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测控技术及仪器专业综合课程设计实践.pdf

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测控技术及仪器专业综合课程设计实践.pdf

测控技术及仪器专业综合课程设计实践王代华【摘要】本文介绍了在测控技术及仪器专业本科教学中开设专业综合课程设计的实践,包括课程目的、选题原则、设计任务、组织实施方式、设计要求、注意事项及成绩评定方法等。通过几年的教学实践,发现专业综合课程设计不仅可以让学生将大学阶段几年来学习的知识点串起来,形成有机的整体,而且可以提高学生的专业素养和解决工程问题的能力,增强协作意识。【关键词】专业综合课程设计测控技术及仪器专业实践教学环节【收稿日期】2006年9月【作者简介】王代华,重庆大学光电工程学院精密与智能实验室教授、博士生导师。一、测控技术及仪器专业综合课程设计测控技术及仪器专业是1998年教育部调整本科专业后在仪器仪表学科设立的唯一专业,测控技术及仪器专业综合课程设计是在测控技术及仪器专业本科教学中的一项集中实践教学环节,安排在本科教学环节已全部结束、进入毕业设计之前的大型综合教学环节,时间为4周左右。值得注意的是测控技术及仪器专业综合课程设计必须在规范的流程指导下解决和完成一项本专业具代表性的工程设计问题,也就是说专业综合课程设计必须在有样本参照和教师指导下完成,否则在如此短的教学时间内难以达到预期效果。1.课程目的。测控技术及仪器专业综合课程设计教学目的如下①使学生从全局上了解和基本掌握进行测控仪器设计的完整过程和各个环节②培养学生理论联系实际的设计思想,训练学生综合运用测控技术及仪器专业的理论知识和现代设计工具解决具体设计问题的能力③让学生巩固和系统掌握测控技术及仪器专业的基本理论知识和各种现代设计工具④培养学生综合应用光、机、电、算等知识解决工程问题的能力⑤通过多人共同完成一项设计任务使学生认识到与人协作的重要性及协作技巧⑤通过设计使学生掌握设计说明书的撰写方法及基本技能,培养工程师的素质。在几年的教学实践中,我们发现在专业综合课程设计实践教学环节中通过合理选题能让学生将大学里几年来学习的知识点串起来,形成有机的整体。同时也发现开设专业综合课程设计对实现工程教育的思想、确保培养合格人才方面具有重要作用和意义。2.课程内容及选题原则。设计内容包括五个部分总体设计、精度设计、子系统设计、精度分析与综合、撰写设计报告,涵盖本专业的所有教学内容及各个教学环节。在总体设计过程中要具体解决的问题包括设计任务分析与创新点的构思、测控仪器若干设计原则的考虑、测控仪器若干设计原理的讨论、测控仪器工作原理的选择和系统设计、测控系统主要结构参数与技术指标的确定、测控仪器造型设汁等。精度设计是测控仪器设计的核心,大多数测控仪器的设计都是围绕着如何实现精度指标进行。一个典型的测控仪器系统包括精密机械系统、光电系统和软件系统等各子系统,为了让学生建立完整的概念,设计工作应该涉及以上各个方面。精度分析与综合属于仪器误差综合的范畴,通过精度综合可以校验仪器精度设计是否合理。设计说明书是对整个设计过程的总结和提升,也是进行工程交流的重要文献资料。通过指导学生撰写专业综合课程设计说明书,培养学生撰写工程技术文档的能力。因此,专业综合课程设计的选题必须遵守下述原则①最好包括精密机械系统、光电系统和软件系统等各子系统②具有多种解决方案,可以进行方案分析和比较③在解决过程中能体现i125i维普资讯http//www.cqvip.com高等工程教育研究2007年第3期创新性思想,通过老师的讲解让学生领悟创造性思想在测控仪器设计过程中的重要作用。3.设计工具。随着信息技术的发展,在工程设计过程中越来越离不开现代设计工具。但是学生在校期间学习的都是一些单一的设计工具,如果不引导学生在校期间综合应用上述工具具体解决一个工程问题,学生难于灵活运用,缺乏相应竞争力。通过合理选题,使一个工程问题同时需要工程计算、工程制图、电路设计和软件设计。对于工程计算、工程制图、电路设计、软件系统设计,我们分别推荐学生使用Maflab/MathCAD、AutoCAD/ProEng、Protel/OrCAD、VisualC。尽管每一个学生都只需要具体完成某一方面的设计工作,但是我们要求学生熟悉同一设计组的其它小组的设计工作。二、综合课程设计的任务及实施方式1.具体任务。根据测控技术及仪器专业综合课程设计的目的及选题原则,课程设计的对象应该反映测控仪器的各个环节,具体地说就是涉及精密机械技术及系统、光电技术及系统、软件技术及系统等。结合在学生能力培养方面的具体要求以及课程时间的限制,将设计任务分成两类,即共同任务与小组任务。共同任务是每一个设计小组和每一个学生都必须完成的任务。小组任务是每一个设计小组务。具体如表1所示。