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摘要：对河南工业大学测控技术与仪器专业的实践教学方法进行了研究与探索，并提出了实践教学改革的方法与具体措施。从实验室建设和实践教学课时分配调整、前沿技术和科研项目在专业培养体系的引入和实用软件在专业教学全过程中的辅助应用三个方面进行了详细阐述，最后介绍了实践教学方法改革后学生的培养效果。
关键词：测控技术与仪器；实践教学；软件辅助
作者简介：王莉（1973-），女，河南洛阳人，河南工业大学电气工程学院，副教授。（河南 郑州 450001）
基金项目：本文系河南工业大学高等教育研究资助项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0170-02
随着电子信息技术的飞速发展，检测技术作为现代信息产业三大支柱之一，它的地位日益凸现出来，使得测控类专业的规模和学科发展空间空前扩大，全国设置测控技术与仪器专业的院校从1996年的30多所发展到2013年200余所，我国还专门成立仪器仪表类专业教学指导委员会。在此背景下，社会对测控类专业专业人才的需求也日益旺盛，对学生的实践动手能力、创新能力的要求也越来越高。测控技术与仪器专业是河南工业大学于2008年创建的本科新专业，2009年首届招生62人，2013年招生120人。实践教学是专业建设中的一项重要内容，为适应社会发展，提高人才培养质量，迫切需要对测控技术与仪器专业实践教学方法进行探索和研究，以培养学生在测控技术方面的应用能力和创新能力，为我国多行业培养更多优秀人才。
一、测控技术与仪器专业培养模式与特色
测控技术与仪器专业是多学科交叉融合的专业，知识面非常广，涉及测量与控制技术、仪器仪表技术、计算机技术、信息技术等多个学科的知识。学院本着“宽专业、厚基础、重能力”的培养宗旨，旨在培养从事信息测量与控制工程、粮食工程、电子工程等领域有关的信息处理、工业检测、智能仪器及传感技术等方面的研究、开发、设计和制造的应用型工程技术人才。河南工业大学电气工程学院围绕培养目标，从“硬”课、“软”课两条主线贯穿设置了培养方案和教学大纲，制定了课程体系。“硬”课程主要包括“电路”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“单片机原理”、“传感器原理”、“测控电路”、“测控仪器设计等主干课程；“软”课程培养上主要包括“自动控制理论”、“误差理论与数据处理”、“测试信息处理”、“虚拟仪器原理”等主干课程，最终通过课程设计、集中实践等教学环节将所学课程融合贯穿，完成专业的实验教学和实践能力的培养。
二、实践教学改革方法与措施
1.实验室建设和实践教学课时分配调整
测控技术与仪器专业实践培养将传统的“验证性实验教学模式”改为“结合实际应用的综合设计性实验模式”，重点培养学生的动手实践和创新能力，提高学生的专业学习兴趣，培养适应社会需求的人才。因此，学院整合实验室资源，在电工电子实验中心等学院平台实验室基础上，对测控专业实验室进行充分建设。目前，已有传感器与检测技术、信号与系统、仪器设计实践等实验室，整个实验室的建设具备如下特征：
（1）多学科综合。每个实验室实验项目在设置上尽可能涵盖多门“软”、“硬”课程，将“传感器原理”、“测控电路”、“测试信息处理”、“虚拟仪器原理”等多门课程的知识点综合到一起，让所学知识串联起来，而不仅仅是为了一门课程开设实验。
（2）紧密结合实际应用。结合传感器、测控技术、计算机等技术来搭建开放式模块化的实验平台，让学生接触工业应用中的实际真实对象，自己动手搭建测控系统并能够灵活组合设计，提高学生学习兴趣。
（3）提高学生动手实践能力。按照“从基础原理性实验、验证性实验到综合性设计性实验、研究性实验、创新性实验”的思路来逐步提高学生动手实践能力，让学生从原理到实际应用来逐步学习和提高。
（4）将实验教学整合为网络化和开放式的实验教学过程，同时还具有良好的扩展功能以适应不断更新的教学需求。
此外，积极对实践教学课时分配进行倾斜和调整，主要专业实践环节为：测控电路课程设计，单片机课程设计，虚拟仪器原理与实践课程设计，仪器设计实践，专业实践和毕业设计等。这些课程中，学科平台基础课有实验课程14门；专业平台课程有实验课程10门；集中实践环节5次8周。这些课程的共同特点是专业性强，实验、实践环节要求高。
