李少年 魏列江 梁金梅 王小睿

[摘 要]為了提升學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力，該研究根據(jù)新工科人才培養(yǎng)要求，構(gòu)建了包含實驗、實習(xí)、設(shè)計、科研創(chuàng)新課程等環(huán)節(jié)的實踐教學(xué)體系，教學(xué)內(nèi)容與能源動力裝備及系統(tǒng)相結(jié)合，培養(yǎng)面向能源動力裝備及系統(tǒng)的測控技術(shù)與儀器專業(yè)新工科人才。

[關(guān)鍵詞]新工科;測控技術(shù)與儀器專業(yè);實踐教學(xué);能源動力裝備及系統(tǒng)

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）12-0053-03

新工科是高校培養(yǎng)工程人才的新要求，2017年2月以來，教育部及相關(guān)部門積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”，并且發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，推動中國工程教育變革，探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗，助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)。新工科包括傳統(tǒng)工科專業(yè)的新模式建設(shè)和開設(shè)新工科專業(yè)。中國工程教育對新工科提出的要求主要體現(xiàn)在新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系這五個方面[1]。新工科同時提倡多學(xué)科的交叉與融合。

測控技術(shù)與儀器專業(yè)是機(jī)械、電子、測量與控制等多個學(xué)科知識綜合以及現(xiàn)代傳感技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和精密機(jī)械制造等多種高新技術(shù)交叉應(yīng)用的前沿性、綜合性專業(yè)。這個專業(yè)的應(yīng)用范圍較廣，畢業(yè)生可從事測控系統(tǒng)與儀器的產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)開發(fā)、工程應(yīng)用、科學(xué)研究和運(yùn)行管理等方面的工作。雖然測控技術(shù)與儀器專業(yè)是傳統(tǒng)工科專業(yè)，但其本身就是一個多學(xué)科交叉融合、位于科技發(fā)展前沿的綜合性專業(yè)。蘭州理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)以電子、機(jī)械、測量與控制理論為基礎(chǔ)，與所在學(xué)院的水力機(jī)械、液壓傳動和新能源等學(xué)科緊密結(jié)合。該專業(yè)提出以能源動力裝備及系統(tǒng)為測控對象，測控對象明確，學(xué)科特色鮮明，具有綜合性、交叉性和前沿性的特點，與新工科建設(shè)思想不謀而合。蘭州理工大學(xué)的這個專業(yè)歷年學(xué)生就業(yè)率接近100%，有將近一半的畢業(yè)生其工作內(nèi)容會涉及能源動力裝備及系統(tǒng)。

實踐教學(xué)可以提升學(xué)生的實踐能力，進(jìn)而提高教師教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。新工科建設(shè)要求培養(yǎng)新工科人才的工程實踐能力、學(xué)科交叉能力、創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力、人文素養(yǎng)和社會責(zé)任等[2]。蘭州理工大學(xué)提出開展面向能源動力裝備及系統(tǒng)的測控技術(shù)與儀器專業(yè)新工科建設(shè)，這就需要從實踐教學(xué)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上對實踐教學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化與細(xì)化，特別是要做好與能源動力裝備及系統(tǒng)測控對象相結(jié)合的問題，使其達(dá)到培養(yǎng)新工科人才實踐能力的要求。

一、測控技術(shù)與儀器專業(yè)新工科實踐教學(xué)體系的構(gòu)建

（一）實踐教學(xué)體系

測控技術(shù)與儀器專業(yè)屬于工程類專業(yè)，除了要向?qū)W生講授專業(yè)理論知識以外，主要培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。實踐能力包括基本實踐能力、專業(yè)實踐能力以及創(chuàng)新實踐能力三個層次?；緦嵺`能力主要在公共基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段培養(yǎng)，學(xué)生通過對數(shù)學(xué)、物理、計算機(jī)等知識的學(xué)習(xí)，鍛煉基本的實驗操作、實驗數(shù)據(jù)分析、對自然科學(xué)與工程技術(shù)基本原理進(jìn)行驗證的能力。專業(yè)實踐能力要求學(xué)生能夠以傳感器、測試?yán)碚?、精密機(jī)械、工程光學(xué)、微機(jī)原理、自動控制等專業(yè)課程知識為基礎(chǔ)，掌握測量、控制、儀表、誤差處理等方面的專業(yè)綜合實踐能力。創(chuàng)新實踐能力則要求學(xué)生在前兩個能力的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展，通過專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，能夠掌握測控系統(tǒng)與儀器的分析、設(shè)計、制造、維護(hù)、回收等相關(guān)步驟的操作，擁有分析、解決復(fù)雜工程問題的系統(tǒng)思維能力[3-4]。

