【摘要】本文在分析《工程测试与信息处理》的特点和教学中存在的问题的基础上,提出了对教学内容、教学方法和实验教学改革的思路。 【关键词】工程测试与信息处理 课程 教学改革
引言:21世纪是信息化时代,测试技术作为当代信息技术三大支柱之一,是科学研究与控制技术进步的“耳目”和“先行官”。一般的测控系统的设计通常是从对象信息的有效获取开始的,不同种类的物理量需要不同种类的传感器进行采集,同时又因为信号性质的不同,还需要采用不同的测量电路对信号进行调理以满足测量的要求。因此,《工程测试与信息处理》课程作为机械工程类和机电工程类各专业的技术基础课,在机械制造业信息化和创新人才培养中,其地位和作用变得越来越重要,也越来越受到国内外大学的重视。
1.本课程的特点及教学中存在的问题。《工程测试与信息处理》主要研究的是机械工程中动态物理量的测试与信息的处理,培养学生了解和掌握工业自动化,生产过程自动化中的传感技术及测试方法,能够正确合理的选用传感器和设计数据采集系统,使学生具备解决实际工程测量问题的能力。本课程具有以下特点:
1.1 多学科交叉。本课程涉及传感、微电子、控制、计算机、信号处理、数理统计、精密机械设计等多门学科。课程知识比较分散。
1.2 内容抽象,公式复杂,实践性强。本课程内容较抽象、理论知识繁多。比如讲传感器的原理时,因为没有实物,内容就显得很抽象难懂;而信号处理这块内容,涉及的数学公式多且复杂,深奥难懂。因此,要系统地掌握测试系统的运行状况,需要设置一定的实验课。
1.3 内容多,学时少。本课程涉及的学科多,因此教学内容较多。并且随着信息技术的发展,新的传感器和新的信号处理方法不断出现,这些都需要引入课堂,所以教学的内容是越来越多,但总的学时一般只有40学时。
在教学过程中,存在以下问题:
①从本课程的特点可以看出,本课程涉及知识多且复杂,而学生专业不同,基础知识也不尽相同,因此教学难度较大。
②教学模式单一,实验力度不够,主要以老师授课为主,实验为辅。学生被动吸收知识,难以充分调动学生学习的积极性和主观能动性,不利于培养学生的创新思维和创新能力;同时由于实验条件有限,难以完成一些较复杂的实验,而且某些简单实验完成的效果也不太好,造成了学生在学习这门课时,感性认识与理性认识相脱节的现象,学生理解这门课程存在一定的困难。
③课程各章节分散,联系不紧密,使学生缺乏感性认识,对整个测控系统不能全局的把握。同时教材内容更新慢,落后于新技术的发展步伐,这将导致无法激起学生的热情,使学生不能及时了解测试技术的最新动态和发展趋势。
针对以上总结的本课程的特点和存在的问题,为适应新形势下的教学要求,保证教学质量,充分调动学生的学习热情和积极性,使学生能较好地掌握测控系统的分析方法,并能进行设计,必须进行教学改革。
2.教学改革。
2.1 教学内容的改革。
2.1.1 教学重点内容的合理选取。《工程测试与信息处理》课程涉及多门学科,课程知识面广,信息量大,课时却有限,因此,课程偏重讲授“应用”技术,把教学重点放在测试系统的组成,传感器的选择和运用及信号处理的方法上,对于学生难以理解且工作中接触较少的理论内容进行简要阐述。比如传感器这章,对于其原理简单讲授,而重点讲授传感器的特点、应用场合和注意事项,以使学生在实际应用中能合理选择传感器。总之,必要的测试理论是学生掌握测试技术的基础,而使学生掌握测试方法的实现,测试系统的组成、应用才是教学的关键。
2.1.2 教学内容的灵活安排。我们现在使用的教材是按照信号及其描述,测试装置的基本特性,常用传感器与敏感元件,信号的调理与记录和信号的处理初步的顺序编排的,这种布局具有很强的逻辑性,但整个内容比较分散,按照这种顺序讲授,学生可能很难建立完整的测试系统体系。因此,在讲授中,我们灵活的调整了教材的内容,按照测试系统的构成去安排教学内容的次序。首先讲传感器采集信号,再讲信号的调理与记录和信号的处理初步,最后讲测试装置的特性。这样的顺序讲解,可以使学生更全面学习和掌握信号传感、信号采集、信号转换、信号处理及信号传输的整个过程,更有利于学生全局的把握测试系统的总体构成及各部分的作用和相互联系。