2.实施方式。工程技术活动中的竞争与协作意识非常重要。根据测控仪器系统的构成环节多、结构复杂、设计任务繁重等特点,同时为了培养学生之间的竞争与协作意识,专业综合课程设计采取分组进行。一个教学班分成3个设计组,设计题目相同。再将每个设计组分成3个子系统设计组,分别完成精密机械子系统设计、光电子系统设计和软件子系统设计工作。由于每一个设计组内的3个设计小组共同完成一个系统的设计工作,他们之间必须相互协调,才能够共同推进设计工作,因此自然形成了一种团队协作关系,而3个设计组之间则自然形成竞争关系。3.工作计划表。由于专业综合课程设计工作量大,为了确保设计工作的顺利进行,最好制定详细的工作计划表,指导教师可以按照计划表指导和验收。同时,指导教师在设计开始时要对学生进行集中讲解和辅导,帮助学生明白设计任务及要求。同时对学生掌握程度不够的设计工具的使用方法进行集中辅导。具体项目如表2。4.注意事项。包括①要求所有设计工作借助计算机完成采用Madab完成设计过程中所有的工程计算分别需要完成的任务。同时熟悉其它小组的任问题,采用AutoCAD绘制设计中所有的机械工程表1设计任务精密机械子系统设计组光电手系统设计组软件子系统设计组共同任务明确设计任务、资料收集整理、总体设计、精度设计、精度分析完成机械子系统的原理设计,精度设计,具体的结构设计①三维立体图,展示系统内部结构,②装配图1张熟悉机械子系统设计熟悉机械子系统设计③关键零件的技术图纸≥2张④详细的精度分析说明系统原理设计传感器选择,执行器选择,信号处理系统,子系统精度设计,小组任务熟悉光电系统设计具体电路设计①电路系统原理图②熟悉光电系统设计电路布线图印制板图③电路系统组装图软件系统原理设计,子系统精度设计,具体软件系统设计具体软件系统的熟悉软件系统设计熟悉软件系统设计源程序及其注解,具体软件系统的执行程序,对模拟数据的处理结果,详细的软件系统精度设计共同任务撰写设计报告、答辩126维普资讯http//www.cqvip.com测控技术及仪器专业综合课程设计实践表2工作计划表2OO2级测控技术及仪器专业阶段工作内容具体工作任务约占总工作量比例备注①阅读和研究设计任务书②分析设计题目,了17周星期一1设计准备解原始数据和工作条件③收集整理资料1O%VC集中辅导17周星期一①设计任务分析与创新点的构思②测控仪器若干设计原则的考虑③测控仪器若干设计原理的讨2总体设计论④测控仪器工作原理的选择和系统设计⑤测1O%17周星期二至17周星期四控系统主要结构参数与技术指标的确定⑥测控仪器造型设计3精度设计系统精度分配15%17周星期五至18周星期一4子系统设计技术设计,分组进行机械系统,电气系统,软件系统40%18周星期二至2o周星期一5精度分析与综合系统精度综合1O%2o周星期二6撰写设计报告编写设计说明书15%2o周星期三至2o周星期四7答辩/成绩评定分小组进行2o周星期五图纸,采用Protel设计和分析电路,采用VisualC编写软件系统②坚持正确的设计思想,提倡独立思考、深入钻研的学习精神③提倡小组讨论、集思广益,共同解决问题,培养协作精神④提倡充分运用已有的知识和资料,创造性地进行设计⑤坚决反对简单抄袭⑥正确处理设计计算和结构设计之间的关系⑦正确运用设计标准和规范,以利于零件的互换性和加工工艺性。5.专业综合课程设计说明书撰写要求。设计说明书是对整个设计过程的总结和提升,也是进行工程交流的重要文献资料。通过指导学生撰写专业综合课程设计说明书,培养学生撰写工程技术文档的能力。对设计说明书的撰写,提出了如下要求①应在设计工作的基础上独立完成,严禁抄袭②内容包括摘要、目录标题及页次、设计任务书、总体设计设计任务分析与创新点的构思、测控仪器若干设计原则的考虑、测控仪器若干设计原理的讨论、测控仪器工作原理的选择和系统设计、测控系统主要结构参数与技术指标的确定、测控仪器造型设计、精度设计、机械系统设计、光电系统设计、软件系统设计、精度分析、设计小结及参考文献③应按教师推荐的格式书写,要求文字简明、通顺,尽量使用专业术语④应以计算内容为基础,参数的最后选择应符合相关国家标准⑤相关计算内容应列出计算公式,标注出处、单位,写出简短的分析结论⑥附必要的插图和简图,对主要零件应统一编号、以便在计算中和分析中引用⑦参量符号和标注必须前后一致,各参量的数值应标注单位采用国际单位⑧标注参考文献,标注和著录参考文献的方法参考中华人民共和国国家标准GB771487文后参考文献著录规则。6.成绩评定。成绩评定以回答问题的方式为主,参照在设计指导过程中对学生具体设计工作的了解,文字与图纸资料仅作参考。这样可以避免抄袭带来的弊端。另一方面,由于测控技术及仪器专业综合课程设计是在规范的流程指导下解决和完成一项本专业具代表性的工程设计问题。因此,学生能否投入到具体的设计过程中就非常重要,而设汁结果就只能作为参考,因此在评分过程中出勤率及问题咨询所占的比例较高。