智能仪器检测技术发展研究
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编者按：本论文主要从实验教学的现状；增加学科领域新型、高端实验项目；增加设计性,综合性的实验内容；充分利用网络资源和多媒体技术,改进教学方法等进行讲述，包括了智能仪器主要包括将被测非电量转换成与之相对应的电信号的传感器部分、大量应用新技术和新的物理效应的传感器得到了广泛的应用等，具体资料请见：
【摘要】本文分析了本科生智能仪器与检测技术实验教学的现状,结合中国石油大学(华东)的实际情况,对实验室硬件条件,实验内容,教学方法等提出改革方案,以增强学生的工程实践意识,培养学生应用系统设计的能力,提实验教学的质量。
【关键词】智能仪器与检测技术;实验教学;多媒体
1引言
智能仪器与检测技术是高校自动化及相关专业的一门重要课程,它集技术性、工程性和实践性于一体,是一门涉及传感技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信号分析与处理技术、数据通信技术、模式识别技术、可靠性技术、抗干扰技术和人工智能等多门学科的现代综合技术[1]。该课程知识面广,综合性强,学习难度较大,因此其实验教学环节显得尤为重要。通过实验教学促进学生对以传感器为核心的检测技术,对以单片机为核心的智能仪器技术的理解,增强学生的工程实践意识,培养学生应用系统设计的能力。本文从课程教学的需要和培养具有设计能力的人才的观点出发,对实验教学改革措施进行探讨。
2实验教学的现状
智能仪器主要包括将被测非电量转换成与之相对应的电信号的传感器部分,对传感器的信号进行进一步的滤波,放大等的信号调理电路,以及以单片机为核心对信号进行处理,
因此,在中国石油大学(华东)的智能仪器与检测技术实验室中,相应的实验内容也由传感器,转换电路以及单片机这三部分组成。传感器及转换电路实验主要使用CSY-968传感器实验仪,进行电阻式,电容式,电感式等多种常用传感器的静态和动态特性实验,以及移相器,相敏检波等转换电路实验,单片机实验则使用XYZ-22型综合实验仪,进行LED显示,A/D转换等多个以8051为核心的单片机基础实验,实验室目前共开设实验项目二十一个,能够比较全面地培养学生的动手能力,完成《智能仪器与检测技术》课程的基本教学要求。目前实验室存在的问题主要有:实验项目比较基础;实验内容多为验证性的;教学手段比较传统。针对以上问题,提出了下面的教学改革方案,以改善实验室的教学条件,增强实验教学效果。
3增加学科领域新型、高端实验项目
近年来,随着半导体,计算机技术的飞速发展,智能仪器与检测技术出现了如下趋势:微型化;多功能化;人工智能化;网络化等[3]。这些发展变化的技术背景就是硬件及软件的不断发展及创新。而实验室目前只能进行学科基础性的实验,非常不利于学生了解学科发展的情况,掌握工程实践所需要的高级技能,从而限制了学生水平的提高。为此,有必要增加学科领域新型、高端的实验项目。
从检测技术方面,大量应用新技术和新的物理效应的传感器得到了广泛的应用,如光纤,超声,红外,光电等,应适当引进相应的实验仪器和项目,引导学生了解和掌握这些新型的检测技术。从单片机方面,MCS-51系列8位单片机由于使用时间长,性能价格比高等特点,在国内仍然有比较广泛的应用,但是,单片机发展速度极快,大约每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番[4],大量其他系列的单片机不断投入市场,以其多功能、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强I/O功能等优势在设计中占有越来越重要的地位,因此需要增加AVR,DSP,ARM等系列单片机的相关实验。这不仅可以满足学生拓展知识面的要求,而且可以为学生的电子设计竞赛和毕业设计等活动提供强大的物质支持。
4增加设计性,综合性的实验内容
智能仪器与检测技术是一门与工程实践结合得比较紧密的课程。而实验室目前开设的实验项目多为验证性的。验证性的实验有利于巩固学生所学的传感器和单片机的相关理论知识,有利于提高学生的基本实验技能,但是却很难培养学生的工程综合与应用能力,理论与实际相结合的能力和创新研究能力。因此,必须在保留经典的验证性实验项目的基础上,增加设计性,综合性的实验内容。
设计性,综合性实验主要是讲义上给出实验目的或题目,要求学生据此查阅大量相关的资料或文献,了解实验原理,选择实验仪器,列写实验步骤,最终完成实验并撰写实验报告。例如:智能温度控制实验,要求学生使用8051单片机设计一个控制电热杯加热水温度的应用系统,这个实验综合了传感器热电阻Pt100及其转换电路,8051单片机的软件与硬件设计等多方面的知识,实质上就是一个完整的智能仪器的设计过程,学生必须综合运用所学的知识,才可能独立完成实验。这样的实验有趣味,有难度,可以拓宽学生的知识面,激发学生的实验兴趣,增强学生的实验技能,提高其知识综合运用的能力,培养学生的创新意识和创造能力,从而提高学生的就业竞争力。
5充分利用网络资源和多媒体技术,改进教学方法
实验室目前采取的教学方法比较传统,概括地讲就是实验前统一讲授,实验中个别辅导。由于实验前需讲解多个实验,所以每个实验不可能面面俱到,只能点出实验要点和注意事项,实验中,由于实验项目和学生众多而时间有限,因此个别辅导的面也不广。这样学生的预习工作对教学效果影响很大。要改变这种现状,必须充分利用网络资源和多媒体技术,改进教学方法。
多媒体辅助教学是一种以多媒体计算机系统为主要教学媒体的新型教学模式[5]。它可以实现课堂教学的全员性、大容量、多信息、多趣味和高效率,能帮助教师更好地完成教学功能。为此提出两点教学改革的方案,一是制作大量优质的CAI多媒体实验教学课件,在师生面对面的教学中产生图、文、声、像并茂的效果,刺激学生的科学灵感,强化知识的印象,加大知识信息传播的力度和深度,以弥补传统实验教学的不足,提高实验教学的效果。二是充分利用网络资源,积极开发网上智能仪器与检测技术虚拟实验室,使学生在上课之前可以进行模拟实验,从而提高预习深度,最终改善教学效果。
6结束语
综上所述,由于本科生智能仪器与检测技术实验教学存在着实验项目比较基础;实验内容多为验证性的;教学手段比较传统等方面的问题,本文提出对实验室硬件条件,实验内容,教学方法等方面进行改革,其中部分方案已经实施,并明显地提高了教学效果,但实验教学改革的某些具体环节仍需我们不断的进行探索和研究。