2.1.3 教学内容的及时更新。教师要不断的跟踪新型传感器,测试新方法和信号处理的新技术,及时补充新内容,帮助学生了解测试领域最前沿的动态,激发学生的求知欲。
2.2 教学方法的改革。为了提高教学质量,在教学方法上也进行了一些改革尝试。
2.2.1 运用先进的教学手段和流行的仿真软件。运用多媒体进行直观教学,课件集文字、图片、动画和声音于一体,将原来抽象、复杂的仪器结构及其工作原理用生动的图像和动画表现出来,变得直观、形象,易于学生接受,使教学过程与教学效果达到最优化的状态。比如讲解涡流传感器的原理时,运用动画形象的展示高频反射式和低频透射式两种涡流传感器的原理,使学生很容易理解枯燥复杂的原理,同时对二者的区别也一目了然。同时在教学中合理运用Matlab和Labview软件,使教学更加生动形象,更加有说服力,有利于学生对抽象知识的理解。比如讲解二阶测试装置的特性时,运用Matlab仿真二阶测试装置,不仅可以直观动态的演示复杂测试系统的动态特性,还可演示测试系统基本参数调整后系统特性的变化,大大增强了课堂的生动性和趣味性,也激发了学生的求知欲。
2.2.2 启发式教学和案例教学相结合。所谓启发式教学就是在教学过程中充分调动学生的主观能动性,使学生的思维积极活动起来,指向一定的目标,并且在教师的引导下按照一定的逻辑顺序推移,以达到认识事物本质的目的。而案例教学法,又称苏格拉底式教学法。从广义上讲,案例教学可界定为通过对一个含有问题在内的具体教育情境的描述,引导学生对这些特殊情境进行讨论的一种教学方法。在教学过程中,将此二种方法相结合,灵活的运用,可以吸引学生的注意力,拓宽学生的知识面,发挥学生的主动性和积极性,帮助学生轻松的掌握知识要点。比如在讲解电阻应变片时,为了增强学生的学习兴趣,首先就给学生介绍大桥的检修知识,吸引其注意力,然后提出“如何测量大桥的固有频率”这个问题,激发学生思考。带着这个问题,再给学生讲解应变片的原理和特点,最后由学生分组讨论如何用应变片去测量桥梁的固有频率。通过这个案例,将这两种教学方法有机的结合起来,使学生很好地掌握了应变片的原理及使用,同时也使学生形成了自主学习、合作学习和探索性学习的氛围,提高了他们分析问题和解决问题的能力。
2.3 实验教学的改革。由于本课程内容抽象,应用性强的特点,因此,实验在课程教学中显得尤为重要,它能帮助学生对理论知识的理解,能培养学生的动手能力。为了培养学生解决实际问题和动手能力,我们的实验教学也进行了相应的改革,对于一些综合性的试验,摈弃传统的实验教学方法――学生按部就班的对照实验书步骤做。而是提前将实验要求布置给学生,由学生自行设计实验步骤和实验电路图,并由学生分组在实验室完成,老师只适时地加以指导。比如在学完传感器这章后,我们需要做实验,实验题目是利用实验室现有的资源“测转速”,那么这个实验可以利用实验室提供的光电传感器、磁电传感器、霍尔传感器和涡流传感器来完成。通过这种实验模式,能充分的发挥学生的主观能动性和探索性,有利于培养他们的动手能力,团队精神和创新能力。对于验证型的基础性实验,先由学生预习,老师课堂讲解并提问,最后由学生独立完成。学生提交实验报告时需要认真分析理论和实际间的误差。这样可以提高学生分析事物的能力。
3.结论。本文研究和分析了《工程测试与信息处理》的特点和教学中存在的问题,通过几年的教学实践与改革,提高了教学质量,增强了学生的学习热情和动手能力。随着信息技术的发展,新的知识将不断涌现,因此,需要不断的更新教学内容,教学方法;需要不断地进行教学改革,使专业人才培养与未来社会发展需要相适应,为信息化社会建设培养出更多优秀的人才而努力。
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