4 测控专业的学科体系与人才的知识结构.docx

1、4 测控专业的学科体系与人才的知识结构 4 测控专业的学科体系与人才的知识结构 4.1测控专业的学科体系 主干学科：仪器科学与技术学科 相关学科：光学工程学科、机械工程学科、电子信息工程学科、计算机科学与技术学科、控制科学与工程学科、信息与通讯工程学科。 4.1.1主干学科：仪器科学与技术学科 世界是由物质、能量和信息三大要素组成的。改造客观世界离不开认识客观世界，而认识客观世界是通过人的自身感官和仪器仪表来认识物质、能量和信息完成的。 仪器科学与技术是物质世界信息流程中研究信息的获取、测试和控制技术的一门学科，是人类认识世界，改造世界的重要内容。该学科研究的重点是信息获取中的信息检测、信息处

2、理、信息传输和信息利用的理论和技术，广泛应用于国民经济和国家安全的各个领域，是对物质世界的信息进行测量与控制的技术基础，是观察、测量、计算、记录和控制自然现象与生产过程的工具，是科学研究与实验中不可缺少的重要组成部分。 仪器科学与技术学科作为高新技术领域的工程性学科，涉及物理学、化学、生物学、材料学、机械学、光学、电学、计算机、自动化、通信等多学科知识，是既具有明显专业特征，又结合其他学科内容的多学科技术交叉的综合性学科。是专门研究、开发、制造和应用各种使人类的感觉、思维和体能器官得以延伸的科学技术学科，是使人类能以最佳方式发展生产力和进行科学研究的直接动力和保证手段。 仪器科学与技术学科涵盖

3、的范围有：自动化测控技术及自动化仪表与系统；科学测试、分析技术及科学仪器；信息计测、计量技术及仪器仪表；医疗仪器与系统；专用检测技术及各类专用测量仪器；相关传感器、元器件、制造工艺和材料及基础科学技术。 仪器科学与技术学科的发展水平，是一个国家科技水平和综合国力的重要体现，世界发达国家都高度重视和支持测量控制技术与仪器仪表的发展。工业化的历史表明，谁掌握了测量控制和仪器仪表技术创新的主动权，谁就掌握了科学研究原始创新的关键手段。 仪器科学与技术学科是融合多学科内容的交叉性学科。它以信息获取中的检测、传输、处理及利用为主要任务，探讨和研究仪器科学与技术领域的相关理论、方法和测量控制系统的集成与应

4、用技术。 仪器科学与技术学科的主要研究领域测量控制与仪器仪表技术与计算机技术和通信技术共同组成现代信息科学技术，形成信息科学技术三大支柱。围绕准确、可靠、稳定地获取信息这一中心任务来组织教学，掌握与之相关的理论、技术和方法，是本专业教学的基本出发点。获取信息的方法是多种多样的，本专业的涉及面也是很宽广的。因此，各校可根据自己的实际情况，有侧重地、有特色地在有限的学时内安排教学，满足基本的教学要求，这在整体上也符合人才培养多样性的要求。 4.1.2本专业的相关学科及影响本专业教育的因素 相关学科：光学工程学科、机械工程学科、电子信息工程学科、计算机科学与技术学科、控制科学与工程学科、信息与通讯工

5、程学科。 影响本专业教育的因素主要有下列几方面： 各学科对本专业的影响，光学工程学科是该专业的技术基础之一，主要研究光学测量仪器以及光电测 1 试信息获取与传输的基础理论和应用技术等内容。 机械工程学科是该专业的技术基础之一，主要研究机械测量仪器、光学测量仪器、电子测量仪器的系统构架、运动传递、量值传感、结果指示等内容。 电子信息工程学科是该专业的技术基础之一，主要研究信息获取技术以及与信息处理有关的基础理论和应用技术，实现信号的获取、转换、传输、处理以及设备的控制、驱动和执行功能。 计算机科学与技术学科是该专业的技术基础之一，主要研究测量控制与仪器仪表中的计算机软硬件设计与应用方法以及数字信

