測控技術及儀器專業導論教學分析

摘要：對測控技術及儀器專業課程門類多、注重復合能力培養等特征進行了分析，并就學生對專業理解缺乏，與高中學習不能很好銜接，以及面臨更大競爭壓力的特點入手，闡述了在新生階段開展測控技術及儀器專業導論教學的必要性。指出目的在于初步建立起概念體系，了解專業的知識體系以及后續學習的科目及其銜接關系，明確知識用法，了解專業發展前景和畢業分配。詳細介紹了課程教學內容以及在教案、教學形式和考核等方面的相關經驗，指出課程開設對學生發展起到了明顯的促進作用。

關鍵詞：測試技術及儀器；導論；教學

作者簡介：王平（1977-），男，浙江杭州人，南京航空航天大學自動化學院，副教授。（江蘇 南京 210096）

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0119-02

一、在本科教學中開展本專業導論課程的必要性

測控技術與儀器專業是建立在精密機械、電子技術、光學、自動控制和計算機技術基礎上，以工為主，多學科綜合的專業，探討各種精密測試和控制技術的新原理、新方法。開發激光、傳感器、光電檢測和計算機等新技術在精密測試儀器儀表中的應用，及以計算機技術為中心的面向機電運動、面向自動化生產的控制技術，使精密儀器儀表及測試和控制技術向高精度、動態、自動化、綜合和多功能等機電一體化和信息化方向發展。因此，本專業本科教學具有鮮明的特點，包括：

1.課程門類較多，具有交叉學科特征

本專業的主要課程包括機械設計基礎，電工電子學、微機原理與應用、自動控制、光學、測控電路、光電檢測技術、傳感器技術、智能儀器儀表設計、電路分析基礎、電子技術基礎、誤差理論及應用、計算機程序設計、微型計算機原理與接口技術等，涵蓋機械、電子、計算機等多門類的主干課程，課程信息量大。

2.注重復合能力的培養

本專業從培養人才方面來看，培養包括面向零件幾何精度參數、機械量和熱工過程參數的計量測試和控制技術，及儀器的應用和開發研究的高級工程技術人才，廣泛適用于質量監督部門、機械、電氣、汽車、造船、航空、航天、動力、冶金和石化等多方面產業和科研部門對人才的需求。因此，學生必須掌握機、電、計算機等多個領域的專業技能。

而本專業的學生入學情況則比較復雜，呈現如下幾種特點：很多學生是在高考時報考的是通信、電子、自動化等其他熱門專業，后經過調劑進入本專業學習，對本專業的特點缺乏認識，對于本專業課程多、跨學科能力培養的情況不太了解；存在與高中學習習慣的銜接問題，對大學學習的主動性不夠；對于90后的新一代本科生而言，普遍對于社會具有一定程度的認識，面臨較大的競爭壓力，但是對于本專業的就業前景以及如何提高自身的就業能力還缺乏清晰的認識。

針對這種情況，在高等學科開展本專業的導論課程對剛入學的學生進行專業特點、課程體系的設置、就業情況等方面的介紹和學習引導是非常必要的。

二、課程的教學目標和難點

本課程的教學目的在于初步建立起概念體系，了解專業的知識體系以及后續學習的科目，明確課程之間的銜接關系，合理分配時間，明確學習目的、用法。此外，應使得學生了解專業的應用和發展過程、發展前景、畢業分配和可能職位。

本課程的教學難點在于，本科新生不具備本專業的基本知識，只能用大量的、實例、類比去定性解釋基本概念以及課程體系結構，教學內容的深淺較難把握。同時，導論課的課時一般較少，通常在16學時左右，如何在短時間內讓學生建立對專業的初步認識具有難度。

三、課程內容

本課程通過4部分進行講授，主要包括：

1.基本概念

如測控技術、儀器儀表定義的介紹，包括什么是儀器儀表以及測控技術，并對現實生活中的儀器儀表分類舉例，包括醫療、家電、工廠自動化、軍事領域、航空儀表、宇航測控等應用的介紹；儀器的歷史簡介以及儀表的最基本功能組成部分，包括傳感器、信號處理、轉換、傳輸部分、信號顯示、與人交互部分等；儀器儀表的分類，以及各部分功能的演變、評價指標等。

