測控專業“綜合課程設計”課程建設

陳松 趙汝海 龔雪

摘? 要：測控技術與儀器專業是一門實踐性強的綜合性學科。測控綜合課程設計要培養學生對多個學科、多個領域知識的掌握和運用能力，培養學生的綜合素質和實踐創新能力，該課程以大學生科研訓練項目為載體，需要教師從科研項目、產學研項目中凝練思路，設計教學內容，以大學生實際掌握的技術和技能為評價標準，依據學生表現和實際得分計算達成情況的綜合評價。

關鍵詞：測控技術與儀器專業;綜合課程設計;教學改革;實踐能力

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2022）14-0038-04

測控技術與儀器是一門綜合性學科，在設備檢測、環境檢測、工業系統、機械故障診斷中廣泛應用。測控專業具有實踐性、綜合性強的特點，該專業要求學生不僅需要具備扎實的基礎理論知識以及廣博的學科知識，還要具有較強的綜合能力。

測控技術與儀器專業課程設計包含多門課程，但這些課程設計的內容只針對單門課程，無法考核學生綜合運用知識的能力。有的課程內容過于簡單陳舊，不能體現當前行業需求，因此需要根據測控實踐性和綜合性特點，開設綜合課程設計課程[1]，測控綜合課程設計建設內容見圖1。

一、科學設計綜合課程設計的課程目標

綜合課程設計課程的基本教學目標是實現學生綜合素質和創新能力的提升，培養學生嚴肅認真的科學精神，使學生通過綜合課程設計具備合格工程師的綜合素質。高校在修訂人才培養方案時，應通過課程組開會研討，確定綜合課程設計的課程目標和內容。在電子課程設計中，學生已掌握電路原理圖的繪制、PCB板的繪制、電路接線方法。在傳感器課程設計中，學生已掌握傳感器本體的設計方法、測量電路的設計方法。在虛擬儀器課程設計中，學生已掌握將檢測參數傳輸到上位機進行存儲和分析的方法。在綜合課程設計中要應用到以往課程設計中所用到的知識和技術，包括傳感器和測量電路的設計、嵌入式系統設計和上位機的設計等。學生通過綜合課程設計的學習，應達到以下課程目標：

（一）基礎知識類目標

學生能夠運用電路原理、檢測技術、誤差理論與數據處理、嵌入式系統等相關知識，通過方案比較等環節，初步掌握綜合運用基礎知識的方法。

（二）分析和計算類目標

學生能夠根據課題設計要求進行文獻資料的查閱、分析與論證，完成方案設計并通過分析實際系統的關鍵性能指標參數。能夠掌握仿真軟件或開發平臺的使用方法。針對測控技術與儀器領域產品開發的特定需求，給出可行的設計方案，培養學生分析工程問題的能力。

（三）設計和創新類目標

學生能夠針對測控系統具體工程問題或研究對象，設計系統方案、繪制系統原理圖，并編寫程序， 培養學生的綜合開發與調試能力。在設計中體現創新意識，培養學生創新能力和設計能力。

（四）文字表達類目標

學生能夠對結果進行分析，能夠通過口頭和撰寫報告形式表達自己的想法，完成設計報告和答辯，能就測控系統中的復雜問題進行有效溝通。

二、綜合課程設計課程目標實現的途徑

根據綜合課程設計課程目標設計實現途徑和教學方法，實現目標的途徑如圖2所示。

（一）基礎知識類目標實現途徑

教師應通過課堂講授、課堂互動、課程練習等環節，使學生能夠鞏固并掌握電路分析、檢測技術、誤差理論與數據處理、嵌入式系統等相關知識，能夠掌握測控元器件的基本特性、測控系統結構和工作原理等基礎知識。培養學生對具體對象建立模型并求解，分析測控技術與儀器領域復雜工程問題的能力。教師現場檢查，可檢查不同學習能力的學生對知識點的掌握程度，并根據學生水平有針對性地指導。

