“智能仪器”国家级精品课程建设体会

时间：2022-10-20 百科知识版权反馈

【摘要】：作为培养高层次人才的学府，建设一流的“智能仪器”课程对国民经济、科学技术和国防建设的发展具有重大作用，标志着国家创新能力和科学技术发展的水平，影响国家的可持续发展。形成了“以智能仪器课程阶段的设计性、综合性实验项目与实验室开放实验项目为基础，与短学期集中实践和毕业设计相衔接，与本科生研究计划项目、竞赛项目相结合”的实践教学模式和体系。

“智能仪器”国家级精品课程建设体会

林　君，凌振宝，程德福

(吉林大学，长春130061)

课程是大学本科教育的心脏，没有高质量的课程教学就没有一流的本科教育。《智能仪器》是测控技术与仪器等相关专业本科生学习的主干课程，智能仪器的发展和创新是我国科学发展的支柱，能不能创造高水平的新式科学仪器和设备，体现了一个民族、一个国家的创新能力。作为培养高层次人才的学府，建设一流的“智能仪器”课程对国民经济、科学技术和国防建设的发展具有重大作用，标志着国家创新能力和科学技术发展的水平，影响国家的可持续发展。

吉林大学从2001年开始实施百门精品课程建设计划，“智能仪器”课程在长期建设的基础上，2002年列入吉林大学第二批精品课程建设计划，2004年被评为吉林省精品课程，2005年课程建设成果获吉林省教学成果二等奖，2007年获吉林省优秀教材二等奖，2008年进入吉林省优秀教学团队行列，2009年“智能仪器”课程被评为国家精品课程，课程建设成果获吉林省教学成果一等奖。回顾这门课程从校级精品课程到国家级精品课程的建设历程，我们的体会是:精品课程建设坚持不懈，突出特色，努力提高学生的实践动手能力和创新能力。

1　师资队伍建设

课程教师队伍建设是精品课程建设的重要环节，关系到课程的可持续发展。高水平的主讲教师是精品课程建设的保证之一，要为主讲教师创造良好的工作和成长的环境，保护他们进行课程建设的积极性，不断地提高教育水平。本门课程从列入吉林大学精品课程建设计划时起，就组成了课堂讲授和实验辅导相结合且年龄结构合理的课程教学团队，配备了两位精品课程的负责人，以利于本教学团队在搞好本门课程建设的同时，有能力加强与本门课程相关联的系列主干课程建设。课程组特别重视青年教师的培养，为他们的成长和发展创造条件，帮助他们端正教育思想，坚持教学科研相统一的原则，不断完善教学团队的结构和提高教师的业务水平。经过精品课程建设的多年历练，课程组9位教师责任感强、团结协作精神好，学历结构、年龄结构和学缘结构合理。教师队伍中拥有全国优秀教师，省级名师，部省优秀教师，百千万人才工程一、二层次入选者，教育部跨世纪优秀人才，宝钢优秀教师，吉林省杰出青年，全国电子设计竞赛优秀辅导教师，每位教师均获得省部教学和科研成果奖，并主持承担国家级和省部级科研项目。本教学团队2008年进入吉林省优秀教学团队行列。

2　教材建设

课程组对原有的课程体系进行了较大的改革与创新，将微机技术与仪器仪表设计技术有机结合，增加了虚拟仪器内容，编著公开出版教材3部、教学参考书1部、内部参考教材1部、教学实验参考教材1部。

编著的教材是从工程设计的角度来介绍微机控制的仪器仪表设计中的有关理论与技术，教材中包括大量的应用实例和设计经验，大部分取自于作者多年来的科研成果。为引领和推动课程体系的改革，适应信息技术高速发展，解决智能仪器教学内容相对陈旧的问题，在编著《智能仪器》校内讲义基础上，2005年由机械工业出版社出版了《智能仪器》教育部仪器仪表教学指导委员会规划教材。新教材打破了“单片机仪器或PC机仪器”自成一体的课程体系，以信息采集、处理为核心，加强了软件开发、可靠性设计、可测试性设计等内容。2005年2月第1次印刷，2008年1月第4次印刷，被全国有多所高校选用。说明新的课程体系和教学内容得到认可和推广。2009年，列入“十一五”国家级规划教材《智能仪器》(第2版)已出版，将自主研制的MK4—PC型智能仪器实验教学系统写入修订教材，从根本上解决选用教材学校的实验问题。

