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篇(1)

關(guān)鍵詞：電氣工程；應(yīng)用型人才；課程體系；實踐教學(xué)

作者簡介：黃文力（1974-），男，河南孟州人，鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院機電工程學(xué)院，副教授；何琳琳（1972-），女，河南鄭州人，鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院機電工程學(xué)院，副教授。（河南 鄭州 450015）

基金項目：本文系河南省教育廳科技攻關(guān)計劃項目（項目編號：2010B470010）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）08-0005-03

近年來，由于隸屬機制由原中國航空工業(yè)總公司轉(zhuǎn)變?yōu)橹醒肱c地方共建、日常管理以河南省為主，同時學(xué)生的就業(yè)形勢也由定向培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向選擇、自主擇業(yè)，因此為適應(yīng)新形勢發(fā)展要求，鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院改變過去單一管理類的專業(yè)設(shè)置，調(diào)整設(shè)立了“管工結(jié)合、文理并重、管理學(xué)科優(yōu)勢明顯、多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展”的辦學(xué)方針，大力發(fā)展工科專業(yè)。于2001年籌建了電氣工程及其自動化專業(yè)，其后根據(jù)河南省區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的特點，對電氣工程及其自動化專業(yè)進一步細分，于2008年新設(shè)置了自動化專業(yè)，從而引起了對電氣專業(yè)原有的專業(yè)特色、人才定位、課程設(shè)置等一系列新的思考。本文主要介紹鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)發(fā)展的特點，討論相應(yīng)課程體系的建設(shè)，及突出實踐教學(xué)環(huán)節(jié)對本專業(yè)工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

一、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的定位

1.電氣工程及其自動化專業(yè)的特點

電氣工程及其自動化專業(yè)是1998年教育部在高等學(xué)校專業(yè)目錄調(diào)整時，把原來的“電力系統(tǒng)及其自動化”、“電機電器及其控制”、“高電壓與絕緣技術(shù)”及“電氣技術(shù)”四個強電類專業(yè)合并而成的專業(yè)，是新專業(yè)目錄中合并調(diào)整原有專業(yè)最多的新專業(yè)之一。[1]新專業(yè)的建設(shè)遵循“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”的原則，改變了過去專業(yè)設(shè)置過多、過細的做法，強調(diào)本科階段對專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握，具有強電與弱電、電工技術(shù)與電子技術(shù)、軟件與硬件、元件與系統(tǒng)相結(jié)合的特點。由上述的發(fā)展可以看出，電氣工程及其自動化專業(yè)應(yīng)該是一個以強電為主、強弱電相結(jié)合的專業(yè)，應(yīng)該體現(xiàn)以“強電為體、弱電為用”的理念，培養(yǎng)的學(xué)生既要懂強電又要懂弱電，既搞硬件也搞軟件，既掌握電氣技術(shù)的專業(yè)知識，亦了解計算機與電子技術(shù)的應(yīng)用。[2]

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標是：培養(yǎng)德智體全面發(fā)展的，適應(yīng)社會主義市場經(jīng)濟需要的，具有良好的文化科學(xué)素質(zhì)及電氣工程專業(yè)知識和應(yīng)用能力的，能夠從事與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運行、自動控制、電力電子技術(shù)、信息處理、試驗分析、研究開發(fā)、經(jīng)濟管理以及電子與計算機應(yīng)用等領(lǐng)域工作的寬口徑、創(chuàng)新型、復(fù)合型高級工程技術(shù)人才。該專業(yè)的學(xué)生由于受到電工、電子、信息控制及計算機等技術(shù)的基礎(chǔ)訓(xùn)練，既具有電氣工程方面的專業(yè)知識，又具有自動化與計算機方面的基礎(chǔ)知識，使其在今后的就業(yè)中具有較大的優(yōu)勢。

2.電氣工程及其自動化專業(yè)面臨的發(fā)展機遇

我國電力工業(yè)經(jīng)過多年的快速發(fā)展，現(xiàn)今無論是發(fā)電裝機總量還是年發(fā)電量在世界上均居第二位，僅次于美國，但人均裝機量與人均年發(fā)電量都遠遠落后，仍有很大的發(fā)展空間。電力工業(yè)的“十一五”發(fā)展規(guī)劃提出了特高壓的發(fā)展戰(zhàn)略，并且提出構(gòu)建智能型堅強電網(wǎng)的概念與目標，為電力工業(yè)、電氣設(shè)備制造業(yè)及相關(guān)的機械、材料工業(yè)提供了無限的發(fā)展?jié)摿?。[3]

河南省在第十一個五年發(fā)展規(guī)劃中指出：“加強電網(wǎng)建設(shè)，增強電力輸送能力。加快計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和信息技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高城網(wǎng)的自動化水平”與“重點發(fā)展高壓超高壓輸變電成套設(shè)備，電站輔機以及中高端電工專用設(shè)備，風(fēng)能、低溫余熱發(fā)電設(shè)備”?，F(xiàn)如今，發(fā)展循環(huán)、低碳經(jīng)濟，建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會成為經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標，電力工業(yè)必將在其中扮演更重要的角色。

事實表明，高質(zhì)量的電能供應(yīng)是中國社會現(xiàn)代化建設(shè)的重要保障，也是河南區(qū)域經(jīng)濟快速發(fā)展的基礎(chǔ)條件，需要有大量合格的電氣工程師，而這正是電氣工程及其自動化專業(yè)的根本使命與發(fā)展前景。因此，鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院電氣專業(yè)緊密跟蹤我國電力工業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的特點，及時調(diào)整專業(yè)的辦學(xué)方向，力爭辦出專業(yè)特色，培養(yǎng)出更多的電氣工程技術(shù)專門人才。

3.電氣工程及其自動化專業(yè)的現(xiàn)狀

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院是一所按二本招生的普通本科院校，是面向地方經(jīng)濟和航空工業(yè)生產(chǎn)第一線，培養(yǎng)輸出復(fù)合型應(yīng)用人才的重要基地。電氣工程及其自動化專業(yè)于2001年籌建，根據(jù)電力工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與區(qū)域經(jīng)濟特點，提出了電氣工程及其自動化專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標，并且結(jié)合鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院工科發(fā)展的水平及電氣工程及其自動化專業(yè)的師資力量，編制了偏于電機電器及其控制的課程體系。電氣工程及其自動化專業(yè)經(jīng)過數(shù)年的建設(shè)，并且與21世紀電力工業(yè)的迅猛發(fā)展相適應(yīng)，于2008年對原有的電氣工程及其自動化專業(yè)進行了細分，新設(shè)置了自動化專業(yè)，并且該專業(yè)在師資方面也有了較大的進步，這些都促進了電氣工程及其自動化專業(yè)強電本色的回歸，推動了對相應(yīng)課程體系及專業(yè)定位的思考。

雖然近幾年鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)有了較大的發(fā)展，但是專業(yè)基礎(chǔ)與兄弟院校相比還很薄弱，實驗條件與師資力量還很有限，仍然處于快速發(fā)展時期，總體仍處于較低水平。因此，目前的電氣工程及其自動化專業(yè)仍需且必須定位于工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，學(xué)生畢業(yè)以后可以到電廠、電力設(shè)計單位、電氣制造企業(yè)及各工礦企業(yè)從事與電氣相關(guān)的設(shè)計、運行、管理等工作。