2.前沿技术和科研项目在专业培养体系的引入和应用
在实践教学具体实施环节中，按照学科专业基础实验平台和综合应用及实训平台两个平台进行建设，学科专业基础实验平台为保证传感器与检测技术实验室、信号与系统实验室、仪器设计实践实验室等基础原理性实验、验证性实验的开设和培养，综合应用及实训平台为了保证课程的综合性设计性实验开设、选修实验、自选实验、课程设计、学生课外科技活动、测量控制与仪器仪表大赛、电子设计大赛、实验教改项目实验、教师科研项目实验等多种实训项目以及平台，彻底对学校全面开放。在综合应用及实训平台建设和学生具体培养中，要求指导教师必须将前沿技术和自己的科研项目在专业实践培养中引入、讲解并化简为多种实训模块加以应用。
3.实用软件在专业教学全过程辅助应用
在提高测控技术与仪器专业学生动手实践能力培养这个问题上，不再是非要等到上实验课或实践实训项目时才开始培养。像Protel、LabVIEW等一些实用软件原来是等到大三开设这门课程时学生才开始学习，严重影响学生实践动手能力的培养。针对这些问题，提出充分发挥Protel、LabVIEW等软件的强大辅助教学功能，在大部分课程上进行全过程辅助应用，不仅提高了学生对课程理论知识学习的掌握程度和学习兴趣，而且让学生尽早接触、掌握这些专业必备软件，应用理论知识解决实际问题，获得将来课程设计、电子大赛中产生的类似问题的解决方法和实际操作。最为重的要一点，是培养学生的自行学习能力。整体辅助教学软件平台设计方案如图1所示。 以下对实用软件在专业教学全过程中的辅助应用举例介绍。
（1）Protel、Orcad/Pspice等软件辅助教学。Protel是电子设计行业必备软件，河南工业大学院测控专业也在大三专门开设了课程。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，它的功能较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，如今PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，包含电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真等功能。在种类众多的仿真软件中，Orcad/Pspice也是应用非常广泛的EDA软件，它是一种电路模拟软件，具有对各类的模拟电路、数字电路、模/数混合电路进行模拟、优化设计等功能。
电路、模拟电子技术、数字电子技术等课程是测控专业非常重要的专业主干课，这些课程知识的掌握程度直接关系到后续课程的学习和理解掌握。这些课程是理论性和实践性结合非常紧密的课程，在培养过程中一定要非常重视实践培养，不能只掌握了电路理论中定理和定律而不会设计电路，但在这些课程的学习中往往学生感觉接受起来比较困难，因此，在这类课程或后续的测控电路等电学课程学习中，将Protel、Orcad/Pspice等软件直接引入课堂教学，在学习电路理论知识的同时，实时改变电路元件参数，观测输出的电压、电流等数值，尤其适用于类似戴维宁定理、互易定理等学生学习难点较大的重点章节，特别方便，图形化输出结果极大增强了教学效果和学生的实践能力培养。同时，学生已在轻松的环境下学会了如何掌握各种仿真参数的设置方法、如何观测分析仿真结果、如何修改仿真参数、如何综合运用各种仿真对电路进行分析。在延伸教学内容中，可涉及如何进行电路原理图设计、电路PCB制板等一系列完整的电子设计步骤。这样，不仅使学生课堂上牢固掌握了理论知识，更为可贵的是学生明白所学课程的重要性和实用性、后续软件课程的先知性，并且提高了参与后续实验环节、实训平台的积极性。Protel、Orcad/Pspice等软件辅助教学基本教学方法如图2所示。
（2）Multisim、LabVIEW软件辅助教学。目前，美国国家仪器公司（National Instruments Corporation，NI）已与中国高校合作建立了面向电子电路、信号处理、测量与仪器、控制设计与仿真、信息与通信等学科的近300多个教学与科研实验室，Multisim、LabVIEW软件是美国国家仪器公司设计开发的图形化系统设计工具，借助这些辅助教学软件，可将课程教学与实践能力培养有效结合起来，在课堂上即可对学生进行实践能力的培养。