2006年由科学出版社出版了《虚拟仪器原理及应用》普通高等学校“十一五”国家级规划教材，该著作是吉林省科技发展计划项目“虚拟仪器与虚拟实验室平台的开发”等科研项目成果的总结。以第一手的科研实践为基础，结合深入的理论分析，对研制与开发虚拟仪器具有重要的参考价值，2007年获吉林省优秀教材二等奖。

3　实验平台建设

课程组始终坚持强化实践教学环节的原则，将科研成果快速转化为教学资源，研制开发智能仪器实验系统，与国际著名企业联合共建实验室，延伸和拓展课程的实践环节，提升学生创新实践能力。

(1)采用模块化结构和先进的器件，自主研制了MK4—PC型智能仪器实验教学系统。系统由四大模块组成，即单片机系统模块、人机接口模块、数据采集模块、底板电源模块，每个模块对应一个电路板，各电路板的尺寸都进行严格定义以保证最后能组装在一起。单片机模块完成对整个系统的控制，完成程序下载和在线仿真并与PC机通信;人机接口模块主要有液晶显示、发光二极管指示和按键;数据采集模块包括可编程增益、低通滤波器、数模转换及CPLD逻辑控制等;底板模块提供各模块的连接及电源。该实验系统既可以独立完成智能仪器多个实验项目，实现PC机与实验仪器的通信、开发，还能够各个模块相对独立组合，用于完成电子竞赛或其他项目。保证智能仪器设计性、综合性和创新性实验项目的实施，形成了多种方式紧密结合的实践教学模式和体系。

(2)瞄准科学仪器与网络信息技术结合的前沿方向，与科研相融合，开发LabScene软件，建设虚拟仪器实验室。率先提出并研制开发了国内第一个具有自主知识产权的基于网络技术和图形流的虚拟仪器软件开发平台LabScene，该软件是吉林省科技厅的“虚拟仪器与虚拟实验室平台的开发”科研项目与实际教学需要紧密结合的成果。多年来，我国没有自己的产品，许多单位一直使用美国的虚拟仪器开发平台，耗资巨大。本成果为基于计算机的测试仪器研制提供了开发环境，完成了多种基于PC的仪器硬件和软件开发平台Lab-Scene 1．0版本。建设了虚拟仪器实验室。

(3)实施与国际著名企业联合共建实验室，将世界领先的电子信息高新技术引入教学实验中。实现教学和新技术同步发展，更新和增加了设计性、综合性实验内容。由原来仅有51系列8位单片机扩展到凌阳16位单片机、MSP430、TIDSP构成系列化嵌入式结构智能仪器实践教学平台。

(4)延伸和拓展课程的实践环节，强化学生创新实践能力培养。形成了“以智能仪器课程阶段的设计性、综合性实验项目与实验室开放实验项目为基础，与短学期集中实践和毕业设计相衔接，与本科生研究计划项目、竞赛项目相结合”的实践教学模式和体系。在2008年和2009年教学中，积极鼓励引导学生提出创新性项目，提交设计论证报告，组织答辩，评定成绩，推荐大学生创新实验计划项目。“磁悬浮电子天平样机研制”等20个项目入选国家或学校资助项目。

