測控專業(yè)“綜合課程設(shè)計(jì)”課程建設(shè)

陳松 趙汝海 龔雪

摘? 要：測控技術(shù)與儀器專業(yè)是一門實(shí)踐性強(qiáng)的綜合性學(xué)科。測控綜合課程設(shè)計(jì)要培養(yǎng)學(xué)生對多個(gè)學(xué)科、多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)的掌握和運(yùn)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力，該課程以大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目為載體，需要教師從科研項(xiàng)目、產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目中凝練思路，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，以大學(xué)生實(shí)際掌握的技術(shù)和技能為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)學(xué)生表現(xiàn)和實(shí)際得分計(jì)算達(dá)成情況的綜合評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：測控技術(shù)與儀器專業(yè);綜合課程設(shè)計(jì);教學(xué)改革;實(shí)踐能力

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1673-7164（2022）14-0038-04

測控技術(shù)與儀器是一門綜合性學(xué)科，在設(shè)備檢測、環(huán)境檢測、工業(yè)系統(tǒng)、機(jī)械故障診斷中廣泛應(yīng)用。測控專業(yè)具有實(shí)踐性、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，該專業(yè)要求學(xué)生不僅需要具備扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)以及廣博的學(xué)科知識(shí)，還要具有較強(qiáng)的綜合能力。

測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程設(shè)計(jì)包含多門課程，但這些課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容只針對單門課程，無法考核學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。有的課程內(nèi)容過于簡單陳舊，不能體現(xiàn)當(dāng)前行業(yè)需求，因此需要根據(jù)測控實(shí)踐性和綜合性特點(diǎn)，開設(shè)綜合課程設(shè)計(jì)課程[1]，測控綜合課程設(shè)計(jì)建設(shè)內(nèi)容見圖1。

一、科學(xué)設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)的課程目標(biāo)

綜合課程設(shè)計(jì)課程的基本教學(xué)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提升，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)精神，使學(xué)生通過綜合課程設(shè)計(jì)具備合格工程師的綜合素質(zhì)。高校在修訂人才培養(yǎng)方案時(shí)，應(yīng)通過課程組開會(huì)研討，確定綜合課程設(shè)計(jì)的課程目標(biāo)和內(nèi)容。在電子課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生已掌握電路原理圖的繪制、PCB板的繪制、電路接線方法。在傳感器課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生已掌握傳感器本體的設(shè)計(jì)方法、測量電路的設(shè)計(jì)方法。在虛擬儀器課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生已掌握將檢測參數(shù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析的方法。在綜合課程設(shè)計(jì)中要應(yīng)用到以往課程設(shè)計(jì)中所用到的知識(shí)和技術(shù)，包括傳感器和測量電路的設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和上位機(jī)的設(shè)計(jì)等。學(xué)生通過綜合課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到以下課程目標(biāo)：

（一）基礎(chǔ)知識(shí)類目標(biāo)

學(xué)生能夠運(yùn)用電路原理、檢測技術(shù)、誤差理論與數(shù)據(jù)處理、嵌入式系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)，通過方案比較等環(huán)節(jié)，初步掌握綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)的方法。

（二）分析和計(jì)算類目標(biāo)

學(xué)生能夠根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求進(jìn)行文獻(xiàn)資料的查閱、分析與論證，完成方案設(shè)計(jì)并通過分析實(shí)際系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)參數(shù)。能夠掌握仿真軟件或開發(fā)平臺(tái)的使用方法。針對測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)的特定需求，給出可行的設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)學(xué)生分析工程問題的能力。

（三）設(shè)計(jì)和創(chuàng)新類目標(biāo)

學(xué)生能夠針對測控系統(tǒng)具體工程問題或研究對象，設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案、繪制系統(tǒng)原理圖，并編寫程序， 培養(yǎng)學(xué)生的綜合開發(fā)與調(diào)試能力。在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)能力。

（四）文字表達(dá)類目標(biāo)

學(xué)生能夠?qū)Y(jié)果進(jìn)行分析，能夠通過口頭和撰寫報(bào)告形式表達(dá)自己的想法，完成設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯，能就測控系統(tǒng)中的復(fù)雜問題進(jìn)行有效溝通。

二、綜合課程設(shè)計(jì)課程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的途徑

根據(jù)綜合課程設(shè)計(jì)課程目標(biāo)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)途徑和教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的途徑如圖2所示。

（一）基礎(chǔ)知識(shí)類目標(biāo)實(shí)現(xiàn)途徑

教師應(yīng)通過課堂講授、課堂互動(dòng)、課程練習(xí)等環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠鞏固并掌握電路分析、檢測技術(shù)、誤差理論與數(shù)據(jù)處理、嵌入式系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)，能夠掌握測控元器件的基本特性、測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理等基礎(chǔ)知識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生對具體對象建立模型并求解，分析測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。教師現(xiàn)場檢查，可檢查不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，并根據(jù)學(xué)生水平有針對性地指導(dǎo)。

