自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“智能儀表”課程教改方法探索與實(shí)踐

廉春原，張永春，高敏

(常州工學(xué)院電氣與光電工程學(xué)院，江蘇常州213002)

LIAN Chunyuan,ZHANG Yongchun,GAO Min

(School of Electrical and Photoelectronic Engineering,Changzhou Institute of Technology,Changzhou 213002)

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自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“智能儀表”課程教改方法探索與實(shí)踐

廉春原，張永春，高敏

(常州工學(xué)院電氣與光電工程學(xué)院，江蘇常州213002)

根據(jù)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求，針對(duì)高年級(jí)專(zhuān)業(yè)選修課“智能儀表”課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出了一系列教學(xué)改革的措施，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課外教學(xué)資源利用等方面進(jìn)行了探索，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，提升了教學(xué)效果。

自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)；智能儀表；教學(xué)改革

LIAN Chunyuan,ZHANG Yongchun,GAO Min

(School of Electrical and Photoelectronic Engineering,Changzhou Institute of Technology,Changzhou 213002)

“智能儀表”課程是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)在高年級(jí)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)性選修課程，它的前序課程包括“電工技術(shù)”“電子技術(shù) ”“微機(jī)原理”“單片機(jī)原理”“自動(dòng)控制原理”等大量專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，且具有綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性要求高、理論聯(lián)系實(shí)際緊密等特點(diǎn)。如果前序課程學(xué)習(xí)不能融會(huì)貫通，學(xué)習(xí)本課程時(shí)就無(wú)法將孤立的知識(shí)點(diǎn)融合，進(jìn)而難以掌握儀表設(shè)計(jì)的綜合方法，因此對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)學(xué)好“智能儀表”這門(mén)課程難度較大[1-4]。

作為應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)單位，學(xué)校培養(yǎng)的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生應(yīng)該是具有較強(qiáng)工程實(shí)踐動(dòng)手能力的高水平應(yīng)用型人才。如何通過(guò)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力也一直是本專(zhuān)業(yè)教學(xué)研究的熱點(diǎn)。

本文從目前“智能儀表”課程教學(xué)中存在的問(wèn)題出發(fā)，提出了一些理論課程與實(shí)踐教學(xué)的改革方法，以提高學(xué)校畢業(yè)生培養(yǎng)質(zhì)量。

1　目前存在的問(wèn)題

受培養(yǎng)計(jì)劃調(diào)整的影響，目前“智能儀表”課程的總學(xué)時(shí)數(shù)大為削減，僅為32課時(shí)，且全部是理論授課，既沒(méi)有課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，也沒(méi)有實(shí)踐環(huán)節(jié)。理論講授內(nèi)容主要包括智能儀表的專(zhuān)用微處理器、智能儀表的DAC和ADC轉(zhuǎn)換接口、智能儀表的鍵盤(pán)與顯示接口、智能儀表的通信接口、智能儀表的抗干擾技術(shù)、智能儀表的常用測(cè)量與控制算法等[5-6]。在講授這些內(nèi)容時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生只是學(xué)會(huì)某些獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，會(huì)解題，一旦遇到實(shí)際的智能儀表設(shè)計(jì)就無(wú)從下手，不能達(dá)到課程的培養(yǎng)目標(biāo)?？偨Y(jié)起來(lái)主要存在以下問(wèn)題。

1)本課程與前序課程關(guān)系緊密，如果學(xué)生掌握不好前期的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)，就很難學(xué)懂本門(mén)課程。例如，與本門(mén)課程關(guān)系最為緊密的前序課程“單片機(jī)原理”，智能儀表的所有軟件設(shè)計(jì)都是基于單片機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如果不能熟練編寫(xiě)單片機(jī)程序，就很難實(shí)現(xiàn)儀表的測(cè)量與控制。教學(xué)團(tuán)隊(duì)在授課過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，本課程需要將單片機(jī)當(dāng)作工具一樣使用，但大部分學(xué)生單片機(jī)編程能力還停留在解題做練習(xí)的程度上，沒(méi)有做過(guò)實(shí)際的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，根本無(wú)法達(dá)到課程要求。

2)課程實(shí)踐性很強(qiáng)，但又缺少實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。目前只能通過(guò)課堂講授的方法向?qū)W生介紹實(shí)踐的過(guò)程，雖然這種方法能節(jié)約大量時(shí)間，但自己動(dòng)手操作和聽(tīng)別人描述怎么做二者差距很大。例如，本課程中的重點(diǎn)內(nèi)容“波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)”，課堂講授再如何生動(dòng)也不如讓學(xué)生親手設(shè)計(jì)波形發(fā)生器，從示波器中看到不同波形所帶來(lái)的效果。因此，教學(xué)要迫切解決如何在只有理論課時(shí)的情況下完成實(shí)踐動(dòng)手的操作。

