测控专业“综合课程设计”课程建设

陈松 赵汝海 龚雪

摘  要：测控技术与仪器专业是一门实践性强的综合性学科。测控综合课程设计要培养学生对多个学科、多个领域知识的掌握和运用能力，培养学生的综合素质和实践创新能力，该课程以大学生科研训练项目为载体，需要教师从科研项目、产学研项目中凝练思路，设计教学内容，以大学生实际掌握的技术和技能为评价标准，依据学生表现和实际得分计算达成情况的综合评价。

关键词：测控技术与仪器专业;综合课程设计;教学改革;实践能力

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2022）14-0038-04

测控技术与仪器是一门综合性学科，在设备检测、环境检测、工业系统、机械故障诊断中广泛应用。测控专业具有实践性、综合性强的特点，该专业要求学生不仅需要具备扎实的基础理论知识以及广博的学科知识，还要具有较强的综合能力。

测控技术与仪器专业课程设计包含多门课程，但这些课程设计的内容只针对单门课程，无法考核学生综合运用知识的能力。有的课程内容过于简单陈旧，不能体现当前行业需求，因此需要根据测控实践性和综合性特点，开设综合课程设计课程[1]，测控综合课程设计建设内容见图1。

一、科学设计综合课程设计的课程目标

综合课程设计课程的基本教学目标是实现学生综合素质和创新能力的提升，培养学生严肃认真的科学精神，使学生通过综合课程设计具备合格工程师的综合素质。高校在修订人才培养方案时，应通过课程组开会研讨，确定综合课程设计的课程目标和内容。在电子课程设计中，学生已掌握电路原理图的绘制、PCB板的绘制、电路接线方法。在传感器课程设计中，学生已掌握传感器本体的设计方法、测量电路的设计方法。在虚拟仪器课程设计中，学生已掌握将检测参数传输到上位机进行存储和分析的方法。在综合课程设计中要应用到以往课程设计中所用到的知识和技术，包括传感器和测量电路的设计、嵌入式系统设计和上位机的设计等。学生通过综合课程设计的学习，应达到以下课程目标：

（一）基础知识类目标

学生能够运用电路原理、检测技术、误差理论与数据处理、嵌入式系统等相关知识，通过方案比较等环节，初步掌握综合运用基础知识的方法。

（二）分析和计算类目标

学生能够根据课题设计要求进行文献资料的查阅、分析与论证，完成方案设计并通过分析实际系统的关键性能指标参数。能够掌握仿真软件或开发平台的使用方法。针对测控技术与仪器领域产品开发的特定需求，给出可行的设计方案，培养学生分析工程问题的能力。

（三）设计和创新类目标

学生能够针对测控系统具体工程问题或研究对象，设计系统方案、绘制系统原理图，并编写程序， 培养学生的综合开发与调试能力。在设计中体现创新意识，培养学生创新能力和设计能力。

（四）文字表达类目标

学生能够对结果进行分析，能够通过口头和撰写报告形式表达自己的想法，完成设计报告和答辩，能就测控系统中的复杂问题进行有效沟通。

二、综合课程设计课程目标实现的途径

根据综合课程设计课程目标设计实现途径和教学方法，实现目标的途径如图2所示。

（一）基础知识类目标实现途径

教师应通过课堂讲授、课堂互动、课程练习等环节，使学生能够巩固并掌握电路分析、检测技术、误差理论与数据处理、嵌入式系统等相关知识，能够掌握测控元器件的基本特性、测控系统结构和工作原理等基础知识。培养学生对具体对象建立模型并求解，分析测控技术与仪器领域复杂工程问题的能力。教师现场检查，可检查不同学习能力的学生对知识点的掌握程度，并根据学生水平有针对性地指导。

（二）分析和计算类目标实现途径

教师应引导学生根据课题设计分析实际系统的关键性能指标参数，进行文献资料的查阅、分析与论证，给出设计依据，以此培养学生工程问题分析的能力，指导学生针对测控技术与仪器领域产品开发的特定需求，进行系统设计，给出可行的设计方案，列出具体的设计步骤。

