测控技术与仪器专业实验教学创新体系构建的研究与探索

培养具有创新意识的测控技术与仪器专业学生，除了教学内容与体系必须反映该学科的基本知识结构和技术特征，体现专业领域的新技术、新方法外，实验教学的理念也必须随之更新，将测量技术、计算机技术和通信技术不仅在理论上沟通、理解，还必须将其付诸实践，使学生在校期间，即掌握比较扎实的测控技术与仪器的理论，又具备解决工程测控技术问题的能力。杨叔子院士指出：实践是根本。

一、更新实验教学理念 培养创新意识

测控实验教学的zui终目的不是为了验证某测量控制原理的正确，也不仅仅是学会使用工具软件，而是通过测量控制案例培养学生分析和解决具体问题的能力，培养一种实事求是的科学态度和勇于创新的探索精神，实验教学要将学生从依赖者转变为独立的操作者和学习者。

基于这样的实验教学理念，在测试技术实验教学过程中，按照验证性实验、设计性实验、综合性实验依次递进组织实验教学内容，积极不断引导学生进行理论分析，结合实验系统的组成、各部分功能及其特征、各部分之间的及其阻抗匹配、实验结果的分析与处理等与课堂理论紧密结合，并贯彻始终。用理论指导实践，用实践加深理论、深化理论，使理论付之于实践，以理论来指导解决实验过程中进而扩展到工程实践中问题的能力

二、更新实验教学手段 培养工程思维能力

“测控技术与仪器”专业多是在原“精密仪器”、“光学仪器”、“自动化仪表”、“几何量测量”、“热工测量”等专业基础上发展或综合而建立起来的。受客观条件的限制，如经费、人力、原仪器设备等资源的制约，以往的实验欲将信息获取、已获取信息的传输、计算机信息处理组成特定的测试系统实施起来难度相当大。

以我校为例，我校的测控技术与仪器专业是在公差教研室和测试教研室基础上合并组成的，其实验室人员和教师的知识结构相对而言比较单一，公差着重于几何量的测量原理、测量方法、测量仪器的了解与应用，且停留在静态测量层面，其实验手段如千分尺、百分表、干涉仪等均只能测量静态的几何长度变化，动态响应特性远满足不了现代测试技术的要求，而测试实验室则以动态测试为目标，以传感器、放大器和记录仪器组成动态测试系统，但受条件所限，往往缺少标准量比较的手段，而使测量系统输出值是否真正为所测量备受怀疑。传感器作为现代信息技术的关键环节—信息准确获取，其原理特征无疑是学习者关注的焦点、重点、难点。现在多采用传感器综合实验台，这种设备将各种常用传感器集成于一个台架上，配之相应的转换电路，以微动螺旋进给机构将输入位移（力）转换成相应的输出，由表头显示出来，这种设备结构简单、成本低廉，但于传感器原理的验证，它与工程思维训练相距甚远，以此培养学生创新意识也难达目的。

实践出真知，实验教学欲培养学生创新意识，必须更新实验手段，使学生在校就接受工程实际，及早进入角色，为走出校门后解决实际问题奠定基础。

1.以工程用传感器替换原理式传感器

工程用传感器考虑到环境灰尘、潮湿、振动等因素，其结构抗干扰能力很强，而传统教学实验用传感器仅以验证原理为目的，其结构简单直观，精度指标也无法考证，为培养学生工程意识，实验教学过程中，以工业工程中用磁电式、接近式、感应式、光电式、电容式等传感器替代传统的原理式，使学生目睹现实中的元器件与教科书的结构原理之间的异同，理论实际，树立工程意识。

2.以集散式测试系统取代积木式系统

如前所述，传统测试系统为简便、简化考虑，将不同类型的传感器像积木一样堆积在一起，而工程实际的测控系统，各被测量往往是分散的，实用的测控系统必须将各被测点的被测量从不同的几何空间被传感器感知而传输至控制的核心。为此，更新后的现有的实验设备，传感器彼此独立，其位置可在一定空间任意布置，经不同接口传输至计算机，由计算机集中处理、显示不同被测对象输入与输出之间关系，使学生有面对工业对象的体验，体会到学习、实验的乐趣，在自觉不自觉的耳濡目染、动手动脑的潜移默化之中渐渐树立工程意识，创新意识。

