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摘要：“仪器仪表实训”是测控技术与仪器专业一门综合性的专业实践课程。提出在该课程的建设与实践中，以提高学生对专业的综合认知水平，强化自主学习能力为出发点，通过在实验系统的构建、实验内容的组织以及实验过程的分类指导上，有机地将师生间的教学关系密切结合，充分发挥学生在课程学习中的能动作用，在课程的考核方式上进行创新性的改革，可以提高学生的动手能力、自主学习能力以及分析和解决问题的能力。
关键词：仪器仪表实训；测控技术；教学改革
作者简介：仝卫国（1967-），男，河北保定人，华北电力大学自动化系，副教授；杨耀权（1962-），男，河北保定人，华北电力大学自动化系，教授。（河北?保定?071003）
基金项目：本文系华北电力大学教改项目的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）22-0105-02
测控技术与仪器专业学生可以在很宽的领域内从事自动化、智能化仪表及装置的研发和设计工作。从尖端的载人航天、登月工程，到日常的家用电器、照明系统的测控问题都需要本专业的相关知识和专业人才。因此，本专业学生在四年专业学习中应掌握仪器仪表学、电工电子学、自动化技术、传感器原理、计算机软硬件设计、检测信号处理、计算机技术与应用和网络技术、测量与控制理论、测控仪器设计等方面的基本理论和基本知识，受到较好的工程实践的基本训练。
由于对测控专业学生有着以上诸多方面的要求，使得学生在前三年的本科学习中需要学习大量的相关课程。而这些课程的关联性以及在专业学习中的作用，学生普遍没有一个明确的认识，对本专业的工作方向也缺乏清晰的了解。在教学过程中安排了一定量的实践环节，但这些实践环节都是针对具体的课程安排，用以完成特定的教学任务。所以，需要开设一门有关专业研究方向、可以综合运用所学知识解决实际问题的实践课程。在华北电力大学新版教学计划中，大四第一学期开设的“仪器仪表实训”课程，就是这样一门综合性实践课程。[1]
这门课程建设的基本思想就是以提高学生对专业的整体认知水平，强化他们的自主学习能力为出发点，充分发挥不同层次学生在学习中的能动性，提高学生的动手能力和运用所学知识解决实际问题的能力。为了实现以上教学目的，在教学安排上需要在相关实验的软硬件系统构建、实验内容的科学安排、实验过程的针对性指导、成绩考核的合理评判等环节上采取有效措施，提高本课程的教学效果。[2]
一、基本思路
在课程内容的安排上，主要体现了以下几个方面的考虑。
1.提高学生对专业的整体认知水平
通过本专业的学习可以做什么？这是一直困扰学生的问题，很多学生在毕业求职的过程中非常迷茫、没有信心，就是这一问题的具体反映。本课程的主要任务就是设计一个具体的小型测控系统。为了完成这一设计任务，需要学生构建相应物理参数的采集与控制系统，完成接口电路的设计与构建，开发相关软件（包括接口、采集、控制软件等），部分设计题目还包含有采集模块电路板的设计与制作。
虽然这些设计任务只是一些小型的测控系统，每个学生完成的工作量有限，而且很多工作是在已有的系统上完成的；但是，“麻雀虽小，五脏俱全”，每个设计任务都是针对实际对象的测控系统及装置开发，形象、具体且有针对性和实用性，可以很好地提高学生的实际动手能力。通过这样一个完整的设计过程，学生会对本专业的研究方向和具体的工作流程，产生一个明确的认识；对自己所学专业知识的掌握程度有一个清醒的了解；同时，对自己实际的专业能力产生信心。
2.满足学生不同层次的需求