Multisim是以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它通过电路原理图的图形输入，进行丰富的仿真分析。Multisim可方便应用于常用电子仪器原理与应用、电路、测控电路、模拟电子技术、数字电子技术、电子技术实践等课程教学中，完善该课程的实验和实践环节。
基于LabVIEW的虚拟仪器在教学试验中可以替代传统仪器，在工程实际领域可以节省开发时间和提高开发效率，并且可以大幅减少构建测试、控制系统和维护方面的投资。LabVIEW结合DAQ卡等相应的硬件设备，可以方便地开发出数字万用表、函数信号发生器、示波器、数字I/O和电源等常用的教学实验仪器。结合LabVIEW开发的各种信号处理实验室、控制系统仿真、振动噪声工具包软件，可以方便应用于信号与系统、测试信息处理、测控仪器设计等课程理论和实验实践教学中。图3为虚拟万用表，图4为信号处理实验室，通过这些用LabVIEW开发的实践范例，极大提高了理论教学效果和学生的动手实践能力。
三、应用效果分析与探讨
河南工业大学测控技术与仪器专业应用本实践教学方法以来，取得了一些显著成效，课堂教学内容更能够适合学科发展和应用型、复合型人才培养的需要，学生学习积极性提高，综合设计能力、工程实践能力和创新能力得到加强，学生主动参与第二课堂实践实训平台、全国大学生电子设计大赛等全国性的竞赛活动人数大幅度提高，每年在开放实验室进行自主项目训练的学生基本覆盖全专业。在2013年举办的首届全国大学生测量控制与仪器创新设计大赛中，测控技术与仪器专业取得全国一等奖1项、二等奖1项、三等奖4项的优异成绩，参赛人数达70人次。
测控技术与仪器专业是工科专业中实践环节培养要求很高的专业，必须长期开展实践教学方法的研究与探索，达到专业培养的目标要求。
参考文献：
[1]陈毅静.测控技术与仪器专业导论[M].北京：北京大学出版社，
2010.
[2]牛群峰.虚拟仪器在测控技术与仪器专业教学应用探讨[J].中国电力教育，2010，（34）：136-138.
[3]牛群峰，王莉，等.LabVIEW虚拟仪器系统开发与实践[M].北京：中国电力出版社，2011.
[4]张延宇，杜海顺.OrCAD在模拟电子技术教学中的应用[J].中国现代教育装备，2010，（11）：35-37.
（责任编辑：刘辉）
关键词：测控技术与仪器；实践教学；软件辅助
作者简介：王莉（1973-），女，河南洛阳人，河南工业大学电气工程学院，副教授。（河南 郑州 450001）
基金项目：本文系河南工业大学高等教育研究资助项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0170-02
随着电子信息技术的飞速发展，检测技术作为现代信息产业三大支柱之一，它的地位日益凸现出来，使得测控类专业的规模和学科发展空间空前扩大，全国设置测控技术与仪器专业的院校从1996年的30多所发展到2013年200余所，我国还专门成立仪器仪表类专业教学指导委员会。在此背景下，社会对测控类专业专业人才的需求也日益旺盛，对学生的实践动手能力、创新能力的要求也越来越高。测控技术与仪器专业是河南工业大学于2008年创建的本科新专业，2009年首届招生62人，2013年招生120人。实践教学是专业建设中的一项重要内容，为适应社会发展，提高人才培养质量，迫切需要对测控技术与仪器专业实践教学方法进行探索和研究，以培养学生在测控技术方面的应用能力和创新能力，为我国多行业培养更多优秀人才。
一、测控技术与仪器专业培养模式与特色
测控技术与仪器专业是多学科交叉融合的专业，知识面非常广，涉及测量与控制技术、仪器仪表技术、计算机技术、信息技术等多个学科的知识。学院本着“宽专业、厚基础、重能力”的培养宗旨，旨在培养从事信息测量与控制工程、粮食工程、电子工程等领域有关的信息处理、工业检测、智能仪器及传感技术等方面的研究、开发、设计和制造的应用型工程技术人才。河南工业大学电气工程学院围绕培养目标，从“硬”课、“软”课两条主线贯穿设置了培养方案和教学大纲，制定了课程体系。“硬”课程主要包括“电路”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“单片机原理”、“传感器原理”、“测控电路”、“测控仪器设计等主干课程；“软”课程培养上主要包括“自动控制理论”、“误差理论与数据处理”、“测试信息处理”、“虚拟仪器原理”等主干课程，最终通过课程设计、集中实践等教学环节将所学课程融合贯穿，完成专业的实验教学和实践能力的培养。
