智能儀表課程教學(xué)研究與探索*

肖雋亞 張聚偉 付主木 史敬灼

河南科技大學(xué) 河南洛陽 471003

智能儀表課程教學(xué)研究與探索*

肖雋亞 張聚偉 付主木 史敬灼

河南科技大學(xué) 河南洛陽 471003

智能儀表是一門綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程。為了提高教學(xué)效果，營造良好的教學(xué)氛圍，必須開展科學(xué)的教學(xué)方法和手段的改革，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

智能儀表；教學(xué)改革；綜合實(shí)踐

智能儀表是一門綜合性設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程，是工科院校電專業(yè)主干課程。智能儀表課程的主要內(nèi)容包括：智能儀表的軟硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模擬量、數(shù)字量的前向通道與后向通道設(shè)計(jì)，人機(jī)接口與通訊接口設(shè)計(jì)，數(shù)字濾波方法、誤差校正和量程變換等數(shù)據(jù)處理算法，以及常用的提高儀器儀表可靠性的硬件和軟件方法等。

課程的教學(xué)目的是讓學(xué)生掌握智能儀表的基本工作原理和設(shè)計(jì)方法，綜合培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和工程實(shí)踐能力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會迫切需要一批具有扎實(shí)的理論知識和技能和有一定創(chuàng)新能力的人才。鑒于此，我們在改革教學(xué)方法，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)、注重個(gè)性發(fā)展和提高學(xué)生創(chuàng)新能力等方面進(jìn)行了一些探索。

一、課程理論教學(xué)的改革

課程理論知識教學(xué)環(huán)節(jié)的問題在于教學(xué)方法、手段陳舊。教師是以教材的章節(jié)順序，依次講述每個(gè)知識點(diǎn)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中無法建立系統(tǒng)性和全局觀。理論教學(xué)的改革主要有以下4方面。

1.案例教學(xué)

案例教學(xué)法采用先任務(wù)或應(yīng)用、后方法、再原理的模式。以實(shí)際情境和問題為思考的出發(fā)點(diǎn),讓學(xué)生從具體問題著手做理論思考和分析,設(shè)想解決問題的途徑,探討方法的科學(xué)性、合理性,最終理解有關(guān)理論。

例如：在講授顯示章節(jié)時(shí)，選擇不同的顯示方式(如LED，數(shù)碼管，CRT，LCD等)，通過對同一任務(wù)的功能實(shí)現(xiàn)，可比較各種顯示的特點(diǎn)及區(qū)別。實(shí)例可在生活中方便找到。以案例為基礎(chǔ)展開學(xué)習(xí)和教學(xué)過程的方法，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與興趣，加深學(xué)生對基本原理、概念的理解和應(yīng)用。

2.任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)

任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)是指讓學(xué)生在教師預(yù)先給定的“任務(wù)”的驅(qū)動下進(jìn)行學(xué)習(xí)，目的是引導(dǎo)學(xué)生由簡到繁、由易到難、循序漸進(jìn)地完成一系列“任務(wù)”，從而使其獲得清晰的思路、方法和知識脈絡(luò)，在完成“任務(wù)”的過程中，培養(yǎng)其分析問題、解決問題以及程序設(shè)計(jì)的能力。

在相關(guān)章節(jié)的開始，布置大作業(yè)的基本要求，章節(jié)結(jié)束后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)提交作業(yè)。大作業(yè)可以是一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)(例如：多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))，也可以是某個(gè)方向的資料查詢(例如：通信協(xié)議的發(fā)展)。

本課程結(jié)束后，教學(xué)任務(wù)安排2周的課程設(shè)計(jì)。在課程的開始周，布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)、基本功能和技術(shù)指標(biāo)。任務(wù)功能的選定基于有輸入輸出通道的設(shè)計(jì)、鍵盤、顯示、通信等功能。例如：多路溫度巡檢儀、無紙記錄儀、智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)等題目。

3.引入多媒體技術(shù)

由于智能儀表課程有一半時(shí)間是在教室學(xué)習(xí)理論課，為了避免授課內(nèi)容不直觀、枯燥，造成理論與實(shí)踐脫節(jié)。我們引入多媒體技術(shù)，利用Proteus教學(xué)仿真平臺的良好性能，在講解原理的同時(shí)，可直觀地演示案例的工作全過程，達(dá)到所見即所得的效果。

4.建立網(wǎng)絡(luò)平臺

隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，通過幾年的努力，該課程已建立了資源共享的網(wǎng)絡(luò)平臺。目前主要有以下幾方面內(nèi)容：電子課件、課程案例、虛擬實(shí)驗(yàn)室、教學(xué)大綱、參考書籍、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、輔助教學(xué)軟件、專項(xiàng)討論區(qū)和答疑區(qū)等。該平臺是學(xué)生課內(nèi)學(xué)習(xí)的延伸，為學(xué)生自學(xué)創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)條件。

二、課程實(shí)踐教學(xué)的改革

課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的問題在于實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊匱乏，開放資源少，實(shí)驗(yàn)手段落后。由于實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，造成學(xué)生動手機(jī)會少，束縛了學(xué)生的求知欲和探索欲。嚴(yán)重違背了課程的開放性、靈活性和先進(jìn)性的設(shè)計(jì)理念。實(shí)踐教學(xué)的改革主要有以下4方面。