我們根據(jù)測控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)與要求和實踐課程教學(xué)大綱的相關(guān)規(guī)定，構(gòu)建了完善的以“驗證型—綜合設(shè)計型—研究創(chuàng)新型”為架構(gòu)的三層次實踐教學(xué)體系。其具體環(huán)節(jié)包括課內(nèi)實驗、獨立授課實驗、課程設(shè)計、實習(xí)、科研創(chuàng)新訓(xùn)練課和畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)，工程實踐與畢業(yè)設(shè)計總學(xué)分符合工程教育專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)分比例要求[5-6]。

測控技術(shù)與儀器專業(yè)的實踐教學(xué)充分利用校內(nèi)外實習(xí)單位的各種實踐資源，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、協(xié)作精神以及綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的工程實踐能力與創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，以適應(yīng)測控行業(yè)對專業(yè)人才的多層次需求。

（二）主要實踐環(huán)節(jié)及其對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)

1.實驗課程

實驗課程可以讓學(xué)生更好地理解消化所學(xué)的理論知識，本專業(yè)的實驗課程包括課內(nèi)實驗和獨立授課實驗。課內(nèi)實驗指理論課程中間安排的實驗，比如傳感器原理及應(yīng)用實驗、光電檢測技術(shù)實驗、智能儀表原理與設(shè)計實驗、測控電路實驗等。電類實驗需要學(xué)生搭建電路、測量電路參數(shù);流體力學(xué)和液壓傳動相關(guān)實驗需要學(xué)生觀察并記錄流體的壓力、流量等過程參數(shù)，通過分析得到相關(guān)的實驗結(jié)論。而獨立授課實驗則為獨立開設(shè)、獨立考核的實驗課程，比如大學(xué)物理實驗、流體控制工程實驗。

要根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和特長，圍繞課程體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)綜合性、設(shè)計型和創(chuàng)新型實驗項目。教師在教學(xué)中要以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，在項目中做好輔助和指導(dǎo)，設(shè)計合理的目標(biāo)和技術(shù)路線。學(xué)生要提前預(yù)習(xí)，自行設(shè)計實驗的具體方案，進(jìn)行實驗操作并得到實驗結(jié)果。

基礎(chǔ)課程實驗在開課學(xué)院的實驗室進(jìn)行，專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的實驗在本專業(yè)的實驗室進(jìn)行。蘭州理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院目前的實驗室有測控技術(shù)綜合實驗系統(tǒng)、流體控制工程實驗臺、光電傳感器綜合實驗儀、測控電路實驗臺、電液控制放大器及系統(tǒng)實驗平臺等，另有一些相關(guān)的檢測器件，可以保證實驗的正常開課。

2.課程設(shè)計

課程設(shè)計是課程教學(xué)的深化和延伸，也是進(jìn)行專業(yè)實踐能力訓(xùn)練的主要方式之一，對引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)綜合知識、培養(yǎng)其知識運(yùn)用能力和提高其工程實踐能力起著十分關(guān)鍵的作用。根據(jù)蘭州理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程設(shè)置，學(xué)生需要完成四個課程設(shè)計，即電子技術(shù)課程設(shè)計、微機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計、精密機(jī)械課程設(shè)計、傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計。這四個課程設(shè)計所歸屬的課程群各不相同。前兩個在基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)階段進(jìn)行，主要培養(yǎng)學(xué)生對電子電路和微機(jī)系統(tǒng)的分析、設(shè)計能力。精密機(jī)械課程設(shè)計屬于機(jī)械模塊課程，培養(yǎng)學(xué)生的精密機(jī)械設(shè)計能力，完成設(shè)計對象的相關(guān)計算、標(biāo)準(zhǔn)的選用和機(jī)械圖的繪制。傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生掌握傳感器及其處理電路設(shè)計的方法和步驟。通過課程設(shè)計這個環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠系統(tǒng)鞏固和運(yùn)用所學(xué)的理論知識，提高文字編寫、文獻(xiàn)查閱、繪圖和計算能力。

