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[摘要]實际工业生产过程的技术是复杂的、综合的、系统的，为了适应培养大学生专业综合创新能力培养要求，必须建设与之适应的综合专业实验室，开设综合专业实验课，让学生主动学习相关知识，独立创新地完成实验，激发并培养学生专业创新能力。
[关键词]综合专业实验室 创新能力 综合实验课
一、引言
我们国家提出要建设创新型国家，高校是培养学生创新意识、创新精神和创新能力主要基地[1]。创新和超越，是现代人才质量的核心[2]。因此，高校对学生的创新教育都非常重视，强调创新教育要深入到各教学环节。如何有效地培养学生的创新能力、实践能力，各高校都在进行有益的探索。特别是工科院校，都加强了校企合作，增加学生到企业的实习和实践的时间。学生到企业去能开阔眼界、增加对企业生产过程的了解。但是，也存在一些问题，由于企业主要的任务是生产质量合格的产品，学生实习不能影响企业的正常生产过程，所以，学生很难深入到具体生产过程中，特别是生产工艺改进、参数调节、信息采集等，更不能做影响到生产的实验和研究。所以，学生到企业大多进行的是认识实习，开阔学生的视野，了解企业生产过程，这很难培养学生的专业创新能力。学生的大学四年时间主要是在学校渡过的，学生的各种创新能力的培养业主要依靠学校，这就要求我们建设适应创新能力培养的实验室，通过加强实践教学来培养学生基本的实践技能、创新、创业、创造能力。
高校实验室建设大多存在以下问题：1、模块化的实验箱设备。基础实验室大多购置了教学仪器设备厂的通用设备，实验箱最为普遍。平时学生只进行简单的验证性实验，简单的连线，有的甚至不用学生连线，简单组合一下，打开电源实验结果就出来了，这很难锻炼学生的实践能力。有的学生做完模拟电路实验不知道晶体管、电阻和电容是什么样子。也很少能开出综合性实验，这对培养学生实践创新能力不利。2、综合专业实验室少。实验室大多是按照课程进行设置和建设，开设一门专业课程同时就开设相应的实验课。这对低年级学生学习课程知识，并加以验证，加深理解所学习的知识是有益的，但是，这不适应培养高年级学生的专业创新能力，因为，实际工业生产过程的技术是复杂的、综合的、系统的。为了增加培养学生的综合实验创新能力，我们建设了综合专业创新实验室，对培养学生的创新能力进行了有益的探索。
二、综合专业实验室的建设
（一） 实验室的任务
综合专业实验室的任务是培养学生的综合实践创新能力，承担专业课程的实验、电子设计大赛、机电设计大赛、飞思卡尔汽车大赛、挑战杯大赛、学生根据需要自愿组成的科研小组和毕业设计等。
为了培养学生的实际创新能力，所建实验室要接近工业现场的实际，采用工业现场实际使用的仪表、传感器、控制设备，学生能在实验室就能体会到实际工业现场复杂性；能根据自己的测量和控制理论知识对设备进行操作，组成实际的测控系统进行实验。
（二） 综合实验室设备建设
实验室是针对自动化、测控技术与仪器仪表和电子技术专业，所以，工业参数检测与控制是实验室的重点。为了达到上述目标，实验室的设备主要如下部分构成：
1.基本仪器类。这部分和常规实验室类似，只不过仪器种类更多，如：示波器、信号发生器、稳压电源、频谱仪、各种电压电流仪表、精密电阻箱、电桥、单片机开发系统、片上开发系统、arm开发系统、dsp开发系统等。
2.工业参数检测类仪器。各种温度、压力、流量传感器和变送器，各种调节仪表、电机、变频器、触摸屏电脑、PLC、虚拟仪器等。
3.常用工具和元件
手电钻、台钻、小型机床。常用电子元器件，如电阻、电容、电感、二极管、晶体管、放大器、AD转换器、各种CPU等。
4.工业参数测控对象
这些实验对象采用自我研制与采购结合的方式，对现代工业过程普遍应用的，经过市场充分竞争，采用直接采购，如反应釜、恒温槽、压力校验装置等；市场上比较专业，价格较高或不太符合我们实验要求的，我们独自设计建设，如温度控制对象、水流量校验装置、电梯模型等。
