“智能儀器”課程教學(xué)改革方法探索

王強(qiáng) 徐國(guó)政 高翔

[摘 要] 《智能儀器》是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的主干課程。針對(duì)該課程涵蓋知識(shí)點(diǎn)多、傳統(tǒng)教學(xué)方法缺少實(shí)踐能力培養(yǎng)、與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)等問題，本文以實(shí)際工程產(chǎn)品為主線，在課堂教學(xué)上緊緊圍繞工程案例組織教學(xué)內(nèi)容，積極拓展工程應(yīng)用知識(shí);實(shí)踐環(huán)節(jié)中，采用團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)產(chǎn)品的模式替代傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn);課程考核方式上依據(jù)課堂表現(xiàn)、項(xiàng)目文檔、實(shí)驗(yàn)、答辯等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合成績(jī)的評(píng)定。通過這些方法的改革，提高了學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和工程實(shí)踐能力。

[關(guān)鍵詞] 智能儀器;工程案例;教學(xué)方法;實(shí)驗(yàn)改革;課程考核

[課題項(xiàng)目] 南京郵電大學(xué)教改項(xiàng)目資助：JG00517JX22

[作者簡(jiǎn)介] 王 強(qiáng)（1980—），男，江蘇淮安人，博士，南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院、人工智能學(xué)院講師，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)及應(yīng)用。

[中圖分類號(hào)] G642.3 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）43-0181-02 ? ?[收稿日期] 2020-03-12

一、引言

《智能儀器》是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門主干課程，其內(nèi)容與工程應(yīng)用緊密相連，是儀器儀表行業(yè)技術(shù)人員必備的專業(yè)知識(shí)[1，2]。目前，該課程教學(xué)存在如下問題：

（1）課堂教學(xué)仍以講授為主，且部分內(nèi)容與《微機(jī)原理》《數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》《嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用》等先修課程重疊，易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)該課程不感興趣，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性;教學(xué)知識(shí)點(diǎn)繁多，缺少綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)[3]。

（2）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)配套的器材主要有CSY2000傳感器實(shí)驗(yàn)箱、MCS-51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱等，其自身開發(fā)能力較弱、性能低下，與實(shí)際工程應(yīng)用相脫節(jié)，不滿足課程教學(xué)需求[4]。

（3）課程總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)組成，考試成績(jī)占70%，平時(shí)成績(jī)占30%，平時(shí)成績(jī)從作業(yè)、上課出勤率、實(shí)驗(yàn)等方面進(jìn)行考核。這種考核方式仍以理論考試為主，缺乏對(duì)學(xué)生綜合能力的考察。

針對(duì)以上不足，本文借鑒CDIO理念，以實(shí)際工程產(chǎn)品為主線，從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、考核方式3個(gè)方面給出了《智能儀器》課程初步改革探索方案，以適應(yīng)新時(shí)期對(duì)儀器儀表人才的培養(yǎng)需求。

二、課堂教學(xué)方法改革

1.緊緊圍繞實(shí)際工程案例，組織教學(xué)內(nèi)容

《智能儀器》課程教學(xué)內(nèi)容包括數(shù)字量/模擬量的輸入/輸出通道設(shè)計(jì)、人機(jī)接口設(shè)計(jì)、通信接口設(shè)計(jì)、智能技術(shù)、抗干擾技術(shù)等，涵蓋知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，對(duì)于學(xué)生來說，往往不能將這些知識(shí)點(diǎn)有效聯(lián)系起來，不能把握課程的主線而失去學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而變成應(yīng)試的被動(dòng)學(xué)習(xí)[5]。

對(duì)此，本文以筆者開發(fā)的實(shí)際工程案例《多功能輕武器射擊靶標(biāo)控制系統(tǒng)》，將看似獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)有效聯(lián)系起來，使學(xué)生從宏觀上把握智能儀器的整體和部分之間的關(guān)系。該控制系統(tǒng)具有多檔速度控制靶面起倒、命中信號(hào)檢測(cè)、遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)、無線通信、狀態(tài)顯示、參數(shù)配置等功能，涉及課程的全部知識(shí)點(diǎn)。

