试析《自动检测与转换技术》课程的整合教学
摘要:根据《自动检测与转换技术》课程特点,通过课程整合教学,提出提高该课程教学效果的有效方法及几点建议。
关键词:自动检测与转换技术;整合教学;智能私人车库;“专家型”教师
中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1672-5727(2010)09-0083-02
《自动检测与转换技术》是电气工程类专业的专业课,课程特点是涉及学科面大,需有较广泛的基础和专业知识,实践性强,学生学习难度较大。学好本课程的关键在于理论联系实际,要富于设想、善于借鉴,重视实例的设计,才能学得活、学得好。笔者在教学过程中根据该课程和学生的特点,压缩了理论推导,增加了实例应用设计,利用整合教学,将传统的教学内容、方法与现代网络多媒体技术等多种专业知识相结合,目的是引导学生循序渐进地掌握检测技术的实际应用能力。下面从理论教学、实训教学和学习方法三方面阐述该课程整合教学的主要内容。
整合教学内容
笔者对《自动检测与转换技术》的教学内容进行整合,引进网络多媒体技术,扩充教学信息量,将该课程设计成与所有教学内容有关的知识集合。以“超声波传感器”一章为例,要求学生根据学过的知识,设计智能私人车库管理系统,并能识别控制者的身份代码,车库为固定停车位,不设临时车位,无需设计具体的电子线路。
指导学生整合楼宇自动化知识,分清停车使用类型私人车库面向的使用者固定,无需出卡(票)和交费装置,出入口为同一位置,对安全性、可靠性等要求高。同时,必须有声纹识别系统识别控制者身份,加强防盗,还要有自动开启闸门和自动照明系统,体现智能化特殊功能。
指导学生整合网络相关资料整理出系统设计思路如图1所示。
指导学生整合传感器与检测相关知识、电气控制与PLC、单片机知识阐述工作原理系统利用声纹技术识别控制者身份,控制系统验证身份并接通车库内照明系统,由超声波传感器遥控车库大门和防砸车检测系统。
1.声纹识别验证控制者身份的工作原理。人的声音独特性取决于一个人声音束、嘴形、喉咙、鼻道及发音肌肉的物理特征。声纹识别技术是将声音以时间、频率以及振幅的形式显示,分析人的发声,为控制者构造一个独一无二的数学模型,由计算机对模型和实际输入的语音进行精确匹配,根据匹配结果辨认出说话人是谁。人的生物特性既存在于声谱表面,也存在于声音的来源或数个不连续的声音片断。声纹识别技术从人的这些特性中提取出有效的音频特征,进行数学建模,并将与之相关的特征数据存进数据库。控制系统根据输入的音频特征在数据库里进行检索,从而进行精确匹配。经匹配一致,控制系统给予放行指令。
2.超声波遥控大门基本原理。超声波发射器与接收器装在同一块线路板上,发射器发射出频率f恒定的连续超声波。如果有车或人进入信号的有效区域,相对速度为V,从车或人体反射回接收器的超声波将由于多普勒效应发生频率偏移△f,接收器将收到两个不同频率所组成的差拍信号。差拍信号由选频放大器放大,并经检波器检波后,由低通滤波器滤去f信号,留下多普勒信号。此信号经低频放大后,经A/D转换器转换成数字量,输入到计算机控制系统,控制执行机构动作,打开闸门。
3.防砸车检测原理。利用红外线防砸车,当车或人停在闸门下,挡住红外线,此时闸门不会落下来。闸门自带缓冲功能,闸门下有气感装置,只要有物体接触就立即自动反向运行,避免刮车、砸车带来的不必要的损失。
指导学生整合计算机知识画出工作流程图当车或人进入车库入口时,入口处的声纹识别装置识别并验证控制者的身份,接通照明电路。通过验证后的车进入超声波传感器检测有效区域,系统控制闸门开启放行进入。当车或人离开车库时,工作过程同进入时一样。
指导学生整合报警和抗干扰技术知识该系统应能与消防系统联动,并要具有断电保护功能,在切断电源时能将闸门控制转为手动。该系统是一种简单智能控制系统,能重复自动运行,有一定的实用功能。
利用仿真技术整合实训教学
实训室教学作为传统实践性教学手段,在培养学生动手能力、分析解决问题能力以及科学钻研精神等方面具有无可替代的作用。它运用传统的仪器和器材对所学理论进行验证,是学好传感器与检测技术的重要方法,但因其效率低、成本高且效果差而备受指责。因此,笔者引入计算机虚拟实训,通过网络虚拟现实整合传统实训教学方式,将虚拟实训与传统实训相结合,起到取长补短、提高效率、降低成本的作用,使学生能够用计算机进行自动检测系统的仿真、模拟实训。当然,并不是代替所有实训过程,而是完善实训环节,充实实训内容。通过仿真实训模拟,可让学生在实训课中了解掌握更多的内容,提高学习效率。教师可根据实际教学需要和教学过程,参与模拟实训项目脚本的编写,可增加一些实用性强、与现代检测技术飞速发展相适应的实训内容以及自主性实训,要符合教学规律。学生的实训不再全部是教师操作的重复,而是自己动手、动脑去解决一些与生活、生产密切相关的实际问题,让学生主动去探索、试验解决问题的方法,学到更多知识,培养他们的应用能力和创新能力。