1） 温度控制对象
温度测量控制的应用非常普遍，主要由控制仪表和控制对象构成。温度控制仪表种类非常丰富，比较好选择；被控对象的选择是关键，对工业过程应用的对象，可以少量采购，用于学生认识实习和毕业设计使用，如反应釜、恒温槽等。学生面上实验，大量应用的温度控制对象，主要考虑的是体积要小、产生的热量小（功率小），便于学生实验。于是，我们自己设计了温度控制箱，采用铝材加工成机壳，内部以白炽灯作为加热的设备，通用温度控制器作为控制单元，学生实验时，直观地观察灯的亮度了解调节过程。实验箱设计了RS485通信接口，可以构成一个多台温度控系统。实验室也购进了一些常用的对象，如家庭用的烤箱、电热锅、电饭煲、豆浆机等。
2） 水流量装置
流量测量与控制是现代工业生产过程的重要内容，也是测控技术中较复杂的任务。我们自己设计加工了水流量校验装置，可采用称重法、对比法校验流量传感器的精度。为了让学生学习流量传感器，装置上安装了涡街流量、电磁流量、超声波流量、v锥流量、孔板流量传感器。装置采用2个水罐进行水循环，目标水罐2放置在电子称上，罐内放置潜水泵，方便水回流到水罐1中，所有管道与罐的连接都采用悬空方式，既可以控制水流流入和流出，又保证电子秤对罐内水的称重的准确性。计算机通过设置变频器的频率，改变水泵水流量，当水流量稳定在某个校验点上，开始进行流量校验，控制换向器将水注入罐2，进行累计流量，电子秤将罐内水的重量实时上传给计算机，同时，流量传感器输出的流量信号也实时上传到计算机，计算机对瞬时流量进行对比，当校验时间到后换向器将水切换到罐1，同时计算机停止对流量传感器流量的累计，以电子秤的数据作为标准流量，计算出流量传感器的精度。 此装置也可以采用对比法校验流量传感器，例如，以电磁流量传感器为标准表，以涡街流量传感器为被校验传感器，将二者串联在同一管道上，当流量稳定后，计算机开始采集电磁流量和涡街流量传感器的流量信号，校验完成后同时停止涡街和电磁流量传感器的信号采集，对比二者此段时间累计流量，计算出涡街流量传感器的精度。按照国家对流量校验的标准或规程进行处理数据，得出校验数据。
3） 压力校验台
主要由液体活塞压力校验台和气体压力试验台，价格比较便宜，是各企业使用的普通设备，我们在市场上直接购买。
三、开设综合专业实验课
（一） 传感器信号前置处理电路设计
实验目的是学习传感器工作原理，设计适应传感器信号的处理电路。如扩散硅压力传感器电路设计，将压力信号转换为电阻，其电路等效为电桥，电桥4个电阻都随压力变化而变化，根据其特点，让学生发挥自己的聪明材质，设计电路，并加以验证。再如压电晶体式的涡街流量传感器信号处理电路设计，其涡街信号为交流电压（或电荷）信号，内阻大，既可以用高输入阻抗的电压放大器，也可以用电荷放大器实现。由于涡街信号内有干扰信号，还必须对信号进行滤波处理，将信号放大后进行整形变成方波。涡街传感器若采用电容式传感器探头，其信号就是差动微电容信号，其处理电路的设计就更为复杂。再如测温放大电路设计，传感器可以采用铂电阻、铜电阻、热电偶。这些传感器输出信号，有本质的区别，处理信号的电路更是千差万别，关键让学生根据实际传感器信号要求，设计出相应的处理电路。另外，传感器信号一般很复杂，内阻高、信号小、含有噪声和干扰信号，与标准信号源信号有很大区别。
（二）二次仪表设计
学生在熟悉传感器信号处理的基础上，可以设计各种二次仪表。（1）测量仪表，可以是温度、压力、流量等测量仪表。将学生分成若干小组，每个小组一个题目如：铂电阻温度测量仪、热电偶温度测量仪、扩散硅压力检测仪、电子称仪表、电磁流量传感器仪表、涡街流量检测仪、涡轮流量检测仪等。学生既要对传感器信号进行放大处理，还要设计系统，包括单片机、AD转换、数据处理、显示等内容。由于传感器种类很多，即使测量同一参数的传感器也有很多种类，即便采用同一传感器，也有不同的量程，所以每个组研究的内容都有区别。限定学生在一定时间内完成，并书写研究报告。（2）控制仪表。如温度控制仪表，不但要精确测量对象温度，还有利用所学控制理论算法，实现温度的控制。再如压力控制器（或恒压供水控制器）等。实验室24小时对学生开放，充分调动学生积极性。成绩好的学生可以优先参加各种比赛，如电子设计大赛、挑战杯大赛等。