4.應(yīng)用型人才的特點與培養(yǎng)

應(yīng)用型人才的特點是學(xué)科基礎(chǔ)知識扎實，實踐能力與創(chuàng)新意識強，除了具有較好的科學(xué)素養(yǎng)外，還具有良好的工程素養(yǎng)，具備解決工程實際問題的能力，畢業(yè)以后主要在生產(chǎn)第一線從事運行與管理等工作。應(yīng)用型人才首先是一種創(chuàng)新人才，具有把理論知識和技術(shù)轉(zhuǎn)化為實踐生產(chǎn)力的創(chuàng)新能力；其次也是一種復(fù)合型人才，因為應(yīng)用型人才的工作是以解決實際問題為根本，而要解決一個實際問題往往不能僅靠一種專業(yè)知識，實踐的創(chuàng)新多出現(xiàn)在學(xué)科邊緣或者各學(xué)科的交叉處，因此應(yīng)用型人才也是一種復(fù)合型創(chuàng)新人才。[4]

對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，不是簡單地增減幾門課就能做到的，構(gòu)建科學(xué)的課程體系是培養(yǎng)合格應(yīng)用型人才的基礎(chǔ)。如何建立以強電課程為主，滲透電子技術(shù)、信息技術(shù)與計算機技術(shù)的電氣工程及其自動化專業(yè)的課程體系，是一項系統(tǒng)性的工程，需要透徹理解相關(guān)的課程及經(jīng)受實踐的檢驗。

二、課程體系的建設(shè)

在電氣專業(yè)新課程體系的設(shè)置上著重突出“以強電為主，弱電為輔，強弱電、軟硬件、電氣控制與信息技術(shù)相結(jié)合”的專業(yè)特色，主要依據(jù)四個基本原則：一是突出強電特色，并且結(jié)合電力發(fā)展前景與現(xiàn)有師資力量，設(shè)置了電力系統(tǒng)及其自動化與電機電器及其控制兩個專業(yè)方向的課程模塊；二是緊密結(jié)合自動化技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域的應(yīng)用，保持電子與計算機技術(shù)相關(guān)課程教學(xué)四年不斷線；三是強化本專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的特色，保持實踐教學(xué)環(huán)節(jié)四年不斷線；四是激勵學(xué)生的個性化發(fā)展，結(jié)合學(xué)生就業(yè)需要，注重課程安排的科學(xué)性與系統(tǒng)性。

新課程體系的主要特點是適應(yīng)鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院原電氣工程及其自動化專業(yè)細分為電氣工程及其自動化專業(yè)與自動化專業(yè)的發(fā)展需要，突出了電氣工程及其自動化專業(yè)的強電特色，根據(jù)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重實踐、強應(yīng)用”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式而設(shè)置。

1.課程體系的改革

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院原電氣專業(yè)結(jié)合了電氣工程及其自動化與自動化兩個專業(yè)的內(nèi)容，專業(yè)的特點為“強弱結(jié)合、適當偏弱”；新電氣專業(yè)的特點轉(zhuǎn)變?yōu)椤皬娙踅Y(jié)合、強電為主”，專業(yè)課程的口徑相對變窄。新電氣專業(yè)的課程設(shè)置不再是電氣專業(yè)與自動化專業(yè)的區(qū)分，而是電氣專業(yè)內(nèi)電力系統(tǒng)及其自動化與電機電器及其控制兩個方向的設(shè)立。由此考慮把原來的學(xué)科基礎(chǔ)課—專業(yè)基礎(chǔ)課—專業(yè)選修課—跨專業(yè)選修課—實踐環(huán)節(jié)的課程體系改為更符合新電氣專業(yè)特點的一級學(xué)科基礎(chǔ)課—二級學(xué)科選修課—跨二級學(xué)科選修課—跨專業(yè)選修課—實踐環(huán)節(jié)的課程體系，如表1所示。新的課程體系保證了學(xué)生的理論教學(xué)在滿足基本學(xué)分的前提下，能夠小于2500學(xué)時，同時優(yōu)化了課程內(nèi)容，擴大了選修課程范圍，擴展了學(xué)生的知識面，激勵了學(xué)生的個性化發(fā)展。

表1 電氣工程及其自動化專業(yè)新的課程體系

課程類型 課程名稱

一級學(xué)科

基礎(chǔ)課 自動控制原理（雙語）、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路（雙語）、電磁場、微機原理與接口技術(shù)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、電機學(xué)、電力系統(tǒng)分析、電力電子變流技術(shù)、信號分析與處理、專業(yè)技術(shù)講座

二級學(xué)科

限選課 電力系統(tǒng)自動化、電力系統(tǒng)繼電保護、電力系統(tǒng)遠動及調(diào)度自動化、發(fā)電廠電氣部分

電機設(shè)計及優(yōu)化、電機與拖動基礎(chǔ)、電力拖動自動控制系統(tǒng)、電器學(xué)

跨二級學(xué)科

選修課 高電壓技術(shù)、發(fā)電廠動力部分、供配電技術(shù)、電力市場基礎(chǔ)、電力系統(tǒng)的MATLAB/SIMULINK仿真與應(yīng)用；檢測技術(shù)及儀表、傳感器應(yīng)用技術(shù)、樓宇自動化系統(tǒng)、微特電機、交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真；單片機原理及應(yīng)用、DSP原理及應(yīng)用、電氣與PLC控制技術(shù)；機械制圖CAD技術(shù)、軟件技術(shù)基礎(chǔ)（雙語）、可視化程序、EDA技術(shù)（雙語）、工業(yè)組態(tài)技術(shù)；科技論文寫作

跨專業(yè)

選修課 管理學(xué)、市場營銷學(xué)；音樂欣賞、美術(shù)鑒賞；機械設(shè)計基礎(chǔ)、計算機網(wǎng)絡(luò)（雙語）

實踐教學(xué)

環(huán)節(jié) 金工實習(xí)、專業(yè)實習(xí)、專業(yè)調(diào)查、認識實習(xí)、軍事訓(xùn)練、社會調(diào)查、公益勞動、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計；單片機課程設(shè)計（選）、PLC課程設(shè)計（選）、電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計（選）、發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計（選）、電力拖動課程設(shè)計（選）；電氣專業(yè)制作實踐、電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計、電機學(xué)課程設(shè)計、電力電子課程設(shè)計

2.課程內(nèi)容的優(yōu)化

新的課程體系在強電專業(yè)“寬口徑”的前提下，突出“厚基礎(chǔ)”的要求，公共基礎(chǔ)課與學(xué)科基礎(chǔ)課的學(xué)時比例達到總學(xué)時的74%。在實現(xiàn)了同一專業(yè)的通識教育課、專業(yè)基礎(chǔ)課完全打通，專業(yè)主干課程也基本相同，而專業(yè)方向的不同只體現(xiàn)在專業(yè)課程中的非主干課程及實踐環(huán)節(jié)的要求的基礎(chǔ)上，[1] 新課程體系既實現(xiàn)了對學(xué)生人文社會科學(xué)與自然科學(xué)知識的培養(yǎng)，又強化了對學(xué)生對本專業(yè)基礎(chǔ)知識的要求，同時還突出了不同的專業(yè)方向特色。

