以大作業(yè)為驅(qū)動(dòng)力的《智能儀器設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革

摘要：通過(guò)建立以大作業(yè)為中心的教學(xué)模式，把智能儀器設(shè)計(jì)課程的三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的教學(xué)環(huán)節(jié)（課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、和課程設(shè)計(jì)）有機(jī)融合在一起，不再明顯地區(qū)分3個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)教學(xué)改革為學(xué)生提供施展自己創(chuàng)造能力的空間，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

關(guān)鍵詞：智能儀器；實(shí)踐實(shí)訓(xùn)；大作業(yè)

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0568（2014）14-0054-01

作者簡(jiǎn)介：呂青，博士，副教授，主要從事智能儀器設(shè)計(jì)課程的教學(xué)和智能儀器開發(fā)的科研工作。

基金項(xiàng)目：本文系山西省高等學(xué)校教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目“以大作業(yè)為驅(qū)動(dòng)力的智能儀器設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革與探索”（編號(hào)：800104-02100458）的研究成果。

智能儀器設(shè)計(jì)是對(duì)微機(jī)原理、單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和傳感器與檢測(cè)技術(shù)等課程的內(nèi)容進(jìn)行深化、延伸、補(bǔ)充的課程，它融合多項(xiàng)新技術(shù)，對(duì)實(shí)踐性要求很高。學(xué)生通過(guò)該門課和課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，應(yīng)該掌握智能儀器的開發(fā)、設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)，具有很強(qiáng)的動(dòng)手能力。在實(shí)際教學(xué)中，現(xiàn)有教學(xué)模式與這門課程教學(xué)要求存在很多矛盾，為了保證和提高教學(xué)效果，各個(gè)學(xué)校都在不斷地對(duì)智能儀器設(shè)計(jì)課程教學(xué)進(jìn)行改革，以期更加適應(yīng)這門課程的特點(diǎn)。筆者在教學(xué)工作中參與了這門課程的一系列教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)于該課程的教學(xué)有一些思考，認(rèn)為可實(shí)施以“大作業(yè)”為驅(qū)動(dòng)力的教學(xué)改革。

一、改革思路

智能儀器設(shè)計(jì)課程分為三部分：課堂教學(xué)24學(xué)時(shí)，8學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)和1周的課程設(shè)計(jì)。原有教學(xué)模式中這三個(gè)環(huán)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，教學(xué)各環(huán)節(jié)的安排存在不合理的地方，具體表現(xiàn)在：①課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)一周時(shí)間內(nèi)，要完成一個(gè)測(cè)量?jī)x表的設(shè)計(jì)、原理圖和印刷電路板圖的繪制、PCB制板、焊接、調(diào)試基本不可能，即使是不做PCB板，在面包板上插件調(diào)試時(shí)間也是不夠的，所以課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的質(zhì)量無(wú)法保證；②實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生用Keil軟件編程調(diào)試C51程序完成幾個(gè)簡(jiǎn)單的功能，在后續(xù)的課程設(shè)計(jì)中，一個(gè)測(cè)量?jī)x表的系統(tǒng)軟件涵蓋了實(shí)驗(yàn)階段的這些簡(jiǎn)單程序的功能，實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)內(nèi)容重疊；③課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，課堂教學(xué)24學(xué)時(shí)，介紹的內(nèi)容有限，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)。

改變智能儀器課程的教學(xué)模式，建立以大作業(yè)為中心的教學(xué)模式，把智能儀器設(shè)計(jì)課程的3個(gè)相對(duì)獨(dú)立的教學(xué)環(huán)節(jié)，即課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)有機(jī)融合在一起，不再明顯地區(qū)分3個(gè)環(huán)節(jié)。突出大作業(yè)（Course work）在課程教學(xué)中所扮演的角色，整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的主線是學(xué)生圍繞大作業(yè)開展自主學(xué)習(xí)，完成教師布置的課題任務(wù)，課堂教學(xué)主要起輔導(dǎo)、答疑的作用。

二、改革教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)改革的核心是以大作業(yè)為驅(qū)動(dòng)力，大作業(yè)應(yīng)富有創(chuàng)意和特色，合適的大作業(yè)能保證教學(xué)內(nèi)容的豐富性和新穎性。大作業(yè)的內(nèi)容、每組學(xué)生應(yīng)完成大作業(yè)的數(shù)量、大作業(yè)的難易程度是教學(xué)改革首先要考慮的問(wèn)題。

大作業(yè)的內(nèi)容設(shè)置有體現(xiàn)理論基礎(chǔ)知識(shí)的和實(shí)踐實(shí)訓(xùn)的。例如，一個(gè)配用熱電偶的溫度測(cè)量智能儀表項(xiàng)目，需要對(duì)毫伏級(jí)電壓信號(hào)進(jìn)行定時(shí)采集、信號(hào)調(diào)理等硬件電路運(yùn)算放大器的選型電阻的計(jì)算，要運(yùn)用數(shù)字濾波、非線性特性線性化、零點(diǎn)及量程自動(dòng)校正、標(biāo)度變換等技術(shù)，這些涉及到基礎(chǔ)理論知識(shí)。將配用熱電偶的溫度測(cè)量智能儀表用Protel畫出硬件部分原理圖、PCB圖、制版、焊板、調(diào)試板就屬于實(shí)踐實(shí)訓(xùn)了。

