測控技術及儀器專業“綜合課程設計”實踐方案

李鵬　姚恩濤

摘要專業綜合課程設計是在本科高等工程教育教學中的一種實踐教學環節。測控技術及儀器專業是融合多學科內容的綜合性學科。本文結合專業教學規范，將“電阻應變式載荷傳感器”作為設計對象，從而把傳感器設計、加工、標定、信息采集處理、通信等一系列與本專業相關的內容囊括在一個題目下，使學生能夠盡可能地綜合運用所學知識。在具體實施上，引入了角色扮演的策略，使學生能夠在較短的時間內完成指定任務，并培養了他們的分工協作的能力。最后，通過具體實例給出了本實施方案的應用效果。

關鍵詞測控技術及儀器綜合課程設計實踐方案

專業綜合課程設計是在本科高等工程教育教學中的一種實踐教學環節，一般是在結束所有的本科教學環節并準備進入畢業設計之前的一種大型綜合教學環節，時間一般為4～5個教學周。因此，在該環節的具體教學設計中，要求使學生能夠在有限的時間內綜合利用所學的本專業基礎知識、現代設計方法和工具在規范的流程指導下解決和完成一項本專業具有代表性的工程設計問題，培養學生解決工程實際問題的能力。測控技術及儀器專業是融合多學科內容的綜合性學科，它以信息獲取中的檢測、傳輸、處理及利用為主要任務，探討和研究儀器科學與技術領域的相關理論、方法和測量控制系統的集成與應用技術，圖1給出了由“儀器科學與技術教學指導委員會”于2007年7月制定的“高等學校儀器科學與技術學科本科專業教學規范（技術型）”。①由此可見，本專業的知識領域結構具有涉及面廣的特點，同時也給本專業“綜合課程設計”的選題和組織帶來了一定的難度。

目前，已有很多教學工作者在這方面提出了自己的方法，②③④本文將結合實際教學給出測控技術及儀器專業“綜合課程設計”的選題和實踐方案。

1合理選題

為了使本專業的學生能夠通過“綜合課程設計”從全局上了解和基本掌握與本專業相關的工程設計的完整過程和各個環節，通過仔細分析和對比，最終確定了以“電阻應變式載荷傳感器”為對象開展本專業的綜合課程設計。設計中要求學生完成從傳感器設計、加工、標定到信息采集處理、通信等一系列與本專業相關的內容，其中涉及的主要內容與其在專業知識結構框架圖中的對應關系如表1所示。通過表中的對比表明該綜合課程設計方案盡可能的本專業主要的知識領域結構囊括在了一個項目中，并使各部分知識點形成一個有機的整體，讓學生既能夠通過本實踐環節對所學知識有一個整體認識，又能夠在較短的時間內完成指定任務，從而提高其綜合運用所學知識點的能力，增強協作能力，促進其學習的積極性，進而為培養其科學研究和創新精神打下基礎。

2實施方案

在具體實施上，根據測控儀器系統的構成環節多、結構復雜、任務繁重等特點，為了縮短課程實施周期、提高課程執行效率、培養學生的分工協作精神，方案將學生按照3～4人一組的形式分成若干研究小組，并為研究小組中的成員安排不同的角色共同配合完成“綜合課程設計”任務，具體方案如表2所示。表2中，同一小組的同學對于測控儀器系統設計中共同的東西，每位同學必須完成，在此基礎上各自有側重點的完成具體的技術設計工作。

機械工程師：①應用力學、傳感器技術等相關知識分析推導應變和載荷的關系，設計一個載荷傳感器；②使用AUTOCAD繪制傳感器機械圖；③編寫電阻應變片的粘貼工藝流程。

電子工程師：①設計、制作傳感器調理電路；②使用PROTEL軟件設計電路原理圖和PCB圖；③設計、搭建基于單片機的信號采集、載荷顯示系統。

軟件工程師：①設計、編寫單片機相關測試及數據處理程序；②設計、編寫單片機與PC機的RS232通信程序；③基于虛擬儀器概念設計、編寫電阻應變式載荷傳感器測量及特性測試校準系統；④使用Proteus軟件實現程序的仿真調試。

3應用效果

本實踐方案已連續兩年成功運用于南京航空航天大學自動化學院測試工程系07、08級本科專業的教學實踐中。由于方案中未設標準答案，從而給學生留出了發揮的空間；通過兩屆的實踐表明，同學們在完成任務要求的基礎上還充分發揮合作創新精神在實現的系統中加入了一些額外的功能，如過載報警、校準數據文件管理等功能。以下部分為08級曹吉康、賈欣、張明偉小組的設計結果圖（如圖2，3，4，5，6所示）。