自动检测技术课程实验教学改革

摘要:为了培养学生的创新意识，东华大学信息科学与技术学院在“自动检测技术”课程实验中开发基于虚拟仪器技术的多层次实验项目，采用开放式实验教学方式，在验证型实验基础上引入设计型实验，学生组队完成设计型实验。同时，改革课程考核手段，建立课程综合评价体系，以锻炼学生的沟通和表达能力。教学实践表明，基于多层次实验教学的课程综合评价体系能激发学生的学习兴趣，提高学习成绩。

关键词:自动检测技术;虚拟仪器;多层次实验教学;课程综合评价

一、“自动检测技术”课程概况

“自动检测技术”是我校(东华大学)信息科学与技术学院的一门实践技能较强的综合应用和自动化专业特色课程。该课程的教学手段主要是基于多媒体的课堂理论教学，课内实验环节也多局限于对传感器原理的认证实验，不能适应当今培养学生创新能力的要求。为此我们对该课程教学进行改革探索，构建科学的课程考核体系，以提高教育教学质量，培养满足社会发展需要的应用型复合人才［1］。研究表明，设计提高型实验可以改变以教师为中心的传统的灌输式教学模式，代以“学生为主体，教师为主导”的教学模式［2－3］。因此，我们在课程教学实践中着力于构建学生基本技能层培养体系，提高学生的综合应用能力与初步设计能力，为培养学生的工程实践与创新能力奠定基础［4］。在教学方法和手段的改进上，着眼于锻炼学生的动手实验能力和自学能力，设计了多层次实验教学方案;并通过建立一套课程综合考核方式，在培养学生创新能力的同时，锻炼学生的沟通和表达能力，培养团队合作精神。

二、“自动检测技术”课程教学改革实践

1．开发基于虚拟仪器的自动检测分层实验系统

虚拟仪器是电子技术、计算机技术和信号处理技术发展的一个综合性产物，成为未来电子测量仪器发展的主要方向之一［5－6］。为在“自动检测技术”课程教学中紧紧跟上检测技术的新发展，我们将虚拟仪器技术内容编入《自动检测与虚拟仪器技术》教材，该教材由科学出版社于2018年出版。在“自动检测技术”课程教学中增加虚拟仪器技术的原理及应用，可以使学生接触到检测的最新技术，为学生专业素养的提高奠定基础。为配合课程教学，我们在“自动检测技术”课程实验教学中对现有的实验器材和软硬件资源进行整合，开发了创新设计型实验项目。在实验设计中，增加基于虚拟仪器的综合实验内容，通过多层次分类实验培养学生的自我学习能力、综合设计能力和小组协作能力。根据“自动检测技术”课程的特点，将实验项目设计成A、B、C三类。(1)A类为验证型基础实验项目。这类实验设计的目的是为了体现理论性。通过实验加深学生对理论知识的理解，强化传感器及其测量电路的理论学习以及测量信号采集和处理。主要包括基于浙江求是科教设备有限公司的检测装置平台完成应变片及电桥测量电路、热电偶测温和霍尔传感器三个实验。(2)B类为虚拟仿真实验项目。这部分实验设计的目的是为了培养学生的自学能力和LabVIEW编程能力。内容以虚拟仪器技术的基础实验为主，包括计算器及数组、定时及图形、公式节点、设计示波器用以展示一个二阶惯性环节等。实验步骤结合实验指导书及网站视频，由学生分小组利用课余时间在LabVIEW软件平台上完成编程设计。我们在B类实验指导书中提出一些开放性问题，鼓励学生应用课内外多学科知识解决问题，如计算器实验中如何解决四则运算和科学计算的运算顺序和中间运算结果的保存，二阶惯性问题中离散化方法和保持器的设计等。在B类实验的讨论课上，我们安排了课堂演示部分，学生将实验内容制作成PPT，在课堂上介绍编程思路，演示实验结果。(3)C类为设计提高型实验项目。这部分实验是根据生产实践中遇到的问题或理论课中提出的课题确定实验任务的要求及各项性能指标，此类实验设计的目的是为了培养学生的工程实践能力，引导学生自主设计实验内容和过程，解决工程实际中的检测问题，提供理论与实践相结合的机会。实验内容包括基于Lab-VIEW的静态信号测量、应变片及信号处理实验，基于LabVIEW的动态信号测量、光电传感器测速实验。以光电传感器测速实验为例，我们设计了基于LabVIEW的转速测量实验，要求学生设计VI，通过DAQ设备采集光纤传感器的周期性电压信号，通过信号处理分析显示被测的转速，用图形及数据记录和显示周期信号的波峰值与转速变化的关系，为测量系统性能分析提供依据。学生需自行设计实验方案，确定实验任务的要求，在检测装置平台上连接检测对象，并在LabVIEW软件平台上编程设计，利用计算机设计用户界面，实现传感器系统的信号测量、图表显示、结果存储、数据查询、性能分析功能，完成系统测量误差分析和数据的线性拟合等环节，得出实验结论。实验完成后，小组对实验结果和步骤进行演示汇报，对测量结果进行分析，教师对每组学生的汇报进行当场提问和讲评。