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)以學(xué)生為主體，遵循“點(diǎn)—線—面”原則，按照基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)依次遞進(jìn)組織內(nèi)容。原則上減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)習(xí)開發(fā)實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)大自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。其中，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)屬于學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)(指大作業(yè)和課程設(shè)計(jì))屬于自主設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)是各種實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論課的課程大綱緊密相關(guān)，是課程重點(diǎn)。綜合性實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的綜合運(yùn)用，是從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)變過程，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的能力。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)新的窗口，以Proteus仿真平臺為基礎(chǔ)，由學(xué)生自己動手設(shè)計(jì)制作電子系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動手能力。我們正努力將智能儀表的實(shí)踐教學(xué)滲透于課程的每一環(huán)節(jié)。

2.建立虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)平臺

針對本課程突出的系統(tǒng)性、實(shí)踐性強(qiáng)，消耗量大的特點(diǎn)，通過多年的教學(xué)和探索，我們在教學(xué)中引入Proteus教學(xué)仿真平臺。該平臺可通過圖形仿真模擬的方式，模擬實(shí)際電路。學(xué)生在系統(tǒng)論證后，通過設(shè)計(jì)電路，可在平臺上直接搭建系統(tǒng)，不僅省去了購買元器件、制電路板、購買仿真器材，購買測量儀器等資金投入，而且可實(shí)時(shí)仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果所見即所得。

在實(shí)踐過程中，仿真平臺是學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新的良好工具，所有實(shí)踐創(chuàng)新活動可利用此平臺進(jìn)行仿真后，再利用實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)驗(yàn)證，這樣可充分利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備等各種實(shí)驗(yàn)資源。

經(jīng)過4年網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)，已有大量學(xué)生借助此平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，成為課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)大賽等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重要組成部分。同時(shí)，我們也根據(jù)儀表行業(yè)的發(fā)展、元器件的發(fā)展和學(xué)生提出的需求,不斷更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,不斷完善網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)。

3.科研引入教學(xué)

為了使學(xué)生能滲入到實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，了解新的設(shè)計(jì)理念、新技術(shù)和行業(yè)新趨勢。將有興趣的學(xué)生引入到橫向科研項(xiàng)目中，通過課余時(shí)間參與研發(fā)活動，提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力和獨(dú)立解決問題的能力。教學(xué)團(tuán)隊(duì)近4年中立項(xiàng)縱向課題：校級6項(xiàng)，省級1項(xiàng)，國家級1項(xiàng)。橫向課題3項(xiàng)，學(xué)生通過參與科學(xué)研究，將所學(xué)知識與實(shí)際工程相結(jié)合，從而提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。

4.實(shí)踐環(huán)節(jié)成績評定的改革

成績評定的標(biāo)準(zhǔn)也是學(xué)生對待實(shí)踐環(huán)節(jié)的態(tài)度是否端正、積極的主要因素之一。在以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式下，成績評定的方法不再以報(bào)告為惟一評分材料。評分標(biāo)準(zhǔn)更注重創(chuàng)新和動手能力：注重提交內(nèi)容的可重現(xiàn)性,而不是報(bào)告是否完整,書寫是否工整；更注重實(shí)踐過程,而不是千篇一律的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在自主設(shè)計(jì)類的題目中,鼓勵(lì)學(xué)生采用不同的方法完成個(gè)性設(shè)計(jì)。加大實(shí)踐環(huán)節(jié)的成績在課程總成績的權(quán)重,激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)的積極性和創(chuàng)新性。

三、結(jié)束語

針對以上教學(xué)手段、教學(xué)方法以及實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革，在實(shí)踐教學(xué)中取得了一些成效。通過理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生在從事系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，有系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)理念?？扇跁炌ǖ亍㈧`活有效地利用所掌握的資源，通過各方案的論證比較，選取最適合的方案和實(shí)現(xiàn)手段。從而增加學(xué)生對綜合設(shè)計(jì)性題目的理解，消除學(xué)生對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的神秘感和恐懼感，樹立自信心。

[1]徐和飛，牛秦洲，蔣存波.電氣信息類專業(yè)基礎(chǔ)主干課程教學(xué)模式的探索與實(shí)踐[J].高教論壇，2009，9：60～61

[2]唐鴻儒，黃亞忠，夏揚(yáng)，等.智能儀表設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(3)：27～28

[3]徐巧玉，蔡海潮，尚振東，等.測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009，11：107～108

A teaching research on the course of intelligent instrument

Xiao Junya, Zhang Juwei, Fu Zhumu, Shi Jingzhuo
Henan university of science & technology, Luoyang, 471003, China

Intelligent instrument is a course about integrated design and practice. In order to improve teaching effectiveness and create a good teaching atmosphere, it is necessary for us to make a scientific reform in teaching methods which will stimulate the enthusiasm of students and improve their practical ability.

intelligent instrument; teaching innovation; comprehensive practice

2010-06-19

肖雋亞，碩士,講師。張聚偉，博士，副教授。付主木，博士，副教授，系主任。史敬灼，博士，教授，副院長。

*本文系河南科技大學(xué)教育教學(xué)改革計(jì)劃項(xiàng)目(2007Y-061)。