王強 徐國政 高翔

[摘 要] 《智能儀器》是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的主干課程。針對該課程涵蓋知識點多、傳統(tǒng)教學(xué)方法缺少實踐能力培養(yǎng)、與實際應(yīng)用脫節(jié)等問題，本文以實際工程產(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;實踐環(huán)節(jié)中，采用團(tuán)隊合作開發(fā)產(chǎn)品的模式替代傳統(tǒng)的驗證性實驗;課程考核方式上依據(jù)課堂表現(xiàn)、項目文檔、實驗、答辯等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合成績的評定。通過這些方法的改革，提高了學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計思想和工程實踐能力。

[關(guān)鍵詞] 智能儀器;工程案例;教學(xué)方法;實驗改革;課程考核

[課題項目] 南京郵電大學(xué)教改項目資助：JG00517JX22

[作者簡介] 王 強（1980—），男，江蘇淮安人，博士，南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院、人工智能學(xué)院講師，研究方向為嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用。

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

一、引言

《智能儀器》是測控技術(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[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)生對該課程不感興趣，無法調(diào)動學(xué)生的積極性;教學(xué)知識點繁多，缺少綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)[3]。

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

（3）課程總評成績由平時成績和考試成績組成，考試成績占70%，平時成績占30%，平時成績從作業(yè)、上課出勤率、實驗等方面進(jìn)行考核。這種考核方式仍以理論考試為主，缺乏對學(xué)生綜合能力的考察。

針對以上不足，本文借鑒CDIO理念，以實際工程產(chǎn)品為主線，從課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、考核方式3個方面給出了《智能儀器》課程初步改革探索方案，以適應(yīng)新時期對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、人機接口設(shè)計、通信接口設(shè)計、智能技術(shù)、抗干擾技術(shù)等，涵蓋知識點多、綜合性強，對于學(xué)生來說，往往不能將這些知識點有效聯(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)試的被動學(xué)習(xí)[5]。

對此，本文以筆者開發(fā)的實際工程案例《多功能輕武器射擊靶標(biāo)控制系統(tǒng)》，將看似獨立的知識點有效聯(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、命中信號檢測、遠(yuǎn)程關(guān)機、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點。

課程內(nèi)容緊緊圍繞如何開發(fā)實際工程產(chǎn)品，從企業(yè)產(chǎn)品需求分析、方案設(shè)計、任務(wù)分解、軟硬件開發(fā)、調(diào)試、測試、維護(hù)等方面展開教學(xué)，并將授課知識點分布到相關(guān)環(huán)節(jié)。實施過程中，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)計方案、使用說明書、維護(hù)手冊等。每個環(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，提交一份完整的項目設(shè)計文檔。

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，不作重點講解，一帶而過，省下的時間用于相關(guān)知識的拓展。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)，因此本課程中只對抗干擾技術(shù)的基本原理與方法作回顧性的簡要介紹，而將重點放在如何工程應(yīng)用上。

比如，抗干擾技術(shù)中利用光耦對輸入/輸出信號進(jìn)行隔離知識點，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、上升時間、下降時間等），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），如何測試驗證所選的器件滿足要求等。通過積極擴展相關(guān)知識，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)計能力。

三、實驗教學(xué)方法改革

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

對此，本文采用團(tuán)隊合作開發(fā)產(chǎn)品的模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的驗證性實驗。以實際工程產(chǎn)品《多功能輕武器射擊靶標(biāo)控制系統(tǒng)》為例，分成7個模塊的組合：多功能核心板模塊，電源模塊、實時時鐘模塊、電機驅(qū)動模塊、命中信號檢測模塊、通信模塊、鍵盤/顯示模塊。事先，給出每個模塊詳細(xì)的功能及技術(shù)參數(shù)需求，如輸入信號、輸出信號、實現(xiàn)功能、接口類型等。

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

最后，7個團(tuán)隊相互協(xié)作完成綜合性實驗項目——多功能輕武器控制系統(tǒng)的開發(fā)。讓學(xué)生在開發(fā)實際產(chǎn)品的過程中，提升實踐能力，提高團(tuán)隊合作精神。

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%），項目設(shè)計文檔（30%），實驗（30%），答辯（30%）。

課堂表現(xiàn)包括遲到、曠課、回答問題等;項目設(shè)計文檔評價主要依據(jù)內(nèi)容的是否正確、全面，格式是否規(guī)范等;實驗部分評價依據(jù)承擔(dān)模塊的難易程度、工作量、是否完成給定的設(shè)計目標(biāo)、動手能力、實驗報告的質(zhì)量;答辯成績評價依據(jù)回答問題的正確性、條理性等。

五、結(jié)語

本文借鑒CDIO理念，以實際工程產(chǎn)品為主線，對《智能儀器》教學(xué)內(nèi)容、實驗?zāi)Ｊ剑约翱己朔绞竭M(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)計的原理和方法，而且工程實踐能力和團(tuán)隊協(xié)作能力也得到了鍛煉和培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]呂青，何小剛.《智能儀器設(shè)計》課程的教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2014（24）：55-56.

[2]張琳，賀繇.《智能測控儀器》實驗教學(xué)改革探索[J].教育教學(xué)論壇，2019（3）：114-115.

[3]曾志輝，張志剛.電子測量與智能儀器課程教學(xué)與實驗改革探索[J].大學(xué)教育，2017（1）：63-64.

[4]趙倩，趙麗娜，曹佃國，等.“智能儀器”相敏解調(diào)綜合實驗設(shè)計[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2019（4）：153-158.

[5]戴金橋，俞阿龍，孫華軍.項目驅(qū)動法在智能儀器設(shè)計課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備，2015（16）：83-85.