiáng)調(diào)教師的指導(dǎo)性，忽略了學(xué)生的能動(dòng)性
　　表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以教師為主，學(xué)生被動(dòng)地按教師的演示方法或?qū)嶒?yàn)教材規(guī)定的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)教師教什么和怎么教，既不考慮專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的發(fā)展需要，也不考慮培養(yǎng)對(duì)象的個(gè)人興趣，致使學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀況，教師僅僅講解而不進(jìn)行教學(xué)信息的雙向交流，不利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。
　　2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，實(shí)驗(yàn)手段單一
　　目前傳感器課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的主流產(chǎn)品是組合實(shí)驗(yàn)箱，這種儀器是把多種傳感器、電源、處理電路、顯示儀表集于一體，組成了一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)給出的步驟接幾根線，手動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器，手動(dòng)記錄輸入和輸出值、計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果、畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線。這種實(shí)驗(yàn)箱對(duì)學(xué)生的開(kāi)放程度比較低，學(xué)生只是操作、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的傳感器種類(lèi)、實(shí)驗(yàn)原理、測(cè)量電路和方法了解的少。這種通過(guò)實(shí)驗(yàn)箱完成的以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)方式不利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣，更不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。
　　3.傳感器課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置不合理
　　傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)按課堂教學(xué)的各個(gè)課程階段進(jìn)行，教學(xué)內(nèi)容是以課堂教學(xué)中的理論或定律的驗(yàn)證和求證為主，各類(lèi)新型傳感器的不斷涌現(xiàn)和廣泛應(yīng)用并沒(méi)有設(shè)置在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中，與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐和工程實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)。
　　4.實(shí)驗(yàn)考核手段呆板
在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)價(jià)是按實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作步驟的完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況等來(lái)考核，這導(dǎo)致學(xué)生處于不假思索的被動(dòng)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，甚至同學(xué)之間相互抄襲，沒(méi)有留給學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造思維的空間，嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情，不利于學(xué)生的自主發(fā)展。
二、改革具體實(shí)施方案
　　在20世紀(jì)80年代和90年代，在工業(yè)界和政府部門(mén)工作的工程師，就已經(jīng)和學(xué)校的教學(xué)領(lǐng)導(dǎo)一起討論如何改善工程教育的狀況。其共識(shí)是對(duì)當(dāng)前工程教育偏重于包括數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)專(zhuān)業(yè)方面的理論教學(xué)，而對(duì)強(qiáng)調(diào)技能如設(shè)計(jì)、團(tuán)隊(duì)合作和溝通等方面的實(shí)踐基礎(chǔ)沒(méi)有加以足夠的重視。[2]該共識(shí)提出學(xué)生的能力不僅包括自學(xué)能力、應(yīng)用能力和實(shí)際動(dòng)手能力，還應(yīng)包括創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。因此，必須深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)手段及實(shí)驗(yàn)方式的改革。
　　為了加強(qiáng)工程教育的改革，我校先后與國(guó)內(nèi)外著名企業(yè)合作共建了一批具有較強(qiáng)工程實(shí)踐背景的，適應(yīng)現(xiàn)代工程技術(shù)，融基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性特點(diǎn)為一體的一流實(shí)驗(yàn)中心（室）。如三菱電機(jī)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心、GE自動(dòng)化系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)室、西門(mén)子先進(jìn)自動(dòng)化聯(lián)合示范實(shí)驗(yàn)中心、博世力士樂(lè)機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)中心、臺(tái)達(dá)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心、賽普拉斯聯(lián)合共建PSOC實(shí)驗(yàn)室等。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一系列課程教學(xué)和實(shí)踐的改革。傳感器技術(shù)及應(yīng)用課程也進(jìn)行了改革的探索和實(shí)施。
　　課程設(shè)置上提高了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的比例，并且把教室放到了實(shí)驗(yàn)室，教師一邊講解一邊操作，增加了學(xué)生對(duì)傳感器的直觀認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)興趣，真正做到“做中學(xué)”。實(shí)驗(yàn)課程以當(dāng)前自動(dòng)化系統(tǒng)所涉及到的主要物理量及主流傳感器類(lèi)型為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分層次設(shè)置基本技能型實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)四級(jí)實(shí)驗(yàn)課程模塊，嘗試采用開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)，以提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。制訂對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和獨(dú)立設(shè)計(jì)能力進(jìn)行評(píng)估的綜合評(píng)估方案。
　 1.實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置
　　在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排上以校企共建實(shí)驗(yàn)室為依托，以培養(yǎng)綜合實(shí)踐能力和以獨(dú)立思考能力為主線，從簡(jiǎn)到繁，循序漸進(jìn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整合，建立與傳感器理論課程并駕齊驅(qū)的實(shí)驗(yàn)課程，在人才培養(yǎng)和目標(biāo)定位上形成二者并重的既緊密聯(lián)系又相對(duì)獨(dú)立的兩個(gè)支柱。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上將電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、PLC與電氣控制、檢測(cè)技術(shù)等課程內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成以項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)的綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，克服傳統(tǒng)傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中驗(yàn)證性、低層次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)過(guò)多的弊端，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)，加強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。