3.實習(xí)環(huán)節(jié)

實習(xí)環(huán)節(jié)是學(xué)生接觸測控技術(shù)與儀器專業(yè)相關(guān)企業(yè)、鞏固和拓展專業(yè)理論知識、培養(yǎng)實踐能力的重要途徑，在學(xué)生綜合能力培養(yǎng)方面具有不可或缺的作用。在新工科專業(yè)建設(shè)過程中，尤其應(yīng)注重教學(xué)環(huán)節(jié)與生產(chǎn)實踐的結(jié)合。根據(jù)專業(yè)人才畢業(yè)要求，測控技術(shù)與儀器專業(yè)的實習(xí)包含校內(nèi)實習(xí)和校外實習(xí)兩大部分[7]。

校內(nèi)實習(xí)為金工實習(xí)，主要內(nèi)容為與機(jī)械制造相關(guān)設(shè)備及其工藝相關(guān)的訓(xùn)練，訓(xùn)練環(huán)節(jié)包括車、鉗、銑、刨、磨等工種。校外實習(xí)有生產(chǎn)實習(xí)與畢業(yè)實習(xí)兩類。

生產(chǎn)實習(xí)是在學(xué)生完成電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)后進(jìn)行的。由企業(yè)具有豐富實踐經(jīng)驗的工程技術(shù)人員與學(xué)校指導(dǎo)教師共同負(fù)責(zé)指導(dǎo)。實習(xí)內(nèi)容分為兩部分：一部分是工廠生產(chǎn)線的參觀學(xué)習(xí);另一部分是針對實習(xí)單位的產(chǎn)品進(jìn)行電路分析、故障檢測與排除，練習(xí)電路板的手工焊接技能，彌補(bǔ)理論教學(xué)中存在的不足。通過實習(xí)，學(xué)生能夠聯(lián)系生產(chǎn)實際獲取電子電路設(shè)計、制造、試驗、故障診斷等方面的相關(guān)知識。

畢業(yè)實習(xí)是在學(xué)生完成全部理論課程學(xué)習(xí)后進(jìn)行的。通過在相關(guān)企業(yè)或者企業(yè)相關(guān)測控產(chǎn)品生產(chǎn)線的實習(xí)，學(xué)生可以全面、系統(tǒng)地學(xué)習(xí)測控技術(shù)與儀器在生產(chǎn)中的應(yīng)用，了解生產(chǎn)管理經(jīng)驗，為畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

學(xué)生在實習(xí)過程中可以了解相關(guān)行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，思考測控系統(tǒng)與儀器設(shè)計的實踐和解決方案對健康、安全、經(jīng)濟(jì)、文化及倫理的影響，理解測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域?qū)嵺`對環(huán)境保護(hù)、社會可持續(xù)發(fā)展的影響和意義，學(xué)會在實踐中遵守職業(yè)道德和規(guī)范，履行職業(yè)責(zé)任和義務(wù)。

4.科研創(chuàng)新訓(xùn)練課

科研創(chuàng)新訓(xùn)練課程是測控技術(shù)與儀器2017版培養(yǎng)計劃新增課程，屬于創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教學(xué)模塊課程。這個專業(yè)在本科第三學(xué)期將學(xué)生分為幾個指導(dǎo)小組進(jìn)入教師課題組。采取小組討論的教學(xué)方式，除了開展科研項目研究以外，還對學(xué)生的科研創(chuàng)新進(jìn)行指導(dǎo)，推薦其優(yōu)秀作品參加各類科研創(chuàng)新競賽。其教學(xué)過程踐行創(chuàng)新理念，培養(yǎng)知識基礎(chǔ)扎實、動手能力強(qiáng)、創(chuàng)新意識強(qiáng)的高素質(zhì)測控技術(shù)與儀器專業(yè)人才。