（二）分析和計算類目標實現途徑

教師應引導學生根據課題設計分析實際系統的關鍵性能指標參數，進行文獻資料的查閱、分析與論證，給出設計依據，以此培養學生工程問題分析的能力，指導學生針對測控技術與儀器領域產品開發的特定需求，進行系統設計，給出可行的設計方案，列出具體的設計步驟。

（三）設計和創新類目標實現途徑

針對測控系統具體工程問題或研究對象，設計系統方案并繪制系統原理圖，編寫程序，培養學生分析工程問題的能力。啟發學生獨立思考，并討論交流，培養學生創新意識。使學生能夠針對測控系統與儀器領域具體工程問題或研究對象，開發滿足特定需求的現代工具，分析和解決相關問題，并分析其局限性。通過動手實踐，使學生具有測控專業軟件的操作能力，培養學生掌握測控技術與儀器領域產品設計和開發的方法和技術。通過掌握仿真軟件或開發平臺的使用方法，并對結果進行分析，培養學生的綜合開發與調試能力。

（四）文字表達類目標實現途徑

指導學生撰寫設計方案，總結出合理有效的結論，撰寫設計報告，要求學生按照統一模板撰寫報告，主要包括摘要、目錄、正文、參考文獻、個人體會、附錄圖紙、附錄程序等，培養學生的報告撰寫能力。在中期檢查和答辯檢查環節要求學生答辯，通過現場匯報、演示、回答教師問題，鍛煉學生的語言表達能力、陳述能力，測控系統設計步驟的梳理能力，能夠通過口頭和撰寫報告形式表達自己的想法，能就測控系統復雜問題進行有效溝通。能夠理解個人與團隊的關系，可在團隊中獨立或合作開展工作，并具備組織、協調和指揮團隊開展工作的能力。

三、綜合課程設計內容以科研訓練項目為載體

將科研項目、創新訓練項目、校企合作項目拆分組合，設計科研訓練計劃選題。項目選題的知識點涵蓋機械、電子、嵌入式、程序設計。改革設計內容可以提高學生學習知識的興趣和學習積極性。當前綜合課程設計的內容，和測控應用領域相關，包括建筑設備檢測、建筑環境檢測、工業機器人系統、旋轉機械故障診斷、數控系統故障診斷、建筑設備故障診斷、工程機械系統設計等[2]。部分選題內容如下：

（一）建筑設備檢測系統選題

分析空調系統的運行狀態，需要對各個裝置的運行參數進行測量和分析。為測量機組進出水的流量和水泵流量，可以使用霍爾元件或超聲波傳感器。為測量機組進出水的壓力、經過各個水泵的流體壓力，可以使用電阻應變式傳感器。測量機組進出水的溫度、地埋管進出水的溫度、經過各個水泵的水溫度，可以使用電阻式溫度傳感器。各負載回路的電流和電壓，輸入電能測量芯片，經過模數轉換和積分計算，得到電功率，然后轉換為頻率信號，用于測量電能。檢測并聯水泵運行參數，具體包括并聯水泵的流量、壓力、電機轉速和電能。繪制不同轉速條件下壓力-流量曲線圖，分析水泵運行規律。

（二）建筑環境監測物聯網系統選題

環境傳感器采集數據，通過總線匯總到中集器，然后由中集器通過4G模塊發送到服務器。數據存儲在服務器的數據庫，由物聯網平臺發送控制信號，通過無線傳輸的方式，發送給中集器，然后把控制信號發給執行裝置，執行預先設定的動作，調節環境參數。

（三）機器人控制系統選題

已知機器人的起點和目標位置，由視頻模塊、雷達、超聲波傳感器檢測機器人位置信息，進行室內定位，通過電機控制機器人行走，利用路徑規劃算法確定最佳路線[3]。

（四）機械故障診斷系統選題

對旋轉機械系統的軸、軸承、電機等故障進行故障診斷。利用加速度傳感器檢測垂直和水平方向的振動信號，利用位置傳感器檢測軸心軌跡;利用數字信號處理的知識和智能算法判斷故障類型。

四、綜合課程設計考核與評價

（一）考核方式及其合理性

每學年進行課程目標與考核方式的合理性評價?？己诵问桨ㄕn堂互動和出勤、中期檢查、答辯、設計報告等，考核形式合理、全面，能考核學生獲取指標點所列能力[4]。評分標準如表1至表4所示。

