測控專業工程實踐教學改革探討

葛青 趙曉云 甘媛

摘要：工程教育的目標是培養符合社會要求的工程師。針對目前測控專業工程教育的現狀，提出將測控專業工程中的典型應用與相關課程聯系起來，進行綜合性的工程實踐，以培養和提升學生對多門課程知識融會貫通的能力、綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力及創新精神，滿足社會對測控類工程人才的需求。

關鍵詞：數字信號處理；綜合實驗；工程實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）17-0065-02

實踐教學環節是高校人才培養模式的非常重要的組成部分[1，2]，但工程教育的目標是培養符合社會要求的工程師，不僅要注重各門課程理論和實踐的結合，更要注重培養綜合應用多門課程知識解決實際工程問題的能力。美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等大學從2000年起就開始發起和推進工程教育改革[3-5]，以滿足產業對工程人才質量的要求。從測控專業的教學實踐看，為了提高學生的實踐動手能力，很多課程都開設了相應的實驗，但實驗內容往往只針對本門課程的相關知識點，使學生在遇到與工程相關的綜合性設計時，往往難以綜合運用多門課程知識來解決工程問題。

一、測控專業的特點

測控技術與儀器專業是以光、機、電、計算機等為一體的涉及現代測試、控制、智能儀器等多方面內容的綜合學科，是儀器儀表類唯一的一個本科專業[6-12]。該專業的培養目標是培養具有儀器儀表的設計與制造、控制、系統的測試測量等方面基礎知識和應用能力，德、智、體綜合素質全面發展，能夠在國民經濟各個相關部門從事測量與控制、儀器設計、制造以及系統的維護、系統測試、故障診斷等方面工作的應用型工程技術人才。因此，對測控專業人才的基本要求為：（1）能夠系統地掌握光學、機械、電子學、測試與控制、計算機等方面的基礎理論知識；（2）掌握一定的光學、機械、電子、計算機技術相結合的信號的獲取、測試、控制、顯示等的開發和研究能力；（3）具有較強的查閱資料、自主學習等自學能力、有較強的綜合應用能力及解決工程問題的能力。

二、實踐教學體系的構建

目前全國有一百多所高校開設了“測控技術與儀器”專業，不同高校的課程設置里面各有側重。有的側重于光學，有的側重于機械，有的側重于電子信息。無論側重于哪個方面，當將非電信號轉換成電信號以后，對信號的分析和處理過程及方法都是類似的。其中都要涉及到對電路的分析，信號的時域分析、頻域分析、信號的濾波以及各種處理算法的實時實現。如果構建一個實踐教學體系，將工程中的應用引入到實踐教學中，使實踐的內容能夠涉及到從低年級到高年級的多個實踐教學環節，不僅可以加深對各門課程理論內容的深刻理解，也能增加學生的學習興趣和積極性，使學生感受到這些課程是真正有用的，能夠解決工程問題的，而不是枯燥的理論推導。例如將工程中常用的sallen-key低通濾波器引入到相應的實踐教學中，在大一學習“高等數學”解微分方程的時候，將該電路的微分方程給出來，用高等數學的方法求解出系統的輸出，并在“MATLAB”中進行驗證；其次，在大二學習“電路分析基礎”和“模擬電路”的時候，就可以給出電路圖，讓學生自己列出系統的輸入、輸出關系，并且用“電路分析基礎”的方法對方程進行求解；大三學習到“信號與系統”的時候，可以將電路的方程用“信號與系統”的時域方法、頻域方法、S域方法分別進行求解；在學習到“數字信號處理”的時候，可以用“數字信號處理”的沖激響應不變法和雙線性變換法將電路轉換到數字域；在學習到“EDA技術”及“DSP技術”的時候，可以將轉換到數字域的系統在FPGA或DSP上實現。擬實施的實踐教學體系主要內容如表1所示。

三、工程實踐教學改革的具體措施

（1）需進行廣泛調研，確定各相關領域的信號分析與處理方面的典型應用、仍需要解決的問題、正在使用的新技術和新方法，選擇若干兼顧綜合性和工程性經典電路及需要解決的問題引入到相關課程的實踐中；

（2）需及時對實踐內容進行更新，跟蹤國際先進技術和方法；

（3）因為涉及到多門課程的實踐教學，因此需要及時更改培養方案和教學計劃，將實踐內容納入到相關課程的實踐教學當中；

（4）由于完成整個實踐項目需要三到四個學年，并且需要綜合應用多門課程知識，因此需與各相關課程的教師進行研討和溝通，以保證實踐內容的連貫性和一致性；

（5）為實踐項目的完成提供設備、場地等；

（6）為學生發表論文、申請專利提供經費支持。

四、對測控專業實踐教學的影響

（1）實踐項目打破課程界限，體現整個專業培養的要求，突出課程之間的有機聯系，提高學生綜合應用知識的能力；

（2）打破實踐內容單一及在一個學期內完成的模式，采用三段式實踐教學，整個實踐項目分為分析、算法設計、硬件設計實現三個階段，完成整個設計需綜合多門課程，跨越了大二到大三兩個學年；

（3）打破舊的驗證原理，觀察現象的實踐方式，使實踐內容與工程實際問題掛鉤，提高學生解決工程問題的能力；

（4）打破提供具體的實驗方法和步驟的實踐模式，要求學生運用現有的知識，通過查閱資料，獨立完成實踐內容，培養學生的自學能力及初步的科研能力；

（5）實踐項目和內容反映本專業前沿技術和當前服務于工程應用的熱門技術，可以開闊學生眼界，提高創新能力；

（6）打破了傳統的實驗及課程設計只交報告的模式，將學生獨立設計的成果進行展示，鼓勵學生發表論文、申請專利。

五、結論

教育是培養學生的高素質、強的綜合應用能力，而不是灌輸有限的通用知識。通過綜合實踐教學體系，對所學知識進行融會貫通，使學生不僅有扎實的理論基礎和較強的工程實踐能力，而且具有創新思想和較強的自學能力，更好地適應社會的要求，成為產業界真正需要的工程人才。

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