扎根于“微” 拓展到“远”和“宏”的测控专业教学体系建设研究

张自嘉 孙 伟 殷利平 陈海秀 杨常松

南京信息工程大学信息与控制学院 江苏南京 210044

测控技术与仪器专业目前面临的现状是毕业生多从事仪器使用和维护或与控制相关方面的工作，也有进入电子信息相关技术领域的[1]，这一方面反映了本专业学生的知识面较宽，另一方面也反映了本专业在仪器仪表制造行业竞争力不足。测控专业是我国仪器仪表学科下属的唯一一个本科专业，是近年来我国对学科目录和专业设置调整后，合并11个相近专业后确定的专业类别[2]，承担着我国仪器仪表专业人才培养的重要使命。从专业特点来看，测控专业特别是电子信息类的测控专业侧重于测控系统的底层硬件和软件设计，而控制和电子信息类的测控专业则侧重于应用层。近年来，测控专业在开设院校与招生人数等方面都达到了较大规模，各类学校的教师对相应的培养模式进行了深入研究和探索，对培养测控人才起到了积极的推导作用[3-6]。测控专业是一个多学科交叉、综合和集成的学科，因此对人才的培养模式存在多样性，同时也存在一些不足，研究如何提高本专业人才培养的质量和就业竞争力，特别是培养设计和制造仪器仪表的专业人才，对测控专业人才培养模式进行分析和研究，具有现实意义。

仪器仪表属于一种工具，其人才培养的核心任务是培养能够创造这一工具的人才，其次才是应用这一工具的人才，这一点非常重要，否则未来仪器仪表设计制造企业的中坚力量将会被其他专业人才取代，仪器仪表专业人才将会成为使用和维护仪器仪表的人才，失去该专业人才培养的初衷和目标。

1 测控技术与仪器专业面临的现状

测控专业在我国是一个相对较新的专业，还处于不断发展与完善的过程中。近年来各个层次的毕业生逐年增多，就业压力也随之增加，毕业生的竞争一方面来自于本专业之间，另一方面也来自其他专业。当专业特色不突出时来自相近专业的竞争就会更加激烈，因此针对各类院校，研究如何加强人才培养模式、增强毕业生就业竞争力，推动我国仪器仪表和测控技术的发展具有重要意义。

在我国200多个专业类别中，不少专业是无可替代的。由于仪器仪表的广泛性和综合性，使得仪器仪表专业在不少领域并不是处于一种无可替代的地位，或者说处于一种“夹心”状态。就单纯的测控专业来说，机械式精密仪器要超越机械专业，避免机不如机械的处境；而光学仪器要超越光学工程有关的专业，避免光不如光学工程的处境；同样电测仪器也要超越纯粹的电子技术专业，避免电不如电类的处境；实质上还要避免控不如控制的境地。这不是说仪器仪表专业不重要或可有可无，而是说测控专业的人才培养，在宽口径、厚基础的前提下，要有自己的侧重点，找出突出优势。机械式精密仪器和光学仪器具有鲜明的特色，只有少数学校具备这样的人才培养条件，应突出自己人才培养的优势，使之成为一种无可替代的专业方向，当然也要兼顾就业的广泛性。在我国200多所各类开设测控专业的本科院校中，大多是近几年才开始招生，其中约有1/5是依附于其他院校的独立学院，并以电测辅以控制为主。对于电测并辅以控制的测控专业，需要明确测控专业根本的人才培养目标—仪器仪表，因此建议这类院校的测控专业人才培养模式需扎根于“微”，拓展到“远”和“宏”。

2 扎根于“微”，拓展到“远”和“宏”的教学体系

2.1 “微、远、宏”的含义

“微”有微观的含义，是指能够利用基本元器件设计仪器仪表，这种仪器仪表可能是独立工作或使用的，也可能是放入其他系统中的仪器仪表模块。基本元件指传感器、电阻、电容、三极管、运算放大器、模数转换器、单片机等，最主要的是包含信号调理的完整仪器。在掌握基本元件性能的基础上，强调设计中如何提高仪器的性能，如精度、功耗、可靠性等。