（三） 系统应用实验
为了让学生了解系统整体的概念，可以让学生将分离的单机测量控制仪表组成系统，如温度测控系统、流量测量控制系统、流量校验系统、工业参数测量管理系统等。系统机与二次仪表有线通讯：RS485、CAN总线、HART总线或无线方式等，实现系统机与仪表通讯，将数据采集到系统机上，储存在数据库中进行管理，再将管理的数据发布到网上，实现远距离浏览和管理。当然这样一个系统是很大的，学生不可能全部涉入其中。为此，我们利用研究生设计了一个样例工程，本科生先通过该样例工程学习系统构成和设计原理，根据自己兴趣选择其中一部分作为一个实验，如系统机与温度控制仪表RS485通信、工业现场参数无线采集、工业参数实时数据库管理、流量校验系统设计与实现、远程数据采集等，或者其中某一技术点的实现。
四、结语
经过几年努力，我们测控技术与仪器、自动化专业毕业学生很多考上知名学校的研究生，如清华大学、上海交大、哈尔滨工业大学等，一次就业率达到95%以上，各类大赛获得很好成绩。
现代工业生产过程是一个涉及多参数、多学科的复杂系统，适应培养大学生专业综合创新能力的实验室，应该也是复杂的综合实验室。开设综合专业实验课，让学生根据自己学习知识加以综合运用，或根据综合实验的需要自己主动学习一些新知识，独立创新地完成这些实验，从而提高他们的专业创新能力。
[参考文献]
[1]肖毅，钱建平，陈晓.构建技术应用于创新能力培养的实践教学体系. 中国建筑教育.2009.1-2：70-73.
[2]李勇军，符建湘等.论研究型大学人才培养的核心目标---创新能力培养.实验技术与管理.2008.2：29-32.
（作者单位：山东大学（威海）机电与信息工程學院）
[关键词]综合专业实验室 创新能力 综合实验课
一、引言
我们国家提出要建设创新型国家，高校是培养学生创新意识、创新精神和创新能力主要基地[1]。创新和超越，是现代人才质量的核心[2]。因此，高校对学生的创新教育都非常重视，强调创新教育要深入到各教学环节。如何有效地培养学生的创新能力、实践能力，各高校都在进行有益的探索。特别是工科院校，都加强了校企合作，增加学生到企业的实习和实践的时间。学生到企业去能开阔眼界、增加对企业生产过程的了解。但是，也存在一些问题，由于企业主要的任务是生产质量合格的产品，学生实习不能影响企业的正常生产过程，所以，学生很难深入到具体生产过程中，特别是生产工艺改进、参数调节、信息采集等，更不能做影响到生产的实验和研究。所以，学生到企业大多进行的是认识实习，开阔学生的视野，了解企业生产过程，这很难培养学生的专业创新能力。学生的大学四年时间主要是在学校渡过的，学生的各种创新能力的培养业主要依靠学校，这就要求我们建设适应创新能力培养的实验室，通过加强实践教学来培养学生基本的实践技能、创新、创业、创造能力。
高校实验室建设大多存在以下问题：1、模块化的实验箱设备。基础实验室大多购置了教学仪器设备厂的通用设备，实验箱最为普遍。平时学生只进行简单的验证性实验，简单的连线，有的甚至不用学生连线，简单组合一下，打开电源实验结果就出来了，这很难锻炼学生的实践能力。有的学生做完模拟电路实验不知道晶体管、电阻和电容是什么样子。也很少能开出综合性实验，这对培养学生实践创新能力不利。2、综合专业实验室少。实验室大多是按照课程进行设置和建设，开设一门专业课程同时就开设相应的实验课。这对低年级学生学习课程知识，并加以验证，加深理解所学习的知识是有益的，但是，这不适应培养高年级学生的专业创新能力，因为，实际工业生产过程的技术是复杂的、综合的、系统的。为了增加培养学生的综合实验创新能力，我们建设了综合专业创新实验室，对培养学生的创新能力进行了有益的探索。