3)課程的綜合性很強(qiáng)，涉及硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序編程、理論算法計(jì)算等等。學(xué)生以往的學(xué)習(xí)，掌握的都是某個(gè)知識(shí)的“點(diǎn)”，能實(shí)際解決的問(wèn)題如某個(gè)簡(jiǎn)單電路或簡(jiǎn)單程序，而“智能儀表”課程掌握的是整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要將各知識(shí)點(diǎn)融合應(yīng)用。學(xué)生在這一方面的能力普遍較差，因此掌握程度也不理想。

2　改革措施

針對(duì)上述教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，課題組成員經(jīng)過(guò)討論與研究，提出一系列改革的措施，以提高課程教學(xué)質(zhì)量。具體改革措施主要包括以下三方面。

2.1教學(xué)內(nèi)容的改革

由于理論教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)只有32學(xué)時(shí)，要介紹儀表設(shè)計(jì)的各方面顯然是不夠的，因此要?dú)w納學(xué)生在前序?qū)I(yè)基礎(chǔ)課上有哪些內(nèi)容是已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的，并通過(guò)上課做練習(xí)的方式考查學(xué)生對(duì)這些內(nèi)容的掌握程度，選擇性地進(jìn)行講解，避免將大量時(shí)間花費(fèi)在學(xué)生已經(jīng)掌握的知識(shí)點(diǎn)上。例如，智能儀表的專(zhuān)用微處理器，學(xué)生在“單片機(jī)原理”課程上已經(jīng)全部學(xué)習(xí)過(guò)，這部分可以不講；智能儀表的DAC和ADC轉(zhuǎn)換接口，學(xué)生在“微機(jī)原理”課程上學(xué)習(xí)過(guò)用8位分辨率芯片完成A/D和D/A，這部分可以介紹位數(shù)更高、速度更快的接口芯片的使用方法；智能儀表的鍵盤(pán)與顯示接口，學(xué)生在“單片機(jī)原理”課程上學(xué)習(xí)過(guò)用單片機(jī)I/O實(shí)現(xiàn)的方法，這部分可以直接介紹采用集成芯片的方法實(shí)現(xiàn)；智能儀表的常用測(cè)量與控制算法，學(xué)生在“自動(dòng)控制原理”“計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)”課程上已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)測(cè)量和控制算法原理，這部分可以只介紹如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)過(guò)這樣教改之后，可以將原有的課堂教學(xué)內(nèi)容壓縮到20學(xué)時(shí)左右，剩下的學(xué)時(shí)可以用來(lái)進(jìn)行智能設(shè)計(jì)實(shí)例的教學(xué)。通過(guò)實(shí)例的講解能讓學(xué)生將掌握智能化測(cè)量控制儀表的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使所有的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)在一起，學(xué)生學(xué)到的不再是一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)，而是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

2.2教學(xué)方法的改革

以往的教學(xué)課堂上，教師講授的方法是先講接口芯片原理，再講硬件連接，最后講軟件程序，學(xué)生只能被動(dòng)接受，教學(xué)效果較差。如果能讓每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都變成一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，并讓學(xué)生全程參與設(shè)計(jì)，則能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高課堂教學(xué)效果。

智能儀表每一部分功能的實(shí)現(xiàn)都要使用單片機(jī)和一些外圍接口芯片，完成硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序編寫(xiě)。由于單片機(jī)自身的特點(diǎn)，在教學(xué)中很難體現(xiàn)單片機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程，尤其是一些硬件的操作，比如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、I/O端口等，僅通過(guò)講解效果不好。Labcenter公司開(kāi)發(fā)的Proteus軟件則可以解決這一問(wèn)題，利用虛擬仿真方式，在計(jì)算機(jī)上完成硬件電路繪制，直接在原理圖上運(yùn)行單片機(jī)程序，配合各種虛擬設(shè)備來(lái)展示運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程，并對(duì)設(shè)計(jì)的電路和程序進(jìn)行效果評(píng)估，驗(yàn)證是否達(dá)到儀表的設(shè)計(jì)要求，過(guò)程全部在PPT上顯示給學(xué)生觀看，使設(shè)計(jì)過(guò)程十分直觀。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，教師可以讓學(xué)生參與修改電路及程序，觀看修改后運(yùn)行參數(shù)的變化，解決了教學(xué)中課堂講解與實(shí)踐無(wú)法結(jié)合的難題[7]。例如，在課堂上講述波形發(fā)生器時(shí)，如果能利用Proteus軟件分析系統(tǒng)的硬件電路和程序，然后運(yùn)行軟件，用虛擬波形發(fā)生器分析波形，并通過(guò)修改程序改變波形轉(zhuǎn)態(tài)，則能使學(xué)生熟練掌握波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

