《智能仪器设计》课程的教学改革研究
摘要：目前，在智能仪器设计课程教学中，依靠平面、静态教材，依靠实验室内实验，很难提高教学质量。采用把本课程所面对的典型智能仪器实物“搬到”课堂上来，把实际仪器一层层的“剥开”，把碰到的问题和知识点结合起来，把分析解决问题的方法充分展开。充分利用信息社会带来的各种便利条件把课堂的空间和时间加以延伸，把展现的手段加以扩充，最终够成了“智能仪器设计”的立体化教学。通过教学改革调动了学生的学习兴趣，使学生学会了积极思考。
关键词：智能仪器设计；立体化教学；改革研究
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）24-0055-02
“智能仪器设计”是一门实践性较强的专业课，是对前期所学的单片机原理、微机原理、嵌入式系统和传感器与检测技术等课程的内容进行深化、延伸和补充的课程。它融合多项新技术，对实践性要求很高。该门课程的目的一是帮助学生温习、巩固本学科基础知识；二是锻炼其分析、解决问题的能力，增强学生的动手能力。但在实际教学中，现有教学模式存在很多问题。
一、面对的问题
近些年来由于高等学校扩招，学生人数不断增加，课程教学采用大班授课，互动性较差；智能仪器设计的课堂教学24学时、实验8学时、课程设计的时间1周，这些教学环节的时间都比较短；实践环节中去企业实习，普遍也不允许实习学生实质性接触现场仪器仪表；加之学生对课程的认识不清等教学环节的原因，使该课程教学存在以下一些问题：①学生对自动化专业认识不足，对工业自动化将面对的仪器仪表领域认识十分肤浅。②缺乏课堂的知识与工业现场智能仪器设备、系统之间的联系。③分析问题能力较差，没有建立起来知识—问题—方法之间的联系。④实践动手能力较弱。⑤死记硬背较多，思考较少。⑥课堂气氛不够活跃。针对这些问题，必须要解如下问题：①我们在学习什么？该课程所面对的智能仪表设备、智能仪器系统是什么？②我们设计的智能仪表设备、智能仪器系统会碰到哪些问题，为什么有这些问题，如何用我们的知识去解决？③我们分析问题的思路是什么？这种分析问题的思路能推广吗？④如何调动学生的学习兴趣，如何让学生更多地思考？
二、改革思路
为了解决以上这些问题，保证和提高教学效果，各个学校都在不断地对智能仪器设计课程的教学进行改革，以期更加适应这门课程的特点。笔者在教学工作中参与和实践了这门课程的一系列教学环节，对于我院该课程的教学进行了一些思考，提出实施了“智能仪器设计”的立体化教学改革。教学改革的思路是：不仅仅是依靠平面、静态教材和实验室内的实验。应当把本课程所面对的典型智能仪器实物“搬到”课堂里来，必须把智能仪器设备一层层的“剥开”，必须把问题和知识结合起来，把分析解决问题的方法充分展开。我们还应当充分利用信息社会带来的各种便利条件把课堂的空间和时间加以延伸，把展现的手段加以扩充。最终形成了“智能仪器设计”的立体化教学。当然，研究建立这种立体化的教学环境中的问题，收集、整理这种立体化的教学环境的材料，最终搭建这样一个立体化的平台将是本教学改革要解决的问题。
三、教学改革的内容
1.教学模式。针对学生缺乏实践认识的问题，将复杂仪器仪表的内部以图像、动画的方式引入课堂。针对本课程的第一章绪论，以录像、动画等方式，把电力、冶金、化工等典型的过程工业现场及典型的控制系统现场用到的典型仪器仪表引入课堂，使学生加深对专业、对课程的整体认识。针对以后各章，以录像、动画等方式首先把问题的细节形象地展示出来，然后分析解决问题的思路和方法，并结合仿真、现场实际运行效果检验解决问题的方法。采用这样的方法，首先可以让学生充分认识、了解实际仪器仪表设备，其次，可以让学生提高学习兴趣，最关键的是让学生润物无声、循序渐进的掌握了分析问题的方法。完成这一目标的关键是如何在众多的工业控制行业、众多的控制系统中选择合适的仪器仪表材料，如何比较深入、细致地取得这些现场素材以及如何整理、制作这些图像、动画。从事本教学改革研究的课题组成员、不仅多年从事“智能仪器设计”的教学工作，且均具备现场调试工作的经验。同企业也有着密切的联系，为预期完成工作奠定了良好的基础。
2.课程教材。智能仪器设计是第7学期的课，在此之前微机原理及其课程设计已经上过了。智能仪器系统和微机系统的内容类似，都包含有微处理器、数据采集技术、通信接口技术、抗干扰技术、数据处理程序和外设等。两面课程的内容交叉，但是智能仪器的教学内容不能和微机原理雷同，否则学生没有兴趣重复听。改变传统教材的内容结构，以一个大型智能仪表为例，整本书的全部内容都是围绕这个实例来讲解，把常规教材中的抽象章节具体、形象化，吸引了学生的求知欲和学习兴趣。常规的教材是平面的，无法立体、全方位地展现知识内容。如果仅是把传统的教材配合一些多媒体的教学，也无法做到有机的结合。要想通过立体化教学，使学生全面认识、掌握本课程的相关知识，应当综合考虑各种新媒体的应用，使各部分内容相辅相成，有机结合。
3.课件。在整理典型智能仪器仪表资料的基础上，制作包含现场视频，问题解剖，仿真分析，实验验证的综合课件，补充、弥补纸质教材的不足，使教学课件不再是课程教材的章节重点的截取。
4.课外互动平台。以微信等形式构建新型课外互动平台，开通教学微信。规定学生必须参加微信互动，扩充教学的空间与时间，做到人人参与互动。
5.考核方式。课程的教学改革是一个系统工程，学生成绩考核体系是整个教学模式开展的指挥棒，起着折射教学重点、督促学生学习和检验教学效果的重要作用。没有科学的考核体系监督，学生缺乏动力，不积极、不热情，很多教改项目最后也会流于形式，达不到设定的目标。需要改变一纸试卷定成绩的做法，这明显既不合理也不科学，需建立公正公平的课程成绩评价体系。可以把互动知识、科技写作、资料收集整理、分析问题能力等纳入考试范围，设计出新的考试方式，鼓励学生的创新性学习和思考。
四、改革效果
在我校自动化2009、2010级学生实施了智能仪器设计课程的教学改革，该教学新方法激发了学生由被动学习转变为积极主动学习。两个月的课程学习时间，大部分学生不仅仅是设计，还能完成制作一个智能仪表的全过程。许多同学课程学习期间设计的仪器仪表参加了如“美新杯”物联网创新创业大赛、“飞思卡尔杯”全国大学生智能车比赛等，并获了不错的成绩。通过实施的“智能仪器设计”的立体化教学改革，能达到培养学生的实践能力、创新能力及动手能力的目的。
参考文献：
[1]夏路易.单片机原理及应用——基于51与高速SoC51[M].北京：电子工业出版社，2011.
[2]王祁.智能仪器设计基础[M].北京：机械工业出版社，2012.
基金项目：本论文由2012年山西省高等学校教学改革重点项目2012023资助。
作者简介：吕青（1975-），博士，副教授硕士生导师，从事智能仪器设计方向的教学和科研工作。