關(guān)于《智能儀器設(shè)計(jì)》課堂及實(shí)踐教學(xué)探討
論文摘要：《智能儀器設(shè)計(jì)》是一門(mén)融合多項(xiàng)新技術(shù)、對(duì)實(shí)踐性要求高的課程，在對(duì)《智能儀器設(shè)計(jì)》課程和實(shí)踐教學(xué)改革中，在課程教學(xué)內(nèi)容組織上，以應(yīng)用需求組織教學(xué)內(nèi)容，更多地強(qiáng)調(diào)儀器智能化方面的知識(shí)，及由此涉及到的儀器新觀念、新器件、新技術(shù)的應(yīng)用。在教學(xué)方法上，以貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)型、綜合型大作業(yè)為主線(xiàn)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，并對(duì)考核方式進(jìn)行了改革和實(shí)踐。在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，以基于單片機(jī)的智能儀器設(shè)計(jì)題目為主，同時(shí)增加虛擬儀器設(shè)計(jì)方面的題目，以提高學(xué)生的創(chuàng)造能力、動(dòng)手能力和實(shí)踐技能，取得了良好的教學(xué)效果。
論文關(guān)鍵詞：智能儀器；教學(xué)實(shí)踐；教學(xué)改革
《智能儀器設(shè)計(jì)》是為測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課，主要講授智能儀器的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，是儀器儀表應(yīng)用、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)單位及科研院所技術(shù)人員必備的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。使學(xué)生了解、掌握智能儀表設(shè)計(jì)的原理和方法，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、獨(dú)立分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。該課程是一門(mén)融合多項(xiàng)新技術(shù)且對(duì)實(shí)踐性要求很高的核心課程。教學(xué)內(nèi)容分為課堂教學(xué)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)三部分。課堂教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，并與之前進(jìn)行的微機(jī)原理、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)等教學(xué)內(nèi)容相互銜接，對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深化、延伸、補(bǔ)充，使學(xué)生加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，達(dá)到對(duì)教學(xué)內(nèi)容的熟練掌握。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，可有效地提高學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。學(xué)生從課堂教學(xué)中學(xué)到的設(shè)計(jì)方法可以在實(shí)踐環(huán)節(jié)中加以檢驗(yàn)和提高。從理論教學(xué)、設(shè)計(jì)題目任務(wù)的分析、方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)、編程環(huán)境的掌握、軟件設(shè)計(jì)直到調(diào)試運(yùn)行，形成一個(gè)重實(shí)踐類(lèi)課程教學(xué)體系。通過(guò)該課程的教學(xué)和實(shí)踐，既提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，又為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為不斷提高課程的教學(xué)質(zhì)量，我們?cè)诮虒W(xué)研究與實(shí)踐中，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)及成績(jī)考核等具體環(huán)節(jié)中采取了一些有效措施，取得了較好的效果。
一、課堂教學(xué)內(nèi)容體系及教學(xué)方法改革
課堂教學(xué)內(nèi)容與先修課程微機(jī)原理、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)相銜接，主要講授：數(shù)據(jù)采集技術(shù)、模擬量與控制信號(hào)輸出技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、通信接口技術(shù)、數(shù)字濾波方法、誤差校正和量程自動(dòng)切換等數(shù)據(jù)處理算法、智能儀器的軟件結(jié)構(gòu)及程序設(shè)計(jì)方法、儀器自檢與抗干擾技術(shù)及其他常用的提高儀器儀表可靠性的硬軟件設(shè)計(jì)方法等。
1.以應(yīng)用為主線(xiàn)結(jié)合大作業(yè)組織教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)過(guò)程中，為強(qiáng)調(diào)儀器儀表的整體概念，以大作業(yè)形式給出若干儀表設(shè)計(jì)的實(shí)際案例，結(jié)合課堂教學(xué)的不同階段，分模塊設(shè)計(jì)完成。大作業(yè)包括：自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電參數(shù)測(cè)量?jī)x表設(shè)計(jì)等。以電參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x為例，首先明確測(cè)量?jī)x的功能和技術(shù)指標(biāo)，由此得到測(cè)量?jī)x的整體構(gòu)成框圖，設(shè)計(jì)則結(jié)合授課章節(jié)分階段完成，電參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x可分為：信號(hào)調(diào)理部分、多路A/D采樣、人機(jī)接口、通信接口、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換與數(shù)據(jù)計(jì)算處理、量程自動(dòng)切換、抗干擾技術(shù)等。