作为一门综合性的实践课程，在内容安排上需要满足不同层次学生的需求。由于课程内容涉及“仪器仪表”、“传感器原理”、“计算机软硬件设计”、“检测信号处理”以及“电工电子学”等多门课程的内容，学生在学习这些课程时，掌握的程度存在差异；综合运用所学知识从事工程实践的能力各不相同。所以，在课程内容安排上需兼顾不同层次学生，有针对性地分配设计任务，从而使每一个学生都能通过本课程的学习最大程度的取得收获。在实验内容安排上，将每一个题目分割成硬件设计、软件设计、接口设计等不同的子任务，学生由2～3人组成一组，根据自己的特长完成不同的子任务，最后全组的设计内容整合成一个完整的设计项目。由于各个子任务之间存在着衔接与联系，学生在完成自己设计任务的同时，必须兼顾和了解其他同学的设计内容。这种方式可以使每个学生在短时间内完成特定的设计任务，同时对整体设计过程及要求也会产生一个明确的认识。既加强了学生之间的团队协作能力，也使不同层次的学生有了实际的动手机会，并可以从完成任务的喜悦中产生一定的成就感。
此外，有些学生有从事科技制作、参加各级别科技发明比赛等科研活动的经历。这些学生动手能力强，上手快，因此，在设计任务时针对这些学生，也安排了一些程度较深的设计任务。
3.提高学生解决实际问题的能力
每组学生接受的设计任务主要包括：测控系统的整体设计，数据采集、数据处理以及测控接口的设计等。这些任务的目的就是设计一个完整的测控系统；如果可能，学生的设计结果完全可以移植到一个实际的测控系统中进行应用。这些设计任务中，有部分就是往届我们指导学生进行创新型实验的开发项目，与实际应用存在密切的联系。学生在设计中遇到的技术问题，在实际工作很可能会遇到，具有一定的普遍性，从课程的设计过程中学生也会学到一定的实用性技能。通过具体问题的解决，使学生运用所学知识真正做到有的放矢，不但积累了一定的实际工作经验，而且可以提高学生的自信心，为今后的就业打下良好基础。
总之，通过本课程学习，每个学生都可以不同程度的提高自己的动手能力，不再有其他设计课程中出现的一组学生中“一人做，众人看”的情况，每个人的专业知识都能得到提高，同时也提高了学生解决实际问题的能力。
二、实验平台的基本架构
要实现以上教学目的，构建一个开放性和实用性的实验平台是课程建设的关键。 1.硬件平台的基本构成
实验系统采用启东计算机公司开发的DICE-5210K多功能单片机综合实验仪及其数据采集模块，结合我们自己开发的一些数据采集模块构成硬件开发平台。
DICE-5210K多功能单片机综合实验仪的突出特点是小系统、多功能、易扩展，系统的地址总线、数据总线、控制总线全部引出，对用户开放，并留有扩展单元（区），从而可以提供一个良好的实验开发环境。
根据具体需要，可以灵活选配各种扩展模块，构建出不同的测控系统。该公司提供的单片机项目实训包，很多都适合测控专业学生的课程设计要求，如可燃气体报警仪，水位流量红外控制实验，环境测试仪，超声波倒车雷达，超声波雾化湿度控制模块，电子称，交通灯控制系统，数字式多路温度采集系统，温度压力模块实验等。我们在此基础上整合现有资源，对以上实验项目进行完善和针对性的改造，形成适合测控专业学生特点的实践设计系统。
2.测试软件的设计与调试
软件平台采用学生熟悉的MCS-51指令系统，方便学生软件设计、仿真与程序调试。
测试软件系统包括主程序、数据采集、信号处理、接口等部分；需要完成的功能包括键盘操作，数值显示，数据的采集、存储与处理，控制算法，控制信号的输出与驱动等；其他的辅助功能还包括量程选择、标度变换、信号滤波、报警功能等。[3]
在接口软件设计部分包括人机接口、测控接口和通信的软件设计。本课程采用的实验平台可以采用多种通信方式，如常规的RS232/422/485串口、USB通用串行总线、以太网接口等，[4]需要学生根据不同的任务，对不同的通信方式有所了解，同时，对通信功能在测控系统设计中起到的重要作用有所体会。
