項目驅動下傳感與檢測課程研究

導語：項目驅動下傳感與檢測課程研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1.課程內容整合在課程內容中，傳感器課程選擇比較片面，較少考慮課程之間的自然銜接和相互配合，而檢測技術課程的眾多知識點與其他課程有復雜的聯系。教師在課程講授中，難免會出現有些內容重復講授，而有些內容在各門課程中都沒有深入闡述的情況，因此，將傳感器技術和檢測技術兩門課程的主要內容有機地整合為一門課程，整合后的課程從系統角度出發，以具體的檢測實例入手提出檢測問題，激發學生的學習興趣，并使學生認識到傳感器的重要性及意義所在。[3]針對學校的石化特點，筆者首選化工檢測問題，其次是生產、生活問題，全面介紹傳感器、檢測技術，并將更多的學時用于介紹現代檢測方法和以化工為背景的系統實例，更貼近于工程實際。[4]虛擬儀器[5]是一種計算機技術介入儀器領域所形成的富有生命力的儀器，將之應用于檢測，可以實現對現場實時、在線、靈活、方便的檢測，節省用戶的開發時間，提高測量的精度。同時通過對不同傳感器信號的采集，A/D轉換，分析并采用虛擬儀器使檢測系統構成簡便實用，人機界面采用LabVIEW的編程語言讓學生容易掌握且富有個性，學生在學習過程中充分體驗到了檢測和過程控制的樂趣，是對傳感與檢測課程知識的擴展與延伸，虛擬儀器使學生更深入地了解課程的理論及應用，同時也讓學生對虛擬儀器和實現虛擬儀器測量功能的基本原理有更深入的認識。實驗采用由CSY2000系列傳感器與檢測技術實驗臺、數據采集模塊與LabVIEW開發軟件及PC機構成一個完整的虛擬儀器系統。CSY系列實驗平臺是用于提供各種傳感器、信號激勵源、處理電路；數據采集卡采集各類電量信號并傳輸給PC機，通過開發軟件編程組成各類不同的檢測系統如圖1所示。實驗過程中，學生依據被控對象自行選擇傳感器，對所有來自傳感器檢測到的或者直接由信號發生器產生的各種信號，經過預處理，由數據采集卡輸入通道完成數據采集，采用LabVIEW進行程序設計，對所采集到的數據進行數據處理，實現信號的存儲、顯示等功能，這個過程讓學生完整地體會到過程檢測基本原理和方法。[6]使學生從信號的發生、采集、處理、顯示中得到訓練，真正使學生的計算機能力、設計能力、工程實踐能力等綜合能力得到強化和提高。2.教學具體實施由于傳感器與檢測課程都是實踐性很強的課程，因此在教學上教師以工程實踐中最通用的測量案例和課堂實驗為主線，采用項目教學，將教學目標濃縮在項目中，以實際工程項目為對象，對項目進行分解，讓學生圍繞項目各個方面進行討論。學生在討論過程中發現問題，分析問題最后解決問題，這樣完成了項目也就實現了教學目標。項目教學導向由五個基本步驟構成。（1）項目描述。項目要有明確的目標，才能讓學生切身感受到學以致用的快樂，因此學生首先了解生產實際是項目教學的第一步，進而才能得到實用的適合的項目主題，如在化工生產過程中，經常需要檢測和控制反應釜中液體的溫度，使之能夠穩定在一定的范圍內，才能得出可靠的試驗數據或是合格產品。同樣壓力監控應用也非常廣泛，如鍋爐蒸汽與水的壓力監控，煉油廠減壓蒸餾的真空壓力監測等等，而隨著工業水平的不斷提高和國家對環保的日益重視，對有毒、有害氣體的監測也成為需要。根據這些工程應用，培養學生對項目的文獻檢索能力。通過生產調研、文獻檢索來撰寫調研報告，確定設計任務及思路，同時培養學生撰寫科技論文的能力。本項目以反應釜中液體的溫度檢測為項目背景，說明整個項目驅動教學在課程中的具體實施。（2）項目要求。根據項目任務設定項目要求。在“反應釜液體溫度檢測”這一項目中要求學生了解溫度測量的原理，掌握熱電偶、熱電阻和熱敏電阻的原理、種類、結構與應用，重點掌握熱電偶的基本定理、基本類型、溫度補償方法及使用熱電偶測溫的方法，掌握熱電阻內部引線方式及其適用場合，熱敏電阻的電阻-溫度特性，并會使用分度表，學會設計測量轉換電路，并能根據項目任務，以組或個人為單位，讓其在規定時間內完成項目任務。