課程內(nèi)容緊緊圍繞如何開發(fā)實(shí)際工程產(chǎn)品，從企業(yè)產(chǎn)品需求分析、方案設(shè)計(jì)、任務(wù)分解、軟硬件開發(fā)、調(diào)試、測(cè)試、維護(hù)等方面展開教學(xué)，并將授課知識(shí)點(diǎn)分布到相關(guān)環(huán)節(jié)。實(shí)施過程中，各環(huán)節(jié)均需學(xué)生參與其中，并輸出可用于考核的成果，如設(shè)計(jì)方案、使用說明書、維護(hù)手冊(cè)等。每個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)束，學(xué)生都要完成相關(guān)文檔的撰寫，課程結(jié)束，提交一份完整的項(xiàng)目設(shè)計(jì)文檔。

2.積極拓展教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)工程應(yīng)用能力

教學(xué)過程中與先修課程重疊的部分內(nèi)容，不作重點(diǎn)講解，一帶而過，省下的時(shí)間用于相關(guān)知識(shí)的拓展。例如先期課程《嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用》也涵蓋抗干擾技術(shù)，因此本課程中只對(duì)抗干擾技術(shù)的基本原理與方法作回顧性的簡(jiǎn)要介紹，而將重點(diǎn)放在如何工程應(yīng)用上。

比如，抗干擾技術(shù)中利用光耦對(duì)輸入/輸出信號(hào)進(jìn)行隔離知識(shí)點(diǎn)，先期課程只講解隔離的原理及基本應(yīng)用電路，本課程中則將重點(diǎn)放在怎樣根據(jù)產(chǎn)品需求分析得出光耦的技術(shù)參數(shù)（工作電流、上升時(shí)間、下降時(shí)間等），如何選擇合適的器件（不僅考慮技術(shù)指標(biāo)，還要兼顧成本，供貨渠道穩(wěn)定等因素），如何測(cè)試驗(yàn)證所選的器件滿足要求等。通過積極擴(kuò)展相關(guān)知識(shí)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革

目前配套的實(shí)驗(yàn)設(shè)備性能低下，已不滿足教學(xué)需求，并且以往的實(shí)驗(yàn)多是驗(yàn)證性的，很難培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

對(duì)此，本文采用團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)產(chǎn)品的模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。以實(shí)際工程產(chǎn)品《多功能輕武器射擊靶標(biāo)控制系統(tǒng)》為例，分成7個(gè)模塊的組合：多功能核心板模塊，電源模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、命中信號(hào)檢測(cè)模塊、通信模塊、鍵盤/顯示模塊。事先，給出每個(gè)模塊詳細(xì)的功能及技術(shù)參數(shù)需求，如輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、實(shí)現(xiàn)功能、接口類型等。

教學(xué)方式上將所有同學(xué)分成7個(gè)團(tuán)隊(duì)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)1個(gè)模塊，任務(wù)包括原理圖、PCB布線、制版、焊接、調(diào)試、軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試，以及相關(guān)文檔的撰寫等。

最后，7個(gè)團(tuán)隊(duì)相互協(xié)作完成綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目——多功能輕武器控制系統(tǒng)的開發(fā)。讓學(xué)生在開發(fā)實(shí)際產(chǎn)品的過程中，提升實(shí)踐能力，提高團(tuán)隊(duì)合作精神。

四、考核方式改革

為了全方位地考查學(xué)生的綜合能力，課程考核方式中取消了理論考試，改由4部分組成：課堂表現(xiàn)（10%），項(xiàng)目設(shè)計(jì)文檔（30%），實(shí)驗(yàn)（30%），答辯（30%）。

課堂表現(xiàn)包括遲到、曠課、回答問題等;項(xiàng)目設(shè)計(jì)文檔評(píng)價(jià)主要依據(jù)內(nèi)容的是否正確、全面，格式是否規(guī)范等;實(shí)驗(yàn)部分評(píng)價(jià)依據(jù)承擔(dān)模塊的難易程度、工作量、是否完成給定的設(shè)計(jì)目標(biāo)、動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量;答辯成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)依據(jù)回答問題的正確性、條理性等。

五、結(jié)語(yǔ)

本文借鑒CDIO理念，以實(shí)際工程產(chǎn)品為主線，對(duì)《智能儀器》教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，以及考核方式進(jìn)行了初步改革和探索。通過這些教學(xué)方法和考核方法的改進(jìn)，學(xué)生不僅掌握了智能儀表設(shè)計(jì)的原理和方法，而且工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也得到了鍛煉和培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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