檢測與轉換技術課程案例式教學探索與實踐

朱蘭香，谷　雷，張麗哲，王　皓

檢測與轉換技術課程案例式教學探索與實踐

朱蘭香，谷雷，張麗哲，王皓

朱蘭香/長春建筑學院電氣信息學院講師，博士（吉林長春130699）；谷雷/長春建筑學院電氣信息學院講師，博士（吉林長春130699）；張麗哲/長春建筑學院電氣信息學院講師，碩士（吉林長春130699）；王皓/長春建筑學院電氣信息學院在讀學生（吉林長春130699）。

本文以檢測與轉換技術課程的一次教學案例的設計和實施為主線，以我校省級重點實驗室的科研成果為素材，探討如何在傳統的課堂教學基礎上，增加學生在課堂上的教學互動，實現培養學生創新能力的目的。

檢測；轉換技術；案例式教學；電容傳感器

檢測與轉換技術是在物理學、電工學、電子學、計算機、自動控制等先修課程基礎上開設的一門重要的綜合性專業技術基礎課，也是自動化工程、通信工程、電子信息以及相近專業必修的專業技術基礎課。本課程的目的在于培養學生具有選擇電工儀表及傳感器、組建一般測試系統、分析和處理測試系統中的技術問題的能力［1］。

為了使學生能夠通過本課程的學習具有上述能力，我校檢測與轉換技術課程組以我校省級重點實驗室的科研成果為素材，設計了一套檢測與轉換技術課程的案例式教學公開課，實踐結果表明，通過案例式教學能夠提高學生的主體意識，激發學生的學習興趣和解決工程實際問題的能力［2］。

一、案例式教學內容

本次案例式教學內容是“電容傳感器”。電容傳感器由于具有可獲得較大的相對變化量、能在惡劣的環境條件下工作、發熱的影響小、動態響應快等優點，因此，在測試技術中得到了十分廣泛的應用。例如測量紙張的含水量、塑料薄膜的厚度、物體的振動、壓力、位移等，還可以測量空氣的相對濕度、液位、物位等。由于學習內容涉及很多的概念和原理，如果只重視書本教學，不注重案例教育和實際應用，這門課就會變成抽象的電路原理課，如果我們通過具有工程應用背景的案例將理論引入到實踐，使學生在教師的啟發下能夠由被動接受信息到主動探索未知，這樣更加有利于學生對知識的吸收和理解。因此，我們以“一種絕對電容和差動電容測量電路”的實用新型專利為案例，展開了“電容傳感器”的教學，取得了很好的教學效果。

二、教學案例的選取

我們本著科研服務于教學，教學成果指導科研的思想，從科研中選取與本次課程相關的科研成果作為教學案例。

我們選取實用新型發明專利“一種絕對電容和差動電容測量電路”作為教學案例，該專利已經用于大慶油田的石油勘探中。我們根據專利的電路圖制作了線路板和動畫演示，在教學進行過程中通過動畫演示和線路板，向學生生動講解電容傳感器的工作原理和電容式傳感器的測量電路，把抽象的原理圖變成生動的動畫片。由于所選案例來自于教師的科研團隊，因此，教師能夠在課堂上對案例的分析更具有權威性和說服力［3］，案例式教學便于學生對所學知識的理解，也能增加學生解決實際問題的信心，也更能激發出學生對科學研究的向往和渴望。

三、教學內容的設計

本次案例式教學的難點和重點就在于教學內容的設計，我們是以電容測量這樣一個案例為主線，在對研發過程剖析的過程中，教師把電容傳感器的工作原理、電容傳感器的一些特殊問題、電容傳感器的測量電路以及電容傳感器的應用等內容串接在對案例的分析過程中，并通過拓展題目引導學生對電容傳感器相關問題進行深入研究。教學內容安排如下［3］。

