自動檢測技術與裝置課程教學研究

饒 莉

摘 要:針對自動檢測技術與裝置課程的內容和特點,結合傳統的理論教學和現代多媒體教學技術,提出了行之有效的增強課程講授特色、激發學生興趣、培養學生工程實踐能力的教學方法,這些方法在實踐中取得了成效,對該課程的改革具有一定的意義。

關鍵詞:檢測元件 教學方法 仿真軟件

目前,自動檢測技術已成為現代最常用、最基礎、最實用的三大技術之一。自動檢測技術的基本原理和應用已經成為現代科學技術人員必備的基礎知識,是許多理工科專業必修的基礎課程,也是電子類專業非常重要的課程。自動檢測技術與應用[1]這門課程屬于高技術交叉學科的范疇。在課程教學中,因為理論深、計算過程復雜、內容抽象、多學科知識綜合應用性強,學生掌握起來有一定難度,學習主動性較差。用傳統教學法講授該課程,很難取得滿意的效果。為此在教學過程中對課程的教學方法進行了改革與探索并總結了一些有成效的舉措和經驗。

自動檢測技術與應用實際上就是信息的獲取、變換、處理、傳輸和顯示,主要是對檢測技術的一般概念、檢測元件的分析、測量電路的分析、系統的分析和設計等的講授。圍繞這條主線,本文在多媒體和傳統教學相結合的教學中進行了探討與改進,總結了幾點新的教學方法并不斷完善。

一、用仿真軟件,提高易讀性

淺顯易懂是眾所周知的。深入淺出是教學所要求的。依靠仿真軟件對某些知識的認識則能幫助教師做到淺顯易懂、深入淺出。各種仿真軟件不僅運用在產品的設計優化上,還可以運用在教學中。學生并不一定要掌握仿真軟件,但是通過對仿真結果的認識可以更直觀、形象地理解某些知識點。

例如,在講授電容式檢測元件的時候都要提到邊緣效應,什么是邊緣效應?如何克服它?這是每一個學生心中閃過的疑問。教師就利用了ANSYS有限元仿真軟件將改善前后的邊緣效應進行了仿真,如圖1、2,從圖1中可以看到由于電容兩極板的尺寸有限,兩個極板中間部分的電力線是規則的直線,且均勻分布,在極板的邊緣受外部環境的影響,電力線是雜亂無章的,此現象即為邊緣效應,它影響了電容值。在圖2中,由于增加了等位環,雖然在兩個端部也有邊緣效應,但是從值上可以看出邊緣效應已經減小了,同時在極板的中間部分幾乎沒有出現雜亂無章的電力線,幾乎沒有邊緣效應,從而使中間部分的電場得到了很好的保護,將中間部分的電容值引入到后續的電路中,這樣減小了因邊緣效應而帶來的電容誤差,提高了檢測元件的檢測精度。這在過去是完全靠學生抽象理解。而現在仿真圖的引入使得學生形象直觀的理解了邊緣效應的有關知識。

又如,在某些自動檢測技術及其應用方面的教材中,對測量電路部分內容通常用框圖的形式表示其構成和處理過程,而且沒有充分的說明,學生很難理解。教師就利用了ORCAD中的PSPICE電路仿真功能對模擬電路的進行了仿真,學生就能從仿真圖上深入直觀的了解各種檢測元件的模擬信號的處理過程。

二、妙設疑,激思考,提高啟發性

古語云:“學貴有疑,小疑則小進,大疑則大進?！痹谡n堂上如能巧妙設疑,利用身邊的實際例子讓學生參與進來,積極的思考,誘發出他們的好奇心和求知欲,在解疑探索過程中,學生思維的獨立性和創造性得到發展。

例如,在介紹系統的誤差時引出擺鐘為什么在夏天變慢,啟發學生對系統誤差的理解。由于物體的熱脹冷縮,在夏天擺鐘變長是系統不可避免的,這種由系統本身引起的誤差即為系統誤差。在介紹光電檢測元件的時候,先引入本學院購買的FESTO公司的MPS500物流控制系統的動畫,通過動畫引導學生尋找其控制系統中所用的檢測元件的類型,激發學生的好奇心和求知欲。

三、拓視野,長見識,提高先進性

在教學中經典的檢測元件的基本工作原理、測量電路和應用是學生學習的基礎,然而這些經典傳統的檢測元件大都是上世紀六七十年代開始發明應用的,有些已不能滿足生產實踐的需要,學生在聽課過程中也表現出了學習興趣不高。因此在適當的部分講授一些課本以外的知識,如最新發展的檢測元件及應用時,學生表現出了很大的學習積極性,又適當擴充了新的內容,使學生能夠及時了解當前檢測元件的發展方向,掌握檢測元件的發展動態,激發學生的學習興趣。

例如在講授電容式檢測元件時,加入了電容式微機械加速度傳感器的內容,從而對微傳感器、微機電系統有一定的了解。在介紹溫度檢測元件時,除了增加智能溫度變送器的知識外,還增加了單線式溫度傳感器的知識點,如對18b20的介紹,使得學生了解了除數據傳輸的串行總線常用的I2C總線、SPI總線外,還有單總線技術,即在一根數據線實現數據的雙向傳輸。此技術在檢測元件的信號傳輸中已有應用。

四、開討論,傳方法,提高系統性

為了培養學生主動學習的意識和能力,在本課程的后期,布置一個作業,例如,如何實現對鋼軌應力的檢測[2]等。使學生通過網絡和圖書館,收集并整理資料,提出自己的想法,并請部分學生上臺介紹,師生共同交流,極大地調動了學生學習的主動性,增強了學習的興趣,同時也加深了對所學知識系統性的理解,讓學生體驗和享受了學習的過程和交流空間。

五、結束語

根據自動檢測技術與應用的教學實踐,對該課程的教學內容、教學方法和手段進行了分析探索并做了相應的改革。仿真軟件的應用、巧妙的設疑、教學素材豐富、開放式討論,使學生學習的主動性、積極性明顯提高,有助于培養學生的創新思維和綜合應用能力,并鍛煉學生自主獲取知識的能力,教學取得了良好的效果。

參考文獻

[1]張宏建.自動檢測技術與裝置[M].北京:化學工業出版社,2006:1

[2]饒莉.一種檢測鋼軌溫度應力的電容式傳感器[J].傳感器技術,2005,2:60