每個(gè)模塊均有多種設(shè)計(jì)方案或算法可供選擇，教學(xué)中對(duì)學(xué)生完成的幾種典型方案或算法進(jìn)行分析，比較其優(yōu)缺點(diǎn)及設(shè)計(jì)方案的合理性，使學(xué)生能從工程化的角度理解和掌握課堂講授的理論和設(shè)計(jì)方法。這樣，既可使學(xué)生掌握每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，也使其了解一個(gè)實(shí)際工程化的儀器儀表功能要求的多樣性和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。
2.強(qiáng)化儀器儀表智能化及相關(guān)新技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容。課堂教學(xué)中，除介紹智能儀器可以自動(dòng)選擇量程、自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)量結(jié)果、顯示/打印、自校準(zhǔn)、自診斷等初級(jí)智能外，加強(qiáng)了具有更高層次智能水平儀器方面的知識(shí)，如：分析、判斷、推理、學(xué)習(xí)等在智能儀器中的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，將模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)等方面的知識(shí)引入到智能儀器設(shè)計(jì)。結(jié)合火電廠的一些控制設(shè)備，介紹智能控制方面知識(shí)的應(yīng)用，如：模糊控制、專(zhuān)家控制、自適應(yīng)控制等。智能儀器的發(fā)展與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)密切相關(guān)，因此教學(xué)中也應(yīng)關(guān)注與儀器儀表有關(guān)的新理論和新技術(shù)及其發(fā)展動(dòng)向。包括現(xiàn)代傳感技術(shù)、新型元器件及智能芯片、可編程器件、網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)等。如通信部分，除介紹常規(guī)的RS232/422/485、GP-IB通信接口外，還介紹USB通用串行總線(xiàn)、以太網(wǎng)接口技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（CAN、HART、Profi_bus等）、藍(lán)牙接口技術(shù)等內(nèi)容，利用Internet、GSM/GPRS等公共網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)儀器儀表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸方法。微處理器芯片部分除介紹單片機(jī)外，也講解DSP、ARM、SoC等作為嵌入式CPU用于智能儀器的設(shè)計(jì)方法。另外，結(jié)合火電廠熱工參數(shù)的測(cè)量，介紹軟測(cè)量技術(shù)等新的測(cè)量方法及其應(yīng)用。
3.課內(nèi)設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)置要注意兩個(gè)方面的問(wèn)題，一是學(xué)時(shí)少，二是要避免實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與先修課程重復(fù)。因此我們將課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與大作業(yè)相結(jié)合，如要求設(shè)計(jì)一個(gè)配用熱電偶的溫度測(cè)量智能儀表，對(duì)毫伏級(jí)電壓信號(hào)進(jìn)行定時(shí)采集，設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理、多通道采集、人機(jī)接口等硬件電路，并綜合運(yùn)用數(shù)字濾波、非線(xiàn)性特性線(xiàn)性化、零點(diǎn)及量程自動(dòng)校正、標(biāo)度變換等技術(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出溫度測(cè)量值。將其中更有助于智能儀器概念理解部分中的硬、軟件由學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案，自主選擇芯片，用Protel畫(huà)出硬件部分原理圖，軟件部分用Visio畫(huà)出程序流程圖。將設(shè)計(jì)方案與智能儀器實(shí)驗(yàn)箱及實(shí)訓(xùn)模塊所采用的方案相比較，分析自己設(shè)計(jì)方案存在的問(wèn)題及優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)行改進(jìn)。最后用匯編或C51編寫(xiě)程序，并利用實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)在實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行調(diào)試。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括設(shè)計(jì)方案說(shuō)明、硬件原理圖、軟件流程圖及主要程序清單。
二、課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容組織及改革