新課程體系在課程內(nèi)容上更加突出強電特色，突出計算機技術(shù)與弱電控制技術(shù)在本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的運用。按照電力系統(tǒng)及其自動化與電機電器及其控制兩個專業(yè)方向，設(shè)置了兩個特色顯著的課程模塊作為任選的必修環(huán)節(jié)。另外，按照“拓寬”與“加深”的原則，開設(shè)總數(shù)達到19門的二級學(xué)科選修課，學(xué)生可以選修其中的5～7門。按照提高學(xué)生綜合素質(zhì)的要求，設(shè)置了跨專業(yè)選修課與全校公共選修課，要求學(xué)生在人文社科、經(jīng)濟管理等方面修習(xí)約6門課程。

3.授課時序的調(diào)整

按照先基礎(chǔ)后專業(yè)、由淺入深、循序漸進的原則，保持計算機教學(xué)、英語教學(xué)不斷線，科學(xué)分配各門課程的授課時間與學(xué)時。

（1）保持計算機教學(xué)不斷線。計算機課程按照教學(xué)次序包括：“計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”、“C++語言”、“機械制圖CAD技術(shù)”、“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”、“微機原理與接口技術(shù)”、“工業(yè)組態(tài)技術(shù)”、“電力系統(tǒng)的MATLAB/SIMULINK仿真與應(yīng)用”、“單片機原理”、“交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真”、“EDA技術(shù)”、“可視化程序”、“計算機網(wǎng)絡(luò)”、“畢業(yè)設(shè)計”。

（2）保持英語教學(xué)不斷線。建議取消“專業(yè)英語”課程，增開雙語課程教學(xué)。用英語（或雙語）教學(xué)的相關(guān)課程包括：“大學(xué)英語”、“電路”、“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”、“自動控制原理”、“EDA技術(shù)”、“計算機網(wǎng)絡(luò)”、“畢業(yè)設(shè)計”。

（3）科學(xué)分配各學(xué)期的課時量。如第一、第二學(xué)年學(xué)生的學(xué)習(xí)效果較好，可以適當增加基礎(chǔ)課與專業(yè)課的課時量；第四學(xué)年學(xué)生因社會實踐、找工作、考研等，學(xué)習(xí)效果下降，此時可以突出計算機與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，利用課程的強實用性平抑學(xué)生的浮躁心態(tài)，最大限度保證學(xué)習(xí)效果。

三、加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

實踐教學(xué)是高等院校培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才的必備環(huán)節(jié)，是提高人才核心競爭力的決定性要素。各高校電氣工程及其自動化專業(yè)培養(yǎng)的人才水平的高低，取決于實踐教學(xué)水平的高低，包括實驗條件的完善、實驗內(nèi)容的設(shè)計及實驗教師的素質(zhì)。鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院電氣專業(yè)的實踐環(huán)節(jié)主要由課程實驗、課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)與畢業(yè)設(shè)計等組成，組成了一個比較系統(tǒng)、由線到面、由基礎(chǔ)到綜合，分層次、全方位的內(nèi)容體系。[5]

1.課程實驗與課程設(shè)計

課程實驗包括電工電路、電子技術(shù)、電力系統(tǒng)繼電保護、電力系統(tǒng)自動化、電力電子技術(shù)、電機與拖動、C++語言、單片機原理、電氣PLC原理等。

課程設(shè)計是工科專業(yè)實踐教育的重要一環(huán)，是培養(yǎng)大學(xué)生獨立思考、信息檢索、相互合作，初步從事科學(xué)研究能力的重要途徑。課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)主要由核心專業(yè)課程與部分實用性強的專業(yè)課程如“電機設(shè)計”、“電力系統(tǒng)分析”、“單片機原理”、發(fā)電廠電氣部分等的課程設(shè)計構(gòu)成。

2.實習(xí)基地

實習(xí)基地由校內(nèi)與校外兩部分組成。校內(nèi)實習(xí)基地主要由校辦工廠組成，完成金工實習(xí)、電工電子技術(shù)、計算機輔助設(shè)計等基礎(chǔ)性專業(yè)訓(xùn)練；校外實習(xí)基地主要包括陜西航空電氣有限責任公司、成都飛機制造廠、貴州飛機制造廠等，學(xué)生在校外實習(xí)基地主要接受現(xiàn)代化企業(yè)的生產(chǎn)教育，培養(yǎng)工程實踐能力。

3.畢業(yè)設(shè)計

電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的課題多來自于工程實踐。題目通常由導(dǎo)師自行擬定，或者來自于導(dǎo)師科研項目的某一模塊，或者來自于導(dǎo)師熟悉的專業(yè)領(lǐng)域，與工程實際結(jié)合緊密。針對畢業(yè)設(shè)計中存在的問題，如題目陳舊、知識面過窄、實驗條件較差、學(xué)生支差應(yīng)付、成果可操作性不強等問題，現(xiàn)階段可積極采取以下措施：一是加強對教師和學(xué)生的管理。對教師尤其是青年教師中期抽查考核，組織討論，詢問學(xué)生等；對學(xué)生加強考勤，不定期考查，組織中期檢查與預(yù)答辯等。二是鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)科知識范圍內(nèi)自由選題，激勵他們選擇來自于生活實踐、能夠解決實際問題的課題。三是創(chuàng)造條件允許學(xué)生到實習(xí)或工作單位做設(shè)計，聘請企業(yè)中有高級職稱的人員參與畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)工作。

除了以上基本的專業(yè)實踐環(huán)節(jié)之外，還可以積極組織學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”、“電子設(shè)計”等全國大賽，鼓勵學(xué)生進行科技創(chuàng)新制作，建設(shè)專業(yè)的開放型實驗室，積極探索有助于提高學(xué)生創(chuàng)新能力、工程實踐能力的教育教學(xué)模式。

四、結(jié)束語

電力工業(yè)巨大的發(fā)展空間與鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院辦學(xué)方針的轉(zhuǎn)變，為電氣工程及其自動化專業(yè)提供了良好的發(fā)展機遇。抓住此發(fā)展契機，基于“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”的電氣專業(yè)的教育理念，構(gòu)建了科學(xué)有效的課程體系，為今后培養(yǎng)大量合格的應(yīng)用型電氣技術(shù)人才奠定了基礎(chǔ)。對該專業(yè)課程體系的建設(shè)與應(yīng)用型人才的培養(yǎng)過程仍需經(jīng)受實踐的檢驗。

參考文獻

[1]丁堅勇，向鐵元，張承學(xué).電氣工程及其自動化專業(yè)教學(xué)改革之管見[J].中國電力教育，2000，（1）：34-37.

[2]華容.“電氣工程及其自動化”專業(yè)建設(shè)和課程設(shè)置的思考及探索[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2002，（2）：34-37.

[3]黃文力，張丹.構(gòu)建和諧電力系統(tǒng)研究[J].鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院學(xué)報，2009，27（3）：53-55.