二、综合专业实验室的建设
（一） 实验室的任务
综合专业实验室的任务是培养学生的综合实践创新能力，承担专业课程的实验、电子设计大赛、机电设计大赛、飞思卡尔汽车大赛、挑战杯大赛、学生根据需要自愿组成的科研小组和毕业设计等。
为了培养学生的实际创新能力，所建实验室要接近工业现场的实际，采用工业现场实际使用的仪表、传感器、控制设备，学生能在实验室就能体会到实际工业现场复杂性；能根据自己的测量和控制理论知识对设备进行操作，组成实际的测控系统进行实验。
（二） 综合实验室设备建设
实验室是针对自动化、测控技术与仪器仪表和电子技术专业，所以，工业参数检测与控制是实验室的重点。为了达到上述目标，实验室的设备主要如下部分构成：
1.基本仪器类。这部分和常规实验室类似，只不过仪器种类更多，如：示波器、信号发生器、稳压电源、频谱仪、各种电压电流仪表、精密电阻箱、电桥、单片机开发系统、片上开发系统、arm开发系统、dsp开发系统等。
2.工业参数检测类仪器。各种温度、压力、流量传感器和变送器，各种调节仪表、电机、变频器、触摸屏电脑、PLC、虚拟仪器等。
3.常用工具和元件
手电钻、台钻、小型机床。常用电子元器件，如电阻、电容、电感、二极管、晶体管、放大器、AD转换器、各种CPU等。
4.工业参数测控对象
这些实验对象采用自我研制与采购结合的方式，对现代工业过程普遍应用的，经过市场充分竞争，采用直接采购，如反应釜、恒温槽、压力校验装置等；市场上比较专业，价格较高或不太符合我们实验要求的，我们独自设计建设，如温度控制对象、水流量校验装置、电梯模型等。
1） 温度控制对象
温度测量控制的应用非常普遍，主要由控制仪表和控制对象构成。温度控制仪表种类非常丰富，比较好选择；被控对象的选择是关键，对工业过程应用的对象，可以少量采购，用于学生认识实习和毕业设计使用，如反应釜、恒温槽等。学生面上实验，大量应用的温度控制对象，主要考虑的是体积要小、产生的热量小（功率小），便于学生实验。于是，我们自己设计了温度控制箱，采用铝材加工成机壳，内部以白炽灯作为加热的设备，通用温度控制器作为控制单元，学生实验时，直观地观察灯的亮度了解调节过程。实验箱设计了RS485通信接口，可以构成一个多台温度控系统。实验室也购进了一些常用的对象，如家庭用的烤箱、电热锅、电饭煲、豆浆机等。
2） 水流量装置
流量测量与控制是现代工业生产过程的重要内容，也是测控技术中较复杂的任务。我们自己设计加工了水流量校验装置，可采用称重法、对比法校验流量传感器的精度。为了让学生学习流量传感器，装置上安装了涡街流量、电磁流量、超声波流量、v锥流量、孔板流量传感器。装置采用2个水罐进行水循环，目标水罐2放置在电子称上，罐内放置潜水泵，方便水回流到水罐1中，所有管道与罐的连接都采用悬空方式，既可以控制水流流入和流出，又保证电子秤对罐内水的称重的准确性。计算机通过设置变频器的频率，改变水泵水流量，当水流量稳定在某个校验点上，开始进行流量校验，控制换向器将水注入罐2，进行累计流量，电子秤将罐内水的重量实时上传给计算机，同时，流量传感器输出的流量信号也实时上传到计算机，计算机对瞬时流量进行对比，当校验时间到后换向器将水切换到罐1，同时计算机停止对流量传感器流量的累计，以电子秤的数据作为标准流量，计算出流量传感器的精度。 此装置也可以采用对比法校验流量传感器，例如，以电磁流量传感器为标准表，以涡街流量传感器为被校验传感器，将二者串联在同一管道上，当流量稳定后，计算机开始采集电磁流量和涡街流量传感器的流量信号，校验完成后同时停止涡街和电磁流量传感器的信号采集，对比二者此段时间累计流量，计算出涡街流量传感器的精度。按照国家对流量校验的标准或规程进行处理数据，得出校验数据。