大作業(yè)的內(nèi)容還考慮了實(shí)踐性、真實(shí)性、前沿性。大作業(yè)貼近或者盡量模擬實(shí)際工程問(wèn)題，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，從而激發(fā)學(xué)生的興趣。大作業(yè)要接觸本專業(yè)最先進(jìn)技術(shù)。如鑒于虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，大作業(yè)題目中增加了利用虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)智能儀器的內(nèi)容。

學(xué)生的個(gè)體差異不同，大作業(yè)的難易程度也有所不同。為了使不同的學(xué)生均得到一次完整的鍛煉機(jī)會(huì)，可將大作業(yè)分成難、中、易三類。難是指涉及內(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、非線性特性線性化、標(biāo)度變換、人機(jī)接口設(shè)計(jì)等。中等難度的占多數(shù)，如在上述內(nèi)容中去掉數(shù)字濾波或非線性特性線性化等要求。少量較容易做的題，在內(nèi)容上只是完成了智能儀表的某一部分功能，如鍵盤/顯示設(shè)計(jì)、時(shí)鐘設(shè)計(jì)、數(shù)字I/O等。

三、改革教學(xué)方法

課堂集中教學(xué)學(xué)時(shí)壓縮到6～8學(xué)時(shí)，選擇一個(gè)具有典型功能且相對(duì)完整的智能儀器的產(chǎn)品，以此為例，介紹該產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)思路及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合教師的科研介紹實(shí)際開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)例講解后，公布任課教師設(shè)立的大作業(yè)題目，學(xué)生可以從中選擇，或者選擇其導(dǎo)師科研項(xiàng)目中與智能儀器系統(tǒng)相關(guān)的內(nèi)容，甚至是選擇由教師審核通過(guò)的自己感興趣想設(shè)計(jì)的智能儀器系統(tǒng)。其后兩個(gè)月的課程學(xué)習(xí)時(shí)間，就是自主查閱資料，進(jìn)行項(xiàng)目獨(dú)立設(shè)計(jì)，完成仿真、調(diào)試電路及相應(yīng)的軟件、組裝等過(guò)程。在此期間，學(xué)生自主學(xué)習(xí)比重較大，教師答疑、解惑起指導(dǎo)督促作用，鼓勵(lì)學(xué)生盡可能多地開展討論和交流。

四、改革學(xué)生成績(jī)考核體系

課程教學(xué)改革是一個(gè)系統(tǒng)工程，學(xué)生成績(jī)考核體系是整個(gè)教學(xué)模式開展的指揮棒，起著折射教學(xué)重點(diǎn)、督促學(xué)生學(xué)習(xí)和檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要作用。缺乏科學(xué)的考核體系督促，學(xué)生沒(méi)有動(dòng)力，不積極，致使很多教改項(xiàng)目流于形式，沒(méi)有達(dá)到應(yīng)該達(dá)到的目的。改變一紙?jiān)嚲矶ǔ煽?jī)的做法，就需要建立公正公平的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系。

新的成績(jī)考核體系中可引入學(xué)生評(píng)價(jià)，考核由三部分組成：教師的評(píng)價(jià)、外組學(xué)生的評(píng)價(jià)和同組的學(xué)生互評(píng)，最后的課程成績(jī)是三部分的評(píng)價(jià)乘以相應(yīng)權(quán)重的結(jié)果。

教師的評(píng)價(jià)考慮的因素主要有：大作業(yè)的完成質(zhì)量、設(shè)計(jì)思想的創(chuàng)新性和大作業(yè)題目的難易程度。大作業(yè)完成程度上分為幾個(gè)層次：①用Proteus及其它相關(guān)仿真軟件實(shí)現(xiàn)功能；②用學(xué)校提供的或者自購(gòu)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)板實(shí)現(xiàn)要求；③在面包板或洞洞板上實(shí)現(xiàn)電路；④繪制印刷電路板圖，在定制好的PCB板上焊接、調(diào)試完成項(xiàng)目。其中，創(chuàng)新思想尤為重要，盡管有些方案不完全成熟，或者受到器件限制沒(méi)有完成，但對(duì)學(xué)生具有的創(chuàng)新意識(shí)老師應(yīng)給予充分的考慮。

最后，大作業(yè)本身的難易程度也是顯然要考慮的問(wèn)題。大作業(yè)過(guò)程中的開題和答辯環(huán)節(jié)要面向全體同學(xué)。大作業(yè)項(xiàng)目的申請(qǐng)書、設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告、項(xiàng)目演示及是否完成預(yù)期目標(biāo)等因素，都是外組學(xué)生評(píng)價(jià)的依據(jù)。大作業(yè)一般都由多個(gè)同學(xué)共同完成的，同組學(xué)生之間最了解相互的工作情況，他們之間的互評(píng)也是非常有價(jià)值的。

五、改革效果

筆者在我校自動(dòng)化09、10級(jí)學(xué)生實(shí)施了智能儀器設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動(dòng)學(xué)習(xí)。兩個(gè)月的課程學(xué)習(xí)時(shí)間，學(xué)生不僅僅是設(shè)計(jì)，還能完成制作一個(gè)智能儀表的全過(guò)程，達(dá)到了鍛煉實(shí)踐動(dòng)手能力的目的。

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（編輯：秦俊嫄）