自动化专业“智能仪表”课程教改方法探索与实践

廉春原，张永春，高敏

(常州工学院电气与光电工程学院，江苏常州213002)

LIAN Chunyuan,ZHANG Yongchun,GAO Min

(School of Electrical and Photoelectronic Engineering,Changzhou Institute of Technology,Changzhou 213002)



自动化专业“智能仪表”课程教改方法探索与实践

廉春原，张永春，高敏

(常州工学院电气与光电工程学院，江苏常州213002)

根据自动化专业应用型本科人才培养要求，针对高年级专业选修课“智能仪表”课程传统教学中存在的问题，提出了一系列教学改革的措施，对课程教学内容、教学方法和课外教学资源利用等方面进行了探索，提高了学生的工程实践能力，提升了教学效果。

自动化专业；智能仪表；教学改革

LIAN Chunyuan,ZHANG Yongchun,GAO Min

(School of Electrical and Photoelectronic Engineering,Changzhou Institute of Technology,Changzhou 213002)

“智能仪表”课程是自动化专业在高年级开设的一门专业性选修课程，它的前序课程包括“电工技术”“电子技术 ”“微机原理”“单片机原理”“自动控制原理”等大量专业基础课程，且具有综合性强、实践性要求高、理论联系实际紧密等特点。如果前序课程学习不能融会贯通，学习本课程时就无法将孤立的知识点融合，进而难以掌握仪表设计的综合方法，因此对学生来说学好“智能仪表”这门课程难度较大[1-4]。

作为应用型本科人才培养单位，学校培养的自动化专业毕业生应该是具有较强工程实践动手能力的高水平应用型人才。如何通过专业课的学习提高学生的工程实践能力也一直是本专业教学研究的热点。

本文从目前“智能仪表”课程教学中存在的问题出发，提出了一些理论课程与实践教学的改革方法，以提高学校毕业生培养质量。

1　目前存在的问题

受培养计划调整的影响，目前“智能仪表”课程的总学时数大为削减，仅为32课时，且全部是理论授课，既没有课内实验，也没有实践环节。理论讲授内容主要包括智能仪表的专用微处理器、智能仪表的DAC和ADC转换接口、智能仪表的键盘与显示接口、智能仪表的通信接口、智能仪表的抗干扰技术、智能仪表的常用测量与控制算法等[5-6]。在讲授这些内容时发现学生只是学会某些独立的知识点，会解题，一旦遇到实际的智能仪表设计就无从下手，不能达到课程的培养目标。总结起来主要存在以下问题。

1)本课程与前序课程关系紧密，如果学生掌握不好前期的专业基础课知识，就很难学懂本门课程。例如，与本门课程关系最为紧密的前序课程“单片机原理”，智能仪表的所有软件设计都是基于单片机编程来实现的，如果不能熟练编写单片机程序，就很难实现仪表的测量与控制。教学团队在授课过程中发现，本课程需要将单片机当作工具一样使用，但大部分学生单片机编程能力还停留在解题做练习的程度上，没有做过实际的系统开发，根本无法达到课程要求。

2)课程实践性很强，但又缺少实践教学环节和课内实验。目前只能通过课堂讲授的方法向学生介绍实践的过程，虽然这种方法能节约大量时间，但自己动手操作和听别人描述怎么做二者差距很大。例如，本课程中的重点内容“波形发生器的设计”，课堂讲授再如何生动也不如让学生亲手设计波形发生器，从示波器中看到不同波形所带来的效果。因此，教学要迫切解决如何在只有理论课时的情况下完成实践动手的操作。

3)课程的综合性很强，涉及硬件电路设计、软件程序编程、理论算法计算等等。学生以往的学习，掌握的都是某个知识的“点”，能实际解决的问题如某个简单电路或简单程序，而“智能仪表”课程掌握的是整体系统的设计，要将各知识点融合应用。学生在这一方面的能力普遍较差，因此掌握程度也不理想。

2　改革措施

针对上述教学过程中存在的问题，课题组成员经过讨论与研究，提出一系列改革的措施，以提高课程教学质量。具体改革措施主要包括以下三方面。

2.1教学内容的改革

由于理论教学学时数只有32学时，要介绍仪表设计的各方面显然是不够的，因此要归纳学生在前序专业基础课上有哪些内容是已经学习过的，并通过上课做练习的方式考查学生对这些内容的掌握程度，选择性地进行讲解，避免将大量时间花费在学生已经掌握的知识点上。例如，智能仪表的专用微处理器，学生在“单片机原理”课程上已经全部学习过，这部分可以不讲；智能仪表的DAC和ADC转换接口，学生在“微机原理”课程上学习过用8位分辨率芯片完成A/D和D/A，这部分可以介绍位数更高、速度更快的接口芯片的使用方法；智能仪表的键盘与显示接口，学生在“单片机原理”课程上学习过用单片机I/O实现的方法，这部分可以直接介绍采用集成芯片的方法实现；智能仪表的常用测量与控制算法，学生在“自动控制原理”“计算机软件基础”课程上已经学习过测量和控制算法原理，这部分可以只介绍如何用单片机实现。

经过这样教改之后，可以将原有的课堂教学内容压缩到20学时左右，剩下的学时可以用来进行智能设计实例的教学。通过实例的讲解能让学生将掌握智能化测量控制仪表的设计环节，使所有的知识点串联在一起，学生学到的不再是一个个知识点，而是系统的设计方法。

