測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng)課程內(nèi)容體系構(gòu)建與項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型教學(xué)實(shí)踐

畢云峰　杜清府　劉萍萍　周巖

【摘要】針對(duì)“測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng)”課程內(nèi)容繁雜、新技術(shù)倍出的特點(diǎn)，從典型性、實(shí)用性、先進(jìn)性角度出發(fā)，精心構(gòu)建課程內(nèi)容體系。尊重學(xué)生主體地位，激發(fā)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐興趣，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)和技能的掌握。實(shí)踐表明，課程教學(xué)探索取得了良好的效果，提高了教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目驅(qū)動(dòng) 測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng) 教學(xué)內(nèi)容

【中圖分類號(hào)】G642.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）01-0004-02

“現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng)”是為我校測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)三年級(jí)學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)課，旨在讓學(xué)生在學(xué)習(xí)了電子電路、單片機(jī)、信號(hào)處理等課程后，從系統(tǒng)的角度掌握典型的、先進(jìn)的測(cè)控系統(tǒng)技術(shù)。然而測(cè)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展日新月異，給課程教學(xué)帶來了一些困難，在教學(xué)中容易陷入“全而空”或“精而少”的兩種極端?！叭铡笔箤W(xué)生徒有對(duì)各種技術(shù)的泛泛了解，卻不能讓學(xué)生真正設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)某種測(cè)控系統(tǒng)，“精而少”則使學(xué)生一葉障目不見泰山，同樣達(dá)不到課程預(yù)期目的。精選教學(xué)內(nèi)容，堅(jiān)持理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合是進(jìn)行此類課程教學(xué)應(yīng)遵循的原則，而項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型教學(xué)則是實(shí)現(xiàn)這一思路的一種具體可行的教學(xué)方法。

一、課程內(nèi)容體系構(gòu)建

隨著測(cè)控領(lǐng)域傳感器、處理器、顯示控制、通訊等相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，測(cè)控系統(tǒng)正向著微型化、網(wǎng)絡(luò)化、立體化、虛擬化（軟件化）、智能化、測(cè)控管一體化、實(shí)時(shí)化、可視化等方向發(fā)展。作為測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門專業(yè)必修課，“現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng)”課程在注重基礎(chǔ)的同時(shí)，更要緊跟技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。因此，立足我校實(shí)際情況，選擇以數(shù)據(jù)采集技術(shù)、總線技術(shù)、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測(cè)控技術(shù)和智能儀器控制為教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)，在這些方面開展項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型的專題教學(xué)和綜合型課題設(shè)計(jì)。

1. 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

數(shù)據(jù)采集是從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備中自動(dòng)采集信息的過程，實(shí)現(xiàn)高效、簡(jiǎn)潔、實(shí)時(shí)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有重要的實(shí)用價(jià)值。典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以PC為核心加上必要的硬件（如數(shù)據(jù)采集卡）構(gòu)成，系統(tǒng)功能由軟件定義，這也是目前流行的虛擬儀器的核心理念，因此數(shù)據(jù)采集技術(shù)也是虛擬儀器技術(shù)的核心技術(shù)。因此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)有著實(shí)用性和先進(jìn)性的特點(diǎn)，是現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng)課程的首要和核心內(nèi)容。

2. 典型總線技術(shù)

串口通訊雖然在不斷推陳出新的總線通信領(lǐng)域已顯老邁，但其簡(jiǎn)單易用性和龐大的應(yīng)用規(guī)模使其在測(cè)控領(lǐng)域仍有著獨(dú)特價(jià)值。學(xué)生掌握串口通信技術(shù)對(duì)將來從事測(cè)控領(lǐng)域工作有重要作用。我們對(duì)串口通訊的教學(xué)，要求學(xué)生結(jié)合必要的硬件如單片機(jī)、PLC控制器等構(gòu)建基于串口通訊的測(cè)控系統(tǒng)。另外，CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是目前總線技術(shù)中的熱點(diǎn)之一。教學(xué)中對(duì)CAN總線技術(shù)從兩個(gè)層面要求：一是可以利用商業(yè)化接口卡和功能節(jié)點(diǎn)構(gòu)建CAN總線測(cè)控系統(tǒng)，二是對(duì)學(xué)有余力的同學(xué)鼓勵(lì)其自主設(shè)計(jì)、制作接口卡和功能節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建CAN總線測(cè)控系統(tǒng)。

3. 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和無線網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已無處不在。網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程化是測(cè)控系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢(shì)之一。課程主要利用LabVIEW在網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)方面提供的TCP/IP、UDP、DataSocket、Web網(wǎng)頁等技術(shù)手段，結(jié)合前述數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)。LabVIEW中相關(guān)功能函數(shù)的高度模塊化，大大消除了學(xué)生對(duì)相關(guān)協(xié)議的畏難心理，可以輕松構(gòu)建系統(tǒng)。

4. 智能儀器控制系統(tǒng)和機(jī)器視覺

在科研、生產(chǎn)和制造現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常需要對(duì)一些儀器實(shí)現(xiàn)控制，這往往需要借助儀器本身提供的軟件開發(fā)包支持，動(dòng)態(tài)鏈接庫是其中最常用的技術(shù)手段。課程教學(xué)中以工業(yè)相機(jī)為開發(fā)目標(biāo)，在學(xué)習(xí)智能儀器控制技術(shù)的同時(shí)將學(xué)生引入到機(jī)器視覺領(lǐng)域，有興趣的同學(xué)可以繼續(xù)進(jìn)行圖像處理、目標(biāo)識(shí)別、精密測(cè)量等方面的深入設(shè)計(jì)和研究。