软件编制完成后，可以通过汇编或C51编写程序在实验平台上进行仿真与实际调试。由于每个设计任务都是针对实际的对象，学生在进行软件设计时更有针对性，从中可以得到更大的收获。
3.新型实验平台的特点
（1）实验平台采用了主流的单片机实验系统，具有先进性、实用性、开放性、多功能性等特点。它的总线系统对用户全部开放，并预留扩展单元，从而使用户便于扩展出自己需要的功能，构建自己功能各异的小型测控系统。
（2）实验平台采用模块化设计，便于学生采用不同模块的组合设计不同功能的测控系统，从而可以构建出多层次、多功能的实验体系，整个实验平台结构紧凑、易于扩展，实用方便，便于维护。
（3）实验平台实现了教学与实践的有机统一。每个设计任务都是一个实际的小型测控系统，可以实现一个完整的测控任务；而每个任务又将测控系统划分为不同的组成部分，便于学生根据自己的特点和需要，有针对性地对特定知识进行学习，同时又对测控系统的整体设计有一个清晰的了解。
三、创新实践教学体系的实现
1.开放式的指导模式
采用开放式的指导模式是达到课程设置目的的必要条件。指导教师给出若干设计题目后，学生可以根据自己情况自由结组、自主选择题目。指导教师在布置设计任务时主要介绍题目的要求、达到的设计目的，具体的实施方法由学生自己选择。在设计进程中，对学生的指导以方向性的提示为主，鼓励学生自己查阅相关资料，结合已学知识分析遇到的问题，最终完成设计任务。
2.多层次的培养模式
采用多层次的培养模式。学生自身能力相差很大，学习态度也参差不齐。因此，设计题目的难度分成了“难、中、易”三个层次，具体要求也有所不同。这种差别化的培养模式，为优秀学生提供发挥潜能的机会，同时也为程度稍差的学生提供适合自己的锻炼机会。
3.互动式的考核体系
合理的课程考核体系是促进学生学习积极性，提高教学效果的有机组成部分。结合多层次培养模式，将成绩评定与设计题目的难度相联系，不同难度的题目规定了不同的成绩上限（优秀、良好、及格），最终的成绩采用四级评分（优秀、良好、及格和不及格）。在最后的成绩评定中，学生首先给自己打分；然后，教师根据学生完成质量、平时表现、设计报告及答辩结果，当场给出最后的成绩。
这种考核体系的优点在于，学生可以对自己取得的成绩有一定的了解，并有了一定的话语权；教师通过互动的方式给出成绩，有理有据，也减少了师生之间的矛盾。这种考核方式一定程度上激发了学生的学习积极性。
四、结束语
通过对“仪器仪表实训”课程的设计与实践，构建了具有先进性和多功能性的实验平台；基于创新的教学理念，提出了开放式的教学体系，实现了学生对所学仪器仪表类课程知识的综合实践目的，并使学生对自己所学专业有了明确的了解。通过上学期期末的实践，取得了良好的教学效果。
经过对学生反馈意见和实践中存在问题的总结，我们提出以下改进意见：第一，增加课程学时数，由一周设计时间增加到两周较为合适。第二，课程不要安排在期末期间，尽量提前，使学生可以更加专心地投入课程学习。第三，可以采用分散进行方式代替集中方式，便于学生根据自己情况更有效的安排时间。由于实验系统采用模块化的组合方式，教师的指导工作量并不会因此而增加太多，这种方式也适合本课程的特点。
参考文献：
[1]李运红,张习如,李占贤.机械工程测试技术试验教学改革的实践与体会[J].实验室科学,2011,14(5):24-26.
[2]王春风,李旭春,薛文轩,等.电力电子技术实验教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索,2011,30(9):127-129.