2.2教学方法的改革

以往的教学课堂上，教师讲授的方法是先讲接口芯片原理，再讲硬件连接，最后讲软件程序，学生只能被动接受，教学效果较差。如果能让每一个知识点都变成一个设计过程，并让学生全程参与设计，则能调动学生学习的积极性，提高课堂教学效果。

智能仪表每一部分功能的实现都要使用单片机和一些外围接口芯片，完成硬件电路设计和软件程序编写。由于单片机自身的特点，在教学中很难体现单片机的实际运行过程，尤其是一些硬件的操作，比如定时器/计数器、I/O端口等，仅通过讲解效果不好。Labcenter公司开发的Proteus软件则可以解决这一问题，利用虚拟仿真方式，在计算机上完成硬件电路绘制，直接在原理图上运行单片机程序，配合各种虚拟设备来展示运行的整个过程，并对设计的电路和程序进行效果评估，验证是否达到仪表的设计要求，过程全部在PPT上显示给学生观看，使设计过程十分直观。在设计过程中，教师可以让学生参与修改电路及程序，观看修改后运行参数的变化，解决了教学中课堂讲解与实践无法结合的难题[7]。例如，在课堂上讲述波形发生器时，如果能利用Proteus软件分析系统的硬件电路和程序，然后运行软件，用虚拟波形发生器分析波形，并通过修改程序改变波形转态，则能使学生熟练掌握波形发生器的设计与应用。

2.3课外教学资源的利用

充分利用课外教学资源可以更好地提升教学效果。

1)充分利用校企合作实践课程增加学生实践环节。虽然本课程没有实践教学环节，但自动化专业开设了校企合作实践课程，如“专业课企业实践教学” “企业综合设计与实践”等。该措施可以让学生在企业实践环节中学习与智能仪表相关的设计与制作。校企合作实践课程不但能提高本课程的教学质量，而且能丰富企业实践课程的内容，互相促进。此外，企业设计与加工完全以产品化要求进行设计，相比于学校实验室实践环节，更符合工程技术人员培养要求。

2)充分利用学科竞赛培养学生实践环节能力。国家A类学科竞赛“全国大学生电子设计竞赛”是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，它包括“仪器仪表类”赛题，题目综合性强，对实践动手能力要求高，和本课程的仪表设计环节极为贴近。教师如果能在组织学生参加竞赛和竞赛培训环节中将本课程的内容穿插其中，则能提高学生对本课程的掌握程度，并能提升竞赛水平。从历届参加竞赛的情况来看，无论是否得奖，学生对仪表设计的理解能力都比未参加竞赛及培训的学生明显要好。因此，学校应该加大竞赛投入，鼓励更多的学生参加竞赛，提高学生综合设计能力。

3)充分利用网络资源拓展学生课外学习。为了强化课程建设，实现课程网络教学，学校引进了目前国内最优秀的网络教学软件Blackboard网络教学平台，Blackboard网络教学平台是目前全球市场上唯一支持百万级用户的网络教学平台。全球有将近4 000所大学及教育机构使用Blackboard平台产品。将由于受课堂时间、空间等原因所限而无法展开讲授的内容放入网络平台，学生可以借助该平台在课外时间继续学习，弥补课堂讲授的不足，此举也为其他专业课程建设提供了思路[8]。

3　结语

近年来，自动化专业“智能仪表”课程的教学改革实践证明，能充分调动学生学习积极性和自主性，培养实践创新能力，不仅使学生能掌握仪表设计的基本理论、基本知识和基本技能，而且提高了学生的动手能力，更重要的是使学生能主动地想要去学习，想要去解决问题，从根本上解决以前单纯灌输式教学手段的弊端，在课程学习的过程中提高学生分析问题、解决问题的能力，培养合格的工程技术人员，实现学校建设高水平应用型本科大学的目标。

[1]周爱东,周政,李磊，等.化工基础实验中智能仪表教学改革的探索实践[J].化工高等教育,2015 (6):60-63.

[2]刘瑞.高职《智能仪表技术》课程项目化教学改革的探索[J].职业技术,2015,15(2):36-38.

[3]周哲民.基于工程项目的智能仪表实践教学探索[J].中国现代教育装备,2011(9):76-78.

[4]王琪,朱光衡.《智能仪表》课程教学模式的研究与探索[J].中小企业管理与科技,2010(4):140.

[5]肖隽亚,张聚伟,付主木,等.智能仪表课程教学研究与探索[J].中国现代教育装备,2010(21):113-114.

[6]唐鸿儒,黄亚忠,夏扬,等.“智能仪表设计基础”课程教学实践[J].电气电子教学学报,2009,31(3):27-28.

[7]徐爱钧,徐阳.智能化测量控制仪表原理与设计[M].3版.北京:北京航空航天大学出版社,2012.

[8]许珂,宋秀珍.基于Blackboard平台的网络课程教学探析[J].常州工学院学报,2016,29(1):93-96.

责任编辑：陈亮

Research and Practice on Teaching Innovation of ″Intelligent Instruments″ Course for Automation Majors

According to the requirements of cultivating application-oriented talents for automation majors,problems in traditional teaching of intelligent instruments course were discussed,which is an optional course for senior students,and a series of teaching innovation measures were proposed.Improvements were made in teaching content,teaching method and extracurricular teaching resource utilization.It was proved that students′ practical engineering ability was improved with a better teaching effect.

automation majors;intelligent instruments;teaching innovation

10.3969/j.issn.1671-0436.2016.04.019

2016- 06- 06

常州工学院课程建设项目(A3-4401-14-091)

廉春原(1984—)，男，硕士，讲师。

G642

B

1671- 0436(2016)04- 0087- 03