“远”有远的含义，这里指通信，各个仪器模块之间进行信息传输，但并非一定指实际距离的远。这里的通信不同于通常意义的通信，指仪器模块之间的数据传输，主要是各种现场总线。这种通信既包含有线，也包含无线，有近距离的通信也有稍远距离的通信，也可以接入电信、移动的通信网络。典型的包括RS232，RS485/42，USB，CAN，PROFIBU，ZigBee等，特指能够掌握有关协议和硬件构成及它们的驱动软件设计。

“宏”有宏观的含义，指能够利用其他仪器仪表模块构建一个完整的测量系统，大多还具有控制功能，有时还需要一个属于“微”的系统来协调这些模块的工作。具有“系统集成”的含义，这方面要教授给学生目前主要领域被广泛应用和认可的成熟仪器模块，以及它们的构成方式，还应包括让这些模块工作的相关软件的使用方法，自动化仪表、PLC等属于典型的“宏”特征的测控模块，它们有现成的仪器模块和成套的软件。

属于“微”的课程较多，如电路理论、数字电路、模拟电路、微机原理/单片机、嵌入式系统设计、仪器电路设计、光电测试技术、EDA、传感器、检测技术、DSP、智能仪器、电机及测控控制技术等，还有电路设计软件，如Protel，PADS等，这是仪器仪表的根本。当然这些课程很多都是本专业已开设的，但也是很多电子技术专业开设的课程，实质上它们在电方面的根基要比测控专业更深和更牢固一些。那么如何才能够使测控专业的学生更牢固地扎根于“微”，是测控专业教师需要思考的问题。随着电子技术的发展，一些机电式的仪表逐步被纯电和数显仪表所取代，对“微”的能力要求会更高。

属于“远”的课程有计算机网络、现场总线、网络化测控技术等。关于通信方面，测控专业无法与计算机专业的网络和通信专业的通用通信相抗衡，但要掌握测控专业自身的通信特点，主要是专用通信网络，适用于工业现场应用的控制网络。这方面的教学不仅是泛泛地介绍有关网络的概念，更重要的是要讲解网络的硬件构成与实现及软件设计方法。

属于“宏”的课程不是很多，但应用千变万化，实用性强，就业时具有针对性。PLC、过程控制装置/仪表、虚拟仪器属于较典型的具有“宏”特征的课程，表面上看这是仪器仪表应用层面上的课程，但已不是简单的应用，如PLC，从理论上讲只是一个数字控制装置，但要使其可靠稳定的工作，不是一般设计人员可以完成的，而且配套的软件也相当复杂，这也正是世界上广泛应用的PLC被少数几家企业垄断的原因。这些课程虽然已具有明显的控制特征，但如果有这方面的拓展，学生的就业面会更宽一些。

2.2 建立扎根于“微“的教学思想

这里说到的“宏”和“远”，其实都源于“微”，因此特别强调要扎根于“微”。从大多数测控专业的教学计划及仪器科学与技术教学指导委员会的仪器仪表类专业规范[1]来看，扎根于“微”的力度并不够，测控专业中PLC和虚拟仪器课程都是讲如何应用，特别是相应的开发软件和编程，较少涉及PLC和数据采集卡的构成与设计，其实若有课程能够深入剖析PLC及各类数据采集卡的构造、设计方法，则更能体现测控技术与仪器的专业本质。同样对于“远”，不仅要教授给学生控制网络的抽象协议，更要教授其硬件构成、特定的软件编程方法，使之能够从“微”的角度构建一个测控网络，而不仅是利用现成的模块搭建一个网络，用固定的软件使之运转，如各类组态软件等，测控专业更应担当起设计、制造底层硬件和软件的任务。

要使测控专业培养的人才能够扎根于“微”，仅仅利用前面提到的与“微”有关的课程是不够的，这些只是掌握了一个基本的概念，打下了一个初步的基础。最好的方法就是案例教学，通过成功的案例设计使学生先学习、模仿，然后应用，之后自然就会有创新。提高“微”方面的能力需要长期实践锻炼与经验积累，这些经验若写入教材传授给学生，则可以大大提高人才培养的效率和质量，避免本专业的人才出现“遇电电不强或电不如电类”的不足。虽然这会有一定的难度，可能涉及企业产品的技术秘密，但大家只要朝着这个方向努力，未来一定会有利于专业的发展。