篇(2)

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革 機電液 綜合設(shè)計性實驗

一、引言

教育改革，最重要的就是要從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力方面找抓手。創(chuàng)新能力是人的本質(zhì)特征，是人的天賦所能和整體素質(zhì)的表現(xiàn)，它不僅表現(xiàn)為知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，更重要的是發(fā)現(xiàn)問題，并積極探索的心理取向和善于把握機會的敏銳性及積極改造自己和改造環(huán)境的能力。但目前教材中的實驗大多是驗證性實驗，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力上不能發(fā)揮出應(yīng)有的作用。作為應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新精神和科學(xué)素質(zhì)的重要手段，綜合設(shè)計與實驗的作用是很重要的。在高校實驗教學(xué)中，某些環(huán)節(jié)已不能適應(yīng)新時期培養(yǎng)目標的要求，例如實驗技術(shù)單調(diào)，隊伍水平不高，實驗裝備老化單一，實驗類型大部分是驗證性實驗等，同時，現(xiàn)在大部分實驗依托于某一門課程，在多課程知識有機結(jié)合方面缺乏綜合性，在綜合實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏有機組合，在激發(fā)學(xué)生自主思考發(fā)面缺乏開發(fā)性等等。為此，對課程設(shè)計、現(xiàn)代電氣控制、液壓實驗臺綜合實驗進行了教學(xué)改革，通過10多年的試驗，效果很好。[1]

1.以往的工作基礎(chǔ)

機械學(xué)院在專科時期就開始對現(xiàn)有設(shè)備進行改造和課程體系的重組，把液壓與氣壓傳動、現(xiàn)代電氣控制及PLC等課程進行有機結(jié)合，開發(fā)了機電液綜合設(shè)計與實驗。這樣的教學(xué)改革，開始時比較艱難，在1994年那個時期沒有相應(yīng)的實驗設(shè)備，我們老師組合成一個創(chuàng)新團隊，大膽進行嘗試，先從設(shè)備改造開始，對機電工程系一臺閑置的老實驗設(shè)備進行了改造，完成了第一臺“JDY-Ⅰ機電液綜合實驗臺”， 該實驗臺主要由兩部分組成：液壓拆裝系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，可以完成機電液綜合的一系列實驗項目，并于1995年大膽地開創(chuàng)了綜合性設(shè)計性的實驗改革。綜合性、設(shè)計性的實驗主要是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及提出問題、分析問題、解決問題的能力，對學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)也具有不可替代的作用。之后，我們老師更進一步地把課程設(shè)計也融入到綜合實驗中來，形成了早期的“機電液綜合設(shè)計與實驗”體系。[2]

2.隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，尤其是我校升本以后，原有的實驗設(shè)備已不能滿足本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。為此，我們老師于2006年1月在教務(wù)處大力支持下，設(shè)備科立項投資7.85萬元，進一步研制了“JDY-Ⅱ機電液綜合多功能實驗臺”， 該實驗臺是集機械、液壓、電控、數(shù)控于一體的多功能實驗臺。該實驗臺主要由三部分組成：液壓系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。該實驗臺主要有拆裝式液壓實驗臺、PLC、軟啟動器、數(shù)控工作臺等，其中PLC可以接現(xiàn)場總線，與計算機端口相接，軟啟動器具有在線控制功能，具有多種限制啟動和限制停止的方式?！癑DY-Ⅱ機電液綜合多功能實驗臺”可以完成的實驗項目如下表所示。

3. 隨著辦學(xué)規(guī)模的不斷擴大，學(xué)生數(shù)不斷增加。為了教學(xué)改革的不斷深化，我們老師又在2009年3月，在學(xué)校設(shè)備科的支持下，自制了第三套“JDY-Ⅲ 機電液綜合多功能實驗臺“，該實驗臺是集液壓、電控于一體的綜合實驗臺，實驗臺主要由兩部分組成：液壓拆裝系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，除了可以完成機電液綜合實驗以外，還可以完成以下實驗項目：

（1） 節(jié)流閥、調(diào)速閥負載特性實驗

（2） 電動機正反轉(zhuǎn)控制電路模擬

（3） 星/三角降壓啟動控制電路模擬

（4） 常規(guī)電器控制液壓回路實驗等實驗項目。

2、項目計劃及實施情況；

為進一步推進機電液綜合設(shè)計與實驗改革，在學(xué)校的大力支持下，開始進行基于本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的機電液綜合設(shè)計與實驗的改革與實踐，包括：計劃制訂、教學(xué)大綱的編寫、實驗指導(dǎo)書等教學(xué)基本建設(shè)。[3]

（1）、教學(xué)計劃

在仔細論證、深入研討的基礎(chǔ)上，我們將機電液綜合設(shè)計與實驗的改革成果寫入了2003級本科教學(xué)計劃。見下面表2。

（2）、實驗指導(dǎo)書（教材）

為了能更好的開展教學(xué)改革，實施初期，我們編寫了“機電液綜合設(shè)計與實驗”的實驗指導(dǎo)書，經(jīng)過實際使用，發(fā)現(xiàn)并糾正了若干不合理的地方，并進行了必要地修正，逐步達到了預(yù)期的效果。2009年，在自編講義的基礎(chǔ)上，由蘇州大學(xué)出版社正式出版了《機械制造及自動化基礎(chǔ)實驗》教材，其中，第8章即時關(guān)于機械類專業(yè)的6個綜合性設(shè)計性實驗項目，而“機電液綜合設(shè)計與實驗”就是其中的一個。[4]

2013年3月由北京航空航天出版社正式出版了 《機電液綜合課程設(shè)計與實踐》教材，在使用中取得了顯著的效果。

（3）、實驗和課程設(shè)計的教學(xué)大綱

（略）

3、目前所取得的成效

機電液綜合設(shè)計與實驗是一項綜合性、設(shè)計性的實踐環(huán)節(jié)，它很好的模擬了工程實際中的一些現(xiàn)實問題，是機械工程及自動化專業(yè)實踐教學(xué)體系的重要組成部分。

多年來，我們所做的機電液綜合設(shè)計與實驗改革以及實驗設(shè)備的改造，在實驗實踐教學(xué)中發(fā)揮了重要作用，得到了省教育廳及專家的充分肯定，在教育廳組織的成果評選中多次獲獎。同時，部分教師通過這項改革及設(shè)備研制，自身的能力和水平得到進一步提高；部分學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計的形式也參加了這個項目的研究與實踐，極大地提高了他們的工程實踐能力。[5]

（1）自制設(shè)備四項獲江蘇教育廳三等獎

（2）教師發(fā)表關(guān)于機電液綜合設(shè)計與實驗方面的論文

（3）教師團隊編寫了相應(yīng)的教材2本，并于2009年，2013年正式出版。

通過教學(xué)改革，我們教師團隊發(fā)揮了積極性，同時學(xué)生創(chuàng)新能力得到了提高，積極參加大膽地參加各種比賽活動，得到了一定的成績，獲得了肯定。

（1） 2010年，老師帶領(lǐng)同學(xué)參加“國家制造業(yè)信息化培訓(xùn)中心、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽組委會”組織的全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽，獲得了省三等獎

（2） 我們老師帶領(lǐng)的學(xué)生積極做好畢業(yè)設(shè)計，在畢業(yè)設(shè)計中充分發(fā)揮創(chuàng)新意識，2009年帶領(lǐng)同學(xué)做的關(guān)于機電控制方面的“MPS分類存儲和立體倉庫單元系統(tǒng)控制設(shè)計”課題，獲得了省優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計三等獎