具体评分标准如表3所示。表3参考评分标准序号项目成绩比重1出勤率及问题咨询3O%2总体设计1O%3精度设计1O%4技术设计35%5精度分析与综合1O%6设计报告5%三、结论在我校测控技术及仪器专业教学中开设专业综合课程设计的实践已有3次,通过实践已基本摸索出一定的规律,发现在培养测控技术及仪器专业的专门人才方面具有具有重要意义,具体体现为1.做到精讲多练。通过开设测控技术及仪器专业综合课程设计实践教学环节,可以将课堂知识讲授时间压缩,实现在做中学,更有直观感。、127维普资讯http//www.cqvip.com高等工程教育研究2007年第3期2.促使教学工作从教学型教学向研究型教学转化。研究型教学模式仍然需要靠合理的教学环节来实现,在测控技术及仪器专业教学中开设专业综合课程设计实践教学环节,为实现研究型教学提供了基础。3.将大学阶段几年来学习的知识点串起来,形成有机的整体。在以往的教学过程中,经常有同学抱怨大学四年似乎没有学习什么东西。主要原因是大学几年来学习的知识相对零乱。因此我总在思考能否找到一种方法,让学生将几年来学习的知识点串起来,形成有机的整体。开设专业综合课程设计的实践让我们找到了答案。4.培养竞争与协作意识。测控技术及仪器专业综合课程设计为我们在教学过程中引入竞争与协作机制提供了可能性。5.让专业课教学更贴近工程。如何让专业课教学更贴近工程实际,一直是工程教育努力的方向。目前高校的专业课教学存在与工程实际脱节的问题,测控技术及仪器专业综合课程设计可以使专业课教学更贴近工程。由于测控仪器系统是一个典型的工程系统,因此我们的实践对其他专业的教学也有借鉴意义。感谢参与测控技术与仪器专业综合课程设计的测控技术及仪器专业2000级、2001级和2002级的全体同学。感谢参与指导专业综合课程设计的各位老师,特别感谢参与指导专业综合课程设计的各位研究生,包括赖大坤、艾红霞、徐鹏、李一平、袁刚、丁文明和侯向红。参考文献1.教育部高等学校仪器科学与技术教学指导委员会仪器科学与技术学科测控技术与仪器专业规范草案,20O6年5月。2http//w.mathworks.corn/.httpll.mathcad.corn/4.http∥usa.autodesk.com/adsk/servlet/indexwid331041&siID123l125.http∥www.pIoeIIg.meeriIlg.it/proenghmne.htm6.http}}.protd.corn/7.http}}.cadence.com./index.aspx8.http}}msdn.microsoft.convZvisualc/9.中华人民共和国国家标准GB771487。文后参考文献著录规则。10.汪蕙等研究型教学模式的探讨一兼论创新性教育过程化,中国大学教学2oo2年第1期。l1.王惜宝等如何让专业课教学更贴近工程,高等工程教育研究2oo5年增刊。PracticeonGuidingtheSpecialtySyntheticalCourseProjectintheMajorofMeasurementControlTechnologyandlnstrumentsWangDaihuaInthispaper,thepracticesonguidingthespecialtysyntheticalcoulseprojectinthemajorofmeasurement&controltechnologyandinstrumentsMCTI,whichincludethecoulseobject,principleofselectingthetopics,designtasks,organizationandimplementedmanner,designrequirements,noteditemsandgradingmethod,aleintmduced.Throughtheteachingpracticeofseveralyears,wefoundthatthespecialtysyntheticalCOUlSeprojectinthemajorofMCTIcannotonlyletthestudentsstringtogetherthe,knowledgelearnedintheuniversity,butalsoimprovetheattainmentofthemajorandtheabilitythatsolvetheengineeringproblems.Especially,theconsciousnessofcollaborationofthestudentsisalsoboostedup.128维普资讯http//www.cqvip.com

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