考核主要基于出勤與課程練習、中期檢查、最終答辯和報告給出成績。現場指導和檢查的方法可以檢查不同學習能力的學生對知識點的掌握程度。課堂練習和互動使用學習通軟件實現全覆蓋，每個學生都參與考核。中期檢查對學生的方案設計、機械圖或電路圖的繪制、程序進行檢查與評價，可以提醒、督促進展緩慢的學生糾正明顯的錯誤。最終答辯綜合考核學生綜合運用知識的能力、對系統的熟悉程度、設計能力、思考創新能力和語言表達能力。設計報告能考核學生撰寫、分析和總結的能力。通過課程設計答辯中的設計方案敘述、設計報告中的實驗步驟，考核學生選擇合適的研究路線并制訂設計方案的能力。課程考核方法能獨立判斷每項課程目標的達成情況[5]。

課堂練習題目、答辯題目都分為三類，分別考核學生對測控系統基礎知識、計算分析、設計方法的掌握。課堂練習題目和答辯題目需符合標準化和多樣化的要求。

（二）目標達成值分析與評價

教學評價是以課程目標為依據，運用有效的技術手段，對教學過程及結果進行測量，并給予價值判斷的過程。對教學效果進行評價，可以了解教學各方面的情況，判斷教學質量和水平、成效和不足。全面客觀的評價可以了解課程教學在多大程度上實現了教學目標，反映出教師的教學效果和學生的學習成效。教師和學生可以根據反饋信息，調整教學行為，從而有效達到課程目標[6-7]。

根據四種考核方式得出的分數，計算教學目標達成值。根據教學目標達成值，計算畢業指標達成度，這是直接評價分數。直接評價分值如果大于設置閾值，說明學生學習知識、掌握知識和技術的情況良好;如果小于設置閾值，說明學生學習情況不好，需要改進教學方法和效果。

五、結論

測控技術與儀器專業綜合課程需要科學設計課程目標，根據綜合課程設計課程目標探尋教學途徑和教學方法，將科研項目、創新訓練項目、校企合作項目拆分組合，設計科研訓練計劃選題，以大學生實際掌握的技術和技能為考核和評價標準，從而實現培養學生的綜合素質和實踐創新能力的教學目標。

參考文獻：

[1] 張鵬，習道政，董婭凡，等. 測控技術與儀器專業“創新設計”課程設計與實踐[J]. 實驗技術與管理，2017，34（02）：170-173.

[2] 俞傳陽，陳雪輝，景甜甜，等. 基于“慧魚”和開源硬件的機械類課程設計教學改革研究[J]. 大眾科技，2019，21（11）：98-100+ 125.

[3] 欒慶磊，朱廣，趙為松，等. 動態場景下運動目標檢測方法研究[J]. 安徽建筑大學學報，2018，26（06）：61-65.

[4] 方煒，劉曉東，劉宿城. 《電機拖動基礎》課程達成度評價設計與探討[J]. 現代企業，2020（07）：145-146.

[5] 堵曉霞. 多元化評價在中職《計算機應用基礎》中的應用分析[J]. 湖北農機化，2019（16）：65-66.

（薦稿人：陳磊，徐州工程學院副教授）

基金項目：安徽省教學研究項目“新工科建設中測控專業綜合課程設計線上線下混合式教學模式研究”（項目編號：2020 jyxm0333）;安徽省課程思政示范課程“建筑環境檢測”（項目編號：2020szsfkc0302）;安徽建筑大學本科教學工程建設專項基金-教學團隊項目“具有設備故障診斷特色的測控教學團隊”（項目編號：zxjjxm014）。

作者簡介：陳松（1986—），男，博士，安徽建筑大學機械與電氣工程學院講師，研究方向為測控技術;趙汝海（1979—），男，碩士，安徽建筑大學機械與電氣工程學院講師，研究方向為測控技術;龔雪（1983—），女，碩士，安徽建筑大學機械與電氣工程學院講師，研究方向為測控技術。