1.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。本課程設(shè)計(jì)學(xué)生要利用單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、實(shí)訓(xùn)擴(kuò)展模塊及所需的芯片和元器件完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，也可以利用虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)智能儀器或結(jié)合大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目、參加教師科研工作選擇設(shè)計(jì)題目。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，并考慮到學(xué)生個(gè)體之間的差異，總結(jié)多年實(shí)踐教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)谝韵聨讉�(gè)方面對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了改革：設(shè)計(jì)題目的形式：《智能儀器設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容包括測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)主要的專(zhuān)業(yè)課和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，如：智能儀器設(shè)計(jì)、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)、微機(jī)原理、測(cè)量?jī)x表、數(shù)字信號(hào)處理、電路、電子技術(shù)基礎(chǔ)等。為了提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，在題目形式的選擇上，我們重點(diǎn)突出了設(shè)計(jì)內(nèi)容的綜合性、完成設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)方法的靈活性和創(chuàng)造性。給出的設(shè)計(jì)題目大部分包括：信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、輸入/輸出通道的設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并且要在實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上由學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理電路，完成硬、軟件功能的調(diào)試。鑒于虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，并相應(yīng)開(kāi)設(shè)了選修課，設(shè)計(jì)題目中增加了利用虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)智能儀器的內(nèi)容，學(xué)生可以利用LabVIEW軟件及相應(yīng)信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集模塊來(lái)完成，如：環(huán)境參數(shù)檢測(cè)、振動(dòng)信號(hào)分析、無(wú)損檢測(cè)、距離與位移檢測(cè)、環(huán)形輸送線(xiàn)檢測(cè)與控制、電參數(shù)綜合檢測(cè)及質(zhì)量分析等設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)題目的難易程度：為了使不同的學(xué)生均得到一次完整的鍛煉機(jī)會(huì)，在題目的難易程度的選擇上，我們將題目分成了難、中、易三類(lèi)。難題是指涉及內(nèi)容多、綜合性強(qiáng)的設(shè)計(jì)題目，如：設(shè)計(jì)中包括信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、A/D通道設(shè)計(jì)、數(shù)字濾波、非線(xiàn)性特性線(xiàn)性化、標(biāo)度變換、人機(jī)接口設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)題目中多數(shù)是中等難度的題，如在上述內(nèi)容中去掉數(shù)字濾波或非線(xiàn)性特性線(xiàn)性化等要求。設(shè)計(jì)題目中也有少量較容易做的題，這類(lèi)題在內(nèi)容上只是完成了智能儀表的某一部分功能，如：鍵盤(pán)/顯示設(shè)計(jì)、時(shí)鐘設(shè)計(jì)、數(shù)字I/O等。這樣，學(xué)習(xí)成績(jī)較落后的同學(xué)可以做相對(duì)容易、功能固定的設(shè)計(jì)題目，而成績(jī)較好且動(dòng)手能力強(qiáng)的同學(xué)可以做難度高、功能靈活且具有創(chuàng)造性的題目，盡可能發(fā)揮每個(gè)學(xué)生的主動(dòng)性，使各種學(xué)生都能得到最大的鍛煉，達(dá)到最好的教學(xué)效果。設(shè)計(jì)完成的最終結(jié)果：課程設(shè)計(jì)不僅要求學(xué)生按照選定的題目完成設(shè)計(jì)任務(wù)，而且要包括對(duì)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及編程語(yǔ)言的掌握。設(shè)計(jì)方案既要考慮功能的實(shí)現(xiàn)、實(shí)現(xiàn)方法、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、選用元器件的合理性、運(yùn)行結(jié)果的正確性，也要考慮測(cè)量的準(zhǔn)確度、可靠性、可移植性及參數(shù)調(diào)整的方便程度。如：題目中需要設(shè)計(jì)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，設(shè)計(jì)方案有直接采用標(biāo)準(zhǔn)電阻、采用運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單電路及考慮調(diào)零調(diào)量程的實(shí)用電路等。設(shè)計(jì)方案直接反映了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。最終完成的課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)包括總體方案、軟硬件功能分配、硬件原理圖、軟件流程圖、調(diào)試結(jié)果結(jié)論，并附程序源代碼。報(bào)告的書(shū)寫(xiě)可以培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)和論述能力，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。
