《计算机测控技术》研究生课程教学改革探讨|计算机测控技术
时间：2019-05-18 03:14:16 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】针对研究生生源多样化、计算机基础存在较大差异的现状，探讨适应工程化教育发展趋势的研究生专业基础课程教学方式。通过开放实验等形式提高学生学习兴趣和学习主动性，加强实践环节训练，为后续课题研究奠定必要的基础。教学实践结果表明，以工程化为主导对教学内容、实验方式、课程考核方法等进行改革，较好地促进了“计算机测控技术”课程的教学效果。
【关键词】研究生课程 教学改革 实践能力 工程化教育
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2012）06－0004－02
如何使工程教育与科技发展水平相适应是全世界教育界面临的共同课题。美国已重新制定了面向21世纪的工程教育发展战略，其总趋势是从原来的重视工程背后的原理回到重视工程实践。［1］ 在有识之士的大力倡导下，我国高等教育也在逐渐回归工程，其中国内硕士研究生招生过程中专业型硕士的比例逐年提升就是一个明证。在这种前提下，对传统的研究生课程内容和教学方式进行改革势在必行。
《计算机测控技术》是我校“仪器科学与技术”一级学科及“仪器仪表工程”专业硕士研究生的专业基础课程之一。仪器科学与技术学科属于信息科学领域，研究信息的获取、处理以及对相关要素进行测量、控制的理论与技术，仪器仪表工程专业要求学生在掌握仪器、仪表领域较宽广的技术基础理论和专业知识的前提下，具有较强的工程开发能力和解决工程实际问题的能力。学科的主要研究方向包括视觉检测与光电测量技术、精密测控与仪器智能化、生物医学检测技术与仪器、电子测量技术、新型传感器与敏感材料、光纤激光器与光电器件等。
近几年，为使《计算机测控技术》这门课满足工程教育的发展需求并与学科研究方向相适应，我们根据学生后续所从事研究的课题特点和工程实践需求，对课程内容、实践环节、课程考核方式等进行了一系列探索。
一、课程要求与学生特点
计算机测控技术是一门工程技术类的综合性课程，其目的是使学生了解掌握以计算机为核心构建测量系统或测控系统时所涉及到的各种技术。这门课程是测控、自动化等本科专业普遍开设的一门专业课，通常要求学生在修完“微机原理（或单片机原理）”、“自动控制原理”、“传感器技术及应用”等课程后必修或选修的。该课程内容丰富且自成体系，对不同学校的不同本科专业来说，一般会根据专业自身特点和定位调整授课内容和课程主线。［2］ 总的说来，该课程的授课内容弹性较大。仪器学科将这门课程作为硕士研究生专业课程的目的是使学生掌握计算机测控系统的基本工作原理、技术构成和实现方法，初步具备简单的计算机测控系统设计、调试和运行维护的能力，为后续开展课题研究奠定基础。［3］ 在研究生生源多数出自测控等相关本科专业的情况下，因为学生已经在本科阶段学习过这门课程，我们在开展教学时主要强调不能简单重复或加强本科所学知识，而是根据后续研究需求通过大型实例和大量的实践训练提升学生的系统综合设计、调试能力。
随着研究生招生规模的逐年扩大，我校仪器学科硕士研究生的生源呈现出多样化、复杂化的发展趋势，师范类、理科类、三本专业等生源比例不断扩大，多数理工科专业学生也并非源自测控、光信等相关本科专业。上述客观事实对《计算机测控技术》研究生课程教学的正常开展产生了较大影响。主要原因归纳如下：①大多学生在本科期间没有学习过传感器、测控电路等课程，对各种物理量的采集转换方式、输入信号调理电路的组成等缺乏基本的认识与了解。②学生对控制系统中的各种常用执行部件缺乏必要的了解，甚至连最基本的概念都不清楚。③学生在本科期间虽然已学过微机原理等课程，但大多数学校的实验环节过分依赖成套的商品化实验设备，即实验箱，这些设备降低了教师的实验准备工作量，却使实验停留在要求学生按图接线、记录数据等认知、验证阶段，无法培养学生的动手能力、设计能力以及创新能力，也造成了学生对计算机体系结构、硬件组成、工作原理等没有真正掌握。④部分学生在考研过程中忽视了正常课程学习，造成了高分低能的畸形现象。
根据以上分析，在研究生生源多样化、生源基础差异较大、学生普遍缺乏必要前序课程知识、动手能力较弱的前提下，按照传统教学组织形式开展《计算机测控技术》的研究生课程教学不仅无法完成课程任务，也会使学生由于难度大而丧失学习信心。
二、授课内容与授课方式
随着科技发展水平的日新月异，构成测控系统核心的计算机系统其性能不断提升、种类日益丰富，计算机测控系统的组成形式、技术种类也不断拓展，更加灵活。研究生在后续课题研究和工程实践中需要逐步适应技术的不断更新换代和更新速度的不断提高。但从另一个角度来讲，在一年的理论课学习阶段，每门课程的课时不可能太多，且有逐渐减少的趋势。对仪器学科的学生来说，每门专业基础课和专业选修课的课时都限定在32个课时之内。学生基础薄弱、课程技术内涵层次丰富、授课课时有限，上述多种因素交叉作用，要达到教学目的，就必须适应现状并且对授课内容和授课方式进行改革。