（3） 2008、2009年 我們老師帶領(lǐng)的學(xué)生畢業(yè)設(shè)計獲得校級一等獎

（4） 2010年 老師帶領(lǐng)的學(xué)生畢業(yè)設(shè)計獲得校級二等獎

（5） 2007年 老師帶領(lǐng)學(xué)生參加省第一界機械創(chuàng)新設(shè)計大賽二等獎

（6） 2008年 老師帶領(lǐng)學(xué)生參加省機器人大賽三等獎

這些成績的獲得，主要體現(xiàn)了學(xué)生的創(chuàng)新能力的提高，體現(xiàn)了教學(xué)成果提高。

4、推廣應(yīng)用價值及今后的設(shè)想

機電液綜合設(shè)計與實驗的改革與實踐，把機械和電氣控制技術(shù)有機結(jié)合，既發(fā)揮了學(xué)生的設(shè)計能力，同時，針對實踐中出現(xiàn)的預(yù)先不能預(yù)知或有意設(shè)計的問題，組織學(xué)生成立研究小組，集思廣益，分析問題，研究問題，解決問題，從而使他們的創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)和鍛煉，具有很高的推廣應(yīng)用價值?？吹酵瑢W(xué)們經(jīng)過自反復(fù)推敲、認真研究，克服一個個困難，得到理想的實驗結(jié)果時的那種歡呼雀躍，我們也感到非常欣慰。

今后的設(shè)想：作為應(yīng)用型本科的培養(yǎng)計劃，應(yīng)該多學(xué)科交叉結(jié)合，結(jié)合學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，多開設(shè)一些與工廠實際相結(jié)合的項目，機電液綜合設(shè)計與實驗這種改革的開端和階段性成果，我們還將繼續(xù)努力，在以下方面進行改革和實踐：1、金相、熱處理、材料力學(xué)性能綜合測試及材料成型等綜合實驗；2、軸類零件的綜合測量；3、電氣技術(shù)綜合應(yīng)用實驗；4、刀具形狀及切削關(guān)系綜合實驗等，以便更好地貼合實際，培養(yǎng)更多的具有創(chuàng)新精神和實踐能力的工程應(yīng)用型人才，為我校品牌大學(xué)創(chuàng)建工作做出應(yīng)有的貢獻。[6]

結(jié)語

總之，通過改造老設(shè)備，改變驗證型實驗為設(shè)計性綜合性實驗，結(jié)合不同學(xué)科知識，結(jié)合不同的教學(xué)形式，開發(fā)設(shè)計性綜合性的實踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，作為工科類應(yīng)用性本科院校是很好的教學(xué)方式，值得推廣。

參考文獻：

[1] 管建峰等 機械制造及控制技術(shù)基礎(chǔ)實驗 蘇州大學(xué)出版社 2009年7月 蘇州

[2]張禮華 劉芳華 管建峰 主編機電液綜合課程設(shè)計指導(dǎo)與實踐 北京航空航天大學(xué)出版社 2013年3月 北京

[3] 王積偉等 液壓與氣壓傳動 機械工業(yè)出版社 2008年8月第二版 北京

[4] 史國生等 電氣控制與可編程控制技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2005年4月 北京

[6] 張萬忠等 電器與PLC控制技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2003年9月 北京

篇(3)

論文關(guān)鍵詞：ZigBee,數(shù)據(jù)采集,無線傳感器網(wǎng)絡(luò),單片機

Zigbee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備[1]。

ZigBee 是一種近距離、低功耗、低速率、低成本的無線傳感器網(wǎng)絡(luò), 已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用, 如溫度、濕度、氣體濃度、亮度、壓力等各種各樣小數(shù)據(jù)量信息的采集, 及傳輸可以采用這種低功耗、低傳輸速率的無線傳感器網(wǎng)絡(luò).在這些應(yīng)用場合中, ZigBee 網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的各種無線網(wǎng)絡(luò)相比, 有著獨特的優(yōu)勢, 即低功耗、低速率、低成本[2]。 由于ZigBee 設(shè)備工作時間較短, 收發(fā)信息功耗較低且采用休眠模式, 使得它非常省電, 電池可使用長達6 個月至2 年左右. ZigBee 工作在250 kbps 的通信速率, 足已滿足低速率通信傳輸?shù)男枰? 且2.4 GHz 的工作頻段是免費頻段[3].

設(shè)計原理

目首先，從整體來看，我們可以將目標設(shè)計分為幾個模塊：電源模塊、主芯片模塊、天線模塊調(diào)試接口和外圍擴展模塊[4]。其中，電源模塊、天線模塊、調(diào)試接口和主芯片模塊是必須的，可以用通常所說的”最小系統(tǒng)”來描述。外圍擴展模塊是根據(jù)用戶的實際需求自行添加。

無線傳感器節(jié)點一般由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和電源管理模塊四部分組成。其中，傳感器模塊負責采集監(jiān)視區(qū)域的信息并完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，采集的信息可以包含溫度、濕度、光強度、加速度和大氣壓力等；數(shù)據(jù)處理 模塊負責控制整個節(jié)點的處理操作、路由協(xié)議、同步定位、功耗管理以及任務(wù)管理等；數(shù)據(jù)傳輸模塊負責與其他節(jié)點或Sink節(jié)點進行無線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；電源管理模塊選通所用到的傳感器，節(jié)點電源采用微型紐扣電池，以減小節(jié)點的體積[5]。

我們設(shè)計的節(jié)點實現(xiàn)機理是以ZigBee傳輸模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的串行通信模塊，將采集到的信息數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送出去。該節(jié)點包含ZigBee無線傳輸模塊、微控制器模塊、傳感器模塊及接口電路、直流電源模塊以及外部存儲器等。為了降低傳感器節(jié)點的成本，減小傳感器節(jié)點的體積，我們采用Chipcon公司推出的高度整合的SoC芯片CC2430實現(xiàn)傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸和處理功能。圖3是設(shè)計的無線傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖。下面將分別介紹無線傳感器節(jié)點中的幾個主要功能模塊。

功能研究

CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee 射頻前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1個8位8051 MCU，具有128 KB可編程閃存和8 KB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個定時器(Timer)、AES128協(xié)同處理器、看門狗定時器、32 kHz晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路、掉電檢測電路，以及21個可編程I/O引腳。CC2430芯片采用0.18 μm CMOS工藝生產(chǎn)，工作時的電流損耗為27 mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用[6]。

當 FFD 設(shè)備(Full Function Device)在第1 次被激活后, 首先搜索其通信范圍內(nèi)已存在的網(wǎng)絡(luò), 如果找到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò), 則通過一系列對話后, 該設(shè)備就可成為此網(wǎng)絡(luò)中的普通設(shè)備。

協(xié)調(diào)器應(yīng)用層生成的 NIME-NETWORK-FORMATION。

request 原語發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)層請求建立網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)層再通過MLME-SCAN.request 原語向MAC層請求檢測信道能量及掃描信道, 收到確認后, 為新網(wǎng)絡(luò)設(shè)置1 個PANId (網(wǎng)絡(luò)號), 通過MLME-SET原語將PANId 設(shè)置為MAC 層macPANId, 網(wǎng)絡(luò)層再通過MLME START.request 原語向MAC 層請求運行網(wǎng)絡(luò), 收到確認后運行網(wǎng)絡(luò), 網(wǎng)絡(luò)建立成功[7]。