对扎根于“微”的模式，也适用于偏光、机方面的人才培养，在光、机基本理论基础上，加强本专业有关特定设计的训练，使之达到无可替代的专业方向。

3 建立与“微、远、宏”相适应的实验项目和实验室

建立扎根于“微”、拓展到“远”和“宏”的培养模式，提高测控专业人才的培养质量和效率，需要建立相应的实验条件，当然其中很大一部分都是和原来相同的，只是需要适当扩展，并有所侧重和分配相应的比例。

扎根于“微”，对原来的基础性实验仍然不可减少，而且要有所加强，主要目的是提高学生软、硬件设计的能力。除了基本原理的验证性实验之外，还要增加和扩充能够提高学生实际设计能力的相关实验，这些实验应是成熟并能够应用于实际工程的案例或功能模块。

对于原来与“远”和“宏”有关的实验，仍然要保留，这是培养应用能力必不可少的。需要增加学生深入掌握完成“远”和“宏”功能模块的构造和设计方法，而不是仅仅验证它能够完成的功能。举例来说，对PLC不仅学习它的功能、编程方法，还要掌握它的内部结构、设计方法；同样对于虚拟仪器，不仅是掌握LabVIEW软件的使用方法，还要掌握数据采集卡的结构和设计方法；对于测控网络，也不仅是能够编程使用已有的模块，而是能够设计相应的模块，或将之应用于需要设计的仪器中。还有很多成熟、有代表性的仪器或仪器模块都可以作为“微”的案例写入教材，并建立相应的“解剖”实验，提供相关课程和配套实验条件，这样才能更好地使培养的人才扎根于“微”。特别是对工程应用的典型仪器或仪器模块、工程应用的测控系统的解剖式理论教学和实验，可以是简化或“仿制”的工程应用的仪器模块，以突出设计要领。

不同类型的学校对“微”“远”“宏”的要求可以有较大差别，特别对于以培养应用型人才为主的学校，可以加强“远”和“宏”能力的培养，未来以应用、维护仪器仪表为主要就业方向，或者加强控制方面的培养，转向工业控制方向。

4 结束语

仪器仪表在工业、农业、交通、气象、军事等各个行业都有广泛应用，测控专业担负着仪器仪表人才培养的重任，其首要任务是培养能够设计制造仪器仪表的专业人才，其次才是培养应用、维护仪器仪表的人才。分析了测控专业人才培养的现状和面临的问题，着重强调了扎根于“微”、拓展到“远”和“宏”的培养模式，虽然和原来的培养模式没有本质差别，但在一些方面要有侧重，以提高设计和制造仪器仪表的能力，而且不同层次学校在人才培养定位上要有所区别。

需要说明的是这里所提出的“微”“远”“宏”只是形象或抽象的区分，实际上并没有严格的意义，只是一种笼统的划分，相对有所侧重而已，对有关课程的区分也不是绝对的，也并没有一一列举。希望这样的模式对本专业人才培养有一定的积极意义，对提高人才培养的质量和效率有参考价值。

[1]教育部高等学校仪器科学与技术教学指导委员会.仪器科学与技术学科测控技术与仪器专业规范[R].2006.

[2]教育部.工科本科引导性专业目录[Z].北京:高等教育出版社,1998.

[3]颉新春,王志春,李忠虎.智能化仪表课程教学改革的研究[J].中国现代教育装备,2009(10):68-69.

[4]宋爱国,况迎辉.测控技术与仪器本科专业人才培养体系探索[J].高等工程教育研究,2005(5):48-51.

[5]胡小唐.提高工程教育质量培养高素质创新型仪器仪表工程技术人才[R].第二届中国机械工业教育协会仪器科学与技术学科教学委员会成立大会上讲话,2008.

[6]李东升,李文军,毛成,郭天太,谢代梁.地方高校特色专业培育方法研究:以测控技术与仪器专业为例[J].中国大学教学,2010(10):80-82.