[3]王祁.智能仪器设计基础[M].北京:机械工业出版社,2009.
[4]唐鸿儒,黄亚忠,等.“智能仪表设计基础”课程教学实践[J].电气电子教学学报,2009,6(3):27-28.
（责任编辑：孙晴）
关键词：仪器仪表实训；测控技术；教学改革
作者简介：仝卫国（1967-），男，河北保定人，华北电力大学自动化系，副教授；杨耀权（1962-），男，河北保定人，华北电力大学自动化系，教授。（河北?保定?071003）
基金项目：本文系华北电力大学教改项目的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）22-0105-02
测控技术与仪器专业学生可以在很宽的领域内从事自动化、智能化仪表及装置的研发和设计工作。从尖端的载人航天、登月工程，到日常的家用电器、照明系统的测控问题都需要本专业的相关知识和专业人才。因此，本专业学生在四年专业学习中应掌握仪器仪表学、电工电子学、自动化技术、传感器原理、计算机软硬件设计、检测信号处理、计算机技术与应用和网络技术、测量与控制理论、测控仪器设计等方面的基本理论和基本知识，受到较好的工程实践的基本训练。
由于对测控专业学生有着以上诸多方面的要求，使得学生在前三年的本科学习中需要学习大量的相关课程。而这些课程的关联性以及在专业学习中的作用，学生普遍没有一个明确的认识，对本专业的工作方向也缺乏清晰的了解。在教学过程中安排了一定量的实践环节，但这些实践环节都是针对具体的课程安排，用以完成特定的教学任务。所以，需要开设一门有关专业研究方向、可以综合运用所学知识解决实际问题的实践课程。在华北电力大学新版教学计划中，大四第一学期开设的“仪器仪表实训”课程，就是这样一门综合性实践课程。[1]
这门课程建设的基本思想就是以提高学生对专业的整体认知水平，强化他们的自主学习能力为出发点，充分发挥不同层次学生在学习中的能动性，提高学生的动手能力和运用所学知识解决实际问题的能力。为了实现以上教学目的，在教学安排上需要在相关实验的软硬件系统构建、实验内容的科学安排、实验过程的针对性指导、成绩考核的合理评判等环节上采取有效措施，提高本课程的教学效果。[2]
一、基本思路
在课程内容的安排上，主要体现了以下几个方面的考虑。
1.提高学生对专业的整体认知水平
通过本专业的学习可以做什么？这是一直困扰学生的问题，很多学生在毕业求职的过程中非常迷茫、没有信心，就是这一问题的具体反映。本课程的主要任务就是设计一个具体的小型测控系统。为了完成这一设计任务，需要学生构建相应物理参数的采集与控制系统，完成接口电路的设计与构建，开发相关软件（包括接口、采集、控制软件等），部分设计题目还包含有采集模块电路板的设计与制作。
虽然这些设计任务只是一些小型的测控系统，每个学生完成的工作量有限，而且很多工作是在已有的系统上完成的；但是，“麻雀虽小，五脏俱全”，每个设计任务都是针对实际对象的测控系统及装置开发，形象、具体且有针对性和实用性，可以很好地提高学生的实际动手能力。通过这样一个完整的设计过程，学生会对本专业的研究方向和具体的工作流程，产生一个明确的认识；对自己所学专业知识的掌握程度有一个清醒的了解；同时，对自己实际的专业能力产生信心。
2.满足学生不同层次的需求