節(jié)點被激活后, 如果找到已存在的網(wǎng)絡(luò), 本節(jié)點將根據(jù)所獲得的網(wǎng)絡(luò)信息選定1 個父節(jié)點, 并提出入網(wǎng)申請, 同時等待父節(jié)點的請求響應(yīng). 當?shù)玫皆试S后, 子節(jié)點將得到父節(jié)點分配給它的1 個網(wǎng)絡(luò)地址(也稱為短地址)作為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的身份標識, 成功建立鏈接. 加入網(wǎng)絡(luò)后, 該節(jié)點可以接受新節(jié)點的入網(wǎng)請求. 通過一級一級的地址分配, 可以構(gòu)成較大的網(wǎng)絡(luò)[8]。

由于 CC2430 內(nèi)置了溫度傳感器, 在實驗中搭建溫度采集的ZigBee 采用星型網(wǎng)絡(luò). 星型網(wǎng)絡(luò)的末端節(jié)點負責進行數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送, 中心節(jié)點將實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與顯示. 為使各個節(jié)點采集的。數(shù)據(jù)同時使中心節(jié)點接收, 需要將末端節(jié)點的目標地址都設(shè)置為中心節(jié)點的本機地址. 實驗中, 該溫度采集系統(tǒng)通信良好, 在有障礙物環(huán)境下的通信距離明顯低于在空曠的環(huán)境下, 此時可通過增模塊的射頻功率和增加中繼點的方法來解決.當檢測到的溫度準確度也不太高, 則需要采用更高準確度的傳感器.

結(jié)語

基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有低功耗、低成本、體積小的顯著優(yōu)點，可在特殊環(huán)境下實現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信號的采集傳輸與處理。伴隨無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和新的能量解決方案的提出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用必將從軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健、空間探索和災(zāi)害預(yù)測普及到生活中的各個領(lǐng)域。

參考文獻：

[1] Garcia L R, Barreiro P. Performance of ZigBee-based wireless sensor nodes for real-time monitoring of fruit

logistics[J]. Journal of Food Engineering, 2008, 87:405-415.

[2] 李文仲, 段朝玉. ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實戰(zhàn)[M].

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[4] 成銳, 李靜, 雷鳴, 等. 基于ZigBee 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案[J]. 電子元器件應(yīng)用, 2007, 9(12):54-58.

[5] 孫利民, 李建中, 等. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社, 2005.

篇(4)

關(guān)鍵詞：測控技術(shù) 綜合實訓(xùn) 實訓(xùn)模式 教學(xué)實踐

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-04

1 探索測控技術(shù)綜合實訓(xùn)教學(xué)的背景

測控技術(shù)及儀器專業(yè)是1998年教育部調(diào)整新的本科專業(yè)后，把儀器儀表類原來的11個專業(yè)歸并為一個大專業(yè)―測控技術(shù)及儀器[1]。隨著國內(nèi)經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國的高等教育模式正在從精英教育向大眾教育發(fā)展、過度，教育活動的目的也由過去的專才教育轉(zhuǎn)變?yōu)橥ú沤逃蛘咄ú沤逃c專才教育相結(jié)合。我國現(xiàn)有180多所高等學(xué)校設(shè)有“測控技術(shù)與儀器”專業(yè)，由于各學(xué)校原來的相關(guān)專業(yè)情況和發(fā)展歷史不同，現(xiàn)有的辦學(xué)條件、專業(yè)規(guī)模、教學(xué)水平也各不相同。2006年，測控技術(shù)與儀器本科專業(yè)依托我校機電工程系正式開設(shè)，本專業(yè)開辦之初，教學(xué)體系大多參照重點院校教學(xué)模式，由于我校的立足點為應(yīng)用型人才培養(yǎng)，在傳授給學(xué)生一定理論知識的同時應(yīng)注重學(xué)生的實踐動手能力和知識的靈活運用與綜合能力。我校的辦學(xué)宗旨是努力將學(xué)校建成一所以工科教育為主導(dǎo)，以應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標，在全國同類高校中辦學(xué)特色鮮明、學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢突出、綜合競爭力較強的一流應(yīng)用型理工大學(xué)。

幾年的教學(xué)實踐表明：在專業(yè)基礎(chǔ)條件、師資條件、實驗條件、人才培養(yǎng)定位和科研項目等方面我校與參考院校有著極大的差異，測控專業(yè)的教學(xué)如果不結(jié)合本校的特點，教學(xué)效果、人才質(zhì)量與培養(yǎng)目標將相去甚遠，很難反映我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的定位與特色。學(xué)生能否在學(xué)校中就能獨擋一面地參與企業(yè)的生產(chǎn)活動？怎樣能使學(xué)生的知識和技能緊密地結(jié)合，能切實解決生產(chǎn)中的實際問題[2-3]？因此必須探索適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的測控技術(shù)綜合實訓(xùn)方案。

2 測控技術(shù)與儀器專業(yè)實驗及實訓(xùn)方面目前存在的問題

測控技術(shù)與儀器專業(yè)是一個交叉學(xué)科，作為一名一線教師，經(jīng)常了解到許多學(xué)生普遍感覺專業(yè)課程多、雜、亂，“光、機、電、計算機、控制、信息處理等什么都學(xué)一點、又什么都不會。”這是測控專業(yè)教學(xué)中學(xué)生普遍感到困惑的問題。實驗與實訓(xùn)是幫助學(xué)生對抽象的測控理論知識理解與運用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但傳統(tǒng)的測控系列課程實驗儀器為方便操作、驗證教師在課堂上所講的理論知識，許多均為“傻瓜型”，信息采集與處理的集成度很高，具體過程及許多中間環(huán)節(jié)都以一個不透明的集成試驗箱的形式給出，學(xué)生只能看到輸入與輸出，無法目睹實際的實現(xiàn)過程與細節(jié)，且對所學(xué)知識的運用非常單一，實驗或?qū)嵱?xùn)過程學(xué)生只需接入輸入輸出，讀出結(jié)果，有老師講解實現(xiàn)過程，完畢后，學(xué)生無法確切了解與掌握測量信號的形成、流向與信息處理過程。但是學(xué)生只有對實物有了感性認識之后，才能更加對所學(xué)的知識印象深刻，提高學(xué)生探索知識、進一步學(xué)習(xí)的興趣，并培養(yǎng)學(xué)生進行系統(tǒng)分析、設(shè)計、開發(fā)與研究的基本能力。[4]回顧近幾年測控專業(yè)教學(xué)情況，綜合課程教學(xué)得失，深感測控專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)的內(nèi)容與方式對學(xué)生掌握所學(xué)知識的影響之重。為使測控專業(yè)辦好、辦出特色，扭轉(zhuǎn)上續(xù)教學(xué)過程中出現(xiàn)的“多、雜、亂，什么都學(xué)、什么都不會的現(xiàn)象”，機電與汽車工程學(xué)院測控教研室提出了測控技術(shù)綜合實訓(xùn)教學(xué)的新方式，開發(fā)面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的測控專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)模式，并總結(jié)測控技術(shù)綜合實訓(xùn)教學(xué)的經(jīng)驗教訓(xùn)。

