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摘要：本文主要针对《测试方法和方案设计》这门课程设计的实际工程课题的选择、课程设计开展模式、课程设计一般步骤的制定以及具体的指导方法等作了详细阐述。通过该课程设计，不仅使学生把所学课程有机联系起来，并与实际工程应用相结合，而且提高了学生的独立或协同工作能力以及分析问题和解决问题的能力。
关键词：专业课程设计；测控技术与仪器；实践教学环节
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）46-0202-02
《测试方法和方案设计》是为上海大学机电工程与自动化学院的测控技术与仪器专业大三本科生开设的专业课程设计，开设的初衷是因为经过三年基础学习的学生，虽然对测控技术与仪器的基础理论和专业知识有了一定的了解，但仅局限于理论知识的掌握，而且这些知识比较零散，学生在毕业设计时，对于实际的问题仍然束手无策。通过这个课程设计使学生能综合运用“传感器原理与应用”、“几何量测量”、“误差理论与数据处理”、“精密测试技术”、“信号分析与处理”等课程知识，掌握常见的几何量、机械量等测量技术，并且通过设计让学生了解测试方法和方案的总体设计过程、测试方案的比较、传感器的选择、测试精度的分配及最终的不确定度分析计算等，培养学生综合应用各门课程的能力，同时锻炼和培养学生独立工作、调查研究、分析问题、解决问题的能力。
一、确定以实际工程应用案例作为课程设计的课题
课程设计课题的确定是比较重要的，这些课题既要与上课内容相接近，又能在实际工程应用中发挥作用。上海大学机电工程与自动化学院的测控技术与仪器专业，侧重机械工程方面，主要研究机械测量仪器、光学测量仪器、电子测量仪器的系统构架、运动传递、量值传感、结果指示等内容。因此，在课题选择上也是注重自动化装配生产线或单机设备中的测量课题。指导教师利用自己丰富的科研工作经历，把实际工程应用中的一些检测课题进行分析，精心挑选出适合作为课程设计的题目，确定了16个工程应用课题，其中绝大部分是以机械系统方案设计为主的，另有两到三个以单片机控制系统方案设计为主的课题。对于以机械系统方案设计为主的课题，从测试方法的分析到测试方案的制定，选择传感器以及测量精度的分配等作为主要内容。这些课题包括单机应用的自动测量装置和自动化生产线中的在线测量两种类型。单机应用的自动测量装置，采用较常用的位移测量、角度测量、速度测量或扭矩测量等传感器进行测量：如细长轴多参数测量、电动车自动检测台设计、汽车传动轴长度和相位角检测等；自动化生产线或装配线中的在线检测装置，如冷轧板材厚度在线测试、挺柱体组件自动装配线中的滚轮间隙（轴向运动间隙）和滚轮高度（位于挺柱体内部的带有小孔的球面座为基准）测量、压机中的压力和位移在线检测装置等。这些课题都是系统的测试方案设计，不仅需要学生具备传感器等理论知识，而且需要学生在选用传感器的同时考虑被测物体的定位以及不同的测量方法给测量带来的误差，因此，让学生通过课题设计，真正了解实际的工程应用。对于以单片机控制系统方案设计为主的课题，包括传感器的信号调理电路、信号的采样等相关处理电路、信号的采样等相关处理电路、单片机的执行驱动元件、显示和键盘输入接口电路等设计，要求完成测量系统的硬件电路设计和测量功能的关键程序设计。
二、课程设计开展模式
该课程设计为大三本科生开设，其主要模式是由学生自由组合，4-5人为一组，针对课程设计规定的实际应用工程课题进行测试方法和方案设计。学生根据每个课题制定的具体的设计任务、设计要求来进行相应的课题设计。以机械系统方案设计为例，设计任务中包括设计的内容和一些具体的参数要求，设计要求包括测试方法分析比较、总体测试方案设计、传感器选择以及不确定度分析等，对于有些测试装置，还有对定位方法、夹紧方式或辅助装置等设计方案的确定。课程设计的成绩评定包括平时出勤和问题讨论、设计情况、汇报情况以及设计报告等方面，设计报告每个组提交一份，指导老师可以根据每个学生的不同表现给出不同的成绩，这样可以杜绝课题组成员中某些学生对其他同学的依赖性，发挥每个学生的积极性。
