“仪器仪表实训”课程建设与改革实践

“仪器仪表实训”课程建设与改革实践测控技术与仪器专业学生可以在很宽的领域内从事自动化、智能化仪表及装置的研发和设计工作。

从尖端的载人航天、登月工程，到日常的家用电器、照明系统的测控问题都需要本专业的相关知识和专业人才。

因此，本专业学生在四年专业学习中应掌握仪器仪表学、电工电子学、自动化技术、传感器原理、计算机软硬件设计、检测信号处理、计算机技术与应用和网络技术、测量与控制理论、测控仪器设计等方面的基本理论和基本知识，受到较好的工程实践的基本训练。

由于对测控专业学生有着以上诸多方面的要求，使得学生在前三年的本科学习中需要学习大量的相关课程。

而这些课程的关联性以及在专业学习中的作用，学生普遍没有一个明确的认识，对本专业的工作方向也缺乏清晰的了解。

在教学过程中安排了一定量的实践环节，但这些实践环节都是针对具体的课程安排，用以完成特定的教学任务。

所以，需要开设一门有关专业研究方向、可以综合运用所学知识解决实际问题的实践课程。

在华北电力大学新版教学计划中，大四第一学期开设的“仪器仪表实训”课程，就是这样一门综合性实践课程。

这门课程建设的基本思想就是以提高学生对专业的整体认知水平，强化他们的自主学习能力为出发点，充分发挥不同层次学生在学习中的能动性，提高学生的动手能力和运用所学知识解决实际问题的能力。

为了实现以上教学目的，在教学安排上需要在相关实验的软硬件系统构建、实验内容的科学安排、实验过程的针对性指导、成绩考核的合理评判等环节上采取有效措施，提高本课程的教学效果。

一、基本思路在课程内容的安排上，主要体现了以下几个方面的考虑。

1.提高学生对专业的整体认知水平通过本专业的学习可以做什么？这是一直困扰学生的问题，很多学生在毕业求职的过程中非常迷茫、没有信心，就是这一问题的具体反映。

本课程的主要任务就是设计一个具体的小型测控系统。

为了完成这一设计任务，需要学生构建相应物理参数的采集与控制系统，完成接口电路的设计与构建，开发相关软件（包括接口、采集、控制软件等），部分设计题目还包含有采集模块电路板的设计与制作。

虽然这些设计任务只是一些小型的测控系统，每个学生完成的工作量有限，而且很多工作是在已有的系统上完成的；但是，“麻雀虽小，五脏俱全”，每个设计任务都是针对实际对象的测控系统及装置开发，形象、具体且有针对性和实用性，可以很好地提高学生的实际动手能力。

通过这样一个完整的设计过程，学生会对本专业的研究方向和具体的工作流程，产生一个明确的认识；对自己所学专业知识的掌握程度有一个清醒的了解；同时，对自己实际的专业能力产生信心。

2.满足学生不同层次的需求作为一门综合性的实践课程，在内容安排上需要满足不同层次学生的需求。

由于课程内容涉及“仪器仪表”、“传感器原理”、“计算机软硬件设计”、“检测信号处理”以及“电工电子学”等多门课程的内容，学生在学习这些课程时，掌握的程度存在差异；综合运用所学知识从事工程实践的能力各不相同。

所以，在课程内容安排上需兼顾不同层次学生，有针对性地分配设计任务，从而使每一个学生都能通过本课程的学习最大程度的取得收获。

在实验内容安排上，将每一个题目分割成硬件设计、软件设计、接口设计等不同的子任务，学生由2～3人组成一组，根据自己的特长完成不同的子任务，最后全组的设计内容整合成一个完整的设计项目。

由于各个子任务之间存在着衔接与联系，学生在完成自己设计任务的同时，必须兼顾和了解其他同学的设计内容。

这种方式可以使每个学生在短时间内完成特定的设计任务，同时对整体设计过程及要求也会产生一个明确的认识。

既加强了学生之间的团队协作能力，也使不同层次的学生有了实际的动手机会，并可以从完成任务的喜悦中产生一定的成就感。

此外，有些学生有从事科技制作、参加各级别科技发明比赛等科研活动的经历。

这些学生动手能力强，上手快，因此，在设计任务时针对这些学生，也安排了一些程度较深的设计任务。

3.提高学生解决实际问题的能力每组学生接受的设计任务主要包括：测控系统的整体设计，数据采集、数据处理以及测控接口的设计等。

这些任务的目的就是设计一个完整的测控系统；如果可能，学生的设计结果完全可以移植到一个实际的测控系统中进行应用。

这些设计任务中，有部分就是往届我们指导学生进行创新型实验的开发项目，与实际应用存在密切的联系。

学生在设计中遇到的技术问题，在实际工作很可能会遇到，具有一定的普遍性，从课程的设计过程中学生也会学到一定的实用性技能。

通过具体问题的解决，使学生运用所学知识真正做到有的放矢，不但积累了一定的实际工作经验，而且可以提高学生的自信心，为今后的就业打下良好基础。

总之，通过本课程学习，每个学生都可以不同程度的提高自己的动手能力，不再有其他设计课程中出现的一组学生中“一人做，众人看”的情况，每个人的专业知识都能得到提高，同时也提高了学生解决实际问题的能力。

