[摘 要] 為適應(yīng)新世紀(jì)測(cè)儀專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要，結(jié)合蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代教育技術(shù)手段，我校開(kāi)展了適于測(cè)儀專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐，將現(xiàn)代教育技術(shù)手段應(yīng)用于測(cè)儀專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了有益的探索和嘗試，取得了良好的應(yīng)用效果。

[關(guān)鍵詞] 測(cè)儀；現(xiàn)代教育；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

[中圖分類號(hào)] G434 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)是培養(yǎng)具備精密儀器設(shè)計(jì)制造以及測(cè)量與控制方面基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用能力，能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門從事測(cè)量與控制領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)技術(shù)、儀器與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造、科技開(kāi)發(fā)、應(yīng)用研究、運(yùn)行管理等方面的高級(jí)工程技術(shù)人才。目前，國(guó)內(nèi)大部分高校均開(kāi)設(shè)了該專業(yè)，我校從1999年開(kāi)始招收測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生，至今已為國(guó)家培養(yǎng)了幾百名專業(yè)技術(shù)人才。然而伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及不斷提高大學(xué)生創(chuàng)新能力的需要，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)從儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容到教學(xué)手段均制約了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高，主要存在以下問(wèn)題[1-3]：

1.儀器設(shè)備功能固定、單一、封閉。我校測(cè)儀專業(yè)部分課程實(shí)驗(yàn)利用的是《互換性與技術(shù)測(cè)量》實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，每臺(tái)儀器只能進(jìn)行特定項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)，而且儀器的封閉性造成學(xué)生只能知道結(jié)果，而無(wú)法知道過(guò)程，極大地降低了學(xué)生的積極性。盡管學(xué)校也投入了大量的資金購(gòu)置新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，然而仍然不能滿足針對(duì)測(cè)儀專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的需要。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊、更新速度慢。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過(guò)多，綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)過(guò)少，設(shè)備的陳舊造成內(nèi)容的陳舊，大部分實(shí)驗(yàn)僅僅停留在對(duì)理論的驗(yàn)證和某種測(cè)量?jī)x器的使用上，無(wú)法使學(xué)生不斷的更新知識(shí)和豐富技能。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段落后。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的手段還停留在板書(shū)講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、儀器、數(shù)據(jù)處理等傳統(tǒng)教學(xué)模式上，沒(méi)能很好地利用現(xiàn)代教育教學(xué)手段。為避免儀器設(shè)備損壞，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)學(xué)生的束縛較多，不利于學(xué)生動(dòng)手能力的鍛煉提高。

克服這些學(xué)生培養(yǎng)中的問(wèn)題，能夠切實(shí)起到提高學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力的作用，現(xiàn)代教育技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在不增加較大投入的情況下為有效地解決這些問(wèn)題提供了極大的幫助。

1 現(xiàn)代多媒體技術(shù)在測(cè)儀實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

進(jìn)入21世紀(jì)，現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展日新月異，這些技術(shù)為提高高等教育質(zhì)量，改善高?？蒲薪虒W(xué)方法提供了契機(jī)，多媒體技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)即是很好的實(shí)踐[4-5]。在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)的作用已成為教育教學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。眾所周知，計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、多媒體展示及動(dòng)畫功能，將各種數(shù)值、文字、聲音、圖像和動(dòng)畫有機(jī)結(jié)合，它的表現(xiàn)形式靈活多樣、形象生動(dòng)、重點(diǎn)突出且具有很好的趣味性和視覺(jué)效果，將其用于學(xué)生教學(xué)可以收到事半功倍的效果。目前測(cè)儀專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然是以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)較少，某些課程即使采用多媒體，也往往以文字類多媒體居多，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)無(wú)法演示，更不用說(shuō)運(yùn)用形象直觀的動(dòng)畫軟件進(jìn)行教學(xué)，影響教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

如測(cè)儀專業(yè)精密測(cè)量技術(shù)課程，該課程介紹精密測(cè)量理論和技術(shù)，理論知識(shí)抽象難懂，各種大型光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器原理和使用方法復(fù)雜，學(xué)生掌握起來(lái)很困難，實(shí)踐應(yīng)用效果不佳，鑒于這種情況，為提高教育質(zhì)量，我校對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段進(jìn)行了改革，在公差理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，結(jié)合教師豐富的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)易于理解、易于操作、低成本可重復(fù)的優(yōu)勢(shì)，將該課程中復(fù)雜抽象、難以理解的測(cè)量方法以及大型光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器的使用方法用Flash動(dòng)畫的方式模擬出來(lái)。例如，采用數(shù)字式萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)量外螺紋參數(shù)以及用干涉顯微鏡測(cè)量表面粗糙度等實(shí)驗(yàn)。在過(guò)去的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，該實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行分組，而且設(shè)備臺(tái)套數(shù)也不足，學(xué)生不能同時(shí)觀察，而且無(wú)法清楚地了解顯微鏡視場(chǎng)的變化情況。改革后，通過(guò)將開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多媒體課件為學(xué)生展示，這類制約學(xué)生學(xué)習(xí)的問(wèn)題迎刃而解，同時(shí)也避免了過(guò)去需要教師采用平面掛圖說(shuō)明的缺點(diǎn)，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直觀性和真實(shí)感，教學(xué)實(shí)踐表明，這種方法使學(xué)生的理解能力和動(dòng)手能力得到很好的提高。