6、息的传送与处理技术，推动仪器仪表向着数字化、智能化、虚拟化、网络化方向快速发展。 控制科学与工程学科是该专业的技术基础之一，主要研究自动控制理论和相关算法，为今后在测控技术理论研究和工程实际中提供必要的系统控制概念和方法。 信息与通讯工程学科是该专业的技术基础之一，主要研究信息通讯的基础理论和相关技术，为测量与控制信息的传输提供必要的理论和技术支持。 4.2 本专业人才培养的知识结构 以信息流为主线，按信息技术的专业分工，仪器科学与技术学科是以信息的获取、传输、处理及利用为主要任务，由此来确定测控技术与仪器专业的知识结构和相应的学科基础，这是该专业起统领作用的总纲领和专业建设的指导方针。在这个

7、总纲领下，可以包容多种办学模式，鼓励按照学校的不同特点和专业领域形成自己的人才培养方向和特色。 4.2.1 本专业知识体系一览 本专业知识体系由普通教育（通识教育）、专业教育和综合教育三大部分组成，各部分的教育内容见表1： 2 表1 知识学习体系一览表 类型 项 目 教 育 内 容 人文社会科学 掌握必要的人文、艺术和社会科学基础知识 自然科学 学习自然科学基本规律和掌握认识客观事物的基本方法 经济管理 学习必要的经济管理知识，了解相关的法律内容 普通教育 外语 具备较好的外语交流能力和阅读本专业外文资料能力 （通识教育） 计算机信息技术 具备利用计算机获取信息和处理能力 体育 具备较好的身体

8、素质，掌握身体锻炼的基本方法 知实践训练 进行必要的军事训练、社会实践和工程训练 识内学科基础 学习电子、机械、光学、计算机等相关学科的理论基础 容 本学科专业知识 学习与本专业相关的各理论课程与技术课程 专业教育 专业意识教育 学习和了解专业范围、发展趋势、前沿技术、应用领域等知识 实践能力培养 完成相关的教学实验、工程实践和创新能力培养 思想教育 学习相关的政治理论课程，进行思想道德方面的教育 学术与科技活动 参加课外科技活动，提高资料学习和学术交流能力 综合教育 文体活动 参加文体活动，锻炼身体，提高人际交往能力，提高文学素养 自选活动 根据个人的爱好，选择积极向上的社团组织并参与活动

9、4.2.2 本专业知识体系的知识领域 围绕信息的获取、处理、传输和控制各个信息技术分支所必需的知识和技能来确定专业教育内容、课程设置和实践环节。其知识领域结构可用图1表示： 学科基础知识 电子技术基础类机械工程技术基础光学工程技术基础计算机技术基础类课程 类课程 类课程 课程 信息获取 信息处理 信息传输 信息利用 信息流 专业基础知识 传感器及信号检误差分析与信号测控总线及通信计算机控制及仪 测类课程 处理类课程 技术类课程 器仪表类课程 专业知识 可根据不同学校的实际情况与专业特色选择以下各类课程： 测试理论与技术类课程、精密机械与仪器类课程、微机电系统与微加工工艺类课程、光学测量与仪器类

10、课程、数字图像采集与处理类课程、智能化应用技术类课程、仪器仪表与综合测图1 专业知识结构框架图 试类课程、先进器件与系统设计类课程等 3 4.2.3每个知识领域包含的核心知识单元及应选修的知识单元 本专业知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成，具体内容见表2；核心知识单元（技术型）的知识点内容见表3，特色知识单元内容可由各学校自己选择确定，专业规范不做统一要求。 表2 专业知识体系一览表 知识领域 知识单元 政治理论与形势教育类：政治经济学、马克思主义哲学、毛泽东思想概论、邓小平理论概论、形势与政策等 法律知识思想道德教育类：法律基础、法制安全教育、思想道德修养等 人文素质教育类：健