（三）设计和创新类目标实现途径

针对测控系统具体工程问题或研究对象，设计系统方案并绘制系统原理图，编写程序，培养学生分析工程问题的能力。启发学生独立思考，并讨论交流，培养学生创新意识。使学生能够针对测控系统与仪器领域具体工程问题或研究对象，开发满足特定需求的现代工具，分析和解决相关问题，并分析其局限性。通过动手实践，使学生具有测控专业软件的操作能力，培养学生掌握测控技术与仪器领域产品设计和开发的方法和技术。通过掌握仿真软件或开发平台的使用方法，并对结果进行分析，培养学生的综合开发与调试能力。

（四）文字表达类目标实现途径

指导学生撰写设计方案，总结出合理有效的结论，撰写设计报告，要求学生按照统一模板撰写报告，主要包括摘要、目錄、正文、参考文献、个人体会、附录图纸、附录程序等，培养学生的报告撰写能力。在中期检查和答辩检查环节要求学生答辩，通过现场汇报、演示、回答教师问题，锻炼学生的语言表达能力、陈述能力，测控系统设计步骤的梳理能力，能够通过口头和撰写报告形式表达自己的想法，能就测控系统复杂问题进行有效沟通。能够理解个人与团队的关系，可在团队中独立或合作开展工作，并具备组织、协调和指挥团队开展工作的能力。

三、综合课程设计内容以科研训练项目为载体

将科研项目、创新训练项目、校企合作项目拆分组合，设计科研训练计划选题。项目选题的知识点涵盖机械、电子、嵌入式、程序设计。改革设计内容可以提高学生学习知识的兴趣和学习积极性。当前综合课程设计的内容，和测控应用领域相关，包括建筑设备检测、建筑环境检测、工业机器人系统、旋转机械故障诊断、数控系统故障诊断、建筑设备故障诊断、工程机械系统设计等[2]。部分选题内容如下：

（一）建筑设备检测系统选题

分析空调系统的运行状态，需要对各个装置的运行参数进行测量和分析。为测量机组进出水的流量和水泵流量，可以使用霍尔元件或超声波传感器。为测量机组进出水的压力、经过各个水泵的流体压力，可以使用电阻应变式传感器。测量机组进出水的温度、地埋管进出水的温度、经过各个水泵的水温度，可以使用电阻式温度传感器。各负载回路的电流和电压，输入电能测量芯片，经过模数转换和积分计算，得到电功率，然后转换为频率信号，用于测量电能。检测并联水泵运行参数，具体包括并联水泵的流量、压力、电机转速和电能。绘制不同转速条件下压力-流量曲线图，分析水泵运行规律。

（二）建筑环境监测物联网系统选题

环境传感器采集数据，通过总线汇总到中集器，然后由中集器通过4G模块发送到服务器。数据存储在服务器的数据库，由物联网平台发送控制信号，通过无线传输的方式，发送给中集器，然后把控制信号发给执行装置，执行预先设定的动作，调节环境参数。

（三）机器人控制系统选题

已知机器人的起点和目标位置，由视频模块、雷达、超声波传感器检测机器人位置信息，进行室内定位，通过电机控制机器人行走，利用路径规划算法确定最佳路线[3]。

（四）机械故障诊断系统选题

对旋转机械系统的轴、轴承、电机等故障进行故障诊断。利用加速度传感器检测垂直和水平方向的振动信号，利用位置传感器检测轴心轨迹;利用数字信號处理的知识和智能算法判断故障类型。

四、综合课程设计考核与评价

（一）考核方式及其合理性

每学年进行课程目标与考核方式的合理性评价。考核形式包括课堂互动和出勤、中期检查、答辩、设计报告等，考核形式合理、全面，能考核学生获取指标点所列能力[4]。评分标准如表1至表4所示。