以前，實訓(xùn)一般安排兩周或三周時間集中進行。一般采用分組方式把學(xué)生分為幾組，指導(dǎo)教師向?qū)W生講解系統(tǒng)工作原理、組成、主要模塊等情況，之后由學(xué)生查閱相關(guān)資料，進一步詳細了解相關(guān)技術(shù)，并進行2～3天的設(shè)計，教師對學(xué)生的設(shè)計方案進行審閱后學(xué)生進行方案的修改并進行系統(tǒng)的搭建實施，然后學(xué)生進行調(diào)試并進行設(shè)計報告的撰寫，最后安排驗收和答辯。在如此短段的時間內(nèi)深入理解系統(tǒng)的工作原理并進行具體的方案設(shè)計、模塊設(shè)計、制作、調(diào)試、結(jié)果評定、總結(jié)、撰寫報告等工作比較困難，難以保證較優(yōu)的實訓(xùn)質(zhì)量。并且有些學(xué)生對某些課題比較感興趣，有比較新穎的想法，有創(chuàng)新思維，在完成教師給定的目標任務(wù)之后，學(xué)生希望進一步改進設(shè)計，或加入新的功能，但這時已沒有時間了。所以迫切希望有一個更靈活多變、周期更長、更能發(fā)揮學(xué)生主動性、興趣，并能充分利用學(xué)生的興趣和業(yè)余時間進行實訓(xùn)的方式。

3 新的測控技術(shù)綜合實訓(xùn)模式的設(shè)計思路

南陽理工學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)團隊在專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)模式、課程體系改革以及教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上做了大量的探索與研究、考察、實踐工作，積累了豐富的經(jīng)驗，完成了舊的測控技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)計劃的執(zhí)行并進行了新的測控技術(shù)綜合實訓(xùn)教學(xué)模式的探索和嘗試，在測控專業(yè)寬口徑應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面取得了明顯成效，強調(diào)理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，綜合實訓(xùn)是提高學(xué)生對各門專業(yè)課應(yīng)用能力的重要手段[5]。

如果學(xué)生大四之前沒有做過測控技術(shù)綜合實訓(xùn)，那么學(xué)生在學(xué)習(xí)各門專業(yè)課的時候沒有任何目的性，總覺得一頭霧水，理論和實際聯(lián)系不上，各門課程所學(xué)的知識比較單一零散，不知在實際中怎樣應(yīng)用。因為專業(yè)課中每一門課程都主要注重某一方面知識的應(yīng)用，而關(guān)于綜合知識的運用的“測控系統(tǒng)設(shè)計”這門課程又在大四年級設(shè)置。因為如果設(shè)置在各個專業(yè)課之前的話，無法講清楚細節(jié)，因為學(xué)生還沒接觸一些專業(yè)知識，什么專業(yè)課都沒學(xué)過的情況下講授綜合知識，從理論上更難講清楚知識的綜合應(yīng)用，學(xué)生也難以接受。所以如果在學(xué)生學(xué)專業(yè)知識的同時，認識一些實際的測控系統(tǒng)，對學(xué)生的理論與實際相結(jié)合的能力是有很大幫助的。并且在當前學(xué)生就業(yè)壓力比較大的形勢下，用人單位往往考察學(xué)生的實際動手操作能力和知識的綜合運用能力，但是通常安排在第八學(xué)期進行的畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)受到就業(yè)和考研雙方面的影響，工科專業(yè)的學(xué)生往往有到就業(yè)單位進行實習(xí)的實際需求，考研的學(xué)生花費了相當?shù)木蕚淇佳屑皬?fù)試。在這種情況下，如果學(xué)習(xí)了部分專業(yè)知識之后，從大三下學(xué)期開始，到大四上半學(xué)期結(jié)束時畢業(yè)設(shè)計前結(jié)束，進行由淺入深、理論聯(lián)系實際的測控技術(shù)綜合實訓(xùn)，對學(xué)生來說具有重要的作用和意義[6]。為此，我們南陽理工學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院測控教研室制定了新的測控技術(shù)綜合實訓(xùn)模式。

3.1 實訓(xùn)目的

（1）本課程為計量測控與儀器專業(yè)的實踐必修課，通過該課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對知識的綜合運用能力和儀器儀表與系統(tǒng)的設(shè)計制造和實踐技能，使學(xué)生在實踐中得到鍛煉和提高。使學(xué)生鞏固所學(xué)理論知識及本專業(yè)的各種測試方法，比較熟悉各種測試方案的設(shè)計，加強本專業(yè)各科知識綜合運用能力和問題分析能力，提高實際動手能力、理論聯(lián)系實際的能力和創(chuàng)新能力。通過基本技能的訓(xùn)練，熟悉儀器結(jié)構(gòu)及使用，對常用儀器非常熟悉。通過綜合性實驗的開設(shè)，開闊思維，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

（2）培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和獨立工作的能力，為畢業(yè)后走向社會從事相關(guān)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。

（3）培養(yǎng)并提高學(xué)生具有創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神的綜合素質(zhì)。

3.2 實訓(xùn)要求

（1）本實訓(xùn)要求學(xué)生在第六、七學(xué)期課余時間完成。

（2）每組學(xué)生3～4人，從給定題目中任選一個，也可以自主選題，需指導(dǎo)教師認可。

3.3 時間安排

（1）老師在第六學(xué)期之前根據(jù)當年的教師的科研項目和實際應(yīng)用需要，或一些成熟的典型課題，每個老師選取3―4個實訓(xùn)題目，大家一致討論后通過，寫出每個題目的實訓(xùn)目的、所需那些理論知識，最終驗收方式，以及課題的前瞻性等。

（2）第六學(xué)期開學(xué)后對學(xué)生公布，學(xué)生了解各個題目設(shè)置的目的及要求后，根據(jù)自身意愿進行分組，每組的學(xué)生從所在相應(yīng)組的題目中選取一個小題目，學(xué)生也可以根據(jù)自己的興趣所在及實際需求自主選題，但是必須要和指導(dǎo)老師進行充分溝通，經(jīng)過指導(dǎo)老師認可，題目確定之后開始進入正式實訓(xùn)階段，著手準備。

3.4 實訓(xùn)過程

所有實訓(xùn)全部利用業(yè)余時間進行，不集中安排時間。這也是本綜合實訓(xùn)的一個顯著特點。

3.4.1 收集、查閱相關(guān)資料

南陽理工學(xué)院校園網(wǎng)站能夠查閱大量的碩士、博士論文及期刊論文，以及大量的圖書、視頻，充分利用學(xué)院的資源，對題目進行充分細致的了解，對所需達到的設(shè)計要求及目的進行充分的認識。例如該課題的目的和發(fā)展現(xiàn)狀是什么，完成該課題所需用到的關(guān)鍵技術(shù)是哪些，都有哪些可行的方案，各個方案不同的特點與優(yōu)缺點等。