11、康教育、美学、心理学、演讲与口才艺术、科学研究方法、科技信息检索等 通识教育基础知识 军事教育类：军事理论、军训等 管理类：企业管理概论、市场营销学、国际贸易与经营等 工科基础教育类：高等数学、普通物理、工程图学与计算机绘图、工程数学、体育、英语、计算机文化基础、高级语言程序设计等 电路、信号与系统、测控电子技术基础、精密机械学基础、传感器与检测技术、误差理论与数据学科基础知识 分析、工程光学、嵌入式系统技术、控制理论与技术、信号分析与处理、测控系统集成技术等 专业知识 由各校根据本专业特点确定 表3 核心知识点内容（技术型） 核心知识点1 电路、信号与系统 通过本核心知识点的学习，使学生掌握

12、电路、信号与系统的基本理论和基本的分析方学习目标 法，进一步培养学生的思维推理能力和分析运算能力，为学习电子技术基础、控制理论与技术等后继课程准备必要的电路知识。 1.电路模型和电路定律 2.电阻电路的计算及分析 3.动态电路的分析 4.电路的频率响应和谐振特性 5.拉普拉斯变换 6.二端口电路 基本内容 7.信号与系统的基本概念 8.连续系统的时域分析 9.离散系统的时域分析 10.连续系统的频域分析 11.离散傅里叶变换 12.连续系统的复频域分析 13.离散系统的Z域分析 选修内容 可根据课程需要选择相关内容 核心知识点2 测控电子技术基础 通过本核心知识点的学习，使学生掌握检测电路中模

13、拟电路和数字电路的分析和设计基本方法。正确理解线性与非线性、动态范围、频率与相位、稳态与瞬态、功率与效率、学习目标 反馈与振荡、信号放大电路与功率放大电路等基本概念。掌握数字电路的基本概念、基本原理和基本方法，了解电子设计自动化（EDA）技术和工具。掌握数制与编码、逻辑代数 4 与逻辑函数的知识；掌握组合逻辑电路的分析与设计方法；掌握同步时序逻辑电路的分析和设计方法。 1.半导体器件 2.放大器基础及频率特性 3.负反馈放大器 4.低频功率放大器 5.集成运算放大器的原理及其应用 6.直流稳压电源 7.数制与编码 基本内容 8.逻辑代数与逻辑函数的化简 9.组合逻辑电路 10.触发器 11.时

14、序逻辑电路 12.集成逻辑门 13.脉冲波形的产生与整形 14.检测电路设计方法 选修内容 可根据课程需要选择相关内容 核心知识点3 传感器与检测技术 通过本核心知识点的学习，使学生掌握生产和科研中常用传感器原理与应用，掌握常学习目标 见电信号放大、处理及转换技术，具备较全面的检测电路分析、设计能力，为今后从事测控技术和智能化仪器仪表方面的研究和开发研制打下较好的基础。 1.传感器概论 2.测量方法与测量系统 3.各种传感器 基本内容 4.模拟信号放大技术 5.信号处理技术 6.信号转换技术 7.微弱信号检测及抗干扰技术 选修内容 可根据课程需要选择相关内容 核心知识点4 误差理论与数据分析

15、通过本核心知识点的学习，使学生掌握几何量、机械量以及其他有关物理量的静态测学习目标 量和动态测量的误差理论与数据处理。学习和了解有关误差的基本性质与处理；误差的合成与分配；线性参数的最小二乘法处理与回归分析；动态测试数据处理基本方法等。 1.误差分类 2.精度概念 3.误差的基本性质与处理 基本内容 4.误差的合成与分配 5.线性参数的最小二乘法处理 6.回归分析 1.不确定度分析 选修内容 2.动态测试数据处理基本方法 核心知识点5 精密机械学基础 本内容涵盖工程力学与精密机械设计。通过核心知识点的学习，使学生掌握精密机械的基本理论和分析、计算与设计方法。能够综合应用多门课程知识，分析设计机

