基于教学与科研结合的“精密仪器设计”课程 教学改革

作者:查重猫     发表时间:2021-04-07 23:00:10   浏览次数:16



  摘要:“精密仪器设计”是测控技术与仪器专业的核心课程。它的教学质量和教学效果直接影响着学生理论知识的学习和科研创新能力的培养。根据现阶段对测控技术人才的需求,立足于学科研究和教师科研成果的进步,以培养学生的科研创新能力为指导。根据教学与科研的有效结合,在课程内容、课程资源、教学方法等方面,在课程教学改革实践中取得了良好的效果。

  关键词:精密仪器教学科研改革

  “精密仪器设计”课程是测控技术与仪器专业本科专业的核心课程。这是一门综合性、理论性、技术性和实践性的课程。本课程将基础理论与工程实践相结合,对学生进行专业基础训练,培养学生解决工程问题的实践能力、能力和创新能力。与传统的课堂教学活动相比,本课程的教学存在以下困难:(1)精密仪器是一种发展迅速的现代科学仪器系统,自动化、智能化和现代化应用正在迅速更新。教科书本身的教学社会限制了学生的学习视野,影响了课程的教学效果。(2)精密仪器设计是一门相互交叉、相互渗透的学科,涉及到现代微制造技术(光、机、电)、纳米技术、计算机技术、仿生原理、新材料等高新技术,为对精密仪器的设计提出了新的研究课题。这门课有很多内容,涉及到对许多抽象概念的理解。学生在学习过程中,一般只依靠教材的理论解释而难以理解。

  在校2016版培训方案和教学大纲的过程中,针对测控专业的毕业要求,解决了“精密仪器设计”课程教学中存在的不足,在教学中引入前沿、创新、交叉的科研项目,进行课程教学改革,实现以书本为中心的教学向以科研为中心的教学转变。以课堂教学为中心,以科研项目探索为中心。学生在科研项目探究过程中掌握专业知识,培养独立思维,解决实际问题。

  1课程整体设计

  1.1课程定位与培养目标

  本课程是测控技术与仪器等核心专业的必修课。它在学习光学、机械结构等基础理论知识方面起着不可或缺的实际作用。它对培养学生分析和解决问题的能力,培养和培养高素质的人才具有重要作用。

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  随着科学技术的进步,特别是微电子技术、航空航天工业、材料科学、生物工程等的发展,精密仪器进入了亚微米、纳米水平的新时代,为精密仪器提供了广泛的研究领域。为了适应科技发展的需要,跟上世界科技进步的步伐,提高我国精密仪器的水平。本课程旨在使学生掌握光学和机电计算机技术相结合的精密仪器总体设计的基本理论,从设计任务中学习如何实施总体设计方法,并具有一定的精确设计能力。为仪器行业培养具有坚实的理论基础和较强的独立工作能力的创新型仪器专业人员。

  1.2课程内容框架的建立

  “精密仪器设计”课程的教学内容由精密仪器设计简介、精密仪器设计方法和精密仪器设计实例三部分组成。

  在“精密仪器设计概论”部分,重点阐述了仪器学科的重要性,以及仪器学科在中国和世界上的发展水平和发展趋势。本文介绍了仪器仪表的组成、设计和工作原理。

  在精密仪器设计方法部分,根据仪器的组成依次介绍了设计方法。仪器精度设计与分析是精密仪器与精密机械设备的核心技术指标。精密机械系统是实现精密仪器高精度的基础,特别是当代科学技术的发展已经进入纳米时代,这对仪器的功能和精度提出了更高的要求。因此,机械系统的设计和制造应引起高度重视。光电传感为精密仪器的检测和分析提供了数据源,直接影响着仪器的功能和性能。光学系统在现代仪器尤其是光学仪器中发挥着越来越重要的作用。微位移技术是实现亚微米和纳米级精密仪器精度的关键技术。

  2课程教学改革

  本课程针对“精密仪器设计”课程,阐述了精度概念、精度评价方法、误差来源、分析方法等基本概念,误差综合和动态精度、影响系统精度和性能的因素及提高精度的措施、常用的传感系统检测方法、系统组成和抗干扰技术、各种微位移器件的原理、特点和应用、高精度光栅和激光干涉定位系统的设计和特点等。在理论分析和解释中,抽象的定义、客观的抽象和物理意义的抽象使学生无法理解实际工程应用。为了加强精密仪器设计课程理论知识与工程实践的联系,提高学生的理论与实践相结合的能力,为了让学生们都知道它是什么以及它的原因,老师可以在基本概念的教学中做以下的改变:(1)在谈论一个特定的概念之前,给学生看一个与这个概念相关的工程样本或视频。让学生真正看到具体的样本,真正感受到这个概念在实际项目中的存在。(2)当谈到一个特定的概念时,必须清楚地描述这个概念的物理意义。只有使学生真正理解这一概念的物理意义,才能使学生在实际工程中掌握和灵活运用这一概念。

  根据精密仪器设计课程的特点,它是一门以设计为基础的专业课程,其目的是使学生能够应用基本的理论知识,掌握光学、机械和计算机计算相结合的现代仪器设计理论和方法。培养学生自主设计和学习现代精密仪器和微纳米系统的能力。精密仪器的总体设计是一项战略性工作,其优缺点直接影响到精密仪器的性能和使用,因此在总体设计中,设计者应有创新的思想,充分利用科学的原理和设计理论。这样的整体设计能力对于一名初级仪器设计本科来说,设计过程一般都会遵循书中介绍的步骤,自然设计就会僵化,这个过程也会更加困难。教师在讲授仪器设计过程中可做如下改革:(1)给学生介绍几个实用的仪器设计实例,最好是老师参与的科研实例,以便在介绍设计错误时有更多的资料和经验。课后,学生可以参观自己的科研实验室,介绍与科研实验室和精密仪器设计课程相关的研究内容,帮助学生更好地理解课堂内容。此外,学生还可以访问科研实验室设计真实的感官仪器步骤和设计过程中的一些操作。(2)以仪器设计为例,结合教师的科研项目,学生可以离开或选择为学生做实用设计。学生可以依靠科研实验室实践自己的设计内容,并在实践中体验设计理论和经验。(3)有必要将国内外最新研究成果引入课堂理论教学,以促进科研教学。学生还可以通过学习和参与相关教师的科研项目,了解相关研究领域的最新进展,这样我们就可以了解科学仪器和技术发展的最先进趋势,并逐步了解和认识科学仪器的历史和发展以及最新的研究趋势。

  3结语

  在教学与科研相结合的指导下,测控技术与仪器专业“精密仪器设计”课程的教学改革取得了一定的成效。首先,改进传统的培养目标和教学模式,以满足研究生培训的测控专业认证要求。其次,教学与科研相结合可以激发学生的学习兴趣和自主学习能力,课程的教学质量和学生的创新能力提高了学生的实践能力、问题分析能力和团队合作能力。最后,教学与科研的有机结合,极大地丰富了课程教学资源,包括教学案例、多媒体教学课件、实用案例项目等。——论文作者:李艳张运九

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