“测控系统原理与设计”课程研讨型教学模式改革

摘要：“测控系统原理与设计”课程是高校测控技术与仪器专业重要的综合性、应用型专业主干课程之一，本文在分析该课程理论与实践教学环节中存在的不足基础上，提出了一种学科竞赛与创新项目联合推动的研讨型教学模式改革思路，并且详细介绍了教改实施过程采用的具体措施、方法。

关键词：测控技术与仪器；测控系统原理与设计；研讨型教学模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0084-02

一、前言

“测控系统原理与设计”课程是高校测控技术仪器专业最重要的综合性课程之一，对于帮助学生建立工业测控系统设计与开发的必要知识架构、增强理论联系实际的能力有重要意义。因此在授课过程中，教师如何安排教学内容，突出启发性和创造性，充分调动学生的主观能动性，培养学生的创新能力，是非常值得研究的课题。本文细致分析了“测控系统原理与设计”课程教学环节中存在的问题，探讨了一种学科竞赛与创新项目联合推动的研讨型教学模式。

二、课程授课现状分析

为了促进“测控系统原理与设计”课程的建设和发展，笔者细致剖析了该课程建设中存在的不足，主要表现在如下方面：

1.“测控系统原理与设计”课程的教学内容主要包括输入输出通道技术、单片机接口技术、测量数据处理技术、数字PID控制技术、抗干扰技术等专题内容，几乎涵盖了工业测控系统设计过程中所需的各种基础知识。然而，具体到每一专题的教学内容上，大多还是以传统、经典的设计理论知识为主，能彰显时代背景的、先进的工业测控系统设计新理念、新技术、新方法并没有很好地融入到教学内容中，如先进单片机嵌入式系统开发技术、总线技术、物联网测控技术、虚拟仪器等。

2.教学案例不能很好地为课堂教学内容服务。由于课堂教学案例常以教材或相关教参中的传统案例为，案例不贴近学生的实际生活和学习，导致学生对案例背景了解不充分，无法最大程度调动学习兴趣。

3.课程的教学方式缺乏创新性和创造性。课堂教学形式较为单一，主要采用传统的“讲授”模式，限制了学生在教学环节中的参与性，一定程度上扼杀了学生的学习主动性，影响了学生对课程相关理论知识和应用方法的深入理解。

为了进一步提高学校教学和人才培养水平，近几年，天津工业大学对学生学科竞赛、创新项目、毕业设计等实践环节非常重视，大力提倡并创造条件让本科在校生参与到师生共建“数字化”教学资源建设中和教师的科研、创新项目中。为了进一步建设和发展“测控系统原理与设计”的课堂、试验、实践教学，在“巩固基础、强化特色、突出实践、与时俱进”的原则基础上，提出了一种学科竞赛与创新项目联合推动的研讨型教学模式。

三、研型教学模式的实施

研讨型教学模式的实施核心环节在于“研讨”的开展，需要做好两方面的工作，其一是授课内容和研讨案例的选择；其二是课堂、试验、实践教学环节研讨型教学内容的设计。教学内容的安排上要有主动的倾向性，特别突出工业测控系统设计中出现的新的设计理念、理论和方法。教学案例是综合性、设计型课程课堂教学的重要支撑，此次课程教学改革在案例的选择考虑以下几个原则：（1）案例要贴近学生的实际生活和学习，同时还要保证为测控系统设计领域新的发展趋势、新的技术等服务，这样学生才能更容易了解案例的背景知识，才能对课程内容产生浓厚兴趣。（2）案例涉及的设计理论与方法要与课程教学大纲、内容紧密相关。（3）案例应具有很好的综合性和完整性，包含从设计方案论证、技术路线选择到具体设计实施、试验测试，这样的案例才能更好地衔接课程中各章节的知识。（4）案例涉及内容应充分考虑学生的知识背景和能力，避免过于前沿而增加学生学习、理解难度。基于上述考虑，案例主要在专业学生学科竞赛、优秀毕业设计、创新设计和学生参与专业教师科研项目中选择，因为这些案例大多来自于学生实际学习和生活，学生比较了解和熟悉，同时案例又具备很好的完整性和综合性，符合课程案例选择的要求。案例选择确定后，课程组教师和专业优秀学生代表一起将案例的详细方案、实施环节、设计文件、样机制作等细致整理。在课程讲授过程中，为了最大限度地调动学生的参与积极性，教师并不需要负责课堂教学内容的所有知识细节，而是采用一种“引导式”、“研讨型”的教学方式，引导学生作为案例的设计者进行必要的知识学习，而教师则着重介绍重要的理论知识细节，着眼于理论联系实际过程的重点环节、难点环节，真正锻炼学生自主分析问题、解决问题的能力。基于上述分析，在课程教学中开展了以下工作：

1.针对课程大纲所要求的讲授内容，整理近几年测控专业学生在学科竞赛、毕业设计、创新设计中有关测控电路、单片机嵌入式测控系统、物联网测控系统设计中取得的成果，提炼出适合于课程每个专题的课堂教学、实践教学案例，确保案例与相应专题的重点、难点、实际应用的知识点结合紧密，完成了每个案例相关设计文档及课程的电子课件、讲义等工作。

2.组织系室教师和专业优秀学生代表组成课程建设团队，基于Proteus、Multisim、LabVIEW等平台制作测控系统原理与设计课程学习仿真案例库，并且重点制作了一些用于课堂和实验实践教学的样机，如基于AVR单片机的数控机床主轴温升监测系统、基于ARM单片机的便携式脉搏测量仪、智能鱼缸、语音台灯、基于无线物联网的智能零件存储柜、基于Arduino系统的玩具气垫船控制系统等。

3.利用实验室新购置的CDAQ、PXI、myRIO等高性能数据采集与过程控制设备平台，结合教师在虚拟仪器工业测控系统设计开发项目中的科研成果，提炼出适合于课堂教学和实践教学案例，并且基于LabVIEW虚拟仪器平台设计几款工业过程信号采集、分析、处理与过程控制软件，完成了相关教学文档资料、课件等的设计制作。

4.授课环节采用了“引导式”、“研讨型”的授课模式，授课教师针对课程的每个专题内容，以解决所选案例的某个或某些问题作为出发点，逐渐引导和启发学生深入了解每个专题的重点、难点知识和应用中应该注意的问题；而学生则成为案例设计工作的发起者或参与者，组成若干设计团队，通过研讨针对设计问题，明确技术路线和需要学习并掌握的理论、知识，并且利用课后时间或实验实践课堂验证团队的设计方案，通过实践帮助学生建立测控系统设计的知识架构，增强了理论联系实际的能力。

以上提出的以学科竞赛与创新项目联合推动的“测控系统原理与设计”课程研讨型教学改革在实际开展过程中，取得了不错的教学效果，学生利用所学知识解决实际问题的能力有所提高，在新的学科竞赛和创新设计中取得了不错的成绩。然而，课程的建设和发展是一个系统性、持续性的工程，需要不断大胆创新、并且充分考虑学生的实际诉求，课程的建设才能不断进步。

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