16、械系统及学习目标 零、部件的机械结构。为学生在测控技术领域工作和进一步学习打下基础。 1.机构的组成及平面连杆机构 基本内容 2.凸轮与间歇运动机构 5 3.齿轮机构及齿轮传动设计 4.构件的受力分析与计算 5.机械工程常用材料及其工程性能 6.构件受力变形及强度计算 7.联接 8.轴与联轴器 9.零件的几何精度 10.滚动轴承、滑动轴承、弹性轴承、气体支承 11.螺旋传动、带传动 12.弹性元件设计与选用 可根据课程需要选择相关内容 选修内容 工程光学 核心知识点6 工程光学涵盖应用光学与物理光学，通过本核心知识点的学习。奠定学生在光学领域的基本理论基础，使学生对现有光学系统具有分解、分析的

17、能力。重点掌握光学系统的参学习目标 数确定，设计理论及方法，从而具有结构、尺寸计算和设计能力，为学生将来从事测控技术领域的工作、研究打下基础。 1.几何光学的基本定律 2.球面成像理论 3.理想光学系统理论 4.平面光学成像理论 5.光学系统中的光束限制 6.像差基本理论 7.典型光学系统 基本内容 8.光的电磁理论基础 9.光波的叠加与分析 10.光的干涉和干涉仪 11.多光束干涉与光学薄膜 12.光的衍射及傅里叶变换分析法 13.光的偏振与晶体光学基础 选修内容 可根据课程需要选择相关内容 控制理论与技术 核心知识点7 通过本核心知识点的学习，使学生掌握自动控制的基本理论、基本分析方法，学

18、习和了解线性闭环控制系统分析和设计的基本原理和设计方法，为学生进一步学习现代控制理学习目标 论打下基础，提高综合设计能力。 1.自控原理的基本概念 2.线性控制系统的运动方程及传递函数 3.连续控制系统的时域和频域分析方法 4.闭环控制系统的稳定性分析 基本内容 5.闭环控制系统的误差分析 6.闭环控制系统的综合校正 7.计算机控制系统基本概念 选修内容 可根据课程需要选择相关内容 嵌入式系统技术 核心知识点8 6 通过本知识单元的学习，使学生掌握嵌入式系统设计的基本原理、基本方法和典型开发工具，构建嵌入式应用系统体系结构、软件支持、接口与通信等知识构架，注重工程能学习目标 力培养，通过课程学

19、习和实验，学生应能够熟悉一种典型的微处理器体系结构，掌握一套主流的开发工具及其开发方法，具备嵌入式系统软、硬件开发设计的基本能力。 1.数制、编码与运算 2.微处理器、微控制器或专用微处理器 3.存储器系统与寻址方法 4.指令系统 25.中断、定时、UART、IC、PWM等典型功能开发及其应用设计 基本内容 6.总线技术 7.输入/输出接口技术 8.嵌入式系统设计与开发技术 9.嵌入式系统应用实例分析 10.分布嵌入式系统 1.单片机应用技术 选修内容 2.可根据课程需要选择相关内容 信号分析与处理 核心知识点9 通过本核心知识点的学习，使学生掌握和了解数字信号处理理论和技术的发展现状、学习目

20、标 应用领域及其特点；熟练掌握时域离散仪信号和系统的分析基础知识。 1.信号分析与处理概论 2.离散傅里叶变换及其快速算法 3.离散系统的网络结构 4.数字滤波器设计 基本内容 5.信号处理实现 6.随机信号分析基础 7.谱分析 8.随机信号通过线性系统 选修内容 可根据课程需要选择相关内容 测控系统集成技术 核心知识点10 通过本核心知识点的学习，使学生学习和了解近年来国内外本专业最新发展信息，掌握测控系统集成的相关技术，适应今后测控系统及智能化仪器仪表系统研究与开发的需要学习目标 打下较好的基础，使学生明确本专业学习和研究的方向，培养创新意识。 1.现代测量控制与仪器仪表的发展概述 2.传

21、感与测试前沿技术 3.计算机通信基础知识 4.测控总线技术 基本内容 5.智能控制与系统 6.测控系统集成技术 7.测控系统应用技术 选修内容 可根据课程需要选择相关内容注：上述核心知识点为本学科各专业主修内容，但各学校在课程名称确定、教学内容取舍、学时分配上可根据具体情况自 行决定。 7 4.2.4 实践能力培养体系 测控技术与仪器专业要求以实验教学和工艺操作为基础、以设计为主线、以工程训练和科学研究为依托组成实践性环节教学体系，着重培养学生的基本实验技能、工艺操作能力、工程设计能力、科学研究能力和社会实践能力。实践能力培养体系的组成见表4。 表4 实践能力培养体系组成表（技术型） 类别 性

