“传感器与测试技术”国家精品课程的建设与实践

“传感器与测试技术”国家精品课程的建设与实践

叶湘滨，罗武胜，张文娜，熊飞丽，杨　俊

(国防科学技术大学，长沙410073)

“传感器与测试技术”课程是普通高等学校测控技术与仪器专业、机械工程及其自动化专业的技术基础和核心课程。本课程具有光机电结合的鲜明特色，实践性强，涉及机械、物理、化学、光学、材料、电子、信息处理等众多学科领域，应用领域十分广泛，在课程体系中起到重要的承上启下作用，对于培养学员的工程实践能力、综合素质及创新能力具有重要的作用。本课程在国防科学技术大学具有悠久的历史，经过几代人的努力，在教师队伍、教学体系、教学内容、教材、实践教学等方面做了大量研究和改革工作，成效显著，2009年被评为国家精品课程。

1　加强教师队伍建设，确保教学质量

教师队伍建设在课程建设与人才培养中占有十分重要的位置。在长期的教学科研实践中，课程组已经锤炼出了一支由5名学术水平高、授课经验丰富的教授、博导领衔，年龄结构、专业结构合理，学历层次和教学科研水平高，爱岗敬业且相对稳定的高水平的师资队伍。课程组的5名教授都是我校仪器学科相关方向的学术带头人，在坚持教学工作不放松的情况下，狠抓科研工作，先后承担国防预研项目、国家自然科学基金项目、国家863项目、武器装备型号项目、国家或军队重大工程项目等多项，取得了一大批高水平科研成果。

课程组特别注重对青年骨干教师的培养，制定了详细的培养规划。具体措施有:每年至少选派一名以上青年骨干教师赴境外及国内著名高校进修、访问以及进行学术交流，以提高青年教师的学术水平;采取“走出去、引进来”的方式，做好学术交流活动，鼓励年轻教员参加国内和国际学术会议，拓宽思路，开拓视野，近5年来，先后有80人次参加了国内及国外学术会议;实施“学位提升”计划，鼓励年青教员积极申请在职攻读博士学位，提高青年教师学历水平，改善人才梯队;实施老教师对青年教师的“传、帮、带”计划，严格上新课的试讲制度。通过这一系列措施，青年教师的教学能力、教学质量以及学术水平都有了明显提高。

2　注重教学内容改革，构建了立体化课程体系

教学内容建设是精品课程建设的核心部分。“传感器与测试技术”课程是一门应用范围广、实践性强、知识更新快的多学科综合的课程。通过本课程学习，学员应掌握测试系统的静、动态特性的评价方法及不失真测量条件，掌握测试数据的处理方法，并且能够正确运用相关理论对测试系统进行分析和选择。熟练掌握各类传感器、信号调理电路及典型参量的基本原理，了解传感器的典型设计方法，熟悉传感器与测试技术的应用以及传感器技术的最新发展趋势。为从事武器装备中有关测试技术工作以及不断适应军队信息化作战、空间作战、无人作战打好基础。

图1所示为传感器与测试技术课程的知识体系结构。我们将课程理论教学内容分解成传感器与测试技术理论基础、传感器原理、典型参量测试、软测量技术以及综合案例五个模块。其中，传感器与测试技术理论基础、常用传感器原理、典型参量测试等模块属于本课程的经典内容，现代传感器、软测量技术以及部分案例模块主要介绍现代技术，通过引入大量前沿技术，如智能传感器、网络传感器、微型传感器以及基于现代信息处理技术的传感器等，从内容教学上丰富学员的学科视野，加强学术熏陶。典型应用案例模块中注重理论联系实际，通过大量的案例说明传感器与测试技术的实际应用，特别是在武器装备测试中的应用。课程的实践教学内容包括课程实验、课程设计、课程实习等三大模块。其中课程实验是课程的必要部分，课程设计以及课程实习属于课程的拓展、提高部分。

不同类型、不同专业学员的专业基础知识不同，对课程知识点的要求不同。我们在实践中授课学员的类型主要有工程技术类、学历合训类(指挥类)，课程的部分内容还纳入学校中高级干部继续教育高科技培训的范畴。授课学员的专业主要有测控技术与仪器专业、机械工程及其自动化专业以及电子工程、控制工程等专业。其中，测控技术与仪器专业的学员对课程的要求最高，除了更加深入学习理论教学部分，如，除了掌握传感器原理、特性外，还须对传感器的设计有一定程度的了解。图1中的课程设计模块、课程实习模块也是专门为工程技术类学员测控技术与仪器专业所设置，呈现出了课程实验、课程设计与课程实习三位一体的格局。

图1　《传感器与测试技术》课程的知识体系结构

根据学校的人才培养目标，适应信息化时代对传感技术的普遍需要以及未来军队信息化作战、空间作战和无人作战的需要，在统筹建设传感器与测试技术课程，继承和保持高水准专业技术课程的同时，课程组以培养学历教育合训(指挥)类学员为着力点，着眼于普及传感器与测试技术知识及设计思想，为综合素质教育增添新的现代元素，将“传感器与测试技术”建成了学院的大类技术基础课，进一步拓宽了本课程的授课适应面，深入贯彻了“宽口径教育，按大类教育”的人才培养政策，有利于完善学校学科布局，推动学科交叉。

