“智能儀器”課程教學改革方法探索

王強 徐國政 高翔

[摘 要] 《智能儀器》是測控技術與儀器專業的主干課程。針對該課程涵蓋知識點多、傳統教學方法缺少實踐能力培養、與實際應用脫節等問題，本文以實際工程產品為主線，在課堂教學上緊緊圍繞工程案例組織教學內容，積極拓展工程應用知識;實踐環節中，采用團隊合作開發產品的模式替代傳統的驗證性實驗;課程考核方式上依據課堂表現、項目文檔、實驗、答辯等環節進行綜合成績的評定。通過這些方法的改革，提高了學生的系統設計思想和工程實踐能力。

[關鍵詞] 智能儀器;工程案例;教學方法;實驗改革;課程考核

[課題項目] 南京郵電大學教改項目資助：JG00517JX22

[作者簡介] 王 強（1980—），男，江蘇淮安人，博士，南京郵電大學自動化學院、人工智能學院講師，研究方向為嵌入式系統及應用。

[中圖分類號] G642.3 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）43-0181-02 ? ?[收稿日期] 2020-03-12

一、引言

《智能儀器》是測控技術與儀器專業的一門主干課程，其內容與工程應用緊密相連，是儀器儀表行業技術人員必備的專業知識[1，2]。目前，該課程教學存在如下問題：

（1）課堂教學仍以講授為主，且部分內容與《微機原理》《數據采集系統》《嵌入式系統及應用》等先修課程重疊，易導致學生對該課程不感興趣，無法調動學生的積極性;教學知識點繁多，缺少綜合應用能力的培養[3]。

（2）實驗環節配套的器材主要有CSY2000傳感器實驗箱、MCS-51單片機實驗箱等，其自身開發能力較弱、性能低下，與實際工程應用相脫節，不滿足課程教學需求[4]。

（3）課程總評成績由平時成績和考試成績組成，考試成績占70%，平時成績占30%，平時成績從作業、上課出勤率、實驗等方面進行考核。這種考核方式仍以理論考試為主，缺乏對學生綜合能力的考察。

針對以上不足，本文借鑒CDIO理念，以實際工程產品為主線，從課堂教學、實驗教學、考核方式3個方面給出了《智能儀器》課程初步改革探索方案，以適應新時期對儀器儀表人才的培養需求。

二、課堂教學方法改革

1.緊緊圍繞實際工程案例，組織教學內容

《智能儀器》課程教學內容包括數字量/模擬量的輸入/輸出通道設計、人機接口設計、通信接口設計、智能技術、抗干擾技術等，涵蓋知識點多、綜合性強，對于學生來說，往往不能將這些知識點有效聯系起來，不能把握課程的主線而失去學習興趣，進而變成應試的被動學習[5]。

對此，本文以筆者開發的實際工程案例《多功能輕武器射擊靶標控制系統》，將看似獨立的知識點有效聯系起來，使學生從宏觀上把握智能儀器的整體和部分之間的關系。該控制系統具有多檔速度控制靶面起倒、命中信號檢測、遠程關機、無線通信、狀態顯示、參數配置等功能，涉及課程的全部知識點。

課程內容緊緊圍繞如何開發實際工程產品，從企業產品需求分析、方案設計、任務分解、軟硬件開發、調試、測試、維護等方面展開教學，并將授課知識點分布到相關環節。實施過程中，各環節均需學生參與其中，并輸出可用于考核的成果，如設計方案、使用說明書、維護手冊等。每個環節結束，學生都要完成相關文檔的撰寫，課程結束，提交一份完整的項目設計文檔。

2.積極拓展教學內容，培養工程應用能力

教學過程中與先修課程重疊的部分內容，不作重點講解，一帶而過，省下的時間用于相關知識的拓展。例如先期課程《嵌入式系統及應用》也涵蓋抗干擾技術，因此本課程中只對抗干擾技術的基本原理與方法作回顧性的簡要介紹，而將重點放在如何工程應用上。

比如，抗干擾技術中利用光耦對輸入/輸出信號進行隔離知識點，先期課程只講解隔離的原理及基本應用電路，本課程中則將重點放在怎樣根據產品需求分析得出光耦的技術參數（工作電流、上升時間、下降時間等），如何選擇合適的器件（不僅考慮技術指標，還要兼顧成本，供貨渠道穩定等因素），如何測試驗證所選的器件滿足要求等。通過積極擴展相關知識，可以激發學生的學習興趣，提高學生的工程設計能力。

三、實驗教學方法改革

目前配套的實驗設備性能低下，已不滿足教學需求，并且以往的實驗多是驗證性的，很難培養學生的工程實踐能力。

對此，本文采用團隊合作開發產品的模式代替傳統的驗證性實驗。以實際工程產品《多功能輕武器射擊靶標控制系統》為例，分成7個模塊的組合：多功能核心板模塊，電源模塊、實時時鐘模塊、電機驅動模塊、命中信號檢測模塊、通信模塊、鍵盤/顯示模塊。事先，給出每個模塊詳細的功能及技術參數需求，如輸入信號、輸出信號、實現功能、接口類型等。

教學方式上將所有同學分成7個團隊，每個團隊負責設計1個模塊，任務包括原理圖、PCB布線、制版、焊接、調試、軟件設計、調試，以及相關文檔的撰寫等。

最后，7個團隊相互協作完成綜合性實驗項目——多功能輕武器控制系統的開發。讓學生在開發實際產品的過程中，提升實踐能力，提高團隊合作精神。

四、考核方式改革

為了全方位地考查學生的綜合能力，課程考核方式中取消了理論考試，改由4部分組成：課堂表現（10%），項目設計文檔（30%），實驗（30%），答辯（30%）。

課堂表現包括遲到、曠課、回答問題等;項目設計文檔評價主要依據內容的是否正確、全面，格式是否規范等;實驗部分評價依據承擔模塊的難易程度、工作量、是否完成給定的設計目標、動手能力、實驗報告的質量;答辯成績評價依據回答問題的正確性、條理性等。

五、結語

本文借鑒CDIO理念，以實際工程產品為主線，對《智能儀器》教學內容、實驗模式，以及考核方式進行了初步改革和探索。通過這些教學方法和考核方法的改進，學生不僅掌握了智能儀表設計的原理和方法，而且工程實踐能力和團隊協作能力也得到了鍛煉和培養。

參考文獻

[1]呂青，何小剛.《智能儀器設計》課程的教學改革研究[J].教育教學論壇，2014（24）：55-56.

[2]張琳，賀繇.《智能測控儀器》實驗教學改革探索[J].教育教學論壇，2019（3）：114-115.

[3]曾志輝，張志剛.電子測量與智能儀器課程教學與實驗改革探索[J].大學教育，2017（1）：63-64.

[4]趙倩，趙麗娜，曹佃國，等.“智能儀器”相敏解調綜合實驗設計[J].電氣電子教學學報，2019（4）：153-158.

[5]戴金橋，俞阿龍，孫華軍.項目驅動法在智能儀器設計課程教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2015（16）：83-85.