测控技术仪器专业导教学

摘 要：对测控技术及仪器专业课程门类多、注重复合能力培养等特征进行了分析,并就学生对专业理解缺乏,与高中学习不能很好衔接,以及面临更大竞争压力的特点入手,阐述了在新生阶段开展测控技术及仪器专业导论教学的必要性.指出目的在于初步建立起概念体系,了解专业的知识体系以及后续学习的科目及其衔接关系,明确知识用法,了解专业发展前景和毕业分配.详细介绍了课程教学内容以及在教案、教学形式和考核等方面的相关经验,指出课程开设对学生发展起到了明显的促进作用.

关 键 词：测试技术及仪器；导论；教学

作者简介：王平（1977-）,男,浙江杭州人,南京航空航天大学自动化学院,副教授.（江苏南京210096）

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）35-0119-02

一、在本科教学中开展本专业导论课程的必要性

测控技术与仪器专业是建立在精密机械、电子技术、光学、自动控制和计算机技术基础上,以工为主,多学科综合的专业,探讨各种精密测试和控制技术的新原理、新方法.开发激光、传感器、光电检测和计算机等新技术在精密测试仪器仪表中的应用,及以计算机技术为中心的面向机电运动、面向自动化生产的控制技术,使精密仪器仪表及测试和控制技术向高精度、动态、自动化、综合和多功能等机电一体化和信息化方向发展.因此,本专业本科教学具有鲜明的特点,包括：

1.课程门类较多,具有交叉学科特征

本专业的主要课程包括机械设计基础,电工电子学、微机原理与应用、自动控制、光学、测控电路、光电检测技术、传感器技术、智能仪器仪表设计、电路分析基础、电子技术基础、误差理论及应用、计算机程序设计、微型计算机原理与接口技术等,涵盖机械、电子、计算机等多门类的主干课程,课程信息量大.

2.注重复合能力的培养

本专业从培养人才方面来看,培养包括面向零件几何精度参数、机械量和热工过程参数的计量测试和控制技术,及仪器的应用和开发研究的高级工程技术人才,广泛适用于质量监督部门、机械、电气、汽车、造船、航空、航天、动力、冶金和石化等多方面产业和科研部门对人才的需求.因此,学生必须掌握机、电、计算机等多个领域的专业技能.

而本专业的学生入学情况则比较复杂,呈现如下几种特点：很多学生是在高考时报考的是通信、电子、自动化等其他热门专业,后经过调剂进入本专业学习,对本专业的特点缺乏认识,对于本专业课程多、跨学科能力培养的情况不太了解；存在与高中学习习惯的衔接问题,对大学学习的主动性不够；对于90后的新一代本科生而言,普遍对于社会具有一定程度的认识,面临较大的竞争压力,但是对于本专业的就业前景以及如何提高自身的就业能力还缺乏清晰的认识.

针对这种情况,在高等学科开展本专业的导论课程对刚入学的学生进行专业特点、课程体系的设置、就业情况等方面的介绍和学习引导是非常必要的.

二、课程的教学目标和难点

本课程的教学目的在于初步建立起概念体系,了解专业的知识体系以及后续学习的科目,明确课程之间的衔接关系,合理分配时间,明确学习目的、用法.此外,应使得学生了解专业的应用和发展过程、发展前景、毕业分配和可能职位.

本课程的教学难点在于,本科新生不具备本专业的基本知识,只能用大量的、实例、类比去定性解释基本概念以及课程体系结构,教学内容的深浅较难把握.同时,导论课的课时一般较少,通常在16学时左右,如何在短时间内让学生建立对专业的初步认识具有难度.

三、课程内容

本课程通过4部分进行讲授,主要包括：

1.基本概念

如测控技术、仪器仪表定义的介绍,包括什么是仪器仪表以及测控技术,并对现实生活中的仪器仪表分类举例,包括医疗、家电、工厂自动化、军事领域、航空仪表、宇航测控等应用的介绍；仪器的历史简介以及仪表的最基本功能组成部分,包括传感器、信号处理、转换、传输部分、信号显示、与人交互部分等；仪器仪表的分类,以及各部分功能的演变、评价指标等.

