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摘要:针对测控专业传感器技术的内容和特点,以创新能力培养为根本,探讨了课程设计的模式,就课程设计的主要内容、方法、考核方式等进行了分析和阐述。经过几年的教学实践,取得了良好的教学效果。
关键词:传感器技术;课程设计模式;实践
作者简介:冯梅琳(1979-),女,陕西合阳人,江西理工大学机电工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:传感检测、智能测控方面的教学与研究;王军(1979-),男,满族,辽宁桓仁人,江西理工大学机电工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:分布式测控技术方面的教学与研究。(江西 赣州 341000)
基金项目:本文系江西省高等学校省级教育教学研究项目(项目编号:JXLG-09-6-16)的研究成果。
“传感器技术”是测控技术与仪器专业的一门专业基础课,也是一门理论性、实践性、综合性都很强且应用范围广的课程。根据该课程的内容及特点,在完成理论教学、实验教学的基础上,特别提出了对该课程进行强化训练的一个环节,即传感器技术课程设计。其目的是培养学生独立设计能力、动手能力、分析问题和解决问题的能力以及团队协作精神,为从事仪器仪表系统开发与设计打下良好基础。
一、课程设计的模式
该课程设计主要是以各种类型传感器及其外围电路以及控制部分的设计和调试为重点,若在面包板上搭建电路,电子元器件多、故障点多,极不可靠,无法达到预期的教学目的,因此提出了一个行之有效的设计模式,调动了学生的学习兴趣和积极性,达到了设计目的和要求。该模式具体流程及时间分配情况如表1所示。
二、课程设计的主要内容
“传感器技术”主要介绍各种类型传感器的结构原理、测量电路及其应用,经过几位教师研究讨论,制定了该课程设计的大纲,决定采用两种方案来完成设计任务。一是采用分立元件,学生可根据自己的兴趣,由1～2个人自由组合设计并制作出一种传感器装置;二是将单片机技术也应用于其中,将“传感器技术”和“单片机技术”有效地结合起来,学生可自由选择2～3个人组成一个小组设计并制作出一种测控装置。具体的课程设计方案及主要内容如表2所示。
采用分立元件的课程设计题目:电阻应变式力传感器的数显电子秤设计与制作;基于铂热电阻的数显温度计设计与制作;基于AD590的多路温度巡检仪设计与制作;数显湿度计的设计与制作;另外还有光电计数装置、人体红外报警器、光敏二极管的熄火报警器、光敏三极管的燃气报警器等等。
采用单片机来控制的课程设计题目:基于DS18B20的数字温度计设计;多路数据采集系统的设计;室内环境参数检测仪的设计;超声波测距仪的设计等等。
在制作过程中,需要注意的是传感元件的处理:如温度传感器,如果测量室温,可以在电路板上焊上排母,直接插上即可;如果测水温或油温等,需要将传感器引脚焊上引线,套上热缩管并封口。为了制作方便,可将题目分模块进行,并且制作成单面板的形式,这样分析起来容易,调试过程也不容易出错。
三、上交成果及成绩评定
1.上交成果
四周的课程设计结束后,要求学生将实践过程中所学到的知识和遇到的问题以及解决问题的方法进行总结,并提交一份课程设计报告,报告格式可参考课程设计指导书。采用分立元件制作时,装订顺序为:封面;目录;摘要;第一章 概述;第二章 系统设计方案的确定;第三章 系统硬件电路的设计;第四章 系统原理图及PCB图的绘制;第五章 印刷电路板的设计与制作;第六章 系统的调试;第七章 结论及心得体会;参考文献;附录等。采用单片机制作时,把装订顺序的第四章改为“系统软件部分的设计”,主要增加软件流程图以及软件调试方面的内容。另外每个人要提交自己制作的电路板,每一组要提交一个完整的设计作品。
2.成绩评定
课程设计总成绩采用百分制,具体考核标准如表3所示。
四、课程设计实践成效