二、实践教学改革方法与措施
1.实验室建设和实践教学课时分配调整
测控技术与仪器专业实践培养将传统的“验证性实验教学模式”改为“结合实际应用的综合设计性实验模式”，重点培养学生的动手实践和创新能力，提高学生的专业学习兴趣，培养适应社会需求的人才。因此，学院整合实验室资源，在电工电子实验中心等学院平台实验室基础上，对测控专业实验室进行充分建设。目前，已有传感器与检测技术、信号与系统、仪器设计实践等实验室，整个实验室的建设具备如下特征：
（1）多学科综合。每个实验室实验项目在设置上尽可能涵盖多门“软”、“硬”课程，将“传感器原理”、“测控电路”、“测试信息处理”、“虚拟仪器原理”等多门课程的知识点综合到一起，让所学知识串联起来，而不仅仅是为了一门课程开设实验。
（2）紧密结合实际应用。结合传感器、测控技术、计算机等技术来搭建开放式模块化的实验平台，让学生接触工业应用中的实际真实对象，自己动手搭建测控系统并能够灵活组合设计，提高学生学习兴趣。
（3）提高学生动手实践能力。按照“从基础原理性实验、验证性实验到综合性设计性实验、研究性实验、创新性实验”的思路来逐步提高学生动手实践能力，让学生从原理到实际应用来逐步学习和提高。
（4）将实验教学整合为网络化和开放式的实验教学过程，同时还具有良好的扩展功能以适应不断更新的教学需求。
此外，积极对实践教学课时分配进行倾斜和调整，主要专业实践环节为：测控电路课程设计，单片机课程设计，虚拟仪器原理与实践课程设计，仪器设计实践，专业实践和毕业设计等。这些课程中，学科平台基础课有实验课程14门；专业平台课程有实验课程10门；集中实践环节5次8周。这些课程的共同特点是专业性强，实验、实践环节要求高。
2.前沿技术和科研项目在专业培养体系的引入和应用
在实践教学具体实施环节中，按照学科专业基础实验平台和综合应用及实训平台两个平台进行建设，学科专业基础实验平台为保证传感器与检测技术实验室、信号与系统实验室、仪器设计实践实验室等基础原理性实验、验证性实验的开设和培养，综合应用及实训平台为了保证课程的综合性设计性实验开设、选修实验、自选实验、课程设计、学生课外科技活动、测量控制与仪器仪表大赛、电子设计大赛、实验教改项目实验、教师科研项目实验等多种实训项目以及平台，彻底对学校全面开放。在综合应用及实训平台建设和学生具体培养中，要求指导教师必须将前沿技术和自己的科研项目在专业实践培养中引入、讲解并化简为多种实训模块加以应用。
3.实用软件在专业教学全过程辅助应用
在提高测控技术与仪器专业学生动手实践能力培养这个问题上，不再是非要等到上实验课或实践实训项目时才开始培养。像Protel、LabVIEW等一些实用软件原来是等到大三开设这门课程时学生才开始学习，严重影响学生实践动手能力的培养。针对这些问题，提出充分发挥Protel、LabVIEW等软件的强大辅助教学功能，在大部分课程上进行全过程辅助应用，不仅提高了学生对课程理论知识学习的掌握程度和学习兴趣，而且让学生尽早接触、掌握这些专业必备软件，应用理论知识解决实际问题，获得将来课程设计、电子大赛中产生的类似问题的解决方法和实际操作。最为重的要一点，是培养学生的自行学习能力。整体辅助教学软件平台设计方案如图1所示。 以下对实用软件在专业教学全过程中的辅助应用举例介绍。
（1）Protel、Orcad/Pspice等软件辅助教学。Protel是电子设计行业必备软件，河南工业大学院测控专业也在大三专门开设了课程。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，它的功能较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，如今PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，包含电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真等功能。在种类众多的仿真软件中，Orcad/Pspice也是应用非常广泛的EDA软件，它是一种电路模拟软件，具有对各类的模拟电路、数字电路、模/数混合电路进行模拟、优化设计等功能。