考核主要基于出勤与课程练习、中期检查、最终答辩和报告给出成绩。现场指导和检查的方法可以检查不同学习能力的学生对知识点的掌握程度。课堂练习和互动使用学习通软件实现全覆盖，每个学生都参与考核。中期检查对学生的方案设计、机械图或电路图的绘制、程序进行检查与评价，可以提醒、督促进展缓慢的学生纠正明显的错误。最终答辩综合考核学生综合运用知识的能力、对系统的熟悉程度、设计能力、思考创新能力和语言表达能力。设计报告能考核学生撰写、分析和总结的能力。通过课程设计答辩中的设计方案叙述、设计报告中的实验步骤，考核学生选择合适的研究路线并制订设计方案的能力。课程考核方法能独立判断每项课程目标的达成情况[5]。

课堂练习题目、答辩题目都分为三类，分别考核学生对测控系统基础知识、计算分析、设计方法的掌握。课堂练习题目和答辩题目需符合标准化和多样化的要求。

（二）目标达成值分析与评价

教学评价是以课程目标为依据，运用有效的技术手段，对教学过程及结果进行测量，并给予价值判断的过程。对教学效果进行评价，可以了解教学各方面的情况，判断教学质量和水平、成效和不足。全面客观的评价可以了解课程教学在多大程度上实现了教学目标，反映出教师的教学效果和学生的学习成效。教师和学生可以根据反馈信息，调整教学行为，从而有效达到课程目标[6-7]。

根据四种考核方式得出的分数，计算教学目标达成值。根据教学目标达成值，计算毕业指标达成度，这是直接评价分数。直接评价分值如果大于设置阈值，说明学生学习知识、掌握知识和技术的情况良好;如果小于设置阈值，说明学生学习情况不好，需要改进教学方法和效果。

五、结论

测控技术与仪器专业综合课程需要科学设计课程目标，根据综合课程设计课程目标探寻教学途径和教学方法，将科研项目、创新训练项目、校企合作项目拆分组合，设计科研训练计划选题，以大学生实际掌握的技术和技能为考核和评价标准，从而实现培养学生的综合素质和实践创新能力的教学目标。

参考文献：

[1] 张鹏，习道政，董娅凡，等. 测控技术与仪器专业“创新设计”课程设计与实践[J]. 实验技术与管理，2017，34（02）：170-173.

[2] 俞传阳，陈雪辉，景甜甜，等. 基于“慧鱼”和开源硬件的机械类课程设计教学改革研究[J]. 大众科技，2019，21（11）：98-100+ 125.

[3] 栾庆磊，朱广，赵为松，等. 动态场景下运动目标检测方法研究[J]. 安徽建筑大学学报，2018，26（06）：61-65.

[4] 方炜，刘晓东，刘宿城. 《电机拖动基础》课程达成度评价设计与探讨[J]. 现代企业，2020（07）：145-146.

[5] 堵晓霞. 多元化评价在中职《计算机应用基础》中的应用分析[J]. 湖北农机化，2019（16）：65-66.

（荐稿人：陈磊，徐州工程学院副教授）

基金项目：安徽省教学研究项目“新工科建设中测控专业综合课程设计线上线下混合式教学模式研究”（项目编号：2020 jyxm0333）;安徽省课程思政示范课程“建筑环境检测”（项目编号：2020szsfkc0302）;安徽建筑大学本科教学工程建设专项基金-教学团队项目“具有设备故障诊断特色的测控教学团队”（项目编号：zxjjxm014）。

作者简介：陈松（1986—），男，博士，安徽建筑大学机械与电气工程学院讲师，研究方向为测控技术;赵汝海（1979—），男，硕士，安徽建筑大学机械与电气工程学院讲师，研究方向为测控技术;龚雪（1983—），女，硕士，安徽建筑大学机械与电气工程学院讲师，研究方向为测控技术。