4　教学方法与教学手段改革

课程组在智能仪器精品课程建设中，结合吉林大学“研究型仪器仪表类”工科专业人才培养的要求，提出了“研究式学习和创新能力人才培养的支撑体系研究”课题，获得吉林省高等教育教学项目支持。通过学习研究，探索本科生研究型学习模式，形成指导教学改革与课程建设的五点教学思想与方法:教学内容重在学术内涵与新技术发展同步，教学过程强调启发引导与互动，实验教学重在自主综合设计，课外学习提倡研究探索与应用实践，考试考核重在激发学生自主学习并鼓励创新。智能仪器课程归纳为“灵活运用、综合集成、工程实践”的特点，以现代教育理念指导教学设计与实践。课程内容涉及“电子、传感器、信号处理、计算机软硬件”等多门前导课程知识和技术，而学生掌握程度和兴趣取向差异很大，需要同学之间协作学习和带动学习;课程体系逻辑性不强，而灵活性高，相关领域新技术引入快，需要引导学生从“应试型”学习向“自主型、研究型”学习转变，最大限度地调动学生学习积极性;实现“培养和提高学生的仪器系统综合集成设计和创新实践能力”的课程目标，实践教学的设计思想体现在“学生自主、综合设计、内外结合、延伸拓展、鼓励创新”。

探索实施“课堂讲述与设计实例紧密结合、课上引导与课外自学相结合、学生设计报告与教师点评相结合”三结合的教学方法，提高课堂教学效果，调动学生积极利用课外时间认真准备报告，查阅资料。课堂教学分为大班授课(120人规模)，小班报告讨论互动(30人规模)，每个同学都有机会做PPT报告和参与讨论，保证了教学效果。

采用了启发式教学方法和互动式教学方法。同时开展了多种课堂讨论方式，既激发了学生的学习兴趣，又培养了学生的创新能力。互动式教学打破了老师讲、学生听的传统教育方法，发挥学生在学习中的主体地位，摆正教与学之间的关系。教与学相互促进，老师与学生相互沟通，在活跃的课堂气氛中达到能力与素质的提高和知识的掌握。

讨论式教学方法可以营造良好的课堂氛围，激发学生的主动性，改变学生的被动地位，教师要积极影响学生的思维方式与方法。学生之间的交流又可从不同的角度去认识问题、分析问题，从不同的途径去解决问题。通过老师和学生的相互沟通，可以纠正学生学习的片面性和局限性，促进学生学习的主动性和创造性。引导他们正确思维，有助于综合能力的培养。

根据课程性质，难以用期末一张考卷能够反映学生的设计能力，要重视平时的积累、设计报告和实验情况，因此，提高平时成绩的比例，由过去的20%提高到40%。平时成绩的构成=作业+实验+项目综合设计报告。期末考试尝试了闭卷和开卷的方式。考试内容不断调整，2008年开始，试卷内容反映实验中遇到的问题及解决办法，论述自己完成的仪器综合设计报告核心内容，体现设计思想等。将平时积累与期末考试要求紧紧联系起来，促使学生必须独立完成报告，杜绝敷衍，避免雷同或抄袭。

现在互联网的发展十分迅速，网上的资源非常丰富，在教学上充分利用这一资源，可以获得很好的效果。让互联网服务于教学，已经引起广泛的重视。正确引导学生学会利用互联网来检索与本课程相关的资料是非常必要的。在科学技术高速发展的今天，知识的更新越来越快，怎样把最新的知识引入课堂是现代教育面临的问题。而积极利用互连网资源是解决这一问题的一个重要途径。本课程的教学资源已经在网上开放。

5　示范带动作用

为了以更好地发挥精品课程的示范作用，课程组注重课程内容和课程体系改革，正确处理单门课程建设与系列主干课程改革的关系:通过本门课程的建设，带动了传感器原理及检测技术、微机原理与接口技术、CPLD与数字系统设计、数字信号处理等前序课程的建设，如传感器原理及检测技术2004年列入吉林大学百门精品课建设计划，2009年评为吉林省精品课程，而后续的选修课程，如电子测量仪器、地学仪器、医学仪器、分析仪器等瞄准仪器科学的发展方向和突出特色，纳入建设规划，教学资源在网上共享，如图1所示。

通过以“智能仪器”为核心进行了课程群的建设，建立了一个相对完整的测控类课程群体系结构，因建设成果突出，2005年“仪器仪表系列主干课程与实验平台建设”获吉林省教学成果二等奖，2009年“科研引领教学，不断提升测控技术与仪器专业主干课程及实践教学体系建设水平”获吉林省教学成果一等奖。