測控專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)改革探討

葛青 趙曉云 甘媛

摘要：工程教育的目標(biāo)是培養(yǎng)符合社會(huì)要求的工程師。針對目前測控專業(yè)工程教育的現(xiàn)狀，提出將測控專業(yè)工程中的典型應(yīng)用與相關(guān)課程聯(lián)系起來，進(jìn)行綜合性的工程實(shí)踐，以培養(yǎng)和提升學(xué)生對多門課程知識融會(huì)貫通的能力、綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際工程問題的能力及創(chuàng)新精神，滿足社會(huì)對測控類工程人才的需求。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理；綜合實(shí)驗(yàn)；工程實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）17-0065-02

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是高校人才培養(yǎng)模式的非常重要的組成部分[1，2]，但工程教育的目標(biāo)是培養(yǎng)符合社會(huì)要求的工程師，不僅要注重各門課程理論和實(shí)踐的結(jié)合，更要注重培養(yǎng)綜合應(yīng)用多門課程知識解決實(shí)際工程問題的能力。美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等大學(xué)從2000年起就開始發(fā)起和推進(jìn)工程教育改革[3-5]，以滿足產(chǎn)業(yè)對工程人才質(zhì)量的要求。從測控專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐看，為了提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，很多課程都開設(shè)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容往往只針對本門課程的相關(guān)知識點(diǎn)，使學(xué)生在遇到與工程相關(guān)的綜合性設(shè)計(jì)時(shí)，往往難以綜合運(yùn)用多門課程知識來解決工程問題。

一、測控專業(yè)的特點(diǎn)

測控技術(shù)與儀器專業(yè)是以光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)等為一體的涉及現(xiàn)代測試、控制、智能儀器等多方面內(nèi)容的綜合學(xué)科，是儀器儀表類唯一的一個(gè)本科專業(yè)[6-12]。該專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有儀器儀表的設(shè)計(jì)與制造、控制、系統(tǒng)的測試測量等方面基礎(chǔ)知識和應(yīng)用能力，德、智、體綜合素質(zhì)全面發(fā)展，能夠在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)相關(guān)部門從事測量與控制、儀器設(shè)計(jì)、制造以及系統(tǒng)的維護(hù)、系統(tǒng)測試、故障診斷等方面工作的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。因此，對測控專業(yè)人才的基本要求為：（1）能夠系統(tǒng)地掌握光學(xué)、機(jī)械、電子學(xué)、測試與控制、計(jì)算機(jī)等方面的基礎(chǔ)理論知識；（2）掌握一定的光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的信號的獲取、測試、控制、顯示等的開發(fā)和研究能力；（3）具有較強(qiáng)的查閱資料、自主學(xué)習(xí)等自學(xué)能力、有較強(qiáng)的綜合應(yīng)用能力及解決工程問題的能力。

二、實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

目前全國有一百多所高校開設(shè)了“測控技術(shù)與儀器”專業(yè)，不同高校的課程設(shè)置里面各有側(cè)重。有的側(cè)重于光學(xué)，有的側(cè)重于機(jī)械，有的側(cè)重于電子信息。無論側(cè)重于哪個(gè)方面，當(dāng)將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號以后，對信號的分析和處理過程及方法都是類似的。其中都要涉及到對電路的分析，信號的時(shí)域分析、頻域分析、信號的濾波以及各種處理算法的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。如果構(gòu)建一個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系，將工程中的應(yīng)用引入到實(shí)踐教學(xué)中，使實(shí)踐的內(nèi)容能夠涉及到從低年級到高年級的多個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，不僅可以加深對各門課程理論內(nèi)容的深刻理解，也能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使學(xué)生感受到這些課程是真正有用的，能夠解決工程問題的，而不是枯燥的理論推導(dǎo)。例如將工程中常用的sallen-key低通濾波器引入到相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)中，在大一學(xué)習(xí)“高等數(shù)學(xué)”解微分方程的時(shí)候，將該電路的微分方程給出來，用高等數(shù)學(xué)的方法求解出系統(tǒng)的輸出，并在“MATLAB”中進(jìn)行驗(yàn)證；其次，在大二學(xué)習(xí)“電路分析基礎(chǔ)”和“模擬電路”的時(shí)候，就可以給出電路圖，讓學(xué)生自己列出系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系，并且用“電路分析基礎(chǔ)”的方法對方程進(jìn)行求解；大三學(xué)習(xí)到“信號與系統(tǒng)”的時(shí)候，可以將電路的方程用“信號與系統(tǒng)”的時(shí)域方法、頻域方法、S域方法分別進(jìn)行求解；在學(xué)習(xí)到“數(shù)字信號處理”的時(shí)候，可以用“數(shù)字信號處理”的沖激響應(yīng)不變法和雙線性變換法將電路轉(zhuǎn)換到數(shù)字域；在學(xué)習(xí)到“EDA技術(shù)”及“DSP技術(shù)”的時(shí)候，可以將轉(zhuǎn)換到數(shù)字域的系統(tǒng)在FPGA或DSP上實(shí)現(xiàn)。擬實(shí)施的實(shí)踐教學(xué)體系主要內(nèi)容如表1所示。