二、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)組織與實(shí)施

區(qū)別于傳統(tǒng)的知識(shí)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法是以項(xiàng)目（實(shí)例）為核心的。由于強(qiáng)調(diào)了項(xiàng)目的參與性，一開始就容易引起學(xué)生的興趣， 引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。由于可將學(xué)習(xí)內(nèi)容運(yùn)用于項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生能夠獲得直觀體驗(yàn)， 因此學(xué)生能夠很快理解教學(xué)內(nèi)容。但這依賴于教學(xué)過程中對(duì)細(xì)節(jié)的把握。

1. 掌握平臺(tái)技術(shù)

在各專題項(xiàng)目設(shè)計(jì)中都需要上位機(jī)軟件作為開發(fā)平臺(tái)，我們選擇Nl公司的LabVIEW作為平臺(tái)軟件。LabVIEW獨(dú)特的圖形化編程方式使程序設(shè)計(jì)過程非常直觀，豐富的、高度封裝的函數(shù)節(jié)點(diǎn)淡化了技術(shù)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，加之強(qiáng)大的軟硬件接口能力和眾多的工具包，非常有利于學(xué)生進(jìn)行測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

學(xué)生在快速掌握LabVIEW基本編程技術(shù)后即可進(jìn)入各個(gè)專項(xiàng)的設(shè)計(jì)。借助數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)實(shí)驗(yàn)箱，學(xué)生可以構(gòu)建基于PC平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集測(cè)控系統(tǒng)，體驗(yàn)“軟件即儀器”這一虛擬儀器系統(tǒng)的精髓。借助通訊線纜、CAN總線接口卡和單片機(jī)開發(fā)板等必要的輔助硬件，學(xué)生可以構(gòu)建基于總線技術(shù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。借助工業(yè)相機(jī)系統(tǒng)，學(xué)生可以進(jìn)行機(jī)器視覺和圖像處理方面課題設(shè)計(jì)并進(jìn)行智能儀器控制方面實(shí)踐。在實(shí)驗(yàn)室中的局域網(wǎng)環(huán)境中，學(xué)生可以自由設(shè)計(jì)和開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的測(cè)控系統(tǒng)。

2. 教師角色的再認(rèn)識(shí)

測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng)課程教學(xué)的目的不僅僅是使學(xué)生掌握知識(shí)和技能，更重要的是使學(xué)生獲得項(xiàng)目實(shí)踐的體驗(yàn)。而體驗(yàn)的獲得不可能來自于教師的說教。另一方面，學(xué)生對(duì)課題興趣的激發(fā)，學(xué)生主觀能動(dòng)性的發(fā)揮則是關(guān)系項(xiàng)目設(shè)計(jì)水平和課程教學(xué)效果的關(guān)鍵。因此，作為教學(xué)過程中處于主導(dǎo)地位的教師，需要充分認(rèn)識(shí)并尊重學(xué)生的主體地位，除了答疑解惑，更要著重引導(dǎo)和激勵(lì)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目課題的興趣。一個(gè)有效的辦法是鼓勵(lì)學(xué)生在前述專題內(nèi)容框架下的自主選題，這種開放性的項(xiàng)目設(shè)計(jì)對(duì)激發(fā)學(xué)生主動(dòng)性效果顯著。

3. 課堂過程控制和重要教學(xué)環(huán)節(jié)

突出學(xué)生的主體地位是整個(gè)課程進(jìn)行中需要把握的基本原則，教師也以此為原則進(jìn)行課堂過程控制。為幫助學(xué)生掌握設(shè)計(jì)需要的基本方法，并保證學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)的時(shí)間，教師需要精煉講授內(nèi)容。在教學(xué)實(shí)踐中主要采取實(shí)例教學(xué)方法，使學(xué)生快速掌握基本編程技術(shù)和后續(xù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中需要的基本方法，能夠較快地進(jìn)入專題項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段。為了保證教學(xué)效果，教師講授和學(xué)生設(shè)計(jì)過程均在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，學(xué)生可以及時(shí)練習(xí)、討論；教師隨時(shí)解決學(xué)生疑難問題，遇到共性問題可以及時(shí)反饋給全班同學(xué)。

以專題項(xiàng)目自主設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的課程教學(xué)具有相當(dāng)?shù)拈_放性，學(xué)生在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中應(yīng)用的技術(shù)可能是特異的。為促進(jìn)整體教學(xué)效果，項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)交流非常重要。為保證交流效果，還需要在教學(xué)過程中予以正向引導(dǎo)和約束，這主要通過納入課程考核體系的項(xiàng)目報(bào)告形式進(jìn)行。而期末考核則側(cè)重于各專題中的基礎(chǔ)知識(shí)和技能。

四、總結(jié)

近四年的課程教學(xué)改革實(shí)踐證明，項(xiàng)目導(dǎo)向的課程教學(xué)使理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生在掌握典型、先進(jìn)的測(cè)控系統(tǒng)知識(shí)的同時(shí)，獲得了直接的測(cè)控系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，加深了對(duì)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容的理解，訓(xùn)練了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。另一方面也使學(xué)生認(rèn)識(shí)到了理論在解決實(shí)際問題中的作用。對(duì)學(xué)生主體地位的尊重和對(duì)學(xué)生興趣的挖掘，充分激發(fā)了學(xué)生從事項(xiàng)目設(shè)計(jì)的熱情，大部分學(xué)生都圓滿完成了設(shè)計(jì)，有的學(xué)生發(fā)表了相關(guān)研究論文。因此，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng)課程教學(xué)改革，符合專業(yè)和學(xué)科課程特點(diǎn)，對(duì)類似工科課程實(shí)現(xiàn)從教室到實(shí)驗(yàn)室、從灌輸式到體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變都有一定探索意義。

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本文是山東大學(xué)（威海）教研項(xiàng)目“現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革研究”的研究成果