“測控系統(tǒng)原理與設(shè)計”課程研討型教學模式改革

張宏杰+李雅峰+張建業(yè)+李大鵬

摘要：“測控系統(tǒng)原理與設(shè)計”課程是高校測控技術(shù)與儀器專業(yè)重要的綜合性、應(yīng)用型專業(yè)主干課程之一，本文在分析該課程理論與實踐教學環(huán)節(jié)中存在的不足基礎(chǔ)上，提出了一種學科競賽與創(chuàng)新項目聯(lián)合推動的研討型教學模式改革思路，并且詳細介紹了教改實施過程采用的具體措施、方法。

關(guān)鍵詞：測控技術(shù)與儀器；測控系統(tǒng)原理與設(shè)計；研討型教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0084-02

一、前言

“測控系統(tǒng)原理與設(shè)計”課程是高校測控技術(shù)儀器專業(yè)最重要的綜合性課程之一，對于幫助學生建立工業(yè)測控系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的必要知識架構(gòu)、增強理論聯(lián)系實際的能力有重要意義。因此在授課過程中，教師如何安排教學內(nèi)容，突出啟發(fā)性和創(chuàng)造性，充分調(diào)動學生的主觀能動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，是非常值得研究的課題。本文細致分析了“測控系統(tǒng)原理與設(shè)計”課程教學環(huán)節(jié)中存在的問題，探討了一種學科競賽與創(chuàng)新項目聯(lián)合推動的研討型教學模式。

二、課程授課現(xiàn)狀分析

為了促進“測控系統(tǒng)原理與設(shè)計”課程的建設(shè)和發(fā)展，筆者細致剖析了該課程建設(shè)中存在的不足，主要表現(xiàn)在如下方面：

1.“測控系統(tǒng)原理與設(shè)計”課程的教學內(nèi)容主要包括輸入輸出通道技術(shù)、單片機接口技術(shù)、測量數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)字PID控制技術(shù)、抗干擾技術(shù)等專題內(nèi)容，幾乎涵蓋了工業(yè)測控系統(tǒng)設(shè)計過程中所需的各種基礎(chǔ)知識。然而，具體到每一專題的教學內(nèi)容上，大多還是以傳統(tǒng)、經(jīng)典的設(shè)計理論知識為主，能彰顯時代背景的、先進的工業(yè)測控系統(tǒng)設(shè)計新理念、新技術(shù)、新方法并沒有很好地融入到教學內(nèi)容中，如先進單片機嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)、總線技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)測控技術(shù)、虛擬儀器等。

2.教學案例不能很好地為課堂教學內(nèi)容服務(wù)。由于課堂教學案例常以教材或相關(guān)教參中的傳統(tǒng)案例為，案例不貼近學生的實際生活和學習，導(dǎo)致學生對案例背景了解不充分，無法最大程度調(diào)動學習興趣。

3.課程的教學方式缺乏創(chuàng)新性和創(chuàng)造性。課堂教學形式較為單一，主要采用傳統(tǒng)的“講授”模式，限制了學生在教學環(huán)節(jié)中的參與性，一定程度上扼殺了學生的學習主動性，影響了學生對課程相關(guān)理論知識和應(yīng)用方法的深入理解。

為了進一步提高學校教學和人才培養(yǎng)水平，近幾年，天津工業(yè)大學對學生學科競賽、創(chuàng)新項目、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)非常重視，大力提倡并創(chuàng)造條件讓本科在校生參與到師生共建“數(shù)字化”教學資源建設(shè)中和教師的科研、創(chuàng)新項目中。為了進一步建設(shè)和發(fā)展“測控系統(tǒng)原理與設(shè)計”的課堂、試驗、實踐教學，在“鞏固基礎(chǔ)、強化特色、突出實踐、與時俱進”的原則基礎(chǔ)上，提出了一種學科競賽與創(chuàng)新項目聯(lián)合推動的研討型教學模式。

三、研討型教學模式的實施

研討型教學模式的實施核心環(huán)節(jié)在于“研討”的開展，需要做好兩方面的工作，其一是授課內(nèi)容和研討案例的選擇；其二是課堂、試驗、實踐教學環(huán)節(jié)研討型教學內(nèi)容的設(shè)計。教學內(nèi)容的安排上要有主動的傾向性，特別突出工業(yè)測控系統(tǒng)設(shè)計中出現(xiàn)的新的設(shè)計理念、理論和方法。教學案例是綜合性、設(shè)計型課程課堂教學的重要支撐，此次課程教學改革在案例的選擇考慮以下幾個原則：（1）案例要貼近學生的實際生活和學習，同時還要保證為測控系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢、新的技術(shù)等服務(wù)，這樣學生才能更容易了解案例的背景知識，才能對課程內(nèi)容產(chǎn)生濃厚興趣。（2）案例涉及的設(shè)計理論與方法要與課程教學大綱、內(nèi)容緊密相關(guān)。（3）案例應(yīng)具有很好的綜合性和完整性，包含從設(shè)計方案論證、技術(shù)路線選擇到具體設(shè)計實施、試驗測試，這樣的案例才能更好地銜接課程中各章節(jié)的知識。（4）案例涉及內(nèi)容應(yīng)充分考慮學生的知識背景和能力，避免過于前沿而增加學生學習、理解難度?；谏鲜隹紤]，案例主要在專業(yè)學生學科競賽、優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計和學生參與專業(yè)教師科研項目中選擇，因為這些案例大多來自于學生實際學習和生活，學生比較了解和熟悉，同時案例又具備很好的完整性和綜合性，符合課程案例選擇的要求。案例選擇確定后，課程組教師和專業(yè)優(yōu)秀學生代表一起將案例的詳細方案、實施環(huán)節(jié)、設(shè)計文件、樣機制作等細致整理。在課程講授過程中，為了最大限度地調(diào)動學生的參與積極性，教師并不需要負責課堂教學內(nèi)容的所有知識細節(jié)，而是采用一種“引導(dǎo)式”、“研討型”的教學方式，引導(dǎo)學生作為案例的設(shè)計者進行必要的知識學習，而教師則著重介紹重要的理論知識細節(jié)，著眼于理論聯(lián)系實際過程的重點環(huán)節(jié)、難點環(huán)節(jié)，真正鍛煉學生自主分析問題、解決問題的能力。基于上述分析，在課程教學中開展了以下工作：