5.畢業(yè)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計的基本目的是要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和基本技能，提高分析和解決實際問題以及從事科學(xué)研究的能力，培養(yǎng)學(xué)生的刻苦鉆研精神和認(rèn)真負(fù)責(zé)、實事求是的科學(xué)態(tài)度，得到測控工程師的實際訓(xùn)練。畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的總結(jié)和提高，是學(xué)生畢業(yè)找工作和今后發(fā)展的基礎(chǔ)和起點， 對于測控技術(shù)與儀器專業(yè)來說非常重要。畢業(yè)設(shè)計要求學(xué)生就選定的課題進(jìn)行工程設(shè)計和研究，經(jīng)過方案設(shè)計、原理設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、調(diào)試等環(huán)節(jié)，最后完成實物產(chǎn)品制作。每位學(xué)生獨立負(fù)責(zé)部分模塊，最后所有模塊形成一個整體。

蘭州理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計以測控系統(tǒng)或者測控儀器設(shè)計為主要內(nèi)容，題目要符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)要求，主要來源于生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究，能夠與科研和生產(chǎn)實際相結(jié)合，反映現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平，體現(xiàn)本專業(yè)工程能力的訓(xùn)練水平，使學(xué)生得到比較全面的綜合訓(xùn)練。歷年的測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生畢業(yè)設(shè)計都屬于工程實踐類選題。

2017年，測控技術(shù)與儀器專業(yè)開展畢業(yè)設(shè)計一年制改革，學(xué)生按照科研訓(xùn)練課程分組。學(xué)生第六學(xué)期在導(dǎo)師課題組結(jié)合科研項目下發(fā)的設(shè)計任務(wù)做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備與前期設(shè)計工作，第七學(xué)期在上課的同時也做畢業(yè)設(shè)計，第八學(xué)期進(jìn)入集體設(shè)計階段。自實行畢業(yè)設(shè)計一年制以來，學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量得到明顯提升。在完成畢業(yè)設(shè)計過程中學(xué)生不僅僅能夠全面運(yùn)用所學(xué)知識，還能夠為日后融入相關(guān)行業(yè)奠定基礎(chǔ)。

二、實踐教學(xué)內(nèi)容與能源動力裝備及系統(tǒng)的結(jié)合情況

蘭州理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)提出以能源動力裝備及系統(tǒng)為測控對象，在理論教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)開展過程中，將教學(xué)內(nèi)容與能源動力裝備及系統(tǒng)知識相結(jié)合，讓學(xué)生得到相關(guān)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的鍛煉。

實驗課程，比如流體控制工程實驗、工程流體力學(xué)實驗，其實驗內(nèi)容涉及溫度、壓力、流量等熱功量的測量與控制。

課程設(shè)計中的傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計，安排有能源動力裝備及系統(tǒng)用到的傳感器設(shè)計與應(yīng)用知識，有助于培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計其相關(guān)檢測器件的能力。精密機(jī)械課程設(shè)計的內(nèi)容為二級精密檢測裝置和其他精密機(jī)械系統(tǒng)，屬于能源動力轉(zhuǎn)換元件。

畢業(yè)實習(xí)主要在傳感器、半導(dǎo)體、試驗機(jī)和機(jī)床等五類單位進(jìn)行，這五類實習(xí)單位各有特點，涉及機(jī)械、電子、儀表等學(xué)科，實習(xí)內(nèi)容所涉及的知識符合測控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)要求。

傳感器公司的主要產(chǎn)品是多種流體工程領(lǐng)域用的壓力傳感器和變送器，從擴(kuò)散硅芯片、注油芯體到各類傳感器電路、變送器電路、控制器、顯示模塊等產(chǎn)品，生產(chǎn)過程完整，學(xué)生可以看到整個傳感器的生產(chǎn)工藝流程以及測試和試驗流程，能夠?qū)Ω黝悏毫鞲衅鞯年P(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備和工藝有較深入的認(rèn)識，為接下來的畢業(yè)設(shè)計和工作后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下較好的基礎(chǔ)。