三、制定课程设计的一般步骤
学生在经历基础课和专业课学习之后，已经掌握了一定的基础和专业理论知识，但是他们从来没有接触到实际的课题，因此，在设计之初，他们会很茫然，经过几届课程设计指导后积累的经验，给学生制定了一个设计的一般步骤，对他们如何进行课程设计有一个指导作用。这个一般步骤（以机械系统方案设计为例）的内容如下：1）了解测试的技术要求和指标；2）分析被测试产品或零件的特点；3）定位方法分析（包括夹紧方式等）；4）测量误差来源的初步分析；5）检测方法的确定；6）检测方案的制定；7）检测传感器的选用；8）方案图设计；9）检测系统B类不确定度的分析计算；10）完成设计报告。通过这样的引导，使学生能够一步一步地深入，从最初的测试方法分析到测试方案确定、传感器选择、方案图设计以及最后的不确定度分析等循序渐进，最终顺利完成设计报告。
四、具体指导方法
1.设计前的上课指导。上述的这些步骤中有些内容是各个课题组共性的问题，有些是不同的，比如测量方法的选择是每个课题组首先面临的问题，传感器的选用也是必不可少的，另外，对于测量装置，不确定度的分析也是每个组都必须要完成的，因此，教师要在设计之前集中上课，将设计步骤予以介绍，并且对一些共性的问题，展开详细介绍。
首先，针对检测中的方法进行分析比较。测量方法一般有绝对测量和相对测量、直接测量和间接测量，在介绍时，针对这两种不同的分类方法进行分析比较，采用非常简洁的方式，将测量方法、测量原理简图、优缺点以及测量误差来源等在一个PPT页面中完整地显示，让学生可以一目了然，而且很容易接受，也使学生有一个总体分析比较的概念。其次，对于传感器的选用，课堂授课时，是以传感器的原理进行分类，让学生对传感器的工作原理有了理论认识，但是对于传感器的具体应用，学生还是比较陌生的，因此，在课程设计阶段，对所选用的传感器进行介绍时，从被测量的对象出发来回顾各种传感器的性质，使学生可以从理论知识转变到实际应用。第三，对不确定度分析方法进行指导。虽然在《误差理论与数据处理》这门课程中有不确定度分析的内容，但是学生其实是无法和实际应用联系起来的，因此，在这里，不是简单地介绍不确定度概念，而是以具体的实例来介绍具体的分析方法，从而为学生的继续设计工作提供帮助。
2.各个课题组的具体指导。对于不同的课题，无法同时进行指导，因此，分组进行，每次指导，一个组半个小时时间，根据设计步骤，一步一步地进行指导，并安排好时间节点，要求查阅参考文献。
3.课题组设计汇报。每次课题组指导时，不是老师一味地进行指导讲解，而是要求学生汇报自己所做的工作，這样老师可以充分了解学生的课题进度，通过提问学生也可以知道自己在设计过程中存在的问题，并且，这对于课题进展较慢的课题组也是一个督促。
4.课程设计结束汇报。在课程设计的最后，每个组必须对自己的课题予以汇报介绍，在学生汇报时，指导教师进行相应的质询，相当于答辩。这样，既考核了学生的设计情况，又提高了学生的总结能力。
五、总结
《测试方法和方案设计》开设已有十几年了，在开设之初，没有形成非常完善的指导体系，因此，效果并不是很明显。随着指导经验的不断提升，目前已经确立了较为完善的指导体系，从学生的毕业设计情况来看，这样的课程设计指导还是取得了很大的成效，它不仅使学生把所学课程有机联系起来，并与实际工程应用相结合，还提高了学生独立或协同工作能力以及分析和解决问题的能力。但是这种课程设计仍然是停留在理论上，下一步的设想是将这些理论上的设计与实际相结合，就是将它与测控技术综合实验课程联系起来，前期做好课程设计，后期动手在实验室将自己的方案进行实际落实。当然这个还需要与实验建设配合起来，是需要一个过程的。
参考文献：
[1]王代华.测控技术及仪器专业综合课程设计实践[J].高等工程教育研究，2007，（03）：125-128.
