测控技术与仪器专业综合实验教学改革探索

戎舟 刘瑞兰

摘 要：综合实验是测控专业一门重要的实践课程。该课程以测控系统为主线，加强各专业课之间的衔接，能够为后续的课程设计和毕业设计打下必要的基础。但是由于学生缺乏系统、综合的概念，软硬件设计能力不强，要想取得良好的实践教学效果，必须合理设计课程实验内容，对教学环节和教学方法进行研究探索和改革，以达到提高学生实践动手能力、系统综合能力和解决问题能力的目的。

关键词：综合实验;测控专业;教学实践

中图分类号：G64 文献标识码：A

文章编号：1673-9132（2019）29-0010-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2019.29.004

对于高校的工科专业来说，实验教学与理论教学相互影响、相辅相成，对培养学生的实践动手能力和解决问题能力具有重要的意义。课内实验针对某一门课程理论教学进行验证和实践，加深对理论知识的理解，而综合实验须结合多门课程的知识，培养学生发现及提出问题、分析和解决问题的科研能力[1]。近年来，很多高校在专业综合课程及综合实验平台方面展开了研究和探索[2]-[4]。

专业综合实验的目的是使学生通过实验，在正确理解系统功能的基础上，完成相应硬件电路的搭建、软件的设计和实现，在实验过程中培养实践动手能力和独立解决问题的能力。下面结合测控专业课程特色和学生先修课的学习状况，对课程内容、教学方法和综合能力培养等方面进行改革探索，以提高教学效果和学生对课程的兴趣。

一、实验内容设计

原来测控技术与仪器专业综合实验课程存在内容单一、综合类实验偏少、实验内容与新的专业知识脱节等问题。我们利用测控实验室现有的数据采集平台和单片机开发实验箱等设备，对课程内容进行了改革，共设计了五个实验：虚拟数字示波器实验让学生巩固和学习数据采集卡的使用，采集实际的信号，在计算机中用LabVIEW设计示波器，显示多路信号和所测试的参数;RLC参数测试系统实验要求搭建进行RLC测试的硬件电路，利用数据采集卡产生激励信号，采集响应信号至计算机进行RLC参数的计算;光强测试系统实验要求采用I2C总线的光强模块，由单片机采集信号后传输到上位机进行显示，上位机能对光强模块进行测试分辨率的设置;烟雾报警系统实验由学生进行设计，选择烟雾传感器、AD转换芯片和控制器，提前将需求告诉教师，为他们配置硬件模块和芯片，实验时搭建硬件电路，在上位机进行结果显示;直流电机转速测控实验可以在数据采集平台、MYRIO平台或单片机上进行，相应的元器件也由学生自己设计后提出，最后完成的系统要求采用PID实现控制，学生也可以根据兴趣搭建其他的测控系统，自由发挥。

实验内容包括硬件和软件部分，实验过程涉及传感器技术、电子测量原理、嵌入式系统及应用、数据采集、虚拟仪器技术、自控原理和误差理论与数据处理等多门专业课程和相应的基础课程，将这些知识综合到实验系统中，使学生在整体系统设计能力方面得到训练，真正提高设计能力、计算机能力和工程实践能力。

二、教学方法改革

传统实验类课程主要由教师给出实验指导书，学生按照要求按部就班完成，缺乏对学生自主学习能力、系统设计能力和探索能力的培养。针对以上问题，我们结合学生学习过程中的实际情况，从预习、兴趣培养和分层教学等几方面进行改革探索。

（一）细化预习要求

实验预习是整个教学不可缺少的环节，直接决定了实验效果的好坏。综合实验课程设置的每个实验都是一个小系统，大部分既涉及硬件的设计又涉及软件的编程，实验内容相对复杂并有一定难度，所以针对每个实验给学生布置相应的预习任务，要求学生查找实验原理、系统设计和元器件使用等资料，在完全理解系统结构的基础上，拟订方案，理清每個模块要实现的功能。硬件部分必须预先设计并画好电路图，软件部分先给出流程图并搭好程序框架，完成部分算法。在有准备的前提下进行实验，才能很好地理解系统，顺利完成实验，避免了部分学生实验时不知所措的情况发生。