1.針對課程大綱所要求的講授內(nèi)容，整理近幾年測控專業(yè)學生在學科競賽、畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計中有關(guān)測控電路、單片機嵌入式測控系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)測控系統(tǒng)設(shè)計中取得的成果，提煉出適合于課程每個專題的課堂教學、實踐教學案例，確保案例與相應(yīng)專題的重點、難點、實際應(yīng)用的知識點結(jié)合緊密，完成了每個案例相關(guān)設(shè)計文檔及課程的電子課件、講義等工作。

2.組織系室教師和專業(yè)優(yōu)秀學生代表組成課程建設(shè)團隊，基于Proteus、Multisim、LabVIEW等平臺制作測控系統(tǒng)原理與設(shè)計課程學習仿真案例庫，并且重點制作了一些用于課堂和實驗實踐教學的樣機，如基于AVR單片機的數(shù)控機床主軸溫升監(jiān)測系統(tǒng)、基于ARM單片機的便攜式脈搏測量儀、智能魚缸、語音臺燈、基于無線物聯(lián)網(wǎng)的智能零件存儲柜、基于Arduino系統(tǒng)的玩具氣墊船控制系統(tǒng)等。

3.利用實驗室新購置的CDAQ、PXI、myRIO等高性能數(shù)據(jù)采集與過程控制設(shè)備平臺，結(jié)合教師在虛擬儀器工業(yè)測控系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)項目中的科研成果，提煉出適合于課堂教學和實踐教學案例，并且基于LabVIEW虛擬儀器平臺設(shè)計幾款工業(yè)過程信號采集、分析、處理與過程控制軟件，完成了相關(guān)教學文檔資料、課件等的設(shè)計制作。

4.授課環(huán)節(jié)采用了“引導(dǎo)式”、“研討型”的授課模式，授課教師針對課程的每個專題內(nèi)容，以解決所選案例的某個或某些問題作為出發(fā)點，逐漸引導(dǎo)和啟發(fā)學生深入了解每個專題的重點、難點知識和應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題；而學生則成為案例設(shè)計工作的發(fā)起者或參與者，組成若干設(shè)計團隊，通過研討針對設(shè)計問題，明確技術(shù)路線和需要學習并掌握的理論、知識，并且利用課后時間或?qū)嶒瀸嵺`課堂驗證團隊的設(shè)計方案，通過實踐幫助學生建立測控系統(tǒng)設(shè)計的知識架構(gòu)，增強了理論聯(lián)系實際的能力。

以上提出的以學科競賽與創(chuàng)新項目聯(lián)合推動的“測控系統(tǒng)原理與設(shè)計”課程研討型教學改革在實際開展過程中，取得了不錯的教學效果，學生利用所學知識解決實際問題的能力有所提高，在新的學科競賽和創(chuàng)新設(shè)計中取得了不錯的成績。然而，課程的建設(shè)和發(fā)展是一個系統(tǒng)性、持續(xù)性的工程，需要不斷大膽創(chuàng)新、并且充分考慮學生的實際訴求，課程的建設(shè)才能不斷進步。

參考文獻：

[1]劉志剛.CDIO工程教學模式下的測控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合課程設(shè)計研究[J].教育教學論壇，2014，（23）：96-97.

[2]戴蓉，趙燕，胡劍，黃安貽.測控技術(shù)與儀器專業(yè)卓越工程師課程體系整體優(yōu)化研究[J].中國電力教育，2013，（28）：82-84.

[3]馮旭哲，陳建云，明德祥.測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生畢業(yè)設(shè)計研究與實踐[J].高等教育研究學報，2011，（34）：86-88.

[4]隋修武，李大鵬，劉薇，張宏杰，桑宏強.測控技術(shù)與儀器專業(yè)實驗教學體系研究[J].才智，2015，（34）：5-6.

[5]隋修武，李大鵬，張宏杰，李雅峰.基于“課程群建設(shè)”及“浸潤式實踐”的測控專業(yè)人才培養(yǎng)模式田[J].教育教學論壇，2013，（49）：140-141.