整合各种学习方法
自动检测与转换技术在自动化、仪表仪器、计算机、数控、机械、机电一体化、汽车制造、楼宇智能化等专业都有应用,有很高的工程技术价值。掌握该课程有一定难度,要求学习者是高职二年级的学生,他们观察事物的目的性和系统性较强,能按一定的程序掌握事物的本质属性及细节特征,思维的组织性、深刻性和批判性已发展到较高层次,有较强的独立性,注意力稳定且集中。而学习方法是学习过程中有效学习的技巧。我在讲解传感器基本结构、基本理论时采用验证性实验帮助学生理解,比如通过悬臂梁形变实验说明应变片单臂、双臂、全桥三种工作方式的特点,进而使学生掌握应变片的各方面知识;在传授系统化传感器知识时采用类比方法,总结其相似之处及各自应用的特殊性;在实训教学中采用基于问题或项目的探索性学习,即发现学习,更好地促进学生基本技能和在实践中分析问题、解决问题能力的提高;在新型传感器学习中,让学生充分利用网络的优势开展探究性学习、自适应学习和协作学习活动,发挥各种学习方法的优势,取得良好的学习效果。
整合教学的几点建议
教师充分提供“先行组织者”的学习材料为使学生有效地进行有意义的学习,在讲授新知识之前,教师应给学生提供一些统摄性较广的、概括水平较高的学习材料,用学生能理解的语言和方式来表述,以便在学生学习新知识时提供一个较好的固定点。学生将新知识与原有知识结构联系起来,通过整合协调原则对认知结构已有的知识进行重新组合,通过类推、分析、比较和综合,明确新旧知识间的联系,从不同角度在各项新旧知识点之间建立精细联系,使所学习的知识能综合贯通,构成清晰、稳定、整合的知识体系。例如,学生学习电感传感器时能将学过的电工电子中的电感知识与数学向量、差动电路等知识结合,也能在以项目设计为基础的传感器学习中将各学科知识相结合。不必像传统课程那样面面俱到,可在充分发挥网络资源巨大优势的同时,与其他教学活动通盘考虑,各展所长,相互补充。
教师要具有“专家型”教师的能力该课程特点要求教师有丰富的组织化的专门知识,包括所教学科的知识;教学方法和理论,教学策略如课堂管理、有效教学、评价;适用不同章节和年级的课程材料;对学生的性格特征和文化背景、学习环境等了解。教师除拥有这些知识外,还要能将这些广博的、可利用的知识灵活地组织起来运用在教学中。“专家型”教师在教学领域内解决问题的效率更高,善于监控自我教学过程,如在教学中总是提醒自己“这样讲述学生能听懂吗”,并根据对这个问题的回答来调整讲课方式、讲课速度等。“专家型”教师善于创造性地解决问题,有很强的洞察力,比如能进行有创意的项目设计,知道怎样为一个不符合成绩标准的学生提供特殊教育服务,利用布置和收回作业的机会观察并评价学生举动等等。
要注重培养学生的创造能力整合教学更加需要的是学生的创造力。应鼓励学生直觉思维和大胆想象,按照自己的猜想去探索问题,鼓励学生用超过书本的知识去创造性地解决问题,按照自己的设想去做实验,使学生在自己思想认识和行动表现上与众不同时,不是感到不安,而是感到自豪。在应用传感器做项目设计时,应该鼓励学生敢于“浮想联翩”。教师应为学生创设适宜的条件,比如安排新颖性的项目,向学生证明他们的想法是有价值的,避免提供限制思维的例子或模式,偶尔根据能力分组,营造一种非评价的、安全的气氛;多采用发散式提问模式,比如鼓励学生“讲出你所想到的全部方法”或“列出你所想到的全部传感器”,允许有大量可接受的替换性答案。当然,基础理论是培养学生创造力的基础,在此过程中不容忽视。
通过笔者的整合教学,让学生对学过的知识有一定程度的应用,避免了在《自动检测与转换技术》课程学习过程中枯燥繁重的理论学习,激发了学生的学习兴趣,拓展了学生的视野。学生能通过各种途径查阅、整理和应用资料,掌握的知识更系统化、条理化,思维也更加明确。
参考文献:
[1]陈列尊,等.虚拟仪器的教学运用[J].电子产品世界,2001,(4).
[2]单美贤,李艺.网络课程体系的构建原则[J].全球教育展望,2001,(11).
[3]裴蓓.自动检测与转换技术[M].北京:电子工业出版社,2007.
作者简介:
王茜(1977—),女,广州市机电高级技工学校讲师,主要从事电气自动化和数控电气维修教学。