（3）項目分析及設計。項目任務確定后，教師不急于講解，先讓學生分析討論，提出其中隱含的知識點。學生在教師的引導啟發下理解掌握新知識，并運用其解決相關項目問題。在檢測反應釜中液體溫度這一項目中，溫度傳感器的選擇是一大重點。因為在石油、化工、冶金等領域，有相當多的重要工藝是在高溫、高壓和強腐蝕環境中實施的，因此對于傳感器的選擇，同樣也必須具有耐高溫、高壓及抗腐蝕的特點。這些都需要學生分析了解。其次，還需要讓學生解決以下問題：1）根據信號給傳感器選用調理電路；2）根據傳感器設計運放、模數/數模轉換及選用專用芯片設計檢測電路；3）設計單片機與溫度傳感器接口電路并完成相應軟件設計等。整個設計過程讓學生掌握檢測系統各部分的功能及其特性。項目在實驗臺上完成試驗調試。采用模塊化結構的CSY-2000實驗平臺，利用傳感器和相應實驗模塊開展實驗。再引入虛擬儀器開發軟件LabVIEW，完成數據采集、處理、顯示、查詢程序設計，實現虛擬儀器開發。（4）項目完成。整個項目[7]框架為：被測信號→傳感器→信號處理板→數據采集卡PC/LabVIEW。在分析完每一步驟后，每組學生各自通過不同設計完成項目。項目完成流程：首先繪制電路原理圖，并根據需要列出元件儀器設備清單。其次學生自行選擇元器件組建實驗平臺，完成系統的整體設計及調試，再通過采用LabVIEW完成虛擬儀器功能。項目中LabVIEW采用串口通信方式，在LabVIEW平臺下采用標準的輸入輸出應用程序接口VISA處理串口，同時設計前面板，如圖2所示，實現數據采集及顯示，執行程序可在屏幕上看到當前溫度的動態采樣值和圖表顯示及最高溫度、最低溫度、平均溫度顯示。并可實現溫度上限報警功能同時還可將采樣數據保存到用戶指定文件中。整個項目使學生從設計到實現、從局部到系統、從硬件連接到軟件設計得到多方面的訓練，既拓寬了知識面又提高了綜合能力。教師分階段及時跟進，促其達到預期目標。最后，完成項目報告，報告內容應包括：設計方案、設計步驟等方面的總結性闡述；還應有對原始數據的記錄、處理及分析。整個實驗過程拓展了實驗內容，鍛煉了學生的動手能力，拓寬了知識面，提高學生實驗的主動性和積極性。（5）項目評估及考核。項目完成后，教師首先要求學生結合項目進行自我評估，由每組學生分別介紹項目實施的具體任務、目標、方法以及收獲和體會。教師的評估除了考核項目成果外，還要指出學生項目整個過程中存在的問題及解決的方法，重點分析項目相對應的知識點掌握情況，[8]并總結、比較各組的特點，重在考核學生在學習過程中的積極性和主動性，包括與人合作的能力等，引導學生積極參與項目學習，掌握好基本技能。在評定學生成績時注重鼓勵學生的創新思想，及時表揚新思想、新創意、新方案，培養學生的創新能力，實現教與學最佳的統一。

在實際教學中，這種基于項目驅動模式下“傳感器技術”與“檢測技術”課程整合已經在逐步應用，借助虛擬儀器技術進一步豐富了教學內容，淡化了理論教學，強化了實驗教學及應用，這些改進使學生更透徹地掌握了理論知識，極大地擴展了課程知識，開闊學生視野，同時增強他們的動手、創新、交流和組織的能力，真正培養了技能，提高了綜合素質和學生參加課外科技活動的興趣和信心。測控2007級至2009級學生中超過30%的學生參加了課外創新實踐活動，包括積極參加校級電子科技大賽、省級電子設計大賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽等等，例如結合當前的物聯網、無線傳感器網絡等研究熱點完成環境監測、智能家居等等，并獲得很好的獎項。可見，課程改革已取得了初步的成效，當然，在實施過程中也遇到一些問題，例如設備資金不足、師資力量欠缺等等，還需不斷改進、完善、實踐，進一步全面提高學生的綜合能力。

本文作者：徐小玲劉美工作單位：廣東石油化工學院