（二）加强兴趣培养

综合实验需要学生进行设计，部分学生存在实践动手能力较差的问题，所以如何培养学生的兴趣是要解决的关键问题。综合实验采用LabVIEW作为上位机开发的平台，编程方便灵活，界面显示清晰生动。学生在先修的虚拟仪器课程中学过LabVIEW编程，通过生动的课堂教学、课后练习和互动，大部分学生很感兴趣，同时该课程有专门章节介绍设计实例，学生对测试系统框架有基本的概念。在此基础上结合传感器、电子测量原理、嵌入式系统等专业课程的内容，每个系统从信号输入到结果显示目的明确，并且能直观地看到测试结果。当通过细心调试，排除各种问题，看到正确的测试结果时，学生便能体会到成功的喜悦，提高其对实验的兴趣，培养其创新能力。另外，在实验过程中教师要耐心指导，引导学生积极探索，共同探讨出现的问题，鼓励学生对系统功能进行扩展，逐渐培养学生对专业实验课程的兴趣，在兴趣中体会学习的快乐，通过实验锻炼实践动手能力。

（三）设置分层教学

虽然是同一个专业同一个班级，但是学生的学习理解和动手实践能力有较大的差别，在实验过程中采用分层要求的方式，可以有效满足不同层次学生的需求，真正做到因材施教。对于基础好的学生，可以让其自己选择硬件平台和芯片模块，最后一个实验可根据要求自行命题实现测控系统，所有实验可在基本要求的基础上进行扩展。例如，硬件部分增加无线模块，通过无线方式将测试数据传输到上位机;软件上可进一步考虑优化算法，以提高测试精度，软件界面设计美观交互性好等，让学生灵活运用已学知识，激发其创新思维，发展其个性特长。对于基础薄弱的学生，要求其充分预习，如有问题随时和教师沟通。实验时采用教师提供的芯片模块和平台，并由教师重点指导，帮助其提高动手能力和对各专业课程的进一步理解，树立其自信心，激发其学习兴趣。

三、綜合能力培养

大部分课内实验是针对某一个知识点而设置的，在系统综合设计方面的训练不够。我们在专业综合实验课程的实验指导书中详细说明了实验目的、实验内容和可以提供的实验平台，但没有给出实验原理、系统设计和实现。完成一个实验要从查找文献资料开始，理解整体系统功能，设计系统模块，搭建硬件，设计软件算法和运行界面，到最后分析实验结果，撰写实验报告，通过一系列环节，培养学生的综合能力。在实验的设计和实现过程中，须将各门课程衔接起来，提高学生的系统概念和系统设计能力，为后续的毕业设计打下良好的基础。

按照以往的经验，学生一般对实验过程和实验结果比较感兴趣，对报告的撰写重视不够，存在一些问题，如报告撰写不规范、条理不清楚、实验内容说明不全面以及实验结果分析不深入等。为此，我们做了明确要求，除了实验报告的固定要求外，参照小论文的格式进行撰写，开头要求给出摘要，说明系统功能、系统组成结构和测试结果;实验内容部分要求给出系统框图及说明、硬件模块功能介绍和相应的电路、软件的实现思路和流程;最后详细分析实验结果，并对实验进行总结。除了实验报告内容外，还对格式和字体做了明确规定，要求学生按照模板格式撰写实验报告。

经过预习、实验过程和实验报告撰写等环节的训练和严格要求，很好地培养了学生的综合素质和严谨的学习作风，为学生今后参加科研工作和走上工作岗位打下了坚实的基础。

四、结语

经过几年的改革探索，专业综合实验课程取得了良好的教学效果。通过课程的学习和锻炼，学生受益匪浅。学生表示，虽然实验前后要投入较多时间，实验中也很辛苦，但是永远记得实验成功那一刻的喜悦。也有学生在实验报告中留言：“作为一名工科生，动手能力的锻炼是必不可少的，通过这门课程能很好地锻炼动手能力，培养发现问题、思考问题、解决问题的能力。”

我们将继续对该课程的教学内容和教学方法进行探索研究，并将专业的新技术融入到实验中取去，进一步提高教学质量，培养高素质的人才。

参考文献：

[1]王党树，王新霞.测控专业综合实验心得体会与思考[J].高校实验室工作研究，2016（10）：28.

[2]王海，徐群，许德章.工科院校测控专业综合实验课程教学改革实践[J].中国电力教育，2011（191）：119.

[3]李军，周杏鹏，祝学云.开放式柔性测控实验平台的设计与实现[J].电气电子教学学报，2006（6）：79.

[4]刘丽娜，张宝峰，韩芳芳.专业综合实验教学改革的探讨[J].教育教学论坛，2011（8）：122.[责任编辑 李爱莉]

作者简介：戎舟（1970.11— ），女，汉族，江苏丹阳人，副教授，研究方向：虚拟仪器技术与网络化测控。

刘瑞兰（1972.9— ），女，汉族，湖北大冶人，副教授，研究方向：软测量技术、数据融合与目标跟踪等。

课题项目：本文系南京邮电大学校教改项目《测控技术与仪器专业综合实验课程建设与改革实践》（课题立项号：JG00517JX25）阶段性研究成果。