（二）分析和計(jì)算類目標(biāo)實(shí)現(xiàn)途徑

教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課題設(shè)計(jì)分析實(shí)際系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)參數(shù)，進(jìn)行文獻(xiàn)資料的查閱、分析與論證，給出設(shè)計(jì)依據(jù)，以此培養(yǎng)學(xué)生工程問題分析的能力，指導(dǎo)學(xué)生針對測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)的特定需求，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出可行的設(shè)計(jì)方案，列出具體的設(shè)計(jì)步驟。

（三）設(shè)計(jì)和創(chuàng)新類目標(biāo)實(shí)現(xiàn)途徑

針對測控系統(tǒng)具體工程問題或研究對象，設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案并繪制系統(tǒng)原理圖，編寫程序，培養(yǎng)學(xué)生分析工程問題的能力。啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，并討論交流，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。使學(xué)生能夠針對測控系統(tǒng)與儀器領(lǐng)域具體工程問題或研究對象，開發(fā)滿足特定需求的現(xiàn)代工具，分析和解決相關(guān)問題，并分析其局限性。通過動(dòng)手實(shí)踐，使學(xué)生具有測控專業(yè)軟件的操作能力，培養(yǎng)學(xué)生掌握測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的方法和技術(shù)。通過掌握仿真軟件或開發(fā)平臺(tái)的使用方法，并對結(jié)果進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生的綜合開發(fā)與調(diào)試能力。

（四）文字表達(dá)類目標(biāo)實(shí)現(xiàn)途徑

指導(dǎo)學(xué)生撰寫設(shè)計(jì)方案，總結(jié)出合理有效的結(jié)論，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，要求學(xué)生按照統(tǒng)一模板撰寫報(bào)告，主要包括摘要、目錄、正文、參考文獻(xiàn)、個(gè)人體會(huì)、附錄圖紙、附錄程序等，培養(yǎng)學(xué)生的報(bào)告撰寫能力。在中期檢查和答辯檢查環(huán)節(jié)要求學(xué)生答辯，通過現(xiàn)場匯報(bào)、演示、回答教師問題，鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力、陳述能力，測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟的梳理能力，能夠通過口頭和撰寫報(bào)告形式表達(dá)自己的想法，能就測控系統(tǒng)復(fù)雜問題進(jìn)行有效溝通。能夠理解個(gè)人與團(tuán)隊(duì)的關(guān)系，可在團(tuán)隊(duì)中獨(dú)立或合作開展工作，并具備組織、協(xié)調(diào)和指揮團(tuán)隊(duì)開展工作的能力。

三、綜合課程設(shè)計(jì)內(nèi)容以科研訓(xùn)練項(xiàng)目為載體

將科研項(xiàng)目、創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、校企合作項(xiàng)目拆分組合，設(shè)計(jì)科研訓(xùn)練計(jì)劃選題。項(xiàng)目選題的知識(shí)點(diǎn)涵蓋機(jī)械、電子、嵌入式、程序設(shè)計(jì)。改革設(shè)計(jì)內(nèi)容可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣和學(xué)習(xí)積極性。當(dāng)前綜合課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，和測控應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)，包括建筑設(shè)備檢測、建筑環(huán)境檢測、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷、數(shù)控系統(tǒng)故障診斷、建筑設(shè)備故障診斷、工程機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)等[2]。部分選題內(nèi)容如下：

（一）建筑設(shè)備檢測系統(tǒng)選題

分析空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，需要對各個(gè)裝置的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測量和分析。為測量機(jī)組進(jìn)出水的流量和水泵流量，可以使用霍爾元件或超聲波傳感器。為測量機(jī)組進(jìn)出水的壓力、經(jīng)過各個(gè)水泵的流體壓力，可以使用電阻應(yīng)變式傳感器。測量機(jī)組進(jìn)出水的溫度、地埋管進(jìn)出水的溫度、經(jīng)過各個(gè)水泵的水溫度，可以使用電阻式溫度傳感器。各負(fù)載回路的電流和電壓，輸入電能測量芯片，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和積分計(jì)算，得到電功率，然后轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，用于測量電能。檢測并聯(lián)水泵運(yùn)行參數(shù)，具體包括并聯(lián)水泵的流量、壓力、電機(jī)轉(zhuǎn)速和電能。繪制不同轉(zhuǎn)速條件下壓力-流量曲線圖，分析水泵運(yùn)行規(guī)律。

（二）建筑環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)選題

環(huán)境傳感器采集數(shù)據(jù)，通過總線匯總到中集器，然后由中集器通過4G模塊發(fā)送到服務(wù)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，由物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)送控制信號(hào)，通過無線傳輸?shù)姆绞?，發(fā)送給中集器，然后把控制信號(hào)發(fā)給執(zhí)行裝置，執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作，調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)。

（三）機(jī)器人控制系統(tǒng)選題

已知機(jī)器人的起點(diǎn)和目標(biāo)位置，由視頻模塊、雷達(dá)、超聲波傳感器檢測機(jī)器人位置信息，進(jìn)行室內(nèi)定位，通過電機(jī)控制機(jī)器人行走，利用路徑規(guī)劃算法確定最佳路線[3]。