该课程设计安排在大三第一学期末,并集中时间训练。在这一过程中,学生积极性很高,将电路、模电、数电、传感器技术、测控电路、单片机技术等相关课程之间的知识很好地联系起来,真正做到了“温故而知新”。在对理论知识梳理掌握之后,使他们茅塞顿开,柳暗花明,每完成一步制作,就会有一种成就感,并真正体会到“实践是检验真理的唯一标准”,明白了“实践出真知”的道理。这样激发了他们的学习兴趣,增强了学习信心,变被动的接受知识为主动的获取知识。制作越多,课堂基本知识点掌握得就越多,思维就越开阔,从而插上了创新的翅膀,让他们觉得知识就在身边,有“看得见,摸得着”的感受,这对促进大学生创新能力的培养,综合素质的提高起到了十分重要的作用。另外,在该课程设计过程中,将英国 Labcenter Electronics公司开发的EDA工具软件PROTEUS引入到单片机外围电路的设计和仿真调试过程中。由于学生没有学过该软件,而且要实现软件和硬件的联合调试,在四周时间内很难達到预期的效果,因此一般会提前将题目给学生,让他们熟悉操作并完成虚拟仿真调试环节,在最后的制板过程中真正体会虚拟到现实的乐趣,收获虚拟和现实的劳动成果。
在与学生的讨论交流中,大部分学生感到收获颇多,有些学生谈道:“通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力。这次的课程设计还让我学会了如何去培养创新精神,从而不断地战胜自己,超越自己。更重要的是,我在这一设计过程中,学会了坚持不懈,不轻言放弃。”可见,学生的热情是很高的,能力是可以培养的,只要我们教师能很好地指导和引导,相信他们在不久的将来会大有作为。
五、结束语
经过4年的教学实践,传感器技术课程设计取得了一定的成绩。通过对测控技术与仪器专业2003～2006级8个班的统计,在4周时间内,实物调试成功率占90%以上。由此可见,该模式对于提高学生的设计能力及实际动手能力有很明显的成效,将知识转化为能力,达到了预期的教学目的,取得了良好的教学效果,为后续的专业综合课程设计、创新实践环节以及毕业设计奠定了良好的基础。
参考文献:
[1]王化祥.传感器原理及应用(第三版)[M].天津:天津大学出版社,2007.
[2]姚福安.电子电路设计与实践[M].济南:山东科学技术出版社,2005.
[3]张国雄.测控电路[M].北京:机械工业出版社,2008.
[4]郭爱芳,尚振东,张发玉,等.《测控电路》课程设计模式探讨[J].中国现代教育装备,2007,(8):78,80.
[5]傅中君,厉荣卫.《单片机系统设计》综合实践课程的实施与效果[J].计算机与信息技术,2007,(11):108,110.
[6]杨帆,李国平,赵党军,等.传感器及其应用课程设计改革与实践[J].武汉工程大学学报,2007,(5):88,90.
(责任编辑:麻剑飞)
关键词:传感器技术;课程设计模式;实践
作者简介:冯梅琳(1979-),女,陕西合阳人,江西理工大学机电工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:传感检测、智能测控方面的教学与研究;王军(1979-),男,满族,辽宁桓仁人,江西理工大学机电工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:分布式测控技术方面的教学与研究。(江西 赣州 341000)
基金项目:本文系江西省高等学校省级教育教学研究项目(项目编号:JXLG-09-6-16)的研究成果。
“传感器技术”是测控技术与仪器专业的一门专业基础课,也是一门理论性、实践性、综合性都很强且应用范围广的课程。根据该课程的内容及特点,在完成理论教学、实验教学的基础上,特别提出了对该课程进行强化训练的一个环节,即传感器技术课程设计。其目的是培养学生独立设计能力、动手能力、分析问题和解决问题的能力以及团队协作精神,为从事仪器仪表系统开发与设计打下良好基础。
一、课程设计的模式
该课程设计主要是以各种类型传感器及其外围电路以及控制部分的设计和调试为重点,若在面包板上搭建电路,电子元器件多、故障点多,极不可靠,无法达到预期的教学目的,因此提出了一个行之有效的设计模式,调动了学生的学习兴趣和积极性,达到了设计目的和要求。该模式具体流程及时间分配情况如表1所示。
二、课程设计的主要内容
“传感器技术”主要介绍各种类型传感器的结构原理、测量电路及其应用,经过几位教师研究讨论,制定了该课程设计的大纲,决定采用两种方案来完成设计任务。一是采用分立元件,学生可根据自己的兴趣,由1～2个人自由组合设计并制作出一种传感器装置;二是将单片机技术也应用于其中,将“传感器技术”和“单片机技术”有效地结合起来,学生可自由选择2～3个人组成一个小组设计并制作出一种测控装置。具体的课程设计方案及主要内容如表2所示。