2.輔導(dǎo)方式。指導(dǎo)教師給出若干設(shè)計(jì)題目后，由學(xué)生自主選擇，受實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量的限制，一般需2名同學(xué)共用一套設(shè)備。指導(dǎo)教師在布置設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，主要介紹應(yīng)完成的功能和要求，而實(shí)現(xiàn)方法可以有多種，由學(xué)生自己選擇。對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)也以提示性為主，鼓勵(lì)學(xué)生自己查閱有關(guān)資料，結(jié)合已學(xué)知識(shí)分析給定的設(shè)計(jì)任務(wù)，并最終完成課程設(shè)計(jì)。仍以前面提到的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路為例，一部分同學(xué)開(kāi)始想到的是電子技術(shù)基礎(chǔ)中學(xué)過(guò)的簡(jiǎn)單的放大電路，沒(méi)有與測(cè)量?jī)x表或智能儀表中學(xué)過(guò)的知識(shí)結(jié)合，針對(duì)這種情況，指導(dǎo)教師提示同學(xué)測(cè)量電路應(yīng)具有調(diào)零及調(diào)量程的功能來(lái)引導(dǎo)同學(xué)查閱資料設(shè)計(jì)出合適的電路。
三、考核方法改革
作為一門(mén)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)必修課，采用傳統(tǒng)的閉卷考試方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核存在一定的弊端，不適應(yīng)于發(fā)展快、綜合性應(yīng)用性強(qiáng)的儀器儀表學(xué)科。為此，我們進(jìn)行了一些有益的探索。首先，結(jié)合大作業(yè)突出對(duì)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、分析解決實(shí)際問(wèn)題能力的考核，再進(jìn)行結(jié)課開(kāi)卷考試，二者結(jié)合評(píng)定課程成績(jī)。答辯是為了檢查學(xué)生是否完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，以及對(duì)有關(guān)知識(shí)的掌握情況。答辯是結(jié)合設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題進(jìn)行思考，首先由學(xué)生針對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)介紹自己的設(shè)計(jì)思路、遇到的問(wèn)題及最終解決問(wèn)題的方法，然后教師針對(duì)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不足等進(jìn)行提問(wèn)。課程設(shè)計(jì)的成績(jī)采用四級(jí)評(píng)分（優(yōu)秀、良好、及格和不及格）。成績(jī)的評(píng)定主要考慮學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中的獨(dú)立工作能力、設(shè)計(jì)題目的難易程度、完成的質(zhì)量、答辯情況、報(bào)告的書(shū)寫(xiě)及平時(shí)表現(xiàn)等幾個(gè)方面，特別要注意學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行工程技術(shù)工作的能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神，使其能真正反映學(xué)生的真實(shí)水平。
通過(guò)對(duì)《智能儀器設(shè)計(jì)》課堂教學(xué)及實(shí)踐教學(xué)的研究和探討，確立了以應(yīng)用需求組織教學(xué)內(nèi)容的方案，更多地強(qiáng)調(diào)儀器智能化方面的知識(shí)及由此涉及到的儀器新觀念、新器件、新技術(shù)的應(yīng)用。在教學(xué)方法上，以貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)型、綜合型大作業(yè)為主線(xiàn)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，并對(duì)考核方式進(jìn)行了改革和實(shí)踐。在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，以基于單片機(jī)的智能儀器設(shè)計(jì)題目為主，同時(shí)增加虛擬儀器設(shè)計(jì)方面的題目，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)興趣，提高了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的主動(dòng)性，更客觀地評(píng)價(jià)了學(xué)生自身的能力。為培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提高創(chuàng)新能力等方面起到了很好的作用。
上一頁(yè) [1] [2]
【《智能儀器設(shè)計(jì)》課堂及實(shí)踐教學(xué)探討】相關(guān)文章：
儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討11-25
服務(wù)營(yíng)銷(xiāo)課程實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)探討03-28
儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討的論文04-02
案例教學(xué)在中職課堂中的探討11-15
英語(yǔ)有效教學(xué)“一三一”課堂模式探討11-20
高職課堂教學(xué)改革探討11-24
探討有效課堂教學(xué)策略的論文04-02
英語(yǔ)課堂教學(xué)的導(dǎo)入-課堂教學(xué)導(dǎo)入技能探討體會(huì)12-04
- 相關(guān)推薦