2.介紹傳感器技術

包括其基本概念、分類、相關課程（如“傳感器技術”），以及性能指標（包括靜態指標、動態指標等）。介紹信號調理，用圖示方式介紹噪聲概念，模擬信號放大、模擬信號濾波的作用，以及相關課程（如“模擬電子技術”）；介紹信號處理，包括頻譜分析、濾波等應用簡介以及實現平臺，包括硬件平臺、軟件平臺及工具簡介；介紹相關課程如“數字信號處理”、單片機、DSP等相關技術；介紹可靠性設計，包括特定條件、特定時間、完成特定功能的含義；介紹一般可靠性設計方法，包括電源、信號調理、屏蔽、改善應用環境等方法；介紹通訊技術，簡單介紹通信技術的基本概念。

3.課堂討論

課堂討論儀器儀表的設計方法，回顧儀器儀表的評價指標，并討論選擇如下功能模塊的實現技術：包括傳感器的類型、原理、使用環境、壽命、精度、廠家、成本、對后續處理的要求；處理部分采用什么結構，模擬電路部分設計、模數轉換設計、數字電路部分設計主要芯片選擇、處理結構和算法；儀器整體結構，包括PC虛擬儀器結構、獨立儀器結構，以及顯示方式、輸入方式以及主要模塊的選擇；根據信息存儲要求、存儲手段、數據導出特征選擇存儲技術；并考慮可擴展技術，如多臺儀器能否聯網、如何協調工作、選用何種協議等問題。

4.總結

儀器儀表（檢測技術）與別的學科的關系以及檢測技術在工科體系中的地位，指明信息學科的最前端，使用最廣泛，需求最迫切。

四、教學方法的運用

傳統的教學方法手段單一，缺乏交流，尤其專業導論課程內容抽象，教學效果往往不理想。為了取得較好的教學效果，可以采用以下方法：

1.精心制作PPT教案

由于教學內容是以專題形式組織，且尚缺少成型的教材，因此需要制作教案。采用文字、圖像、聲音、視頻等多種媒體表現形式，以利于將背景知識及應用情況講透。教學過程中利用大屏幕投影的優勢，將一些需要教師在黑板上動態演示的過程作成FLASH動畫，既可以在課堂上演示，也可以由學生在課后自己觀摩。

在應用實例講解中，對現實生活中的儀器儀表分類舉例：醫療器械：例如心臟起博器、腸胃鏡、X光、B超、核磁共振、檢測監護儀器等，反映了檢測技術造成醫療手段的進步；家電行業中空調、熱水器、GPS定位導航系統技術進步造成消費者舒適度的提高；在工廠自動化中對溫度、壓力、轉速的測量，以及生產需要的信息資料的獲取等；在軍事領域，包括對敵監控等直觀、學生感興趣的應用作為切入點介紹。在對傳感器的定義介紹，舉例包括：溫度傳感器，可以是雙金屬片：溫度轉換為機械變形；熱電偶：溫度轉換為電壓；數字傳感器：溫度轉換為數字量等不同類型，但是功能相同。對信號處理、轉換、傳輸部分的介紹，采用圖表方式，表現各種信號處理、轉換、傳輸舉例：在信號顯示、與人交互部分，用圖舉例，包括指針表盤、LCD顯示、計算機屏幕等。在介紹評價指標時，以測溫度為例舉例，對于體溫、環境溫度、實驗室精密生化反映溫度控制、發電廠生產車間爐溫監測等幾種情況下需要的量程以及測試精度的對比。目的在于使儀器儀表抽象的知識形象化，便于學生理解。

2.教學形式上引入課堂討論

組織學生就感興趣的背景問題進行課堂討論和辯論，討論議題包括儀器儀表的應用、就業、學科在社會上的作用、前景等有爭議的問題，以激發學生的學習興趣和潛能，明確學習目的。

3.考核方式的選擇

專業導論考核方式應采用能反映學生對專業認識掌握程度的一些方法，如采用課程論文、調研等形式，既可以避免死背書的弊端，又可以培養學生專業的興趣。在這種考核方式下，學生不需要記憶枯燥的概念，而需要建立相應的知識體系。

五、教學效果

經過16課時的學習，大學一年級新生對于本專業的概念體系、知識體系和課程體系有了初步的了解和認識，并對后續學習的科目以及課程之間的銜接關系做了主動的調研，為今后四年的本科學習合理分配時間、明確學習目的打下了基礎。此外，學生對專業的應用和發展過程、發展前景、畢業分配和可能職位均做了一定的了解。經過六年的教學經驗證明，開設本課程對于學生的發展起到了明顯的促進作用。

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（責任編輯：王意琴）