[2]段桂江，徐世新.基于专业课程设计平台提升学生团队协作能力[J].高等工程教育研究，2012，（01）：138-143.
[3]汪霞.课程设计的几个基本问题[J].教育理论与实践，2001，（11）：54-59.
关键词：专业课程设计；测控技术与仪器；实践教学环节
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）46-0202-02
《测试方法和方案设计》是为上海大学机电工程与自动化学院的测控技术与仪器专业大三本科生开设的专业课程设计，开设的初衷是因为经过三年基础学习的学生，虽然对测控技术与仪器的基础理论和专业知识有了一定的了解，但仅局限于理论知识的掌握，而且这些知识比较零散，学生在毕业设计时，对于实际的问题仍然束手无策。通过这个课程设计使学生能综合运用“传感器原理与应用”、“几何量测量”、“误差理论与数据处理”、“精密测试技术”、“信号分析与处理”等课程知识，掌握常见的几何量、机械量等测量技术，并且通过设计让学生了解测试方法和方案的总体设计过程、测试方案的比较、传感器的选择、测试精度的分配及最终的不确定度分析计算等，培养学生综合应用各门课程的能力，同时锻炼和培养学生独立工作、调查研究、分析问题、解决问题的能力。
一、确定以实际工程应用案例作为课程设计的课题
课程设计课题的确定是比较重要的，这些课题既要与上课内容相接近，又能在实际工程应用中发挥作用。上海大学机电工程与自动化学院的测控技术与仪器专业，侧重机械工程方面，主要研究机械测量仪器、光学测量仪器、电子测量仪器的系统构架、运动传递、量值传感、结果指示等内容。因此，在课题选择上也是注重自动化装配生产线或单机设备中的测量课题。指导教师利用自己丰富的科研工作经历，把实际工程应用中的一些检测课题进行分析，精心挑选出适合作为课程设计的题目，确定了16个工程应用课题，其中绝大部分是以机械系统方案设计为主的，另有两到三个以单片机控制系统方案设计为主的课题。对于以机械系统方案设计为主的课题，从测试方法的分析到测试方案的制定，选择传感器以及测量精度的分配等作为主要内容。这些课题包括单机应用的自动测量装置和自动化生产线中的在线测量两种类型。单机应用的自动测量装置，采用较常用的位移测量、角度测量、速度测量或扭矩测量等传感器进行测量：如细长轴多参数测量、电动车自动检测台设计、汽车传动轴长度和相位角检测等；自动化生产线或装配线中的在线检测装置，如冷轧板材厚度在线测试、挺柱体组件自动装配线中的滚轮间隙（轴向运动间隙）和滚轮高度（位于挺柱体内部的带有小孔的球面座为基准）测量、压机中的压力和位移在线检测装置等。这些课题都是系统的测试方案设计，不仅需要学生具备传感器等理论知识，而且需要学生在选用传感器的同时考虑被测物体的定位以及不同的测量方法给测量带来的误差，因此，让学生通过课题设计，真正了解实际的工程应用。对于以单片机控制系统方案设计为主的课题，包括传感器的信号调理电路、信号的采样等相关处理电路、信号的采样等相关处理电路、单片机的执行驱动元件、显示和键盘输入接口电路等设计，要求完成测量系统的硬件电路设计和测量功能的关键程序设计。
二、课程设计开展模式
该课程设计为大三本科生开设，其主要模式是由学生自由组合，4-5人为一组，针对课程设计规定的实际应用工程课题进行测试方法和方案设计。学生根据每个课题制定的具体的设计任务、设计要求来进行相应的课题设计。以机械系统方案设计为例，设计任务中包括设计的内容和一些具体的参数要求，设计要求包括测试方法分析比较、总体测试方案设计、传感器选择以及不确定度分析等，对于有些测试装置，还有对定位方法、夹紧方式或辅助装置等设计方案的确定。课程设计的成绩评定包括平时出勤和问题讨论、设计情况、汇报情况以及设计报告等方面，设计报告每个组提交一份，指导老师可以根据每个学生的不同表现给出不同的成绩，这样可以杜绝课题组成员中某些学生对其他同学的依赖性，发挥每个学生的积极性。
三、制定课程设计的一般步骤
