面向校企合作的傳感器與測試技術(shù)課程實驗教學(xué)改革

摘 要 針對傳感器課程實驗教學(xué)中存在的問題，闡述該課程實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等方面的改革措施。教學(xué)實踐表明，通過課內(nèi)實驗與課外實驗相結(jié)合、“項目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動”的實驗教學(xué)方法以及多元化綜合實驗考核方式，提高學(xué)生的主觀能動性、培養(yǎng)工程意識、加強綜合應(yīng)用能力，為實現(xiàn)學(xué)校與企業(yè)的無縫對接打下扎實基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 校企合作；傳感器與測試技術(shù)；實驗教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）20-0130-03

現(xiàn)代高等工程教育注重學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，根據(jù)社會需求，南陽理工學(xué)院將培養(yǎng)目標確定為：培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和實踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。在該目標的指導(dǎo)下，南陽理工學(xué)院積極探索應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式，與企業(yè)開展深度交流合作，先后開辦“三榮班”“恒發(fā)班”“匯森班”以及現(xiàn)在的“宇通班”等。

通過幾年的校企合作實踐以及追蹤畢業(yè)生就業(yè)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)存在一些問題，諸如畢業(yè)生崗位適應(yīng)慢、工程實踐能力較弱、缺乏創(chuàng)新精神及團隊合作能力等。如何將現(xiàn)代高等工程教育的實踐性、技術(shù)性及應(yīng)用性在課程教學(xué)中體現(xiàn)出來？工科大學(xué)生的工程素質(zhì)如何培養(yǎng)？大學(xué)畢業(yè)生如何盡快適應(yīng)企業(yè)崗位？這是課程教改所面臨的課題[1-2]。

1 傳感器課程實驗教學(xué)現(xiàn)狀

傳感器與測試技術(shù)作為南陽理工學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)的主干核心課程，主要介紹常用傳感器如電阻式、電容式、電感式、光電式、電磁式等典型傳感器的測量原理、基本結(jié)構(gòu)、使用特點及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。課程內(nèi)容涉及機械學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科知識，理論性較強；同時要求學(xué)生具有綜合利用本課程基本知識和技能分析、解決工程實際問題的能力，實踐性也較強。

為了獲得較好的教學(xué)效果，實現(xiàn)校企合作人才培養(yǎng)的教學(xué)目標，必須進行實驗教學(xué)，使學(xué)生不僅對所學(xué)傳感器的理論知識加以鞏固，更應(yīng)通過實驗教學(xué)掌握生產(chǎn)過程中各種典型機械量的測量方法，并能最終將理論應(yīng)用于工程實踐中，以實現(xiàn)學(xué)校與企業(yè)的“無縫對接”。

該課程原來的教學(xué)大綱中，實驗教學(xué)有8個學(xué)時，主要是關(guān)于電阻式、電感式、光電式以及熱電偶等傳感器的特性試驗，均為驗證性的。學(xué)生每次到實驗室僅是根據(jù)實驗指導(dǎo)書連接導(dǎo)線、操作開關(guān)、記錄數(shù)據(jù)，而多數(shù)學(xué)生則擔當?shù)氖恰坝涗泦T”或“觀察員”的角色[2]。他們只是為了做實驗而“做實驗”，積極性和主動性難以得到發(fā)揮，更別提實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，這和應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標是相矛盾的。并且由于學(xué)時限制，沒有安排設(shè)計性、綜合性實驗，這樣就難以將知識體系工程化，難以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，使得教學(xué)與工程中的實際應(yīng)用嚴重脫節(jié)。在第四年的企業(yè)實踐以及真題真做的畢業(yè)設(shè)計中，經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生面對具體的檢測任務(wù)，仍是不知如何選擇合適類型、精度的傳感器，對傳感器與測控系統(tǒng)的線路連接無從下手等問題。

據(jù)了解，在美國等發(fā)達國家高校中，測試技術(shù)也是他們工科專業(yè)學(xué)生的一門必修課，但它被直接定位為實驗課程。他們普遍采用的是學(xué)生為主體、教師為輔助的教學(xué)模式，利用綜合型、研究型實驗，讓學(xué)生獨立進行實驗構(gòu)思、設(shè)計，并進一步操作和實施。通過這些實驗環(huán)節(jié)，使學(xué)生掌握課程知識，培養(yǎng)獨立思考和實踐動手能力[3]。以此為借鑒，緊抓培養(yǎng)應(yīng)用型人才這個終極目標，對傳感器與測試技術(shù)課程的實驗環(huán)節(jié)進行教學(xué)改革。經(jīng)過兩年的教學(xué)實踐，收到很好的效果，極大地提高了教學(xué)質(zhì)量。