二、实验平台的基本架构要实现以上教学目的，构建一个开放性和实用性的实验平台是课程建设的关键。

1.硬件平台的基本构成实验系统采用启东计算机公司开发的DICE-5210K多功能单片机综合实验仪及其数据采集模块，结合我们自己开发的一些数据采集模块构成硬件开发平台。

DICE-5210K多功能单片机综合实验仪的突出特点是小系统、多功能、易扩展，系统的地址总线、数据总线、控制总线全部引出，对用户开放，并留有扩展单元（区），从而可以提供一个良好的实验开发环境。

根据具体需要，可以灵活选配各种扩展模块，构建出不同的测控系统。

该公司提供的单片机项目实训包，很多都适合测控专业学生的课程设计要求，如可燃气体报警仪，水位流量红外控制实验，环境测试仪，超声波倒车雷达，超声波雾化湿度控制模块，电子称，交通灯控制系统，数字式多路温度采集系统，温度压力模块实验等。

我们在此基础上整合现有资源，对以上实验项目进行完善和针对性的改造，形成适合测控专业学生特点的实践设计系统。

2.测试软件的设计与调试软件平台采用学生熟悉的MCS-51指令系统，方便学生软件设计、仿真与程序调试。

测试软件系统包括主程序、数据采集、信号处理、接口等部分；需要完成的功能包括键盘操作，数值显示，数据的采集、存储与处理，控制算法，控制信号的输出与驱动等；其他的辅助功能还包括量程选择、标度变换、信号滤波、报警功能等。

在接口软件设计部分包括人机接口、测控接口和通信的软件设计。

本课程采用的实验平台可以采用多种通信方式，如常规的RS232/422/485串口、USB通用串行总线、以太网接口等，需要学生根据不同的任务，对不同的通信方式有所了解，同时，对通信功能在测控系统设计中起到的重要作用有所体会。

软件编制完成后，可以通过汇编或C51编写程序在实验平台上进行仿真与实际调试。

由于每个设计任务都是针对实际的对象，学生在进行软件设计时更有针对性，从中可以得到更大的收获。

3.新型实验平台的特点（1）实验平台采用了主流的单片机实验系统，具有先进性、实用性、开放性、多功能性等特点。

它的总线系统对用户全部开放，并预留扩展单元，从而使用户便于扩展出自己需要的功能，构建自己功能各异的小型测控系统。

（2）实验平台采用模块化设计，便于学生采用不同模块的组合设计不同功能的测控系统，从而可以构建出多层次、多功能的实验体系，整个实验平台结构紧凑、易于扩展，实用方便，便于维护。

（3）实验平台实现了教学与实践的有机统一。

每个设计任务都是一个实际的小型测控系统，可以实现一个完整的测控任务；而每个任务又将测控系统划分为不同的组成部分，便于学生根据自己的特点和需要，有针对性地对特定知识进行学习，同时又对测控系统的整体设计有一个清晰的了解。

三、创新实践教学体系的实现1.开放式的指导模式采用开放式的指导模式是达到课程设置目的的必要条件。

指导教师给出若干设计题目后，学生可以根据自己情况自由结组、自主选择题目。

指导教师在布置设计任务时主要介绍题目的要求、达到的设计目的，具体的实施方法由学生自己选择。

在设计进程中，对学生的指导以方向性的提示为主，鼓励学生自己查阅相关资料，结合已学知识分析遇到的问题，最终完成设计任务。

2.多层次的培养模式采用多层次的培养模式。

学生自身能力相差很大，学习态度也参差不齐。

因此，设计题目的难度分成了“难、中、易”三个层次，具体要求也有所不同。

这种差别化的培养模式，为优秀学生提供发挥潜能的机会，同时也为程度稍差的学生提供适合自己的锻炼机会。

3.互动式的考核体系合理的课程考核体系是促进学生学习积极性，提高教学效果的有机组成部分。

结合多层次培养模式，将成绩评定与设计题目的难度相联系，不同难度的题目规定了不同的成绩上限（优秀、良好、及格），最终的成绩采用四级评分（优秀、良好、及格和不及格）。

在最后的成绩评定中，学生首先给自己打分；然后，教师根据学生完成质量、平时表现、设计报告及答辩结果，当场给出最后的成绩。

这种考核体系的优点在于，学生可以对自己取得的成绩有一定的了解，并有了一定的话语权；教师通过互动的方式给出成绩，有理有据，也减少了师生之间的矛盾。

这种考核方式一定程度上激发了学生的学习积极性。

四、结束语通过对“仪器仪表实训”课程的设计与实践，构建了具有先进性和多功能性的实验平台；基于创新的教学理念，提出了开放式的教学体系，实现了学生对所学仪器仪表类课程知识的综合实践目的，并使学生对自己所学专业有了明确的了解。

通过上学期期末的实践，取得了良好的教学效果。

经过对学生反馈意见和实践中存在问题的总结，我们提出以下改进意见：第一，增加课程学时数，由一周设计时间增加到两周较为合适。

第二，课程不要安排在期末期间，尽量提前，使学生可以更加专心地投入课程学习。

第三，可以采用分散进行方式代替集中方式，便于学生根据自己情况更有效的安排时间。

由于实验系统采用模块化的组合方式，教师的指导工作量并不会因此而增加太多，这种方式也适合本课程的特点。