整个课程体系包括丰富的理论教学内容和三位一体的实践教学环节，适应不同类型和专业的需要，围绕“知识、素质、能力综合培养”的目标，呈现出一种兼容并蓄、立体化的架构。

3　突出教材建设，构建了立体化的教材平台

教材建设具有辐射面广、影响大的特点。早在20世纪80年代，课程组就正式出版了《传感器原理、设计与应用》、《非电量测试技术》等教材。特别是《传感器原理、设计与应用》被全国较多的院校作为教材使用，该教材再版4次，累计发行12万余册，曾获省部级、校级优秀教材奖，被评为第九批全国优秀畅销书等。随着科学技术迅猛发展，新的传感器以及测试方法、测试手段不断涌现，传统的教学内容和授课方式已经不能满足教学需求，同时，随着军委战略重点的转移和我校人才培养模式的转变，传感器与测试技术课程教学在人才培养中的作用也愈显重要。课程组对教学内容体系进行了较大的改革，特别是教材编写时注意吸收最新前沿技术和高水平科研成果，在保持经典的同时，体现出先进性和时代特色。相继正式出版了《新型传感器及其应用》、《现代新型传感器原理与应用》、《现代动态测试技术》以及“十一五”国家级规划教材《传感器与测试技术》等系列教材。配合上述教材，我们制作、完善了电子教案、多媒体课件、网络课程、实验指导书以及其他辅助教材等，满足了不同层次、不同专业学员的需求。

4　坚持教学科研相结合，形成科研—教学—实验开发—学员创新实践的良性互动

课程组成员大多在高质量完成教学任务的同时，主持或参与了多项国防科研项目或基础研究项目，具有丰富的科研实践经验。近年来，近几年课程组老师连续申请到和传感器与测试技术有关的国家自然科学基金项目6项，如“适用于无线多媒体传感器网络的图像压缩算法及多节点协同图像传输技术研究”、“大量程纳米级光栅式位移测量新方法的研究”、“双波长单光栅式大量程纳米级位移测量方法的研究”等。通过将一系列科研项目的成果凝练成案例融入到课堂的理论教学和实验教学中，充实丰富了教学内容。教员通过科研经历的生动讲述，使学员了解现代武器装备以及国民经济各部门对传感器与测试技术的迫切需求。这样就大大提高了学员的学习兴趣和热情，也使得课程具备了明显的军事特色。如，几种典型武器装备试验测试系统案例包括常规兵器靶场测试中某火炮压力场测试系统、风洞试验运动目标姿态参数立体视测试系统、某型鱼雷测控系统、海洋环境水下监测系统以及传感器网络“智能尘埃”。案例教学过程中深入浅出地指导学员如何根据武器装备的试验测试的需求，进行传感器设计或选型，如何进行测量系统的构建，如何运用该测量系统进行武器装备的试验测试。例如，在介绍压力传感器时，我们适时引入了某火炮压力场动态参数测试系统这一案例，围绕压力传感器及测试系统的设计和靶场测试试验，从系统需求的分析、方案的论证、压力传感器的选型及注意事项、系统软硬件设计、工程当中面临的主要问题及解决方法到最终试验测试与数据处理，进行全方位的介绍，对学员的兴奋点及疑问加以有目的的引导、解释或讨论。通过这一案例学员对压力传感器的特性、选型及应用有了直观、清晰的理解和掌握。触类旁通，也有利于学员对其他类型传感器的学习、理解。

同时，一批高水平科研成果运用于实验开发与建设以及学员的创新实践，充分发挥了科研对教学和人才培养的促进作用。如，课程组将获奖科研成果“风洞试验运动目标姿态参数立体视测试系统”中的关键技术“视觉测量技术”成功应用于自主开发的视觉传感器实验系统，并作为新型传感器所在章节的案例教学。学员在理解、消化和实验的基础上，则成功将视觉传感器运用于获奖作品球形机器人的导航中。同样，学员的创新思维和思想也给课程组教员以极大的启示，在教学过程中促使教员对科学问题进行进一步思考、总结，真正实现了教学与科研的良性互动。

5　强化实验室建设，提高学员的综合实践和创新能力

实验教学是课程教学的重要环节。国防科学技术大学将传感器与测试技术实验室列为学校“十五”、“十一五”教学公共服务体系重点建设项目之一，先后投资800万元用于仪器设备的建设。实验室建设充分考虑国内外现代传感技术的发展方向以及最新测试技术理论与方法，吸收和融合了测控技术与仪器的最新成果，结合军队人才培养的特点，强调全面性、基础性、先进性和实用性，扩大新技术知识、突出创新能力培养。实验体系设计科学合理，采用功能模块化、组合柔性化的现代实验模式，实现多层次、多功能的服务，使实验室成为学员掌握基本理论、提高实践和创新能力培养的重要基地。实验内容初步涵盖传感器认知实验、传感器特性研究实验、传感器应用实验、传感器设计与创新实验。初步建立了传感器库，开发了特色传感器网上虚拟实验。采用基于网络技术、虚拟仪器和实物仪器设备的远程异地实物实验和协同实验概念，为网络实验教学系统和网络时代的实验室建设和管理提供了全新思路。实验室采用全开放的自主实验环境，学员可以无偿进入实验室进行动手制作。

依托良好的实验室条件，我们以兴趣、问题为导向，启发、激励学生的主动实践意识;注重学生质疑力、观察力等素质的培养，培养学生的创新意识;以实验室为基地，鼓励学员参加各种学科竞赛和科技创新活动，努力提高学生创新实践的能力。

6　结束语

精品课程建设必须制订科学的建设规划，只有不断跟踪本学科领域的最新前沿动态，构建更为科学合理、因材施教的理论和实验教学内容，突出课程特色，强化教学全过程管理，落实严格的质量保证制度，注重加强师资队伍建设，在打造名师的同时重视梯队建设，培养年轻教学骨干，才能使课程建设持续发展。