22、质 内容 备 注 物理实验 工程制图与计算机绘图课程上机 高级语言程序设计课程上机 工科基础实践 微机原理与系统设计课程实验 金工实习 可列入工程教育内容 电装实习 可列入工程教育内容 生产实习 可列入工程教育内容 熟悉常用仪器仪表性能和使用方法，掌握电压、电流、必 元件参数 、阻抗、相位、伏安特性的测量方法，基修 本掌握信号波形观测和频率特性测定方法。 类 也可增加机械、光学方面的学科基础实践 掌握分析和设计有源电路的基本方法，掌握数字电路学科基础实验内容。 中组合逻辑电路、同步时序电路的分析和设计方法，基本掌握EDA设计方法，掌握常用信号检测和调理电路的设计方法。 专业基础实践 可根据各学

23、校课程体系具体情况安排 一般不少于三门课程实验 课程设计 专业工程实践 工程设计（含科技竞赛） 可列入工程教育内容 毕业设计 专业课程实验 可根据各学校课程体系具体情况安排 一般不少于五门课程实验 创新性设计及综合性实验 可列入工程教育内容 社会实践调查报告 选 修 专业基本技能培训 可列入工程教育内容 能力扩展实践 类 非专业技能培训 课外科技活动 可列入工程教育内容 社会实践 4.2.5创新训练体系 创新型人才应在共性培养的基础上，通过构建多种培养模式，形成对个性的培养，要在教学与科研密切结合的学术氛围和环境下，系统地对学生进行综合素质教育、专业意识教育和创新思维教育，进一步加强科技实践能

24、力和创造能力的训练，在学习和实践中选拔和培养出优秀的创新型人才。为了加强和突出对本学科专业学生创新能力的培养，本学科专业应构建包括：（1）创新思维和创新方法的训练；（2）本学科研究方 法的训练；（3）大学生创新性实验；（4）开展创业训练等四个方面内容的创新能力训练体系（参见表5）。 8 表5 创新能力训练体系构建表 综合素质高、专业基础扎实、知识面较宽、实践能力强、创新思维活跃、接受过规培养目标 范的科研训练、可独立承担专项课题研究与实践工作创新性人才 训练科目 训练内容 自选研究课题、参加国家级科技竞赛或承担教师科研项目部分工作等 综合能力训练 专业课程教学实验、参加教师科研工作、创业训练等

25、 创新研究方法训练、专项课题研究与实践、参加校/省级科技竞赛 专项能力训练 能力专业基础课程教学实验、创新性、综合性、设计性实验等 训练科技实践能力训练、参加工程实训科目等 体系 实践能力训练 学科基础课程教学实验、实践方法学习 工程训练、基础课程教学实验、科技作品制作 基本能力训练 思想教育、专业意识教育、工程基础知识学习 4.3 本专业的课程体系 1.本专业的课程体系，核心课程和选修课程 测控技术与仪器专业课程体系应由公共基础类课程、学科基础类课程、专业基础类课程和特色专业类课程、教学实践五部分组成。核心课程和主要的选修课程内容见图1：专业知识结构框架图。 各校相关专业可根据本专业情况选择“研究型”或“技术型”人才培养的模式定位， “技术型”的教学与实践体系分配情况如表1所示： 表1： 教学与实践体系分配安排表（技术型） 课程分类 技术型 通识教育基础类课程 42 学科基础类课程 20 专业基础类课程 5 专业类课程 8 实践环节 25 合 计： 100 2.各课程的最少学时数或实验时间（应考虑讲授、网上学习、自学等不同学习形式的差别）。 本专业教学规范对各课程的学时数或实验时间不做具体规定，各校可自行确定。但各校应保证核心课程所需的最少学时数和教学实验时间，选修课程可根据实际情况自行确定。 9