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物联网时代下的仪器仪表课程设计教学改革实践
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摘要:引言 仪器仪表课程设计是高校自动化、电气、测控及相关专业的一门重要课程,它集技术性、工程性和实践性于一体,是一门涉及检测技术、单片机原理、电子技术、自动控制、计算机
引言
仪器仪表课程设计是高校自动化、电气、测控及相关专业的一门重要课程,它集技术性、工程性和实践性于一体,是一门涉及检测技术、单片机原理、电子技术、自动控制、计算机通信等多门学科的现代综合课程[1]。通过仪器仪表课程设计的实践,学生可以了解电子及微机工程项目的开发过程,还可以掌握智能仪器仪表系统的设计和调试方法,并具有运用基础知识解决问题的能力和素质。
2017年2月教育部发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》,吹响了新时代本科教育改革发展的进军号[2]。该通知明确指出,新工科项目的开展与实施应当围绕工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量和新体系进行,而不是简单地围绕传统工科教育专业融合或专业调整[3]。
与此同时,随着互联网和通信技术的发展,将设备融入互联网成为互联网的另一扩展方向——物联网。最初的物联网的概念是由美国提出来的,把所有的物品通过物联网域名相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪等等的一种网络概念。物联网的官方定义是:是基于互联网之上,使不可交流的物体与物体之间进行交流,而产生的过程,称之为物联网(Internet of Things)[4]。在过去的十年中,我们见证了各种设备通过网络连接在一起,各种传感器,温度计,交通、流速传感器以及数据传输。
借助新工科建设和物联网快速发展的契机,我校结合近几年在仪器仪表课程设计指导过程中遇到的一些问题,并结合智能仪器仪表技术、物联网技术飞速发展的特点[5,6],对该课程进行了改革实践。从教学内容,教学方法,教学模式三方面实施了该课程的教学改革,引导学生培养创新性的工程实践能力、探索学生创新创造潜能,以适应新工科发展的需求。
一、现有模式存在的问题
传统的仪器仪表课程设计,通常是利用8位单片机为核心,结合检测及电子设计、通信技术实现一种智能仪表的构建。在多年的教学实践中,我们发现该课程设计存在着多方面的不足。
(一)教学内容创新性不足
教学内容的创新性不强。虽然每年进行课题的更换,但课题仍以一些传统的工程设计为主,课题的内容较多的属于教材内容的验证,内容陈旧,学生感觉不到学习的动力,容易缺乏主观能动性,不愿意动脑筋思考,更谈不上创新性思维。在教学内容上,以知识学习为主,学生好不容易完成了一个系统,却不知道所完成系统有何用处。特别是对毕业之后的工作有没有指导意义并不了解。
(二)教学方式以教师为主导
在教学方式上,以教师为主导,学生被动学习,学习积极性不高。遇到一些如软件安装,软件开发的基础问题,学生会觉得不好意思请教老师,而最终影响设计进度。
(三)时间紧,任务重
仪器仪表课程设计课时为两周。要求学生针对温度、水位或压力等检测系统设计一个仪表,具体的工作任务包括绘制电路原理图、搭建硬件电路,软件设计和开发,系统调试和优化。无论是硬件还是软件部分、都需要消耗较多的时间,对于大部分学生来说时间紧张,任务繁重。对系统的理解和消化非常有限。
(四)抄袭现象时有发生
由于两周的课程设计时间非常紧张,而且一般都安排在大四开课,学生准备考研的学期,同期可能还有其他课程设计也在开展。在如此紧张的气氛下,一旦开发过程出现调试失败,学生很容易抄袭同学的作业,把几个好学生的设计依葫芦画瓢。我们也曾经采取非常严厉的惩罚措施来遏制抄袭,如一旦发现抄袭,抄袭者和被抄袭者成绩都为不合格。虽然在短期内取得了一些效果,但也很难完全客观判断。同时,从长期来看,惩罚总不是长久之计,也不是我们的初衷。应该从症结入手,寻找真正的解决方法。
二、改革的措施
(一)教学内容创新
传统的仪器仪表课程设计是基于8位的微处理器(MCU)设计一套具有实时检测功能的仪器仪表系统。随着计算机技术和物联网技术的发展,社会对工业现场仪器仪表的功能要求也发生了很大的变化,仪器仪表具有物联网功能已经是一种必然的发展趋势。我们将物联网[7]概念引入《仪器仪表课程设计》,在课程设计中,学生通过自己的实践,可以在物联网云平台或者手机App端、微信端,查看自己制作的仪表上的数据。即提高了学生的学习兴趣,也提升了课程设计的理论和实践的广度和深度,使课程更符合新工科发展的要求。
文章来源:《自动化与仪器仪表》 网址: http://www.zdhyyqybzz.cn/qikandaodu/2021/0305/688.html
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