采用分立元件的课程设计题目:电阻应变式力传感器的数显电子秤设计与制作;基于铂热电阻的数显温度计设计与制作;基于AD590的多路温度巡检仪设计与制作;数显湿度计的设计与制作;另外还有光电计数装置、人体红外报警器、光敏二极管的熄火报警器、光敏三极管的燃气报警器等等。
采用单片机来控制的课程设计题目:基于DS18B20的数字温度计设计;多路数据采集系统的设计;室内环境参数检测仪的设计;超声波测距仪的设计等等。
在制作过程中,需要注意的是传感元件的处理:如温度传感器,如果测量室温,可以在电路板上焊上排母,直接插上即可;如果测水温或油温等,需要将传感器引脚焊上引线,套上热缩管并封口。为了制作方便,可将题目分模块进行,并且制作成单面板的形式,这样分析起来容易,调试过程也不容易出错。
三、上交成果及成绩评定
1.上交成果
四周的课程设计结束后,要求学生将实践过程中所学到的知识和遇到的问题以及解决问题的方法进行总结,并提交一份课程设计报告,报告格式可参考课程设计指导书。采用分立元件制作时,装订顺序为:封面;目录;摘要;第一章 概述;第二章 系统设计方案的确定;第三章 系统硬件电路的设计;第四章 系统原理图及PCB图的绘制;第五章 印刷电路板的设计与制作;第六章 系统的调试;第七章 结论及心得体会;参考文献;附录等。采用单片机制作时,把装订顺序的第四章改为“系统软件部分的设计”,主要增加软件流程图以及软件调试方面的内容。另外每个人要提交自己制作的电路板,每一组要提交一个完整的设计作品。
2.成绩评定
课程设计总成绩采用百分制,具体考核标准如表3所示。
四、课程设计实践成效
该课程设计安排在大三第一学期末,并集中时间训练。在这一过程中,学生积极性很高,将电路、模电、数电、传感器技术、测控电路、单片机技术等相关课程之间的知识很好地联系起来,真正做到了“温故而知新”。在对理论知识梳理掌握之后,使他们茅塞顿开,柳暗花明,每完成一步制作,就会有一种成就感,并真正体会到“实践是检验真理的唯一标准”,明白了“实践出真知”的道理。这样激发了他们的学习兴趣,增强了学习信心,变被动的接受知识为主动的获取知识。制作越多,课堂基本知识点掌握得就越多,思维就越开阔,从而插上了创新的翅膀,让他们觉得知识就在身边,有“看得见,摸得着”的感受,这对促进大学生创新能力的培养,综合素质的提高起到了十分重要的作用。另外,在该课程设计过程中,将英国 Labcenter Electronics公司开发的EDA工具软件PROTEUS引入到单片机外围电路的设计和仿真调试过程中。由于学生没有学过该软件,而且要实现软件和硬件的联合调试,在四周时间内很难達到预期的效果,因此一般会提前将题目给学生,让他们熟悉操作并完成虚拟仿真调试环节,在最后的制板过程中真正体会虚拟到现实的乐趣,收获虚拟和现实的劳动成果。
在与学生的讨论交流中,大部分学生感到收获颇多,有些学生谈道:“通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力。这次的课程设计还让我学会了如何去培养创新精神,从而不断地战胜自己,超越自己。更重要的是,我在这一设计过程中,学会了坚持不懈,不轻言放弃。”可见,学生的热情是很高的,能力是可以培养的,只要我们教师能很好地指导和引导,相信他们在不久的将来会大有作为。
五、结束语
经过4年的教学实践,传感器技术课程设计取得了一定的成绩。通过对测控技术与仪器专业2003～2006级8个班的统计,在4周时间内,实物调试成功率占90%以上。由此可见,该模式对于提高学生的设计能力及实际动手能力有很明显的成效,将知识转化为能力,达到了预期的教学目的,取得了良好的教学效果,为后续的专业综合课程设计、创新实践环节以及毕业设计奠定了良好的基础。
参考文献:
[1]王化祥.传感器原理及应用(第三版)[M].天津:天津大学出版社,2007.
[2]姚福安.电子电路设计与实践[M].济南:山东科学技术出版社,2005.
[3]张国雄.测控电路[M].北京:机械工业出版社,2008.
[4]郭爱芳,尚振东,张发玉,等.《测控电路》课程设计模式探讨[J].中国现代教育装备,2007,(8):78,80.
[5]傅中君,厉荣卫.《单片机系统设计》综合实践课程的实施与效果[J].计算机与信息技术,2007,(11):108,110.
[6]杨帆,李国平,赵党军,等.传感器及其应用课程设计改革与实践[J].武汉工程大学学报,2007,(5):88,90.
(责任编辑:麻剑飞)