基于教學與科研結合的“精密儀器設計”課程教學改革

李艷 張運九

摘? ?要：“精密儀器”設計是測控技術與儀器專業(yè)的核心課程。它的教學質量和教學效果直接影響著學生理論知識的學習和科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。根據現階段對測控技術人才的需求，立足于學科研究和教師科研成果的進步，以培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新能力為指導。根據教學與科研的有效結合，在課程內容、課程資源、教學方法等方面，在課程教學改革實踐中取得了良好的效果。

關鍵詞：精密儀器? 教學? 科研? 改革

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（a）-0195-02

“精密儀器”設計課程是測控技術與儀器專業(yè)本科專業(yè)的核心課程。這是一門綜合性、理論性、技術性和實踐性的課程。本課程將基礎理論與工程實踐相結合，對學生進行專業(yè)基礎訓練，培養(yǎng)學生解決工程問題的實踐能力、能力和創(chuàng)新能力。與傳統的課堂教學活動相比，該課程的教學存在以下困難：1）精密儀器是一種發(fā)展迅速的現代科學儀器系統，自動化、智能化和現代化應用正在迅速更新。教科書本身的教學社會限制了學生的學習視野，影響了課程的教學效果。2）精密儀器設計是一門相互交叉、相互滲透的學科，涉及到現代微制造技術（光、機、電）、納米技術、計算機技術、仿生原理、新材料等高新技術，為對精密儀器的設計提出了新的研究課題。這門課有很多內容，涉及到對許多抽象概念的理解。學生在學習過程中，一般只依靠教材的理論解釋而難以理解。

在校2016版培訓方案和教學大綱的過程中，針對測控專業(yè)的畢業(yè)要求，解決了“精密儀器設計”課程教學中存在的不足，在教學中引入前沿、創(chuàng)新、交叉的科研項目，進行課程教學改革，實現以書本為中心的教學向以科研為中心的教學轉變。以課堂教學為中心，以科研項目探索為中心。學生在科研項目探究過程中掌握專業(yè)知識，培養(yǎng)獨立思維，解決實際問題。

1? 課程整體設計

1.1 課程定位與培養(yǎng)目標

本課程是測控技術與儀器等核心專業(yè)的必修課。它在學習光學、機械結構等基礎理論知識方面起著不可或缺的實際作用。它對培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，培養(yǎng)和培養(yǎng)高素質的人才具有重要作用。

隨著科學技術的進步，特別是微電子技術、航空航天工業(yè)、材料科學、生物工程等的發(fā)展，精密儀器進入了亞微米、納米水平的新時代，為精密儀器提供了廣泛的研究領域。為了適應科技發(fā)展的需要，跟上世界科技進步的步伐，提高我國精密儀器的水平。本課程旨在使學生掌握光學和機電計算機技術相結合的精密儀器總體設計的基本理論，從設計任務中學習如何實施總體設計方法，并具有一定的精確設計能力。為儀器行業(yè)培養(yǎng)堅實的理論基礎和較強的獨立工作能力，為創(chuàng)新型儀器專業(yè)人員的探索、改革和豐富服務。

1.2 課程內容框架的建立

“精密儀器設計”課程的教學內容由精密儀器設計簡介、精密儀器設計方法和精密儀器設計實例三部分組成。

在“精密儀器設計概論”部分，重點闡述了儀器學科的重要性，以及儀器學科在中國和世界上的發(fā)展水平和發(fā)展趨勢。本文介紹了儀器儀表的組成、設計和工作原理。

在精密儀器設計方法部分，根據儀器的組成依次介紹了設計方法。儀器精度設計與分析是精密儀器與精密機械設備的核心技術指標。精密機械系統是實現精密儀器高精度的基礎，特別是當代科學技術的發(fā)展已經進入納米時代，這對儀器的功能和精度提出了更高的要求。因此，機械系統的設計和制造應引起高度重視。光電傳感為精密儀器的檢測和分析提供了數據源，直接影響著儀器的功能和性能。光學系統在現代儀器尤其是光學儀器中發(fā)揮著越來越重要的作用。微位移技術是實現亞微米和納米級精密儀器精度的關鍵技術。

2? 課程教學改革

本課程針對“精密儀器設計”課程，闡述了精度概念、精度評價方法、誤差來源、分析方法等基本概念，誤差綜合和動態(tài)精度、影響系統精度和性能的因素及提高精度的措施、常用的傳感系統檢測方法、系統組成和抗干擾技術、各種微位移器件的原理、特點和應用、高精度光柵和激光干涉定位系統的設計和特點等。在理論分析和解釋中，抽象的定義、客觀的抽象和物理意義的抽象使學生無法理解實際工程應用。為了加強精密儀器設計課程理論知識與工程實踐的聯系，提高學生的理論與實踐相結合的能力，為了讓學生們都知道它是什么以及它的原因，老師可以在基本概念的教學中做以下的改變：1）在談論一個特定的概念之前，給學生看一個與這個概念相關的工程樣本或視頻。讓學生真正看到具體的樣本，真正感受到這個概念在實際項目中的存在。2）當談到一個特定的概念時，必須清楚地描述這個概念的物理意義。只有使學生真正理解這一概念的物理意義，才能使學生在實際工程中掌握和靈活運用這一概念。

根據精密儀器設計課程的特點，它是一門以設計為基礎的專業(yè)課程，其目的是使學生能夠應用基本的理論知識，掌握光學、機械和計算機計算相結合的現代儀器設計理論和方法。培養(yǎng)學生自主設計和學習現代精密儀器和微納米系統的能力。精密儀器的總體設計是一項戰(zhàn)略性工作，其優(yōu)缺點直接影響到精密儀器的性能和使用，因此在總體設計中，設計者應有創(chuàng)新的思想，充分利用科學的原理和設計理論。這樣的整體設計能力對于一名初級樂器設計本科來說，設計過程一般都會遵循書中介紹的步驟，自然設計就會僵化，這個過程也會更加困難。教師在講授儀器設計過程中可做如下改革：1）給學生介紹幾個實用的儀器設計實例，最好是老師參與的科研實例，以便在介紹設計錯誤時有更多的資料和經驗。課后，學生可以參觀自己的科研實驗室，介紹與科研實驗室和精密儀器設計課程相關的研究內容，幫助學生更好地理解課堂內容。此外，學生還可以訪問科研實驗室設計真實的感官儀器步驟和設計過程中的一些操作。2）以儀器設計為例，結合教師的科研項目，學生可以離開或選擇為學生做實用設計。學生可以依靠科研實驗室實踐自己的設計內容，并在實踐中體驗設計理論和經驗。3）有必要將國內外最新研究成果引入課堂理論教學，以促進科研教學。學生還可以通過學習和參與相關教師的科研項目，了解相關研究領域的最新進展，這樣我們就可以了解科學儀器和技術發(fā)展的最先進趨勢，并逐步了解和認識科學儀器的歷史和發(fā)展以及最新的研究趨勢。

3? 結語

在教學與科研相結合的指導下，測控技術與儀器專業(yè)“精密儀器設計”課程的教學改革取得了一定的成效。首先，改進傳統的培養(yǎng)目標和教學模式，以滿足研究生培訓的測控專業(yè)認證要求。第二，教學與科研相結合可以激發(fā)學生的學習興趣和自主學習能力，課程的教學質量和學生的創(chuàng)新能力提高了學生的實踐能力、問題分析能力和團隊合作能力。最后，教學與科研的有機結合，極大地豐富了課程教學資源，包括教學案例、多媒體教學課件、實用案例項目等。

參考文獻

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