2.3課外教學(xué)資源的利用

充分利用課外教學(xué)資源可以更好地提升教學(xué)效果。

1)充分利用校企合作實(shí)踐課程增加學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)。雖然本課程沒(méi)有實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，但自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了校企合作實(shí)踐課程，如“專(zhuān)業(yè)課企業(yè)實(shí)踐教學(xué)” “企業(yè)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐”等。該措施可以讓學(xué)生在企業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)中學(xué)習(xí)與智能儀表相關(guān)的設(shè)計(jì)與制作。校企合作實(shí)踐課程不但能提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，而且能豐富企業(yè)實(shí)踐課程的內(nèi)容，互相促進(jìn)。此外，企業(yè)設(shè)計(jì)與加工完全以產(chǎn)品化要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，相比于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐環(huán)節(jié)，更符合工程技術(shù)人員培養(yǎng)要求。

2)充分利用學(xué)科競(jìng)賽培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)能力。國(guó)家A類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽之一，它包括“儀器儀表類(lèi)”賽題，題目綜合性強(qiáng)，對(duì)實(shí)踐動(dòng)手能力要求高，和本課程的儀表設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)極為貼近。教師如果能在組織學(xué)生參加競(jìng)賽和競(jìng)賽培訓(xùn)環(huán)節(jié)中將本課程的內(nèi)容穿插其中，則能提高學(xué)生對(duì)本課程的掌握程度，并能提升競(jìng)賽水平。從歷屆參加競(jìng)賽的情況來(lái)看，無(wú)論是否得獎(jiǎng)，學(xué)生對(duì)儀表設(shè)計(jì)的理解能力都比未參加競(jìng)賽及培訓(xùn)的學(xué)生明顯要好。因此，學(xué)校應(yīng)該加大競(jìng)賽投入，鼓勵(lì)更多的學(xué)生參加競(jìng)賽，提高學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力。

3)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源拓展學(xué)生課外學(xué)習(xí)。為了強(qiáng)化課程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，學(xué)校引進(jìn)了目前國(guó)內(nèi)最優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)軟件Blackboard網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，Blackboard網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是目前全球市場(chǎng)上唯一支持百萬(wàn)級(jí)用戶的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。全球有將近4 000所大學(xué)及教育機(jī)構(gòu)使用Blackboard平臺(tái)產(chǎn)品。將由于受課堂時(shí)間、空間等原因所限而無(wú)法展開(kāi)講授的內(nèi)容放入網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生可以借助該平臺(tái)在課外時(shí)間繼續(xù)學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)課堂講授的不足，此舉也為其他專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)提供了思路[8]。

3　結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“智能儀表”課程的教學(xué)改革實(shí)踐證明，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和自主性，培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力，不僅使學(xué)生能掌握儀表設(shè)計(jì)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，而且提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，更重要的是使學(xué)生能主動(dòng)地想要去學(xué)習(xí)，想要去解決問(wèn)題，從根本上解決以前單純灌輸式教學(xué)手段的弊端，在課程學(xué)習(xí)的過(guò)程中提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)合格的工程技術(shù)人員，實(shí)現(xiàn)學(xué)校建設(shè)高水平應(yīng)用型本科大學(xué)的目標(biāo)。

[1]周愛(ài)東,周政,李磊，等.化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中智能儀表教學(xué)改革的探索實(shí)踐[J].化工高等教育,2015 (6):60-63.

[2]劉瑞.高職《智能儀表技術(shù)》課程項(xiàng)目化教學(xué)改革的探索[J].職業(yè)技術(shù),2015,15(2):36-38.

[3]周哲民.基于工程項(xiàng)目的智能儀表實(shí)踐教學(xué)探索[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2011(9):76-78.

[4]王琪,朱光衡.《智能儀表》課程教學(xué)模式的研究與探索[J].中小企業(yè)管理與科技,2010(4):140.

[5]肖雋亞,張聚偉,付主木,等.智能儀表課程教學(xué)研究與探索[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2010(21):113-114.

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[7]徐愛(ài)鈞,徐陽(yáng).智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì)[M].3版.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2012.

[8]許珂,宋秀珍.基于Blackboard平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)探析[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào),2016,29(1):93-96.

責(zé)任編輯：陳亮

Research and Practice on Teaching Innovation of ″Intelligent Instruments″ Course for Automation Majors

According to the requirements of cultivating application-oriented talents for automation majors,problems in traditional teaching of intelligent instruments course were discussed,which is an optional course for senior students,and a series of teaching innovation measures were proposed.Improvements were made in teaching content,teaching method and extracurricular teaching resource utilization.It was proved that students′ practical engineering ability was improved with a better teaching effect.

automation majors;intelligent instruments;teaching innovation

10.3969/j.issn.1671-0436.2016.04.019

2016- 06- 06

常州工學(xué)院課程建設(shè)項(xiàng)目(A3-4401-14-091)

廉春原(1984—)，男，碩士，講師。

G642

B

1671- 0436(2016)04- 0087- 03