2 虛擬儀器在測(cè)儀實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬儀器是伴隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型儀器，它與傳統(tǒng)意義的儀器有著巨大的不同，它是一種具有圖形化的虛擬操作面板、功能實(shí)現(xiàn)后臺(tái)程序、可滿足用戶自定義自設(shè)計(jì)、以計(jì)算機(jī)為核心的軟件儀器平臺(tái)[6]。它由計(jì)算機(jī)、LabVIEW軟件、數(shù)據(jù)采集卡等硬件接口模塊所組成。該系統(tǒng)的核心是由美國(guó)國(guó)家儀器公司開(kāi)發(fā)的LabVIEW軟件平臺(tái)，輔助硬件僅僅是為解決信號(hào)的輸入輸出問(wèn)題。使用者在該軟件平臺(tái)上可任意開(kāi)發(fā)自己所需要的儀器去實(shí)現(xiàn)自身特定的功能，開(kāi)發(fā)完成的儀器只需用鼠標(biāo)或鍵盤控制虛擬前面板，與操作傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器并無(wú)二致。故而，虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來(lái)模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出測(cè)量結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理，利用I/0接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量和調(diào)理，從而完成各種測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。

眾所周知，傳統(tǒng)意義的實(shí)驗(yàn)室中放置有各種各樣的儀器設(shè)備，來(lái)滿足不同的實(shí)驗(yàn)和科研需求。因此，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的短缺和昂貴的購(gòu)置經(jīng)費(fèi)制約了教學(xué)和科研的發(fā)展，虛擬儀器的出現(xiàn)則全面解決了這類問(wèn)題?；谔摂M儀器的優(yōu)點(diǎn)，采用LabVIEW7.0虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)了虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室能夠提供長(zhǎng)度測(cè)量、信號(hào)產(chǎn)生和濾波、輪廓測(cè)量、數(shù)據(jù)分析處理等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備需提供的各種功能。通過(guò)使用虛擬儀器系統(tǒng)，不僅傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的方法和手段能夠使學(xué)生系統(tǒng)直觀的理解和掌握，而且能夠彌補(bǔ)某些儀器的缺失對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)造成的影響。實(shí)踐表明，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入虛擬儀器技術(shù)，不僅提高教學(xué)科研的質(zhì)量與效率，而且節(jié)省了購(gòu)置精密儀器設(shè)備的巨額經(jīng)費(fèi)投入。學(xué)生通過(guò)虛擬儀器在學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)的同時(shí)也能夠熟練使用計(jì)算機(jī)，從而以一個(gè)更高的起點(diǎn)面對(duì)未來(lái)。

3 Matlab在測(cè)儀專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

在眾多的數(shù)學(xué)軟件中，Matlab是應(yīng)用最為廣泛的一種，它由matrix和laboratory兩個(gè)詞組合而成，含意是矩陣實(shí)驗(yàn)室。它是當(dāng)今世界最先進(jìn)、最全面、功能最強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算工具軟件之一，它強(qiáng)大的計(jì)算和處理功能被世界的科技研究人員廣泛的采納。它具有的可視化、交互式程序設(shè)計(jì)的計(jì)算環(huán)境將信號(hào)處理、矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析、非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模、有限元和控制系統(tǒng)仿真等許多功能集成在一個(gè)易于使用的視窗中，它擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的編輯模式，編程者可以方便地利用它去開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)自己的計(jì)算需要，它代表著當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。

對(duì)于測(cè)儀專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，主要學(xué)習(xí)測(cè)量和控制方面的知識(shí)，這一過(guò)程中會(huì)有大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，傳統(tǒng)方式往往是學(xué)生通過(guò)人工分析、計(jì)算和處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)繪制成圖和表格，這種方法不僅極大的占用學(xué)生的時(shí)間，而且學(xué)生容易出現(xiàn)這樣那樣的錯(cuò)誤，同時(shí)因人工計(jì)算能力的限制，很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不能直觀有效的表現(xiàn)出來(lái)。而利用Matlab軟件中相關(guān)工具箱，學(xué)生不僅能夠快速地將大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，而且可以通過(guò)Matlab的繪圖功能把結(jié)果直觀的表現(xiàn)出來(lái)。借助Matlab這種強(qiáng)大的功能，學(xué)生可以快速靈活的學(xué)好自己的專業(yè)知識(shí)，也可以掌握這種世界通用的數(shù)學(xué)分析計(jì)算工具，為他們以后進(jìn)一步深造打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

通過(guò)上述將現(xiàn)代教育手段應(yīng)用于我校測(cè)儀專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，且經(jīng)教育教學(xué)實(shí)踐表明，現(xiàn)代教育手段的使用不僅極大地解決了實(shí)驗(yàn)設(shè)備購(gòu)置經(jīng)費(fèi)投入不足的問(wèn)題，而且豐富了教學(xué)手段，緊跟教育技術(shù)發(fā)展潮流，學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和科技創(chuàng)新能力得到了明顯加強(qiáng)，這些在測(cè)儀專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)和挑戰(zhàn)杯等學(xué)科競(jìng)賽中得到了很好的體現(xiàn)和證明。然而，創(chuàng)新沒(méi)有止境，技術(shù)的發(fā)展也日新月異，高校作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，對(duì)教育教學(xué)手段的革新也永無(wú)止境。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革是一個(gè)系統(tǒng)工程，要使實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠符合人才培養(yǎng)的目標(biāo)，順應(yīng)社會(huì)對(duì)人才的需求，需要教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中勇于探索和創(chuàng)新教育教學(xué)方法，這樣才能更好地培養(yǎng)出優(yōu)秀人才，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)的需要。

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作者簡(jiǎn)介：毛璽（1962.11-），男，本科，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：測(cè)控技術(shù)與儀器。