针对研究生有较高知识层次和较强学习主动性的特点，我们首先改变了传统授课方式。
在研究生阶段，学生已具备一定的专业知识和自学能力，以学生为主导的现代教育理念［4］在课堂教学中具有较强的可实施性。正因如此，在课程教学中参考国外教学方式，比如，课堂中对难点、重点内容，多采用提问、学生小组讨论和回答的方式，以激发学生的学习兴趣和参与意识；课程中弱化理论推导，仅简单介绍方法、思路及结果的应用，具体推导过程留给学生课后完成；布置思考题和大作业，锻炼学生课后收集资料、阅读并理解文献、灵活运用知识解决实际问题的能力。［5］
在采用变被动接收为主动学习的课程授课方式前提下，在拟定教学内容时把大量外延扩展内容放在课外，鼓励学生自学，对课内教学内容进行浓缩。课程内容主要包括：
1．绪 论（2课时）
通过学生日常接触到的测控系统示例引导学生分析计算机测控系统的组成及其特点，进而总结归纳计算机在测控系统中的典型应用方式；根据技术发展现状介绍测控系统中常用的计算机系统种类，强调根据需求选择计算机；要求学生查阅资料了解计算机测控系统中的新技术和发展趋势。 2．输入输出接口技术与输入输出通道（6课时）
主要包括输入输出控制方式和输入输出接口设计方法；输入输出通道组成及常用技术；输入输出通道的抗干扰措施。要求学生熟悉各种输入输出控制方式的特点，在接口设计过程中强调根据信号特点和系统需求选择合适的控制方式并以此为基础完成接口设计。输入输出通道主要围绕实际工程需求分析各组成部分的技术参数和器件选择原则，并根据应用特点介绍相应的功能电路。要求学生根据应用需求和特点了解从传感器选择、传感器信号调理、输入接口到输出接口、输出信号调理、执行部件驱动等完整过程的设计原则。
3．数字控制器的模拟化设计（2课时）
以课题中用到的温度控制系统为例讲解数字PID控制器的设计及参数调整方法。
4．测量数据处理方法（4课时）
通过实际程序实例讲解量程切换和标度变换、零位及灵敏度误差校正、非线性校正、数字滤波等测控系统中常用的数据处理方法。
5．计算机测控系统设计（4课时）
用比较完整的课题实例与学生一起分析计算机测控系统的一般设计步骤、主要考虑的问题以及设计原则和设计方法，引导学生考虑性价比等实际工程中必然会涉及的问题。
6．多机测控系统和测控系统的可靠性保证（2课时）
根据技术现状分析测控系统的组网方法及常用通信手段；讲解如何在系统构建过程中提高系统的软、硬件抗干扰能力和电磁兼容等能力。
7．课程实验（12课时）
采用开放实验内容和开放实验室方式完成课程实验。
三、课程实验
对工程技术类课程来说，实验对加深相关知识的理解、锻炼学生解决实际问题的能力有重要作用。［6］ 但作为一门综合性课程，12课时的实验不足以使学生熟悉实际工程中的计算机测控系统设计过程和调试过程。正因如此，实验内容和实验实施方式必须进行调整。
在实际实施过程中，改变以前由教师指导完成固定实验的方式，将教师的科研成果转化为实验素材，制作电路板后由学生根据需要自己选择器件完成焊装；之后完成三个基础实验：V/F转换及频率量输入，温度采集，人机接口实验；在三个基础实验之上，由学生选择相应的传感器和执行部件，自己设计接口电路并编写程序实现特定功能。
实验过程完全开放，实验室提供基本调试工具和场地，学生可根据自己的时间灵活安排实验时间。除规定的实验学时外，学生可以根据自己的兴趣增加时间；也可以把电路板带走进行调试。教师实验辅导和答疑方式灵活，学生有问题既可当面探讨，也可以邮件或其他方式提问。
四、课程考核方式
与强调动手能力培养的实践方式相配合，课程考核不再采用答卷形式，课程考核成绩由两个部分组成：一部分是对实验过程、结果的总结分析；一部分是根据给定的设计题目，查资料完成实际计算机测控系统的设计方案，包括硬件实现方案和软件实现方案。学生完成以上两个设计报告后，需结合自己的报告与教师进行方案设计交流，探讨方案存在的问题。
近三年的教学实践表明，以工程化为主导对授课内容和授课方式、实验内容和实验方式、课程考核方法等进行改革，较好地促进了仪器专业《计算机测控技术》课程的教学效果，提高了学生的学习兴趣和学习主动性，为学生后续开展课题研究奠定了基础。
参考文献
1 朱高峰.关于中国工程教育的改革与发展问题［J］.高等工程教育研究，2005（2）：1～9
2 罗胜等.与专业培养方向相结合的专业技术课程改革探讨［J］.现代教育技术，2009（8）：117～119
3 北京信息科技大学硕士研究生培养方案，2009
4 陈琳.现代教育技术［M］.北京：高等教育出版社，2006
5 孟洲等.《光纤传感技术》研究生课程改革探讨［J］.中北大学学报（社会科学版），2007（2）：98～100
6 王威等.构建实践性教学环节 加强研究生实践能力培养［J］.高等教育研究学报，2009（S1）：43～45