2 傳感器課程實驗教學(xué)改革與實踐

教育部《關(guān)于加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》（教高〔2001〕4號）曾指出：實踐教學(xué)對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力具有特殊作用，因此，實驗教學(xué)也是傳感器課程的一個重要組成部分。針對南陽理工學(xué)院傳感器課程實驗教學(xué)中存在的問題，從以下幾方面對實驗教學(xué)進行改革與實踐。

實驗教學(xué)內(nèi)容 與傳感器課程配套的實驗，不僅要與理論教學(xué)之間協(xié)調(diào)配合，還要注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和解決實際問題的能力。將實驗教學(xué)分為課內(nèi)實驗教學(xué)和課外實驗教學(xué)兩個環(huán)節(jié)。

在課內(nèi)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，緊扣教學(xué)大綱，將實驗分為兩大類：一類是驗證基礎(chǔ)理論等內(nèi)容的基礎(chǔ)型實驗，一類是對實際測試技術(shù)訓(xùn)練的綜合型實驗。基礎(chǔ)型實驗主要為驗證性的，結(jié)合課堂理論教學(xué)，開設(shè)4個基礎(chǔ)性實驗，主要涉及金屬應(yīng)變式傳感器、差動變壓器、光電式傳感器以及熱電偶。這些實驗在學(xué)校傳感器實驗臺上均可完成，目的是使學(xué)生掌握這些基本傳感器的工作原理和轉(zhuǎn)換電路，在實驗過程中了解各種儀器、儀表以及電路模塊的使用方法，具備基本的實驗技能以及學(xué)習(xí)實驗數(shù)據(jù)處理的常用方法。

綜合性實驗主要以課程設(shè)計的形式進行，以傳感器技術(shù)為主，同時需要結(jié)合單片機、電子技術(shù)、PLC等相關(guān)課程，著重培養(yǎng)學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用以及分析、處理實際問題的能力和創(chuàng)新意識。為了使這項教改順利實施，購置INV1612多功能柔性轉(zhuǎn)子實驗臺、INV1601振動與控制教學(xué)實驗臺以及INV306智能信號采集處理分析系統(tǒng)，一些典型的傳感器（如壓電式加速度傳感器、電阻應(yīng)變片、壓電式力傳感器、磁電式速度傳感器、熱電偶、鉑電阻、電渦流傳感器、聲發(fā)射傳感器、光柵尺等）以及一些通用儀器（如信號發(fā)生器、雙蹤示波器、電荷放大器、懸臂梁、動態(tài)電阻應(yīng)變儀、振動臺、激振器、功率放大器、測控電路模塊等），這些設(shè)備結(jié)合原有的單片機、PLC、組態(tài)軟件等，都為綜合實驗項目的順利進行提供了保證。

在理論課結(jié)束后，教師可給出若干個具有實際工程背景相對完整的測試題目，如電子稱的設(shè)計及制作、車床切削力的動態(tài)測試、車床振動噪聲測試、切削溫度的監(jiān)測、汽車行車速度的測量、汽車輪胎壓力監(jiān)測等，同時提出相應(yīng)的測試任務(wù)要求，學(xué)生自主選題，組隊完成。根據(jù)各題目特點，學(xué)生既可利用相關(guān)軟件進行虛擬仿真，也可利用實驗室資源做出實際的電子硬件成品。在這個綜合實驗過程中，從測試方案的總體制訂到元器件的選取，從測量電路的設(shè)計、制作、調(diào)試到實驗數(shù)據(jù)的分析處理，均由學(xué)生自己動手完成。既發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，又培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力及實踐、創(chuàng)新能力，同時加強了學(xué)生的團隊合作和相互之間的溝通。

課外實驗教學(xué)環(huán)節(jié)則是利用網(wǎng)上的虛擬實驗室來完成，利用購買的教學(xué)實驗虛擬儀器軟件平臺，充分利用計算機進行仿真測試訓(xùn)練，擴大實驗范圍。除課內(nèi)實驗教學(xué)外，借助于虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生還可在課下完成諸如電阻應(yīng)變片測量橋梁固有頻率、差動變壓器測量鋼板厚度、實驗渦流傳感器產(chǎn)品記數(shù)實驗、輸送線實驗臺綜合應(yīng)用實驗、鋼管缺陷無損檢測綜合應(yīng)用實驗、多功能轉(zhuǎn)子實驗臺綜合應(yīng)用實驗等多項教學(xué)仿真實驗。虛擬實驗室不僅節(jié)約了教學(xué)資源，還使深奧的理論變得生動、易懂，豐富了課程內(nèi)容及表現(xiàn)形式；同時也大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生在“玩”中學(xué)到了知識，培養(yǎng)了實驗技能和自主學(xué)習(xí)能力。