作为一门综合性的实践课程，在内容安排上需要满足不同层次学生的需求。由于课程内容涉及“仪器仪表”、“传感器原理”、“计算机软硬件设计”、“检测信号处理”以及“电工电子学”等多门课程的内容，学生在学习这些课程时，掌握的程度存在差异；综合运用所学知识从事工程实践的能力各不相同。所以，在课程内容安排上需兼顾不同层次学生，有针对性地分配设计任务，从而使每一个学生都能通过本课程的学习最大程度的取得收获。在实验内容安排上，将每一个题目分割成硬件设计、软件设计、接口设计等不同的子任务，学生由2～3人组成一组，根据自己的特长完成不同的子任务，最后全组的设计内容整合成一个完整的设计项目。由于各个子任务之间存在着衔接与联系，学生在完成自己设计任务的同时，必须兼顾和了解其他同学的设计内容。这种方式可以使每个学生在短时间内完成特定的设计任务，同时对整体设计过程及要求也会产生一个明确的认识。既加强了学生之间的团队协作能力，也使不同层次的学生有了实际的动手机会，并可以从完成任务的喜悦中产生一定的成就感。
此外，有些学生有从事科技制作、参加各级别科技发明比赛等科研活动的经历。这些学生动手能力强，上手快，因此，在设计任务时针对这些学生，也安排了一些程度较深的设计任务。
3.提高学生解决实际问题的能力
每组学生接受的设计任务主要包括：测控系统的整体设计，数据采集、数据处理以及测控接口的设计等。这些任务的目的就是设计一个完整的测控系统；如果可能，学生的设计结果完全可以移植到一个实际的测控系统中进行应用。这些设计任务中，有部分就是往届我们指导学生进行创新型实验的开发项目，与实际应用存在密切的联系。学生在设计中遇到的技术问题，在实际工作很可能会遇到，具有一定的普遍性，从课程的设计过程中学生也会学到一定的实用性技能。通过具体问题的解决，使学生运用所学知识真正做到有的放矢，不但积累了一定的实际工作经验，而且可以提高学生的自信心，为今后的就业打下良好基础。
总之，通过本课程学习，每个学生都可以不同程度的提高自己的动手能力，不再有其他设计课程中出现的一组学生中“一人做，众人看”的情况，每个人的专业知识都能得到提高，同时也提高了学生解决实际问题的能力。
二、实验平台的基本架构
要实现以上教学目的，构建一个开放性和实用性的实验平台是课程建设的关键。 1.硬件平台的基本构成
实验系统采用启东计算机公司开发的DICE-5210K多功能单片机综合实验仪及其数据采集模块，结合我们自己开发的一些数据采集模块构成硬件开发平台。
DICE-5210K多功能单片机综合实验仪的突出特点是小系统、多功能、易扩展，系统的地址总线、数据总线、控制总线全部引出，对用户开放，并留有扩展单元（区），从而可以提供一个良好的实验开发环境。
根据具体需要，可以灵活选配各种扩展模块，构建出不同的测控系统。该公司提供的单片机项目实训包，很多都适合测控专业学生的课程设计要求，如可燃气体报警仪，水位流量红外控制实验，环境测试仪，超声波倒车雷达，超声波雾化湿度控制模块，电子称，交通灯控制系统，数字式多路温度采集系统，温度压力模块实验等。我们在此基础上整合现有资源，对以上实验项目进行完善和针对性的改造，形成适合测控专业学生特点的实践设计系统。
2.测试软件的设计与调试
软件平台采用学生熟悉的MCS-51指令系统，方便学生软件设计、仿真与程序调试。
测试软件系统包括主程序、数据采集、信号处理、接口等部分；需要完成的功能包括键盘操作，数值显示，数据的采集、存储与处理，控制算法，控制信号的输出与驱动等；其他的辅助功能还包括量程选择、标度变换、信号滤波、报警功能等。[3]
在接口软件设计部分包括人机接口、测控接口和通信的软件设计。本课程采用的实验平台可以采用多种通信方式，如常规的RS232/422/485串口、USB通用串行总线、以太网接口等，[4]需要学生根据不同的任务，对不同的通信方式有所了解，同时，对通信功能在测控系统设计中起到的重要作用有所体会。
软件编制完成后，可以通过汇编或C51编写程序在实验平台上进行仿真与实际调试。由于每个设计任务都是针对实际的对象，学生在进行软件设计时更有针对性，从中可以得到更大的收获。