（四）機(jī)械故障診斷系統(tǒng)選題

對旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)的軸、軸承、電機(jī)等故障進(jìn)行故障診斷。利用加速度傳感器檢測垂直和水平方向的振動(dòng)信號(hào)，利用位置傳感器檢測軸心軌跡;利用數(shù)字信號(hào)處理的知識(shí)和智能算法判斷故障類型。

四、綜合課程設(shè)計(jì)考核與評(píng)價(jià)

（一）考核方式及其合理性

每學(xué)年進(jìn)行課程目標(biāo)與考核方式的合理性評(píng)價(jià)?？己诵问桨ㄕn堂互動(dòng)和出勤、中期檢查、答辯、設(shè)計(jì)報(bào)告等，考核形式合理、全面，能考核學(xué)生獲取指標(biāo)點(diǎn)所列能力[4]。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1至表4所示。

考核主要基于出勤與課程練習(xí)、中期檢查、最終答辯和報(bào)告給出成績?，F(xiàn)場指導(dǎo)和檢查的方法可以檢查不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。課堂練習(xí)和互動(dòng)使用學(xué)習(xí)通軟件實(shí)現(xiàn)全覆蓋，每個(gè)學(xué)生都參與考核。中期檢查對學(xué)生的方案設(shè)計(jì)、機(jī)械圖或電路圖的繪制、程序進(jìn)行檢查與評(píng)價(jià)，可以提醒、督促進(jìn)展緩慢的學(xué)生糾正明顯的錯(cuò)誤。最終答辯綜合考核學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力、對系統(tǒng)的熟悉程度、設(shè)計(jì)能力、思考創(chuàng)新能力和語言表達(dá)能力。設(shè)計(jì)報(bào)告能考核學(xué)生撰寫、分析和總結(jié)的能力。通過課程設(shè)計(jì)答辯中的設(shè)計(jì)方案敘述、設(shè)計(jì)報(bào)告中的實(shí)驗(yàn)步驟，考核學(xué)生選擇合適的研究路線并制訂設(shè)計(jì)方案的能力。課程考核方法能獨(dú)立判斷每項(xiàng)課程目標(biāo)的達(dá)成情況[5]。

課堂練習(xí)題目、答辯題目都分為三類，分別考核學(xué)生對測控系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算分析、設(shè)計(jì)方法的掌握。課堂練習(xí)題目和答辯題目需符合標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化的要求。

（二）目標(biāo)達(dá)成值分析與評(píng)價(jià)

教學(xué)評(píng)價(jià)是以課程目標(biāo)為依據(jù)，運(yùn)用有效的技術(shù)手段，對教學(xué)過程及結(jié)果進(jìn)行測量，并給予價(jià)值判斷的過程。對教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以了解教學(xué)各方面的情況，判斷教學(xué)質(zhì)量和水平、成效和不足。全面客觀的評(píng)價(jià)可以了解課程教學(xué)在多大程度上實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，反映出教師的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。教師和學(xué)生可以根據(jù)反饋信息，調(diào)整教學(xué)行為，從而有效達(dá)到課程目標(biāo)[6-7]。

根據(jù)四種考核方式得出的分?jǐn)?shù)，計(jì)算教學(xué)目標(biāo)達(dá)成值。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成值，計(jì)算畢業(yè)指標(biāo)達(dá)成度，這是直接評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。直接評(píng)價(jià)分值如果大于設(shè)置閾值，說明學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)、掌握知識(shí)和技術(shù)的情況良好;如果小于設(shè)置閾值，說明學(xué)生學(xué)習(xí)情況不好，需要改進(jìn)教學(xué)方法和效果。

五、結(jié)論

測控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合課程需要科學(xué)設(shè)計(jì)課程目標(biāo)，根據(jù)綜合課程設(shè)計(jì)課程目標(biāo)探尋教學(xué)途徑和教學(xué)方法，將科研項(xiàng)目、創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、校企合作項(xiàng)目拆分組合，設(shè)計(jì)科研訓(xùn)練計(jì)劃選題，以大學(xué)生實(shí)際掌握的技術(shù)和技能為考核和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張鵬，習(xí)道政，董婭凡，等. 測控技術(shù)與儀器專業(yè)“創(chuàng)新設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，34（02）：170-173.

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（薦稿人：陳磊，徐州工程學(xué)院副教授）

基金項(xiàng)目：安徽省教學(xué)研究項(xiàng)目“新工科建設(shè)中測控專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)線上線下混合式教學(xué)模式研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2020 jyxm0333）;安徽省課程思政示范課程“建筑環(huán)境檢測”（項(xiàng)目編號(hào)：2020szsfkc0302）;安徽建筑大學(xué)本科教學(xué)工程建設(shè)專項(xiàng)基金-教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目“具有設(shè)備故障診斷特色的測控教學(xué)團(tuán)隊(duì)”（項(xiàng)目編號(hào)：zxjjxm014）。

作者簡介：陳松（1986—），男，博士，安徽建筑大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)闇y控技術(shù);趙汝海（1979—），男，碩士，安徽建筑大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)闇y控技術(shù);龔雪（1983—），女，碩士，安徽建筑大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)闇y控技術(shù)。