三、更新实验教学方法 培养工程能力

更新实验手段只为创新意识、解决工程实际问题能力培养提供了必要的物质基础，可视其为硬件。实验教学作为一种实践教学系统，要取得实验过程的优化效果，必须辅以相应的软件，即实验教学方法，培养学生的工程能力。

由于受传统实验手段的制约，实验教学过程中往往以验证原理为目的，学生处于被动的接受状态，其实验指导详细再详细，从实验目的、原理、设备到操作步骤、数据处理几乎由教师手把手教。现有实验设备，各种传感器及其相应中间转换单元彼此独立，同一实验平台可因学生的兴趣，被测对象的不同组成不同的测量系统，其输入输出的关系也相距甚远，学生只要按教学要求，其设计的测量系统输出能准确实时反映输入的变化即可。这种情况下，实验教师的主要任务是“导”，而不是“教”，把教学的有*留给学生去动手、思考、发现问题、解决问题。

创新能力的培养不可能一蹴而就，它以基本操作技能、调试分析能力为基础，没有一定的理论指导和亲手临场的经验积累，不可能达到真正意义上的设计和创新。而调试分析能力的培养在教师适当的指导下，经多次反复摸索、锻炼才能提高，为设计创新打好基础。以光纤传感器应用实验为例，传统的实验装置，教师将光源、调制器及计数器等安装在一起，学生做实验时只抄下计数器的数字即可。现在的实验采用模块化结构，光电传感器、光导纤维接收端、发射端、计数器、被检物体、传送带等均由学生动手在机械平台上自由组装。由光纤、光电传感器原理可知，其输出与输入关系受被测物体、接收端与发射端的位置等影响很大。由于经验的缺乏、动手能力的欠缺，初次动手的学生其自我建立的检测系统，难免出现这样或那样的问题，若有教师的适当的引导，加之学生动手参与过程中的经验或体会，边调试、边安装、边发现问题、边解决问题，使学生在自我参与的全过程中，边摸索、边提高、在摸索中提高、在提高的基础上获取探索的真谛。

教师采用多媒体对工程问题、相关知识、仪器使用方法、实验要求等进行讲解。学生在教师指导下，先根据教师提出的工程问题，查阅参考资料和相互讨论，设计实验方案，列出实验仪器设备清单并提交指导教师，经指导教师审核批准，然后由学生进行实验，zui后由学生独立完成实验报告。指导教师在指导实验过程中重在提出问题，引导学生在实验中分析问题，解决问题。当学生遇到难点时，指导教师先不急于给出答案，仅提示思路，给学生留足思考的余地，鼓励学生突破现有的理论和方法，培养学生的创新能力。

四、改革学生实验成绩评定方法

改革课程考核方法，增加实践教学环节在该课程考核中的加权值，综合评定学生实验成绩。实验教学在很大程度上促进了学生的理论知识与实践知识的融合。但以往的实验成绩，多根据实验报告的优劣评定，这样有失公允，从而造成学生实验成绩与实验表现、实验能力不相符的现象，其结果必然影响学生参与实验的主动性和积极性，降低学生参与实验的兴趣，不利于学生创新能力、动手能力的培养。为此我们制定了《实验教学考核表》，由指导教师依据每个学生在实验过程中的表现及其他指标，实时给出评定成绩。

在学生实验成绩评定时注重保护学生的创新激情。教师要注意及时表扬有新思想、新创意、新方案的学生，尽管有些新方案不能实施，但独立思考的学生值得赞赏。如果学生针对具体工程问题提出了一种新的解决办法，但实验结果证明这种新的解决办法是错误的或不合适的，如果该学生所设计的实验方案是科学的，实验过程是严密的，那么这个学生的本次实验成绩仍可评定为较高的分数。

五、改革效果

上述研究成果经3年的教育教学实践，取得了显著效果，测控技术与仪器学生的实践能力和动手能力得到明显提高。学生对改革措施普遍欢迎，满意度大幅度提高。我校测控技术与仪器专业学生积极参加校内、外各种课外科技制作活动，在全国大学生机械创新设计大赛、河南省和全国大学生“挑战杯”等省级以上大赛中获奖15项，在《机器人技术与应用》、《矿山机械》等期刊上发表科技论文3篇。