电路、模拟电子技术、数字电子技术等课程是测控专业非常重要的专业主干课，这些课程知识的掌握程度直接关系到后续课程的学习和理解掌握。这些课程是理论性和实践性结合非常紧密的课程，在培养过程中一定要非常重视实践培养，不能只掌握了电路理论中定理和定律而不会设计电路，但在这些课程的学习中往往学生感觉接受起来比较困难，因此，在这类课程或后续的测控电路等电学课程学习中，将Protel、Orcad/Pspice等软件直接引入课堂教学，在学习电路理论知识的同时，实时改变电路元件参数，观测输出的电压、电流等数值，尤其适用于类似戴维宁定理、互易定理等学生学习难点较大的重点章节，特别方便，图形化输出结果极大增强了教学效果和学生的实践能力培养。同时，学生已在轻松的环境下学会了如何掌握各种仿真参数的设置方法、如何观测分析仿真结果、如何修改仿真参数、如何综合运用各种仿真对电路进行分析。在延伸教学内容中，可涉及如何进行电路原理图设计、电路PCB制板等一系列完整的电子设计步骤。这样，不仅使学生课堂上牢固掌握了理论知识，更为可贵的是学生明白所学课程的重要性和实用性、后续软件课程的先知性，并且提高了参与后续实验环节、实训平台的积极性。Protel、Orcad/Pspice等软件辅助教学基本教学方法如图2所示。
（2）Multisim、LabVIEW软件辅助教学。目前，美国国家仪器公司（National Instruments Corporation，NI）已与中国高校合作建立了面向电子电路、信号处理、测量与仪器、控制设计与仿真、信息与通信等学科的近300多个教学与科研实验室，Multisim、LabVIEW软件是美国国家仪器公司设计开发的图形化系统设计工具，借助这些辅助教学软件，可将课程教学与实践能力培养有效结合起来，在课堂上即可对学生进行实践能力的培养。
Multisim是以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它通过电路原理图的图形输入，进行丰富的仿真分析。Multisim可方便应用于常用电子仪器原理与应用、电路、测控电路、模拟电子技术、数字电子技术、电子技术实践等课程教学中，完善该课程的实验和实践环节。
基于LabVIEW的虚拟仪器在教学试验中可以替代传统仪器，在工程实际领域可以节省开发时间和提高开发效率，并且可以大幅减少构建测试、控制系统和维护方面的投资。LabVIEW结合DAQ卡等相应的硬件设备，可以方便地开发出数字万用表、函数信号发生器、示波器、数字I/O和电源等常用的教学实验仪器。结合LabVIEW开发的各种信号处理实验室、控制系统仿真、振动噪声工具包软件，可以方便应用于信号与系统、测试信息处理、测控仪器设计等课程理论和实验实践教学中。图3为虚拟万用表，图4为信号处理实验室，通过这些用LabVIEW开发的实践范例，极大提高了理论教学效果和学生的动手实践能力。
三、应用效果分析与探讨
河南工业大学测控技术与仪器专业应用本实践教学方法以来，取得了一些显著成效，课堂教学内容更能够适合学科发展和应用型、复合型人才培养的需要，学生学习积极性提高，综合设计能力、工程实践能力和创新能力得到加强，学生主动参与第二课堂实践实训平台、全国大学生电子设计大赛等全国性的竞赛活动人数大幅度提高，每年在开放实验室进行自主项目训练的学生基本覆盖全专业。在2013年举办的首届全国大学生测量控制与仪器创新设计大赛中，测控技术与仪器专业取得全国一等奖1项、二等奖1项、三等奖4项的优异成绩，参赛人数达70人次。
测控技术与仪器专业是工科专业中实践环节培养要求很高的专业，必须长期开展实践教学方法的研究与探索，达到专业培养的目标要求。
参考文献：
[1]陈毅静.测控技术与仪器专业导论[M].北京：北京大学出版社，
2010.
[2]牛群峰.虚拟仪器在测控技术与仪器专业教学应用探讨[J].中国电力教育，2010，（34）：136-138.
[3]牛群峰，王莉，等.LabVIEW虚拟仪器系统开发与实践[M].北京：中国电力出版社，2011.
[4]张延宇，杜海顺.OrCAD在模拟电子技术教学中的应用[J].中国现代教育装备，2010，（11）：35-37.
（责任编辑：刘辉）