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智能儀器設(shè)計課程既要引導(dǎo)學(xué)生逐步建立各門課程知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，完善專業(yè)知識體系的構(gòu)建，也要注重學(xué)生專業(yè)技能、實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，為后續(xù)深造或工作奠定基礎(chǔ)［4］。

“案例教學(xué)法”在智能儀器設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)“填鴨式”的灌輸教育，脫離實際應(yīng)用，易導(dǎo)致學(xué)生死記硬背。只有轉(zhuǎn)變教學(xué)方式方法，緊密聯(lián)系實際，加強互動式教學(xué)、探索式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)，才能實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。為此，我們應(yīng)用“案例教學(xué)法”把智能儀器設(shè)計分為五個步驟:一是選擇合適案例，創(chuàng)設(shè)應(yīng)用情境;二是實施互動式教學(xué)，突出教學(xué)重點;三是拓展仿真教學(xué)，強化應(yīng)用技能;四是加強團隊實踐訓(xùn)練，培養(yǎng)實踐能力;五是開展啟發(fā)式教學(xué)，提高知識的運用能力［5］。

選擇適當(dāng)案例，創(chuàng)設(shè)應(yīng)用情境以案例教學(xué)為主線，創(chuàng)設(shè)應(yīng)用情境，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。合適的實際案例不僅是貫穿課程教學(xué)過程的主線，成功創(chuàng)設(shè)應(yīng)用情境的前提，而且是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的必要條件。因此，選擇適當(dāng)案例至關(guān)重要。合適的案例必須能夠充分體現(xiàn)基本教學(xué)理論，同時緊密聯(lián)系實際［6］。以數(shù)字電壓表(DigitalVoltmeter，簡稱DVM)為例，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)把連續(xù)模擬量轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字量的數(shù)字化儀表。由于它具有讀數(shù)準(zhǔn)、精度高、誤差小等優(yōu)點而備受青睞［7］。因此，選擇數(shù)字電壓表作為智能儀器設(shè)計的案例來創(chuàng)設(shè)應(yīng)用情境，可滿足案例教學(xué)的基本要求。在確定案例的基礎(chǔ)上，智能儀器的研制過程按照設(shè)計任務(wù)并擬定設(shè)計方案、軟硬件設(shè)計、軟硬件綜合調(diào)試、整機性能測試和評估來實施［8］。根據(jù)數(shù)字電壓表的設(shè)計任務(wù)與設(shè)計要求，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)的課程，采用“自頂向下”的設(shè)計原則，把儀器劃分成由單片機、A/D轉(zhuǎn)換電路和電壓顯示電路等功能模塊組成。

案例互動教學(xué)，突出教學(xué)重點以重點教學(xué)內(nèi)容為著力點，實施互動式教學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生主動性。案例教學(xué)模式采用課堂雙邊互動教學(xué)形式，以重點教學(xué)內(nèi)容為著力點，把課堂變?yōu)榘咐懻摤F(xiàn)場，提高了學(xué)習(xí)的自主性，更好掌握課程的教學(xué)內(nèi)容。在軟硬件設(shè)計階段，硬件設(shè)計主要是根據(jù)方案設(shè)計原理電路，選用合適的功能模塊(如輸入輸出通道、信號調(diào)理電路、主機電路、人－機接口、通信接口)，并裝配和調(diào)試硬件系統(tǒng);軟件上是先設(shè)計出系統(tǒng)軟件功能框圖，在理清控制關(guān)系的基礎(chǔ)上，進行功能化編程和調(diào)試。為了強化“智能儀器軟硬件模塊化設(shè)計方法”的教學(xué)重點，可采取以下互動式教學(xué)形式:一是組織學(xué)生進行答辯，闡述設(shè)計方案、原理電路和編程流程;二是由教師和同學(xué)現(xiàn)場進行提問，考察學(xué)生對設(shè)計可行性的分析;三是由教師有針對性對課題進行指導(dǎo)，提出合理化建議;四是由學(xué)生進行修改，完善設(shè)計。讓學(xué)生在設(shè)計中既有自主性，又通過啟發(fā)來防止盲目性。