實驗教學(xué)方式 校企合作班是面向生產(chǎn)一線，培養(yǎng)出兼具理論知識及較強專業(yè)實踐技能的應(yīng)用型人才。以此為指導(dǎo)方針，傳感器實驗教學(xué)中不管是基礎(chǔ)實驗還是綜合實驗，不管是課內(nèi)實驗還是課外實驗，都以學(xué)生為主體，教師則起著主導(dǎo)作用，充分發(fā)揮出學(xué)生的主觀能動性。在基礎(chǔ)實驗環(huán)節(jié)，采用“以問題為導(dǎo)向”的啟發(fā)式教學(xué)方法，在學(xué)生完成預(yù)習(xí)報告的基礎(chǔ)上，先向?qū)W生提出本次實驗要解決的問題，然后引導(dǎo)學(xué)生利用實驗臺上的各種模塊，自主完成實驗。

如在轉(zhuǎn)速測量實驗中，教師要求學(xué)生測量出實驗臺上開口轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速大小，選用哪種傳感器？轉(zhuǎn)換電路如何選擇？選用哪種結(jié)果顯示方式？這些問題需要學(xué)生先思考，再借助于實驗臺上的各種模塊才能解決。實驗完后，教師繼續(xù)提出問題：光電和霍爾傳感器在測量轉(zhuǎn)速時有哪些不同？可引導(dǎo)學(xué)生從工作原理、轉(zhuǎn)換電路、測量精度等方面進行分析，要求他們將答案寫在實驗報告上。

在綜合實驗環(huán)節(jié)，則采用“項目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)方法，將要求學(xué)生掌握的傳感技術(shù)相關(guān)知識點隱含在具有工程背景的“任務(wù)”中，以完成每個項目任務(wù)為主線來實施實驗教學(xué)過程。如完成“車床切削力的動態(tài)測試”這個綜合實驗項目，學(xué)生小組首先根據(jù)任務(wù)書中下達的任務(wù)要求查閱資料，在教師的指導(dǎo)下，確定完成任務(wù)的測量系統(tǒng)方案。然后利用實驗室及金工車間所提供的各種硬件和軟件資源，最終制作出一個八角環(huán)切削測力儀。這種實驗教學(xué)方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，工作態(tài)度與團隊精神也同時得到鍛煉和提升。

實驗教學(xué)考核 考核是實驗教學(xué)中一個不可或缺的環(huán)節(jié)，它是對學(xué)生學(xué)習(xí)效果以及教師教學(xué)效果的有效檢驗。以往傳感器課程實驗考核方式單一，只是簡單地以學(xué)生每次的實驗結(jié)果及實驗報告而一錘定音，導(dǎo)致實驗報告抄襲現(xiàn)象嚴重。對實驗教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方式改革之后，摒棄以前片面的考核方式，重新制訂較為全面的實驗考核綜合評價方案。此方案包含對基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、團隊合作精神、答辯等多方面的考核要求，更注重把實驗過程納入考核內(nèi)容中。這樣的考核能更準確、合理地反映學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)情況，評估學(xué)生的實踐動手、知識綜合應(yīng)用以及自主學(xué)習(xí)創(chuàng)新等能力，極大地提高了學(xué)生對實驗教學(xué)的積極性和主動性，教學(xué)效果得到明顯改善。

3 結(jié)束語

為了培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，使他們更好地適應(yīng)企業(yè)崗位，對傳感器實驗教學(xué)進行改革，增加了綜合型實驗和虛擬實驗，形成課內(nèi)實驗與課外實驗相結(jié)合、現(xiàn)實與虛擬互補的實驗體系；采用“以問題為導(dǎo)向”以及“項目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動”的實驗教學(xué)方法；實施注重過程的多元化綜合實驗考核評價。兩年的教學(xué)實踐表明：這些改革措施有助于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)工程意識，提高綜合應(yīng)用能力，同時加強了學(xué)生的團隊合作和相互之間的溝通，為實現(xiàn)學(xué)校與企業(yè)的“無縫對接”打下扎實基礎(chǔ)。

參考文獻

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