論文摘要：《智慧儀器設計》是一門融合多項新技術、對實踐性要求高的課程，在對《智慧儀器設計》課程和實踐教學改革中，在課程教學內容組織上，以應用需求組織教學內容，更多地強調儀器智慧化方面的知識，及由此涉及到的儀器新觀念、新器件、新技術的應用。在教學方法上，以貫穿整個教學過程的設計型、綜合型大作業為主線，提高學生綜合運用所學知識的能力，並對考核方式進行了改革和實踐。在課程設計環節，以基於微控制器的智慧儀器設計題目為主，同時增加虛擬儀器設計方面的題目，以提高學生的創造能力、動手能力和實踐技能，取得了良好的教學效果。
論文關鍵詞：智慧儀器；教學實踐；教學改革
《智慧儀器設計》是為測控技術與儀器專業本科生開設的一門專業必修課，主要講授智慧儀器的開發、設計方面的專業知識，是儀器儀表應用、開發、生產單位及科研院所技術人員必備的專業知識。使學生了解、掌握智慧儀表設計的原理和方法，培養學生理論聯絡實際、獨立分析解決實際問題的能力。該課程是一門融合多項新技術且對實踐性要求很高的核心課程。教學內容分為課堂教學、課內實驗及課程設計三部分。課堂教學與實踐環節緊密結合，並與之前進行的微機原理、微控制器與嵌入式系統等教學內容相互銜接，對該課程教學內容進行深化、延伸、補充，使學生加深對所學理論知識的理解，達到對教學內容的熟練掌握。通過本課程的學習和實踐，可有效地提高學生的動手能力，培養學生分析問題、解決問題的能力。學生從課堂教學中學到的設計方法可以在實踐環節中加以檢驗和提高。從理論教學、設計題目任務的分析、方案設計、硬體設計及實現、程式設計環境的掌握、軟體設計直到除錯執行，形成一個重實踐類課程教學體系。通過該課程的教學和實踐，既提高了學生的創新意識，又為畢業設計奠定了堅實的基礎。為不斷提高課程的教學質量，我們在教學研究與實踐中，不斷總結經驗，在課堂教學、實驗、課程設計及成績考核等具體環節中採取了一些有效措施，取得了較好的效果。
一、課堂教學內容體系及教學方法改革
課堂教學內容與先修課程微機原理、微控制器與嵌入式系統相銜接，主要講授：資料採集技術、模擬量與控制訊號輸出技術、人機介面技術、通訊介面技術、數字濾波方法、誤差校正和量程自動切換等資料處理演算法、智慧儀器的軟體結構及程式設計方法、儀器自檢與抗干擾技術及其他常用的提高儀器儀表可靠性的硬軟體設計方法等。
1.以應用為主線結合大作業組織教學內容。教學過程中，為強調儀器儀表的整體概念，以大作業形式給出若干儀表設計的實際案例，結合課堂教學的不同階段，分模組設計完成。大作業包括：自動供水系統設計、多路溫度採集系統設計、電引數測量儀表設計等。以電引數綜合測量儀為例，首先明確測量儀的功能和技術指標，由此得到測量儀的整體構成框圖，設計則結合授課章節分階段完成，電引數綜合測量儀可分為：訊號調理部分、多路A/D取樣、人機介面、通訊介面、數字濾波、標度變換與資料計算處理、量程自動切換、抗干擾技術等。每個模組均有多種設計方案或演算法可供選擇，教學中對學生完成的幾種典型方案或演算法進行分析，比較其優缺點及設計方案的合理性，使學生能從工程化的角度理解和掌握課堂講授的理論和設計方法。這樣，既可使學生掌握每個環節的'設計方法，也使其瞭解一個實際工程化的儀器儀表功能要求的多樣性和實現的複雜性。
2.強化儀器儀表智慧化及相關新技術的教學內容。課堂教學中，除介紹智慧儀器可以自動選擇量程、自動儲存測量結果、顯示/列印、自校準、自診斷等初級智慧外，加強了具有更高層次智慧水平儀器方面的知識，如：分析、判斷、推理、學習等在智慧儀器中的實現。同時，將模糊數學、神經網路、專家系統等方面的知識引入到智慧儀器設計。結合火電廠的一些控制裝置，介紹智慧控制方面知識的應用，如：模糊控制、專家控制、自適應控制等。智慧儀器的發展與現代科學技術密切相關，因此教學中也應關注與儀器儀表有關的新理論和新技術及其發展動向。包括現代感測技術、新型元器件及智慧晶片、可程式器件、網路及通訊技術等。如通訊部分，除介紹常規的RS232/422/485、GP-IB通訊介面外，還介紹USB通用序列匯流排、乙太網介面技術、現場匯流排（CAN、HART、Profi_bus等）、藍芽介面技術等內容，利用Internet、GSM/GPRS等公共網路實現儀器儀表資料的遠端傳輸方法。微處理器晶片部分除介紹微控制器外，也講解DSP、ARM、SoC等作為嵌入式CPU用於智慧儀器的設計方法。另外，結合火電廠熱工引數的測量，介紹軟測量技術等新的測量方法及其應用。
3.課內設計型、綜合型實驗教學內容。課內實驗設定要注意兩個方面的問題，一是學時少，二是要避免實驗內容與先修課程重複。因此我們將課內實驗與大作業相結合，如要求設計一個配用熱電偶的溫度測量智慧儀表，對毫伏級電壓訊號進行定時採集，設計訊號調理、多通道採集、人機介面等硬體電路，並綜合運用數字濾波、非線性特性線性化、零點及量程自動校正、標度變換等技術，實時計算顯示出溫度測量值。將其中更有助於智慧儀器概念理解部分中的硬、軟體由學生設計實現方案，自主選擇晶片，用Protel畫出硬體部分原理圖，軟體部分用Visio畫出程式流程圖。將設計方案與智慧儀器實驗箱及實訓模組所採用的方案相比較，分析自己設計方案存在的問題及優缺點，並進行改進。最後用匯編或C51編寫程式，並利用實驗學時在實驗裝置上進行除錯。實驗報告內容包括設計方案說明、硬體原理圖、軟體流程圖及主要程式清單。