案例仿真教學(xué)，強化應(yīng)用技能以教學(xué)難點為突破口，拓展案例仿真教學(xué)新模式，營造探索求真的學(xué)習(xí)氛圍，強化學(xué)生應(yīng)用技能。系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試是智能儀器設(shè)計課程的教學(xué)難點。作為初學(xué)者的學(xué)生，經(jīng)常感到無從下手。為此，我們首先從虛擬實驗入手，通過仿真實驗來突破難點。虛擬實驗是把案例教學(xué)和軟件應(yīng)用有機結(jié)合起來，通過逼真的仿真界面和動畫效果，讓學(xué)生置身于智能儀器開發(fā)現(xiàn)場，既可以節(jié)省設(shè)計成本和提高設(shè)計速度，還可以增強學(xué)習(xí)樂趣，將抽象的理論知識融入到案例的設(shè)計實踐之中，加深對理論知識與設(shè)計方法的理解，為后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)，如分組實際制作打下基礎(chǔ)。例如對基于Proteus和KeilC51建立的數(shù)字電壓表仿真實驗［9］，如圖3所示。數(shù)字電壓表的調(diào)試過程可通過調(diào)節(jié)可變電阻器來進行仿真實驗，若實驗結(jié)果不滿足設(shè)計要求，則可修改硬件參數(shù)或軟件程序進行反復(fù)調(diào)試，直到該數(shù)字電壓表滿足設(shè)計要求，調(diào)試過程生動形象，簡單易學(xué)。

團隊實踐訓(xùn)練，培養(yǎng)綜合能力以案例應(yīng)用為實訓(xùn)課題，組建學(xué)生制作團隊，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力。團隊制作實踐的課題分為設(shè)計型、綜合型和創(chuàng)新型。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣、知識結(jié)構(gòu)和能力發(fā)展進行選題。選擇相同題目學(xué)生組成制作團隊，通過共同協(xié)商，形成明確的成員分工和團隊合作任務(wù)。在制作過程中，不僅要求學(xué)生要學(xué)會獨立思考，掌握獨立分析解決問題的方法，也要求培養(yǎng)創(chuàng)新意識以及增強團隊精神。通過體驗智能儀器設(shè)計制作過程，熟悉智能儀器系統(tǒng)的開發(fā)流程，提升綜合的實踐能力。例如，選取液位控制系統(tǒng)［10］的設(shè)計作為實踐課題。該系統(tǒng)主要由水槽、電壓比較器、隔離保護和驅(qū)動電路、直流繼電器控制電路、水泵、電磁閥組成。高低水位的電壓通過與基準(zhǔn)電壓比較輸出邏輯信號，控制交流接觸器的工作，實現(xiàn)水泵的通斷，以實現(xiàn)水槽水位的自動控制。通過液位控制系統(tǒng)實踐訓(xùn)練達到以下目標(biāo):第一，使學(xué)生了解接觸器、電磁閥、水泵等器件等相關(guān)電器的基本原理，熟悉基于中規(guī)模集成電路的組合邏輯和時序邏輯設(shè)計方法，加深對理論知識和設(shè)計方法的認(rèn)識;第二，通過學(xué)生親手焊接、制作和調(diào)試電路，培養(yǎng)實踐能力和動手技能;第三，通過撰寫設(shè)計報告，使學(xué)生學(xué)會對實驗結(jié)果進行分析和總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力。

案例啟發(fā)教學(xué)，加強運用能力以案例總結(jié)為出發(fā)點，開展啟發(fā)式教學(xué)，提高學(xué)生運用能力。案例教學(xué)法的重要環(huán)節(jié)，就是在完成設(shè)計、仿真和實際制作的過程之后，及時總結(jié)設(shè)計的過程和方法，把設(shè)計制作過程上升到理論高度，進一步加以思考、探索和提高。如果對案例缺乏思考、歸納和總結(jié)，很容易使學(xué)生的思維局限單個案例之中，不利于應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此，教師既要從單個案例入手，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析歸納和總結(jié)的方法，不斷加強學(xué)生靈活運用能力，也要注重在案例基礎(chǔ)上的拓展，啟發(fā)學(xué)生深度思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。這樣才能在智能儀器設(shè)計環(huán)環(huán)緊扣、層層遞進，有效推進學(xué)生知識水平的提高和能力結(jié)構(gòu)的完善。

小結(jié)

本文在智能儀器設(shè)計課程體系的能力培養(yǎng)基礎(chǔ)上，提出了“案例教學(xué)法”應(yīng)用在智能儀器設(shè)計教學(xué)中的五個基本步驟，即教師通過創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境、實施互動式教學(xué)、拓展仿真教學(xué)、加強團隊實踐訓(xùn)練和開展啟發(fā)式教學(xué)，從知識水平和能力結(jié)構(gòu)兩方面入手，在智能儀器設(shè)計課程教學(xué)中取得了良好效果，受到學(xué)生的普遍好評。特別是讓更多的學(xué)生喜歡上測控技術(shù)與儀器專業(yè)，并在該領(lǐng)域打下較好的專業(yè)基礎(chǔ)。

作者：陳穎林育茲單位：廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院機電工程系