另外一個難點問題就是教案的撰寫。如何使我們所用的案例能夠自然、清晰的和本課程的知識緊密結合起來，讓學生感覺不到牽強，讓學生知道本課程的知識能夠解決什么樣的實際問題。因此，我們采用了選擇傳感器—信號調理電路的設計—輸出環節的實現這樣一個從理論分析到系統實現，再到對系統進行性能分析的案例分析過程，使案例的解決符合認知規律。整個過程都是在75分鐘內由學生和教師之間的互動完成的。

拓展題目的選擇也是一個具有挑戰性的問題。教師要根據所授課程內容和科研情況加以權衡，所選題目既要有一定的難度，又要有可實現性，這樣才能更好地激發出學生對知識和科研的興趣。

我們充分利用了動畫演示這一有力手段，將大慶油田的一次石油液位勘測進行了動態演示，并利用本次課程所學內容對測量結果進行了分析，實現了由理論到實踐，使理論的實際應用更有說服力［4］。

我們把案例中的技術引進教學中，用Altium Designer繪制了測量電容Cx的電容值的電路圖，作為教學軟件，繪制了利用晶體震蕩原理測量電容值大小的電路原理圖，當電路中各元件參數確定后，待測電容Cx的電容值變化時，會使反相器U1A輸出信號的頻率發生變化，在一定溫度范圍內，這種變化是線性的，這樣通過測量反相器U1A輸出信號的頻率就可以得到待測電容Cx的電容值。從圖3可以看出，Cx為7pF時輸出信號的頻率為4.91476MHz；從圖4可以看出Cx為輸出信號的頻率為20pF4.91520MHz，電容值增大13pF時，輸出信號的頻率增加了440Hz。

圖2　絕對電容測量電路

圖3　Cx為7pF時絕對電容測量電路的輸出信號

圖4　Cx為20pF時絕對電容測量電路的輸出信號

四、案例式教學的實施過程

為了使學生能夠上好這樣一次案例式教學課，我們提前在網絡上公示了教學內容以及課程采用的案例，讓學生對案例有所了解，學生也可以在網絡上向教師提出問題，這樣更加有利于教師和學生在課堂上的互動，提高教學效果。

課堂的授課是這次案例式教學中最為關鍵的環節。教師要結合多媒體、動畫、板書等一系列教學工具，啟發、引導學生積極加入到互動中來。教師要掌控好教學的進度，上課前就要考慮好，應該在什么地方布疑，能夠讓學生產生共鳴；什么問題是學生可以通過互相討論就可以分析完成的，什么問題教師要在什么地方給予提示，控制好互動與講授的時間，讓教學可以一氣呵成。課堂的授課首先是案例的提出，就案例產生的結果提出問題，案例呈現可以通過多媒體和動畫演示等方式，這樣可以激發學生的學習興趣。另外，在對案例分析的過程中串入所學課程的主要內容進行講解。最后用所學知識解釋案例產生的結果。這樣可以增加學生應用所學知識解決實際工程問題的信心，提高學生獨立思考和自主創新的能力。

在檢測與轉換技術課程的教學過程中，采用案例式教學模式，取得了很好的教學效果。學生提出了很多問題，也有了很多新的想法，學生的學習積極性十分高漲，課堂氣氛十分活躍。充分體現了學生的主體意識。學生能將所學的基本理論和分析方法更好地與工程實際相結合，增強學生的實際動手能力，提高了培養應用型人才的培養質量。

項目名稱：吉林省高等教育教學研究課題

［1］劉羅華，湯瓊，工科院校大學數學的案例式教學探討［J］.湖南工業大學學報，2010.24（2）：80-82.

［2］孟爽，晏祖根，楊綺云等液壓與氣壓傳動課程案例式教學方法的研究［J］.科技創新導報，2010（9）.

［3］謝曉霞，羅鵬飛，張權.“隨機信號分析與處理”課程案例式教學的實踐［J］.電氣電子教學學報，2011，12.

［4］管致中，夏恭恪，孟橋，信號與線性系統（上冊）（第4版）［M］.北京：高等教育出版社，2004（1）.

責任編輯：郭一鶴

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1671-6531（2015）17-0084-02