学生在经历基础课和专业课学习之后，已经掌握了一定的基础和专业理论知识，但是他们从来没有接触到实际的课题，因此，在设计之初，他们会很茫然，经过几届课程设计指导后积累的经验，给学生制定了一个设计的一般步骤，对他们如何进行课程设计有一个指导作用。这个一般步骤（以机械系统方案设计为例）的内容如下：1）了解测试的技术要求和指标；2）分析被测试产品或零件的特点；3）定位方法分析（包括夹紧方式等）；4）测量误差来源的初步分析；5）检测方法的确定；6）检测方案的制定；7）检测传感器的选用；8）方案图设计；9）检测系统B类不确定度的分析计算；10）完成设计报告。通过这样的引导，使学生能够一步一步地深入，从最初的测试方法分析到测试方案确定、传感器选择、方案图设计以及最后的不确定度分析等循序渐进，最终顺利完成设计报告。
四、具体指导方法
1.设计前的上课指导。上述的这些步骤中有些内容是各个课题组共性的问题，有些是不同的，比如测量方法的选择是每个课题组首先面临的问题，传感器的选用也是必不可少的，另外，对于测量装置，不确定度的分析也是每个组都必须要完成的，因此，教师要在设计之前集中上课，将设计步骤予以介绍，并且对一些共性的问题，展开详细介绍。
首先，针对检测中的方法进行分析比较。测量方法一般有绝对测量和相对测量、直接测量和间接测量，在介绍时，针对这两种不同的分类方法进行分析比较，采用非常简洁的方式，将测量方法、测量原理简图、优缺点以及测量误差来源等在一个PPT页面中完整地显示，让学生可以一目了然，而且很容易接受，也使学生有一个总体分析比较的概念。其次，对于传感器的选用，课堂授课时，是以传感器的原理进行分类，让学生对传感器的工作原理有了理论认识，但是对于传感器的具体应用，学生还是比较陌生的，因此，在课程设计阶段，对所选用的传感器进行介绍时，从被测量的对象出发来回顾各种传感器的性质，使学生可以从理论知识转变到实际应用。第三，对不确定度分析方法进行指导。虽然在《误差理论与数据处理》这门课程中有不确定度分析的内容，但是学生其实是无法和实际应用联系起来的，因此，在这里，不是简单地介绍不确定度概念，而是以具体的实例来介绍具体的分析方法，从而为学生的继续设计工作提供帮助。
2.各个课题组的具体指导。对于不同的课题，无法同时进行指导，因此，分组进行，每次指导，一个组半个小时时间，根据设计步骤，一步一步地进行指导，并安排好时间节点，要求查阅参考文献。
3.课题组设计汇报。每次课题组指导时，不是老师一味地进行指导讲解，而是要求学生汇报自己所做的工作，這样老师可以充分了解学生的课题进度，通过提问学生也可以知道自己在设计过程中存在的问题，并且，这对于课题进展较慢的课题组也是一个督促。
4.课程设计结束汇报。在课程设计的最后，每个组必须对自己的课题予以汇报介绍，在学生汇报时，指导教师进行相应的质询，相当于答辩。这样，既考核了学生的设计情况，又提高了学生的总结能力。
五、总结
《测试方法和方案设计》开设已有十几年了，在开设之初，没有形成非常完善的指导体系，因此，效果并不是很明显。随着指导经验的不断提升，目前已经确立了较为完善的指导体系，从学生的毕业设计情况来看，这样的课程设计指导还是取得了很大的成效，它不仅使学生把所学课程有机联系起来，并与实际工程应用相结合，还提高了学生独立或协同工作能力以及分析和解决问题的能力。但是这种课程设计仍然是停留在理论上，下一步的设想是将这些理论上的设计与实际相结合，就是将它与测控技术综合实验课程联系起来，前期做好课程设计，后期动手在实验室将自己的方案进行实际落实。当然这个还需要与实验建设配合起来，是需要一个过程的。
参考文献：
[1]王代华.测控技术及仪器专业综合课程设计实践[J].高等工程教育研究，2007，（03）：125-128.
[2]段桂江，徐世新.基于专业课程设计平台提升学生团队协作能力[J].高等工程教育研究，2012，（01）：138-143.
[3]汪霞.课程设计的几个基本问题[J].教育理论与实践，2001，（11）：54-59.