3） 压力校验台
主要由液体活塞压力校验台和气体压力试验台，价格比较便宜，是各企业使用的普通设备，我们在市场上直接购买。
三、开设综合专业实验课
（一） 传感器信号前置处理电路设计
实验目的是学习传感器工作原理，设计适应传感器信号的处理电路。如扩散硅压力传感器电路设计，将压力信号转换为电阻，其电路等效为电桥，电桥4个电阻都随压力变化而变化，根据其特点，让学生发挥自己的聪明材质，设计电路，并加以验证。再如压电晶体式的涡街流量传感器信号处理电路设计，其涡街信号为交流电压（或电荷）信号，内阻大，既可以用高输入阻抗的电压放大器，也可以用电荷放大器实现。由于涡街信号内有干扰信号，还必须对信号进行滤波处理，将信号放大后进行整形变成方波。涡街传感器若采用电容式传感器探头，其信号就是差动微电容信号，其处理电路的设计就更为复杂。再如测温放大电路设计，传感器可以采用铂电阻、铜电阻、热电偶。这些传感器输出信号，有本质的区别，处理信号的电路更是千差万别，关键让学生根据实际传感器信号要求，设计出相应的处理电路。另外，传感器信号一般很复杂，内阻高、信号小、含有噪声和干扰信号，与标准信号源信号有很大区别。
（二）二次仪表设计
学生在熟悉传感器信号处理的基础上，可以设计各种二次仪表。（1）测量仪表，可以是温度、压力、流量等测量仪表。将学生分成若干小组，每个小组一个题目如：铂电阻温度测量仪、热电偶温度测量仪、扩散硅压力检测仪、电子称仪表、电磁流量传感器仪表、涡街流量检测仪、涡轮流量检测仪等。学生既要对传感器信号进行放大处理，还要设计系统，包括单片机、AD转换、数据处理、显示等内容。由于传感器种类很多，即使测量同一参数的传感器也有很多种类，即便采用同一传感器，也有不同的量程，所以每个组研究的内容都有区别。限定学生在一定时间内完成，并书写研究报告。（2）控制仪表。如温度控制仪表，不但要精确测量对象温度，还有利用所学控制理论算法，实现温度的控制。再如压力控制器（或恒压供水控制器）等。实验室24小时对学生开放，充分调动学生积极性。成绩好的学生可以优先参加各种比赛，如电子设计大赛、挑战杯大赛等。
（三） 系统应用实验
为了让学生了解系统整体的概念，可以让学生将分离的单机测量控制仪表组成系统，如温度测控系统、流量测量控制系统、流量校验系统、工业参数测量管理系统等。系统机与二次仪表有线通讯：RS485、CAN总线、HART总线或无线方式等，实现系统机与仪表通讯，将数据采集到系统机上，储存在数据库中进行管理，再将管理的数据发布到网上，实现远距离浏览和管理。当然这样一个系统是很大的，学生不可能全部涉入其中。为此，我们利用研究生设计了一个样例工程，本科生先通过该样例工程学习系统构成和设计原理，根据自己兴趣选择其中一部分作为一个实验，如系统机与温度控制仪表RS485通信、工业现场参数无线采集、工业参数实时数据库管理、流量校验系统设计与实现、远程数据采集等，或者其中某一技术点的实现。
四、结语
经过几年努力，我们测控技术与仪器、自动化专业毕业学生很多考上知名学校的研究生，如清华大学、上海交大、哈尔滨工业大学等，一次就业率达到95%以上，各类大赛获得很好成绩。
现代工业生产过程是一个涉及多参数、多学科的复杂系统，适应培养大学生专业综合创新能力的实验室，应该也是复杂的综合实验室。开设综合专业实验课，让学生根据自己学习知识加以综合运用，或根据综合实验的需要自己主动学习一些新知识，独立创新地完成这些实验，从而提高他们的专业创新能力。
[参考文献]
[1]肖毅，钱建平，陈晓.构建技术应用于创新能力培养的实践教学体系. 中国建筑教育.2009.1-2：70-73.
[2]李勇军，符建湘等.论研究型大学人才培养的核心目标---创新能力培养.实验技术与管理.2008.2：29-32.
（作者单位：山东大学（威海）机电与信息工程學院）