2．改进课程考核方式

为培养具有高素质的专业技术人才，制定科学的评价标准，适应应用型和创新型教学的要求，锻炼学生的自学能力、沟通表达能力和团队合作精神，结合多层次实验教学模式，建立了一套“自动检测技术”课程综合能力评价体系.在课程教学改革之前，学生的课程总评成绩中期末成绩占70%，平时成绩的依据是课程作业/实验报告，占30%，缺乏过程监督。改革后，期末考试成绩比例降至60%，实验成绩比例增至35%。因为在分组设计B类和C类实验过程中要分工合作，进行课题分析、软件设计、系统整合、报告撰写、演示汇报等多个环节的任务，所以，每名学生的实验成绩既包括设计方案的合理性、实验结果及数据分析的正确性，也包含演示汇报的清晰明了和小组合作的默契程度，展示作品的基本理论内容、完成的技术难度和创新点等。答辩过程中，学生的表达能力、总结能力以及现场反应能力等都得到提升，提高了学生的综合素质。

三、教学改革成效

基于多层次实验教学的课程综合评价教学法在“自动检测技术”课程中的应用，有效地解决了理论教学与实践教学脱节的问题。相比课堂上照本宣科的理论讲解，学生对于编程类设计问题更感兴趣。为此，我们在此次课程教改中设计了多种途径，以发挥学生的学习主动性。首先，部分实验内容是在课程网站经过视频学习后课外完成，并在讨论课中完成汇报讲演，学生的学习由被动转为主动;其次，对于虚拟仪器综合设计型实验，学生自主完成设计方案，在对测量系统的软硬件都深入理解后，通过系统组态和软件编程，最后顺利完成任务。因此，可以锻炼学生的综合设计能力和编程能力，进而为解决复杂工程问题奠定基础。通过教学改革，学生提高了“自动检测技术”课程的学习兴趣和动力，促进了理论知识的理解与掌握，其结果反映在期终考试成绩中。实施多层次实验教学法的试验班级的优秀和良好率达到60%以上，及格率超过历年年级平均及格率近10个百分点。在设计和答辩过程中，学生的动手能力、创新能力都明显提高。

参考文献:

［1］徐进华，张毅驰，胡荣．高校课程考核及评价体系改革思考与研究［J］．教育科学(全文版)，2016(2):240．

［2］吴丽丽，余佩琼．电路实验课程引入设计型实验的实践探索［J］．科技创新导报，2017(10):218－220．

［3］谢启，陈飞，徐伟．虚拟仪器技术课程教学改革探索与实践［J］．高教学刊，2016(9):161－163．

［4］何苏勤，王建林．信息类教学实验平台的建设与实践教学改革［J］．实验室研究与探索，2006(1):14－16．

作者：董爱华 左锋 韩芳 单位：东华大学信息科学与技术学院