“智能仪器”课程教学改革方法探索
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作者:王强 徐国政 高翔
[摘 要] 《智能仪器》是测控技术与仪器专业的主干课程。针对该课程涵盖知识点多、传统教学方法缺少实践能力培养、与实际应用脱节等问题，本文以实际工程产品为主线，在课堂教学上紧紧围绕工程案例组织教学内容，积极拓展工程应用知识;实践环节中，采用团队合作开发产品的模式替代传统的验证性实验;课程考核方式上依据课堂表现、项目文档、实验、答辩等环节进行综合成绩的评定。通过这些方法的改革，提高了学生的系统设计思想和工程实践能力。
[关键词] 智能仪器;工程案例;教学方法;实验改革;课程考核
[课题项目] 南京邮电大学教改项目资助：JG00517JX22
[作者简介] 王 强（1980—），男，江苏淮安人，博士，南京邮电大学自动化学院、人工智能学院讲师，研究方向为嵌入式系统及应用。
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）43-0181-02 [收稿日期] 2020-03-12
一、引言
《智能仪器》是测控技术与仪器专业的一门主干课程，其内容与工程应用紧密相连，是仪器仪表行业技术人员必备的专业知识[1，2]。目前，该课程教学存在如下问题：
（1）课堂教学仍以讲授为主，且部分内容与《微机原理》《数据采集系统》《嵌入式系统及应用》等先修课程重叠，易导致学生对该课程不感兴趣，无法调动学生的积极性;教学知识点繁多，缺少综合应用能力的培养[3]。
（2）实验环节配套的器材主要有CSY2000传感器实验箱、MCS-51单片机实验箱等，其自身开发能力较弱、性能低下，与实际工程应用相脱节，不满足课程教学需求[4]。
（3）课程总评成绩由平时成绩和考试成绩组成，考试成绩占70%，平时成绩占30%，平时成绩从作业、上课出勤率、实验等方面进行考核。这种考核方式仍以理论考试为主，缺乏对学生综合能力的考察。
针对以上不足，本文借鉴CDIO理念，以实际工程产品为主线，从课堂教学、实验教学、考核方式3个方面给出了《智能仪器》课程初步改革探索方案，以适应新时期对仪器仪表人才的培养需求。
二、课堂教学方法改革
1.紧紧围绕实际工程案例，组织教学内容
《智能仪器》课程教学内容包括数字量/模擬量的输入/输出通道设计、人机接口设计、通信接口设计、智能技术、抗干扰技术等，涵盖知识点多、综合性强，对于学生来说，往往不能将这些知识点有效联系起来，不能把握课程的主线而失去学习兴趣，进而变成应试的被动学习[5]。
对此，本文以笔者开发的实际工程案例《多功能轻武器射击靶标控制系统》，将看似独立的知识点有效联系起来，使学生从宏观上把握智能仪器的整体和部分之间的关系。该控制系统具有多档速度控制靶面起倒、命中信号检测、远程关机、无线通信、状态显示、参数配置等功能，涉及课程的全部知识点。
课程内容紧紧围绕如何开发实际工程产品，从企业产品需求分析、方案设计、任务分解、软硬件开发、调试、测试、维护等方面展开教学，并将授课知识点分布到相关环节。实施过程中，各环节均需学生参与其中，并输出可用于考核的成果，如设计方案、使用说明书、维护手册等。每个环节结束，学生都要完成相关文档的撰写，课程结束，提交一份完整的项目设计文档。
2.积极拓展教学内容，培养工程应用能力
教学过程中与先修课程重叠的部分内容，不作重点讲解，一带而过，省下的时间用于相关知识的拓展。例如先期课程《嵌入式系统及应用》也涵盖抗干扰技术，因此本课程中只对抗干扰技术的基本原理与方法作回顾性的简要介绍，而将重点放在如何工程应用上。
比如，抗干扰技术中利用光耦对输入/输出信号进行隔离知识点，先期课程只讲解隔离的原理及基本应用电路，本课程中则将重点放在怎样根据产品需求分析得出光耦的技术参数（工作电流、上升时间、下降时间等），如何选择合适的器件（不仅考虑技术指标，还要兼顾成本，供货渠道稳定等因素），如何测试验证所选的器件满足要求等。通过积极扩展相关知识，可以激发学生的学习兴趣，提高学生的工程设计能力。
三、实验教学方法改革
目前配套的实验设备性能低下，已不满足教学需求，并且以往的实验多是验证性的，很难培养学生的工程实践能力。
对此，本文采用团队合作开发产品的模式代替传统的验证性实验。以实际工程产品《多功能轻武器射击靶标控制系统》为例，分成7个模块的组合：多功能核心板模块，电源模块、实时时钟模块、电机驱动模块、命中信号检测模块、通信模块、键盘/显示模块。事先，给出每个模块详细的功能及技术参数需求，如输入信号、输出信号、实现功能、接口类型等。
教学方式上将所有同学分成7个团队，每个团队负责设计1个模块，任务包括原理图、PCB布线、制版、焊接、调试、软件设计、调试，以及相关文档的撰写等。
最后，7个团队相互协作完成综合性实验项目——多功能轻武器控制系统的开发。让学生在开发实际产品的过程中，提升实践能力，提高团队合作精神。
四、考核方式改革
为了全方位地考查学生的综合能力，课程考核方式中取消了理论考试，改由4部分组成：课堂表现（10%），项目设计文档（30%），实验（30%），答辩（30%）。
课堂表现包括迟到、旷课、回答问题等;项目设计文档评价主要依据内容的是否正确、全面，格式是否规范等;实验部分评价依据承担模块的难易程度、工作量、是否完成给定的设计目标、动手能力、实验报告的质量;答辩成绩评价依据回答问题的正确性、条理性等。
五、结语
本文借鉴CDIO理念，以实际工程产品为主线，对《智能仪器》教学内容、实验模式，以及考核方式进行了初步改革和探索。通过这些教学方法和考核方法的改进，学生不仅掌握了智能仪表设计的原理和方法，而且工程实践能力和团队协作能力也得到了锻炼和培养。
参考文献
[1]吕青，何小刚.《智能仪器设计》课程的教学改革研究[J].教育教学论坛，2014（24）：55-56.
[2]张琳，贺繇.《智能测控仪器》实验教学改革探索[J].教育教学论坛，2019（3）：114-115.
[3]曾志辉，张志刚.电子测量与智能仪器课程教学与实验改革探索[J].大学教育，2017（1）：63-64.
[4]赵倩，赵丽娜，曹佃国，等.“智能仪器”相敏解调综合实验设计[J].电气电子教学学报，2019（4）：153-158.
[5]戴金桥，俞阿龙，孙华军.项目驱动法在智能仪器设计课程教学中的应用[J].中国教育技术装备，2015（16）：83-85.
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