测控技术及仪器专业“综合课程设计”实践方案

摘要　专业综合课程设计是在本科高等工程教育教学中的一种实践教学环节。测控技术及仪器专业是融合多学科内容的综合性学科。本文结合专业教学规范，将“电阻应变式载荷传感器”作为设计对象，从而把传感器设计、加工、标定、信息采集处理、通信等一系列与本专业相关的内容囊括在一个题目下，使学生能够尽可能地综合运用所学知识。在具体实施上，引入了角色扮演的策略，使学生能够在较短的时间内完成指定任务，并培养了他们的分工协作的能力。最后，通过具体实例给出了本实施方案的应用效果。

关键词　测控技术及仪器　综合课程设计　实践方案

专业综合课程设计是在本科高等工程教育教学中的一种实践教学环节，一般是在结束所有的本科教学环节并准备进入毕业设计之前的一种大型综合教学环节，时间一般为4～5个教学周。因此，在该环节的具体教学设计中，要求使学生能够在有限的时间内综合利用所学的本专业基础知识、现代设计方法和工具在规范的流程指导下解决和完成一项本专业具有代表性的工程设计问题，培养学生解决工程实际问题的能力。测控技术及仪器专业是融合多学科内容的综合性学科，它以信息获取中的检测、传输、处理及利用为主要任务，探讨和研究仪器科学与技术领域的相关理论、方法和测量控制系统的集成与应用技术，图1给出了由“仪器科学与技术教学指导委员会”于2007年7月制定的“高等学校仪器科学与技术学科本科专业教学规范（技术型）”。①由此可见，本专业的知识领域结构具有涉及面广的特点，同时也给本专业　“综合课程设计”的选题和组织带来了一定的难度。

目前，已有很多教学工作者在这方面提出了自己的方法，②③④本文将结合实际教学给出测控技术及仪器专业“综合课程设计”的选题和实践方案。

1　合理选题

为了使本专业的学生能够通过“综合课程设计”从全局上了解和基本掌握与本专业相关的工程设计的完整过程和各个环节，通过仔细分析和对比，最终确定了以“电阻应变式载荷传感器”为对象开展本专业的综合课程设计。设计中要求学生完成从传感器设计、加工、标定到信息采集处理、通信等一系列与本专业相关的内容，其中涉及的主要内容与其在专业知识结构框架图中的对应关系如表1所示。通过表中的对比表明该综合课程设计方案尽可能的本专业主要的知识领域结构囊括在了一个项目中，并使各部分知识点形成一个有机的整体，让学生既能够通过本实践环节对所学知识有一个整体认识，又能够在较短的时间内完成指定任务，从而提高其综合运用所学知识点的能力，增强协作能力，促进其学习的积极性，进而为培养其科学研究和创新精神打下基础。

2　实施方案

在具体实施上，根据测控仪器系统的构成环节多、结构复杂、任务繁重等特点，为了缩短课程实施周期、提高课程执行效率、培养学生的分工协作精神，方案将学生按照3～4人一组的形式分成若干研究小组，并为研究小组中的成员安排不同的角色共同配合完成“综合课程设计”任务，具体方案如表2所示。表2中，同一小组的同学对于测控仪器系统设计中共同的东西，每位同学必须完成，在此基础上各自有侧重点的完成具体的技术设计工作。

机械工程师：①应用力学、传感器技术等相关知识分析推导应变和载荷的关系，设计一个载荷传感器；②使用AUTOCAD绘制传感器机械图；③编写电阻应变片的粘贴工艺流程。

电子工程师：①设计、制作传感器调理电路；②使用PROTEL软件设计电路原理图和PCB图；③设计、搭建基于单片机的信号采集、载荷显示系统。

软件工程师：①设计、编写单片机相关测试及数据处理程序；②设计、编写单片机与PC机的RS232通信程序；③基于虚拟仪器概念设计、编写电阻应变式载荷传感器测量及特性测试校准系统；④使用Proteus软件实现程序的仿真调试。

3　应用效果

本实践方案已连续两年成功运用于南京航空航天大学自动化学院测试工程系07、08级本科专业的教学实践中。由于方案中未设标准答案，从而给学生留出了发挥的空间；通过两届的实践表明，同学们在完成任务要求的基础上还充分发挥合作创新精神在实现的系统中加入了一些额外的功能，如过载报警、校准数据文件管理等功能。以下部分为08级曹吉康、贾欣、张明伟小组的设计结果图（如图2，3，4，5，6所示）。

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