3.4.2 設(shè)計及實驗

針對自己的課題，進行相應(yīng)的設(shè)計、仿真、實物制作、調(diào)試等。

3.4.3 寫出實訓(xùn)報告

對設(shè)計進行總結(jié)，學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完成實訓(xùn)報告，實訓(xùn)報告要排版正確，格式規(guī)范；概念清楚，應(yīng)用合理；層次清晰，邏輯性強；論證嚴密，計算準確全面；圖標質(zhì)量好。

3.4.4 進行驗收和答辯

指導(dǎo)老師組成答辯小組，對各組學(xué)生的設(shè)計制作成果進行答辯驗收。

3.5 驗收及考核

3.5.1 驗收

以組為單位展示自己小組的成果，并進行答辯。在提問、回答環(huán)節(jié)，教師要對一些重點、難點問題進行詳細地提問、講解、分析、評價。

3.5.2 考核

根據(jù)學(xué)生查閱資料情況、方案設(shè)計、調(diào)試過程、最終調(diào)試結(jié)果、設(shè)計報告、答辯情況等進行綜合考核。其中方案設(shè)計、調(diào)試過程、最終調(diào)試結(jié)果、設(shè)計報告、答辯各占20%。

4 測控技術(shù)綜合實訓(xùn)模塊結(jié)構(gòu)圖

長期教學(xué)實踐經(jīng)驗表明，在傳授給學(xué)生知識的時候，首先讓學(xué)生明確所學(xué)知識的目的是什么，有哪些具體的組成部分，他們的聯(lián)系與區(qū)別是什么，在認識中理解，在理解中應(yīng)用，在應(yīng)用中掌握，這樣才能得到最佳的教學(xué)效果。

先給學(xué)生列出測控系統(tǒng)綜合實訓(xùn)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)框圖，見圖1和圖2所示。虛線框為測控專業(yè)各課程實驗項目，通過綜合實訓(xùn)，將課程實驗融合在一起，根據(jù)實際項目的需要，各模塊間的組合可簡單或復(fù)雜，學(xué)生可制作多種功能、結(jié)構(gòu)不同的應(yīng)用系統(tǒng)，把各個分散的課程內(nèi)容聯(lián)系起來，形成一個相對完整的知識結(jié)構(gòu)體系。

5 測控技術(shù)綜合實訓(xùn)舉例

下面以基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)為例，介紹測控技術(shù)綜合實訓(xùn)的實施過程。本實訓(xùn)的內(nèi)容包含從傳感器到數(shù)據(jù)輸出及誤差處理，要求完成接近實際應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計調(diào)試，訓(xùn)練和提高學(xué)生在測控技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)方面的設(shè)計調(diào)試能力[7]。要求：設(shè)計制作一個測距范圍為0.1～5 m，分辨率為1 cm的超聲波測距系統(tǒng)。本項目讓學(xué)生掌握傳感器技術(shù)、基本的電路應(yīng)用、單片機控制技術(shù)與數(shù)碼顯示技術(shù)。該項目完成以后，既可加深學(xué)生對本專業(yè)相關(guān)各門課程內(nèi)容的理解，又提高了他們的實際動手能力，與實際應(yīng)用接軌，體會知識轉(zhuǎn)化實踐的過程。因此，本課題具有良好的教學(xué)和實踐應(yīng)用前景。實訓(xùn)前期的知識儲備。對于該超聲波測距實訓(xùn)題目，學(xué)生拿到題目后，首先查閱相關(guān)圖書、電子文檔等各種文獻，對利用超聲波進行測距的原理、特點、實現(xiàn)方法均有詳細的了解與認識，然后進行方案設(shè)計，通過實際計算、仿真、論證等設(shè)計出一個最優(yōu)的實現(xiàn)方案。例如，超聲波發(fā)射方法可有硬件發(fā)射，也可由軟件發(fā)射，從價格、功能上比較其優(yōu)缺點，做出最優(yōu)選擇。

5.1 設(shè)計信號調(diào)理、信號變換、信號采集和輸出電路

5.1.1 溫度補償

由于超聲波也是一種聲波，其聲速與溫度有關(guān)。在精度要求較高的情況下，需要考慮溫度對超聲波傳播速度的影響，采用適當?shù)臏囟葌鞲衅骷捌湎鄳?yīng)的電路對超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差。本測距系統(tǒng)中對溫度的精度要求不是太高，所以可以選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。通過進行溫度補償可以得到更準確的測試結(jié)果，并且更深刻地認識誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程里進行誤差補償?shù)姆椒ㄅc措施。

5.1.2 設(shè)計測控系統(tǒng)并制作實物

測距方案及溫度補償措施確定之后，開始設(shè)計后續(xù)信號調(diào)理、信號變換、信號采集等測控電路，主要采用模塊化設(shè)計方法，老師對學(xué)生進行適當?shù)囊龑?dǎo)和指導(dǎo)。主要包括硬件電路設(shè)計：超聲波發(fā)射、接受模塊、數(shù)字顯示模塊、報警模塊、溫度補償模塊；系統(tǒng)軟件設(shè)計，主要包括初始化基礎(chǔ)程序模塊、脈沖信號發(fā)射模塊、回波接收模塊、溫度補償及距離計算模塊、顯示報警模塊、按鍵設(shè)置模塊。設(shè)計完成之后，首先利用軟件進行調(diào)試，然后在面包板上搭建實物反復(fù)調(diào)試。直至調(diào)試成功之后，繪制電子線路圖，制作電路板，焊接實物，再次進行調(diào)試，如果不成功，基本上就是電子線路板焊接時出現(xiàn)的問題。當出現(xiàn)問題學(xué)生盡量自己努力解決，解決不了的可以請教指導(dǎo)老師。

5.1.3 寫出實訓(xùn)報告

實訓(xùn)報告中要把超聲波測距系統(tǒng)制作的全過程進行詳細描述，包括方案論證、所選傳感器的技術(shù)參數(shù)、實物制作過程中出現(xiàn)的問題、課題的未來展望等。

5.1.4 總結(jié)、答辯

略

5.2 驗收

學(xué)生利用黑板或多媒體陳述自己的課題制作過程，老師對某些知識點及問題進行提問。

下圖為某一同學(xué)制作的實物圖。圖3為超聲波測距系統(tǒng)進行簡單包裝之后的系統(tǒng)實物圖，可以打開盒蓋進行觀察內(nèi)部所有內(nèi)容，圖4為部分同學(xué)的設(shè)計制作成果。

6 測控技術(shù)綜合實訓(xùn)教學(xué)探索與實踐的幾點體會

通過兩年的教學(xué)實踐，測控技術(shù)綜合實訓(xùn)從具有工程背景的學(xué)生感興趣的實際問題出發(fā)，取得了很好的效果，學(xué)生從被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動地思考問題，并與同學(xué)和老師充分交流解決問題的良好狀態(tài)，并讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣和愛好把業(yè)余時間進行了充分利用，把零散的各學(xué)科的知識聯(lián)系了起來，更清楚了各課程在實際使用中的地位和作用，更大的提高了他們學(xué)習(xí)的積極性、主動性、實際動手能力、分析與解決問題的能力、團隊寫作協(xié)作能力，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)打下了扎實的基礎(chǔ)，充分體現(xiàn)了南陽理工學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標。

參考文獻

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