三、工程實(shí)踐教學(xué)改革的具體措施

（1）需進(jìn)行廣泛調(diào)研，確定各相關(guān)領(lǐng)域的信號分析與處理方面的典型應(yīng)用、仍需要解決的問題、正在使用的新技術(shù)和新方法，選擇若干兼顧綜合性和工程性經(jīng)典電路及需要解決的問題引入到相關(guān)課程的實(shí)踐中；

（2）需及時(shí)對實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行更新，跟蹤國際先進(jìn)技術(shù)和方法；

（3）因?yàn)樯婕暗蕉嚅T課程的實(shí)踐教學(xué)，因此需要及時(shí)更改培養(yǎng)方案和教學(xué)計(jì)劃，將實(shí)踐內(nèi)容納入到相關(guān)課程的實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中；

（4）由于完成整個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目需要三到四個(gè)學(xué)年，并且需要綜合應(yīng)用多門課程知識，因此需與各相關(guān)課程的教師進(jìn)行研討和溝通，以保證實(shí)踐內(nèi)容的連貫性和一致性；

（5）為實(shí)踐項(xiàng)目的完成提供設(shè)備、場地等；

（6）為學(xué)生發(fā)表論文、申請專利提供經(jīng)費(fèi)支持。

四、對測控專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的影響

（1）實(shí)踐項(xiàng)目打破課程界限，體現(xiàn)整個(gè)專業(yè)培養(yǎng)的要求，突出課程之間的有機(jī)聯(lián)系，提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力；

（2）打破實(shí)踐內(nèi)容單一及在一個(gè)學(xué)期內(nèi)完成的模式，采用三段式實(shí)踐教學(xué)，整個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目分為分析、算法設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三個(gè)階段，完成整個(gè)設(shè)計(jì)需綜合多門課程，跨越了大二到大三兩個(gè)學(xué)年；

（3）打破舊的驗(yàn)證原理，觀察現(xiàn)象的實(shí)踐方式，使實(shí)踐內(nèi)容與工程實(shí)際問題掛鉤，提高學(xué)生解決工程問題的能力；

（4）打破提供具體的實(shí)驗(yàn)方法和步驟的實(shí)踐模式，要求學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)有的知識，通過查閱資料，獨(dú)立完成實(shí)踐內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力及初步的科研能力；

（5）實(shí)踐項(xiàng)目和內(nèi)容反映本專業(yè)前沿技術(shù)和當(dāng)前服務(wù)于工程應(yīng)用的熱門技術(shù)，可以開闊學(xué)生眼界，提高創(chuàng)新能力；

（6）打破了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)只交報(bào)告的模式，將學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)的成果進(jìn)行展示，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表論文、申請專利。

五、結(jié)論

教育是培養(yǎng)學(xué)生的高素質(zhì)、強(qiáng)的綜合應(yīng)用能力，而不是灌輸有限的通用知識。通過綜合實(shí)踐教學(xué)體系，對所學(xué)知識進(jìn)行融會(huì)貫通，使學(xué)生不僅有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，而且具有創(chuàng)新思想和較強(qiáng)的自學(xué)能力，更好地適應(yīng)社會(huì)的要求，成為產(chǎn)業(yè)界真正需要的工程人才。

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