自动检测技术与装置课程教学研究

饶 莉

摘 要:针对自动检测技术与装置课程的内容和特点,结合传统的理论教学和现代多媒体教学技术,提出了行之有效的增强课程讲授特色、激发学生兴趣、培养学生工程实践能力的教学方法,这些方法在实践中取得了成效,对该课程的改革具有一定的意义。

关键词:检测元件 教学方法 仿真软件

目前,自动检测技术已成为现代最常用、最基础、最实用的三大技术之一。自动检测技术的基本原理和应用已经成为现代科学技术人员必备的基础知识,是许多理工科专业必修的基础课程,也是电子类专业非常重要的课程。自动检测技术与应用[1]这门课程属于高技术交叉学科的范畴。在课程教学中,因为理论深、计算过程复杂、内容抽象、多学科知识综合应用性强,学生掌握起来有一定难度,学习主动性较差。用传统教学法讲授该课程,很难取得满意的效果。为此在教学过程中对课程的教学方法进行了改革与探索并总结了一些有成效的举措和经验。

自动检测技术与应用实际上就是信息的获取、变换、处理、传输和显示,主要是对检测技术的一般概念、检测元件的分析、测量电路的分析、系统的分析和设计等的讲授。围绕这条主线,本文在多媒体和传统教学相结合的教学中进行了探讨与改进,总结了几点新的教学方法并不断完善。

一、用仿真软件,提高易读性

浅显易懂是众所周知的。深入浅出是教学所要求的。依靠仿真软件对某些知识的认识则能帮助教师做到浅显易懂、深入浅出。各种仿真软件不仅运用在产品的设计优化上,还可以运用在教学中。学生并不一定要掌握仿真软件,但是通过对仿真结果的认识可以更直观、形象地理解某些知识点。

例如,在讲授电容式检测元件的时候都要提到边缘效应,什么是边缘效应?如何克服它?这是每一个学生心中闪过的疑问。教师就利用了ANSYS有限元仿真软件将改善前后的边缘效应进行了仿真,如图1、2,从图1中可以看到由于电容两极板的尺寸有限,两个极板中间部分的电力线是规则的直线,且均匀分布,在极板的边缘受外部环境的影响,电力线是杂乱无章的,此现象即为边缘效应,它影响了电容值。在图2中,由于增加了等位环,虽然在两个端部也有边缘效应,但是从值上可以看出边缘效应已经减小了,同时在极板的中间部分几乎没有出现杂乱无章的电力线,几乎没有边缘效应,从而使中间部分的电场得到了很好的保护,将中间部分的电容值引入到后续的电路中,这样减小了因边缘效应而带来的电容误差,提高了检测元件的检测精度。这在过去是完全靠学生抽象理解。而现在仿真图的引入使得学生形象直观的理解了边缘效应的有关知识。

又如,在某些自动检测技术及其应用方面的教材中,对测量电路部分内容通常用框图的形式表示其构成和处理过程,而且没有充分的说明,学生很难理解。教师就利用了ORCAD中的PSPICE电路仿真功能对模拟电路的进行了仿真,学生就能从仿真图上深入直观的了解各种检测元件的模拟信号的处理过程。

二、妙设疑,激思考,提高启发性

古语云:“学贵有疑,小疑则小进,大疑则大进。”在课堂上如能巧妙设疑,利用身边的实际例子让学生参与进来,积极的思考,诱发出他们的好奇心和求知欲,在解疑探索过程中,学生思维的独立性和创造性得到发展。

例如,在介绍系统的误差时引出摆钟为什么在夏天变慢,启发学生对系统误差的理解。由于物体的热胀冷缩,在夏天摆钟变长是系统不可避免的,这种由系统本身引起的误差即为系统误差。在介绍光电检测元件的时候,先引入本学院购买的FESTO公司的MPS500物流控制系统的动画,通过动画引导学生寻找其控制系统中所用的检测元件的类型,激发学生的好奇心和求知欲。

三、拓视野,长见识,提高先进性

在教学中经典的检测元件的基本工作原理、测量电路和应用是学生学习的基础,然而这些经典传统的检测元件大都是上世纪六七十年代开始发明应用的,有些已不能满足生产实践的需要,学生在听课过程中也表现出了学习兴趣不高。因此在适当的部分讲授一些课本以外的知识,如最新发展的检测元件及应用时,学生表现出了很大的学习积极性,又适当扩充了新的内容,使学生能够及时了解当前检测元件的发展方向,掌握检测元件的发展动态,激发学生的学习兴趣。

例如在讲授电容式检测元件时,加入了电容式微机械加速度传感器的内容,从而对微传感器、微机电系统有一定的了解。在介绍温度检测元件时,除了增加智能温度变送器的知识外,还增加了单线式温度传感器的知识点,如对18b20的介绍,使得学生了解了除数据传输的串行总线常用的I2C总线、SPI总线外,还有单总线技术,即在一根数据线实现数据的双向传输。此技术在检测元件的信号传输中已有应用。

四、开讨论,传方法,提高系统性

为了培养学生主动学习的意识和能力,在本课程的后期,布置一个作业,例如,如何实现对钢轨应力的检测[2]等。使学生通过网络和图书馆,收集并整理资料,提出自己的想法,并请部分学生上台介绍,师生共同交流,极大地调动了学生学习的主动性,增强了学习的兴趣,同时也加深了对所学知识系统性的理解,让学生体验和享受了学习的过程和交流空间。

五、结束语

根据自动检测技术与应用的教学实践,对该课程的教学内容、教学方法和手段进行了分析探索并做了相应的改革。仿真软件的应用、巧妙的设疑、教学素材丰富、开放式讨论,使学生学习的主动性、积极性明显提高,有助于培养学生的创新思维和综合应用能力,并锻炼学生自主获取知识的能力,教学取得了良好的效果。

参考文献

[1]张宏建.自动检测技术与装置[M].北京:化学工业出版社,2006:1

[2]饶莉.一种检测钢轨温度应力的电容式传感器[J].传感器技术,2005,2:60