3.新型实验平台的特点
（1）实验平台采用了主流的单片机实验系统，具有先进性、实用性、开放性、多功能性等特点。它的总线系统对用户全部开放，并预留扩展单元，从而使用户便于扩展出自己需要的功能，构建自己功能各异的小型测控系统。
（2）实验平台采用模块化设计，便于学生采用不同模块的组合设计不同功能的测控系统，从而可以构建出多层次、多功能的实验体系，整个实验平台结构紧凑、易于扩展，实用方便，便于维护。
（3）实验平台实现了教学与实践的有机统一。每个设计任务都是一个实际的小型测控系统，可以实现一个完整的测控任务；而每个任务又将测控系统划分为不同的组成部分，便于学生根据自己的特点和需要，有针对性地对特定知识进行学习，同时又对测控系统的整体设计有一个清晰的了解。
三、创新实践教学体系的实现
1.开放式的指导模式
采用开放式的指导模式是达到课程设置目的的必要条件。指导教师给出若干设计题目后，学生可以根据自己情况自由结组、自主选择题目。指导教师在布置设计任务时主要介绍题目的要求、达到的设计目的，具体的实施方法由学生自己选择。在设计进程中，对学生的指导以方向性的提示为主，鼓励学生自己查阅相关资料，结合已学知识分析遇到的问题，最终完成设计任务。
2.多层次的培养模式
采用多层次的培养模式。学生自身能力相差很大，学习态度也参差不齐。因此，设计题目的难度分成了“难、中、易”三个层次，具体要求也有所不同。这种差别化的培养模式，为优秀学生提供发挥潜能的机会，同时也为程度稍差的学生提供适合自己的锻炼机会。
3.互动式的考核体系
合理的课程考核体系是促进学生学习积极性，提高教学效果的有机组成部分。结合多层次培养模式，将成绩评定与设计题目的难度相联系，不同难度的题目规定了不同的成绩上限（优秀、良好、及格），最终的成绩采用四级评分（优秀、良好、及格和不及格）。在最后的成绩评定中，学生首先给自己打分；然后，教师根据学生完成质量、平时表现、设计报告及答辩结果，当场给出最后的成绩。
这种考核体系的优点在于，学生可以对自己取得的成绩有一定的了解，并有了一定的话语权；教师通过互动的方式给出成绩，有理有据，也减少了师生之间的矛盾。这种考核方式一定程度上激发了学生的学习积极性。
四、结束语
通过对“仪器仪表实训”课程的设计与实践，构建了具有先进性和多功能性的实验平台；基于创新的教学理念，提出了开放式的教学体系，实现了学生对所学仪器仪表类课程知识的综合实践目的，并使学生对自己所学专业有了明确的了解。通过上学期期末的实践，取得了良好的教学效果。
经过对学生反馈意见和实践中存在问题的总结，我们提出以下改进意见：第一，增加课程学时数，由一周设计时间增加到两周较为合适。第二，课程不要安排在期末期间，尽量提前，使学生可以更加专心地投入课程学习。第三，可以采用分散进行方式代替集中方式，便于学生根据自己情况更有效的安排时间。由于实验系统采用模块化的组合方式，教师的指导工作量并不会因此而增加太多，这种方式也适合本课程的特点。
参考文献：
[1]李运红,张习如,李占贤.机械工程测试技术试验教学改革的实践与体会[J].实验室科学,2011,14(5):24-26.
[2]王春风,李旭春,薛文轩,等.电力电子技术实验教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索,2011,30(9):127-129.
[3]王祁.智能仪器设计基础[M].北京:机械工业出版社,2009.
[4]唐鸿儒,黄亚忠,等.“智能仪表设计基础”课程教学实践[J].电气电子教学学报,2009,6(3):27-28.
（责任编辑：孙晴）