　　2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容建立多級(jí)分層的模塊結(jié)構(gòu)
　　按照傳感器學(xué)科特點(diǎn)和職業(yè)技術(shù)的要求，分層次建立起基本技能型實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)四級(jí)實(shí)驗(yàn)課程模塊。
　　基本技能型實(shí)驗(yàn)包括儀器、儀表的使用和基本的電子工藝，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的操作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)指通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證傳感器課程中的基本理論，加深對(duì)相關(guān)理論的理解和認(rèn)識(shí)，這部分內(nèi)容可通過(guò)教師在講授理論的課堂演示和學(xué)生課外自己操作。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如箔式應(yīng)變片性能，相敏檢波器原理及特性，電感、電容、磁感應(yīng)式傳感器的特性，直接檢測(cè)式、對(duì)射式、反射式光電傳感器的性能等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
　　綜合型實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用傳感器理論知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要體現(xiàn)系統(tǒng)性和實(shí)用性，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要包括被檢測(cè)信息的獲取、轉(zhuǎn)換、顯示以及測(cè)量數(shù)據(jù)的處理等技術(shù)。實(shí)驗(yàn)教師僅提出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求和實(shí)驗(yàn)條件，學(xué)生以小組為單位查閱相關(guān)資料，把學(xué)過(guò)的理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備和條件，提出項(xiàng)目方案論證，由教師確認(rèn)可行之后動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增強(qiáng)了動(dòng)手能力，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力與創(chuàng)造性思維能力。綜合型實(shí)驗(yàn)將學(xué)生置于校企共建實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，可以將自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)多門(mén)課程綜合應(yīng)用，如采用PLC技術(shù)和傳感器技術(shù)綜合設(shè)計(jì)并制作一個(gè)恒壓供水系統(tǒng)，采用溫控儀或PLC和傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)恒溫控制系統(tǒng)、采用MCS51系列單片機(jī)構(gòu)建一個(gè)智能汽車(chē)超載報(bào)警器、采用MCS51系列單片機(jī)完成微位移測(cè)量并顯示系統(tǒng)等。
　　設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)以工程實(shí)際應(yīng)用為背景，以項(xiàng)目的方式完成實(shí)驗(yàn)課程的訓(xùn)練。指導(dǎo)教師僅提出項(xiàng)目需求，由學(xué)生查閱資料、根據(jù)校企合作共建實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備自行設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施方案，并由指導(dǎo)教師確認(rèn)并實(shí)施。校企合作實(shí)驗(yàn)室均采用開(kāi)放式管理，使得學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的方式和手段不拘泥于課堂上而完全轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂外，增加了實(shí)驗(yàn)的靈活性和提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)如學(xué)完壓電式傳感器設(shè)計(jì)并制作一個(gè)壓電式玻璃破碎報(bào)警器、學(xué)完霍爾式傳感器設(shè)計(jì)并制作智能測(cè)速儀，學(xué)完光電式傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)智能路燈亮滅控制系統(tǒng)、對(duì)城市路燈具有一定的節(jié)能管理功能以及酒后駕車(chē)智能酒精濃度報(bào)警器，智能障礙探測(cè)儀等具有實(shí)際應(yīng)用意義的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使得學(xué)生具有濃厚的興趣和項(xiàng)目完成的成就感。
　　3.實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案
　　實(shí)驗(yàn)課改變傳統(tǒng)的以課時(shí)為單位的教學(xué)方法為項(xiàng)目教學(xué)法。綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以小組為單位，每小組3～4人，信息的收集、方案的設(shè)計(jì)以及項(xiàng)目實(shí)施都由學(xué)生自己負(fù)責(zé)，學(xué)生通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施，解決并把握整個(gè)過(guò)程及每一個(gè)環(huán)節(jié)中的基本要求，教師僅提供指導(dǎo)。改變教師的主導(dǎo)地位和單向的授課方式為相互的交流和討論，創(chuàng)設(shè)情境，啟迪思維，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地參與教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加課堂信息量，營(yíng)造積極活躍的學(xué)習(xí)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生形象思維及創(chuàng)新思維能力。組織學(xué)生分組討論，然后派代表發(fā)言，使得學(xué)生由被動(dòng)接受轉(zhuǎn)換為主動(dòng)思考，深化了學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。實(shí)驗(yàn)室采用開(kāi)放式管理，學(xué)生可以靈活的控制項(xiàng)目進(jìn)度。
　　4.制訂合理的實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核方案
　　傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)考核方式是采用對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)收和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的考核完成的。在實(shí)施過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)不注重過(guò)程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲等問(wèn)題。新的實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核方案應(yīng)該是對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和獨(dú)立設(shè)計(jì)能力的綜合評(píng)估�？己丝梢圆捎矛F(xiàn)場(chǎng)答辯的方式，考核的依據(jù)要使學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可通過(guò)對(duì)綜合型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的方案論證和最終的軟硬件調(diào)試結(jié)果是否滿足預(yù)期目標(biāo)來(lái)達(dá)到這一目的。
在研究對(duì)比目前國(guó)內(nèi)高校傳感器及檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置和對(duì)企業(yè)用人單位需求分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合專(zhuān)業(yè)特色，按照傳感器學(xué)科特點(diǎn)和職業(yè)技術(shù)的要求，從培養(yǎng)應(yīng)用型、技術(shù)型人才的目標(biāo)出發(fā)，以校企合作共建實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，分層次建立起基本技能型實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)四級(jí)實(shí)驗(yàn)課程模塊，既尊重課程的內(nèi)在規(guī)律，又能以工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用最廣泛的典型案例為媒介，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)步入多元化、科學(xué)化的軌道。教學(xué)改革工作取得了一定的成績(jī)，但傳感器技術(shù)與應(yīng)用是一門(mén)發(fā)展中的學(xué)科，需要與時(shí)俱進(jìn)，爭(zhēng)取做到教與學(xué)、學(xué)與用的最佳統(tǒng)一。

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