半導(dǎo)體公司的主要產(chǎn)品為半導(dǎo)體集成芯片，學(xué)生身穿防靜電服進(jìn)入對環(huán)境要求嚴(yán)格的芯片生產(chǎn)車間，對典型芯片生產(chǎn)的切片、涂膜、光刻、測試、封裝等工藝進(jìn)行實習(xí)，能夠加深對半導(dǎo)體知識的理解。另外還到泵站芯片生產(chǎn)的泵站及其系統(tǒng)處實習(xí)。

所安排的實習(xí)單位試驗機(jī)廠是我國材料試驗機(jī)和力學(xué)試驗機(jī)的主要生產(chǎn)廠家。實習(xí)內(nèi)容為微機(jī)控制電液伺服試驗機(jī)的液壓伺服控制系統(tǒng)的組成，電液伺服閥動、靜態(tài)指標(biāo)，壓力的測量，傳感器的選用，壓力信號的傳輸，控制信號的類型，常用的上位機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)軟件等，測控對象、工作任務(wù)明確。

機(jī)床廠的主要產(chǎn)品為多種常用機(jī)床和液壓機(jī)械，學(xué)生在機(jī)床生產(chǎn)線實習(xí)，學(xué)習(xí)各個工藝過程，主要內(nèi)容包括液壓機(jī)械組成、工作原理、信號的檢測方法、傳感器的選用等。

測控技術(shù)與儀器專業(yè)自創(chuàng)建以來，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的選題多數(shù)來自教師的科研項目，涉及液壓傳動、流體機(jī)械、流體參數(shù)測量、生物質(zhì)能和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等相關(guān)測控技術(shù)，與能源動力裝備及系統(tǒng)測控對象結(jié)合最為緊密。比如能源方面的題目有“太陽熱能與生物質(zhì)能互補(bǔ)供能系統(tǒng)的壓力測控系統(tǒng)設(shè)計”“太陽能電池板自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計”“風(fēng)機(jī)外場特性測試系統(tǒng)設(shè)計”等，流體機(jī)械和液壓傳動方面的題目有“電液伺服閥靜態(tài)性能測試系統(tǒng)的設(shè)計”“氣液兩相流泵試驗臺分布式測控系統(tǒng)設(shè)計”“基于RS485總線的液壓泵性能試驗臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計”等，流體參數(shù)測量方面的題目有“人工心臟瓣膜返流量微機(jī)測試系統(tǒng)”等。指導(dǎo)教師要求嚴(yán)格，學(xué)生工作量飽滿，通過畢業(yè)設(shè)計的訓(xùn)練，學(xué)生對于能源動力工程領(lǐng)域的測控技術(shù)有了一個全面的了解。

蘭州理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)的實踐教學(xué)內(nèi)容與能源動力裝備及系統(tǒng)結(jié)合較為緊密，學(xué)生在學(xué)習(xí)測控專業(yè)知識的同時，對于能源動力裝備及系統(tǒng)方面的基礎(chǔ)知識與應(yīng)用知識也有深入的認(rèn)識，能夠?qū)崿F(xiàn)測控技術(shù)與儀器專業(yè)知識與能源動力裝備及系統(tǒng)學(xué)科知識的交叉融合。

三、結(jié)語

測控技術(shù)與儀器專業(yè)是一個多學(xué)科交叉融合、與科技發(fā)展進(jìn)步聯(lián)系密切的綜合性專業(yè)。為了培養(yǎng)更多優(yōu)秀的測控專業(yè)人才，蘭州理工大學(xué)以工程實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，構(gòu)建測控技術(shù)與儀器專業(yè)的實踐教學(xué)體系。其教學(xué)內(nèi)容與測控對象能源動力裝備及系統(tǒng)相結(jié)合，所構(gòu)建的實踐教學(xué)體系能夠有助于培養(yǎng)具有較強(qiáng)的工程實踐能力、學(xué)科交叉能力、創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力的新工科人才。

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[7] 萬里冰，齊紅元.改進(jìn)測控技術(shù)與儀器專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)的思考與實踐[J].大學(xué)教育，2018（8）：67-69.

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