2.介绍传感器技术

包括其基本概念、分类、相关课程（如“传感器技术”）,以及性能指标（包括静态指标、动态指标等）.介绍信号调理,用图示方式介绍噪声概念,模拟信号放大、模拟信号滤波的作用,以及相关课程（如“模拟电子技术”）；介绍信号处理,包括频谱分析、滤波等应用简介以及实现平台,包括硬件平台、软件平台及工具简介；介绍相关课程如“数字信号处理”、单片机、DSP等相关技术；介绍可靠性设计,包括特定条件、特定时间、完成特定功能的含义；介绍一般可靠性设计方法,包括电源、信号调理、屏蔽、改善应用环境等方法；介绍通讯技术,简单介绍通信技术的基本概念.

3.课堂讨论

课堂讨论仪器仪表的设计方法,回顾仪器仪表的评价指标,并讨论选择如下功能模块的实现技术：包括传感器的类型、原理、使用环境、寿命、精度、厂家、成本、对后续处理的要求；处理部分采用什么结构,模拟电路部分设计、模数转换设计、数字电路部分设计主要芯片选择、处理结构和算法；仪器整体结构,包括PC虚拟仪器结构、独立仪器结构,以及显示方式、输入方式以及主要模块的选择；根据信息存储要求、存储手段、数据导出特征选择存储技术；并考虑可扩展技术,如多台仪器能否联网、如何协调工作、选用何种协议等问题.

4.总结

仪器仪表（检测技术）与别的学科的关系以及检测技术在工科体系中的地位,指明信息学科的最前端,使用最广泛,需求最迫切.

四、教学方法的运用

传统的教学方法手段单一,缺乏交流,尤其专业导论课程内容抽象,教学效果往往不理想.为了取得较好的教学效果,可以采用以下方法：

1.精心制作PPT教案由于教学内容是以专题形式组织,且尚缺少成型的教材,因此需要制作教案.采用文字、图像、声音、视频等多种媒体表现形式,以利于将背景知识及应用情况讲透.教学过程中利用大屏幕投影的优势,将一些需要教师在黑板上动态演示的过程作成FLASH动画,既可以在课堂上演示,也可以由学生在课后自己观摩.

在应用实例讲解中,对现实生活中的仪器仪表分类举例：医疗器械：例如心脏起博器、肠胃镜、X光、B超、核磁共振、检测监护仪器等,反映了检测技术造成医疗手段的进步；家电行业中空调、热水器、GPS定位导航系统技术进步造成消费者舒适度的提高；在工厂自动化中对温度、压力、转速的测量,以及生产需要的信息资料的获取等；在军事领域,包括对敌监控等直观、学生感兴趣的应用作为切入点介绍.在对传感器的定义介绍,举例包括：温度传感器,可以是双金属片：温度转换为机械变形；热电偶：温度转换为电压；数字传感器：温度转换为数字量等不同类型,但是功能相同.对信号处理、转换、传输部分的介绍,采用图表方式,表现各种信号处理、转换、传输举例：在信号显示、与人交互部分,用图举例,包括指针表盘、LCD显示、计算机屏幕等.在介绍评价指标时,以测温度为例举例,对于体温、环境温度、实验室精密生化反映温度控制、发电厂生产车间炉温监测等几种情况下需要的量程以及测试精度的对比.目的在于使仪器仪表抽象的知识形象化,便于学生理解.

2.教学形式上引入课堂讨论

组织学生就感兴趣的背景问题进行课堂讨论和辩论,讨论议题包括仪器仪表的应用、就业、学科在社会上的作用、前景等有争议的问题,以激发学生的学习兴趣和潜能,明确学习目的.

3.考核方式的选择

专业导论考核方式应采用能反映学生对专业认识掌握程度的一些方法,如采用课程论文、调研等形式,既可以避免死背书的弊端,又可以培养学生专业的兴趣.在这种考核方式下,学生不需要记忆枯燥的概念,而需要建立相应的知识体系.

五、教学效果

经过16课时的学习,大学一年级新生对于本专业的概念体系、知识体系和课程体系有了初步的了解和认识,并对后续学习的科目以及课程之间的衔接关系做了主动的调研,为今后四年的本科学习合理分配时间、明确学习目的打下了基础.此外,学生对专业的应用和发展过程、发展前景、毕业分配和可能职位均做了一定的了解.经过六年的教学经验证明,开设本课程对于学生的发展起到了明显的促进作用.