测控专业工程实践教学改革探讨

葛青 赵晓云 甘媛

摘要：工程教育的目标是培养符合社会要求的工程师。针对目前测控专业工程教育的现状，提出将测控专业工程中的典型应用与相关课程联系起来，进行综合性的工程实践，以培养和提升学生对多门课程知识融会贯通的能力、综合运用所学知识解决实际工程问题的能力及创新精神，满足社会对测控类工程人才的需求。

关键词：数字信号处理；综合实验；工程实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）17-0065-02

实践教学环节是高校人才培养模式的非常重要的组成部分[1，2]，但工程教育的目标是培养符合社会要求的工程师，不仅要注重各门课程理论和实践的结合，更要注重培养综合应用多门课程知识解决实际工程问题的能力。美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等大学从2000年起就开始发起和推进工程教育改革[3-5]，以满足产业对工程人才质量的要求。从测控专业的教学实践看，为了提高学生的实践动手能力，很多课程都开设了相应的实验，但实验内容往往只针对本门课程的相关知识点，使学生在遇到与工程相关的综合性设计时，往往难以综合运用多门课程知识来解决工程问题。

一、测控专业的特点

测控技术与仪器专业是以光、机、电、计算机等为一体的涉及现代测试、控制、智能仪器等多方面内容的综合学科，是仪器仪表类唯一的一个本科专业[6-12]。该专业的培养目标是培养具有仪器仪表的设计与制造、控制、系统的测试测量等方面基础知识和应用能力，德、智、体综合素质全面发展，能够在国民经济各个相关部门从事测量与控制、仪器设计、制造以及系统的维护、系统测试、故障诊断等方面工作的应用型工程技术人才。因此，对测控专业人才的基本要求为：（1）能够系统地掌握光学、机械、电子学、测试与控制、计算机等方面的基础理论知识；（2）掌握一定的光学、机械、电子、计算机技术相结合的信号的获取、测试、控制、显示等的开发和研究能力；（3）具有较强的查阅资料、自主学习等自学能力、有较强的综合应用能力及解决工程问题的能力。

二、实践教学体系的构建

目前全国有一百多所高校开设了“测控技术与仪器”专业，不同高校的课程设置里面各有侧重。有的侧重于光学，有的侧重于机械，有的侧重于电子信息。无论侧重于哪个方面，当将非电信号转换成电信号以后，对信号的分析和处理过程及方法都是类似的。其中都要涉及到对电路的分析，信号的时域分析、频域分析、信号的滤波以及各种处理算法的实时实现。如果构建一个实践教学体系，将工程中的应用引入到实践教学中，使实践的内容能够涉及到从低年级到高年级的多个实践教学环节，不仅可以加深对各门课程理论内容的深刻理解，也能增加学生的学习兴趣和积极性，使学生感受到这些课程是真正有用的，能够解决工程问题的，而不是枯燥的理论推导。例如将工程中常用的sallen-key低通滤波器引入到相应的实践教学中，在大一学习“高等数学”解微分方程的时候，将该电路的微分方程给出来，用高等数学的方法求解出系统的输出，并在“MATLAB”中进行验证；其次，在大二学习“电路分析基础”和“模拟电路”的时候，就可以给出电路图，让学生自己列出系统的输入、输出关系，并且用“电路分析基础”的方法对方程进行求解；大三学习到“信号与系统”的时候，可以将电路的方程用“信号与系统”的时域方法、频域方法、S域方法分别进行求解；在学习到“数字信号处理”的时候，可以用“数字信号处理”的冲激响应不变法和双线性变换法将电路转换到数字域；在学习到“EDA技术”及“DSP技术”的时候，可以将转换到数字域的系统在FPGA或DSP上实现。拟实施的实践教学体系主要内容如表1所示。

三、工程实践教学改革的具体措施

（1）需进行广泛调研，确定各相关领域的信号分析与处理方面的典型应用、仍需要解决的问题、正在使用的新技术和新方法，选择若干兼顾综合性和工程性经典电路及需要解决的问题引入到相关课程的实践中；

（2）需及时对实践内容进行更新，跟踪国际先进技术和方法；

（3）因为涉及到多门课程的实践教学，因此需要及时更改培养方案和教学计划，将实践内容纳入到相关课程的实践教学当中；

（4）由于完成整个实践项目需要三到四个学年，并且需要综合应用多门課程知识，因此需与各相关课程的教师进行研讨和沟通，以保证实践内容的连贯性和一致性；

（5）为实践项目的完成提供设备、场地等；

（6）为学生发表论文、申请专利提供经费支持。

四、对测控专业实践教学的影响

（1）实践项目打破课程界限，体现整个专业培养的要求，突出课程之间的有机联系，提高学生综合应用知识的能力；

（2）打破实践内容单一及在一个学期内完成的模式，采用三段式实践教学，整个实践项目分为分析、算法设计、硬件设计实现三个阶段，完成整个设计需综合多门课程，跨越了大二到大三两个学年；

（3）打破旧的验证原理，观察现象的实践方式，使实践内容与工程实际问题挂钩，提高学生解决工程问题的能力；

（4）打破提供具体的实验方法和步骤的实践模式，要求学生运用现有的知识，通过查阅资料，独立完成实践内容，培养学生的自学能力及初步的科研能力；

（5）实践项目和内容反映本专业前沿技术和当前服务于工程应用的热门技术，可以开阔学生眼界，提高创新能力；

（6）打破了传统的实验及课程设计只交报告的模式，将学生独立设计的成果进行展示，鼓励学生发表论文、申请专利。

五、结论

教育是培养学生的高素质、强的综合应用能力，而不是灌输有限的通用知识。通过综合实践教学体系，对所学知识进行融会贯通，使学生不仅有扎实的理论基础和较强的工程实践能力，而且具有创新思想和较强的自学能力，更好地适应社会的要求，成为产业界真正需要的工程人才。

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