周林 劉樾 胡振濤 金勇

摘要：為了增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、培養(yǎng)學(xué)生的批判思維，彌補(bǔ)工科類(lèi)案例缺少的困境，為控制工程方向的學(xué)生提供案例教學(xué)支撐，開(kāi)展了面向控制工程相關(guān)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)案例平臺(tái)建設(shè)。結(jié)合人才培養(yǎng)的目標(biāo)導(dǎo)向與科學(xué)研究的問(wèn)題導(dǎo)向，依托教師的國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目和軍民融合項(xiàng)目，建立的案例平臺(tái)能為控制工程方向的學(xué)生培養(yǎng)提供教學(xué)和實(shí)踐資源，并為教學(xué)改革提供驗(yàn)證平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：控制工程? 實(shí)踐教學(xué)? 案例平臺(tái)? 教學(xué)改革

Abstract： In order to enhance students' learning autonomy， cultivate students' critical thinking， make up for the lack of engineering cases， and provide case teaching support for students majoring in control engineering， a teaching case platform for control engineering-related course design is built. Combined with the goal orientation of talent training and the problem orientation of scientific research， relying on teachers' national scientific research projects and military civilian integration projects， the established case platform can provide teaching and practice resources for students controlling the direction of engineering， and provide a verification platform for teaching reform.

Key Words： Control engineering; Practical teaching; Case platform; Teaching reform

案例指由各種媒體組合表現(xiàn)的有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義和教學(xué)意義的代表性的事件或現(xiàn)象，屬于混合性、綜合性、知識(shí)內(nèi)容相對(duì)完整的“模塊式”教學(xué)資源[1]。案例平臺(tái)是針對(duì)特定受眾群的多個(gè)案例的集合。案例教學(xué)法起源于美國(guó)，是從知識(shí)向能力轉(zhuǎn)變的一種行之有效的教學(xué)模式，有利于改革傳統(tǒng)概念教學(xué)，它被國(guó)際上很多國(guó)家視為一種從理論到實(shí)踐轉(zhuǎn)換的重要教學(xué)方法。在案例教學(xué)法中，教師不再僅僅進(jìn)行填鴨式授課，學(xué)生也不再緊隨教師的個(gè)人思想進(jìn)行機(jī)械記憶，教師與學(xué)生之間是引領(lǐng)方向與主動(dòng)前進(jìn)的關(guān)系，極大提高了課程中的互動(dòng)性。因此，不管是教師還是學(xué)生，都能從中獲益頗多。但國(guó)內(nèi)案例教學(xué)法的開(kāi)展與國(guó)外相比還沒(méi)有普及，案例平臺(tái)資源供應(yīng)不足、質(zhì)量欠缺，案例庫(kù)建設(shè)對(duì)工科類(lèi)教學(xué)尤為重要。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生主要作為聽(tīng)眾接受知識(shí)，偶爾會(huì)準(zhǔn)備部分課程內(nèi)容走上講堂進(jìn)行講解，這種教學(xué)模式不利于學(xué)生迅速地從研究生學(xué)習(xí)過(guò)渡到實(shí)際工作。而在案例教學(xué)中，學(xué)生主動(dòng)對(duì)手中的案例進(jìn)行學(xué)習(xí)，從圖書(shū)館資料庫(kù)或網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)搜索所需材料，各小組學(xué)生之間互幫互助，增加了團(tuán)隊(duì)交流協(xié)作的能力，通過(guò)向教師請(qǐng)教疑難問(wèn)題能夠加深對(duì)擴(kuò)展知識(shí)的理解。選擇學(xué)生自身參與的案例建設(shè)點(diǎn)，具有天然的優(yōu)勢(shì)，能夠降低門(mén)檻，更容易讓學(xué)生消化并領(lǐng)會(huì)領(lǐng)域知識(shí)，更容易區(qū)分業(yè)務(wù)知識(shí)與開(kāi)發(fā)技術(shù)，主動(dòng)查閱資料的訓(xùn)練更容易快速聚焦，從而使其對(duì)專(zhuān)業(yè)內(nèi)容理解和掌握得更加深刻。通過(guò)對(duì)面向控制工程的教學(xué)案例庫(kù)進(jìn)行建設(shè)，能夠發(fā)展可供教學(xué)的案例庫(kù)的系統(tǒng)性和成熟性，從而提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[2]，為雙一流建設(shè)提供支持，發(fā)展軍民融合建設(shè)。

1? 建設(shè)意義

建設(shè)面向控制工程的教學(xué)案例庫(kù)，既符合實(shí)際軍民需求又迎合國(guó)際形勢(shì)發(fā)展需要，能夠促進(jìn)專(zhuān)業(yè)工程碩士的實(shí)踐教育開(kāi)展[3-5]，既為專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)提供教學(xué)資源，又為專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生的高質(zhì)量培養(yǎng)提供幫助，能夠?yàn)閲?guó)家的雙一流建設(shè)貢獻(xiàn)力量，主要具有以下意義。

1.1 提高教師的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平

案例教學(xué)的基礎(chǔ)是教師具備豐富的教學(xué)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，越是這樣的教師，越能在傳統(tǒng)至新興教學(xué)模式中做到平穩(wěn)過(guò)渡并快速轉(zhuǎn)變。案例教學(xué)要求教師關(guān)注課程領(lǐng)域的前沿動(dòng)向，及時(shí)對(duì)現(xiàn)有案例庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)充與修改。此外，案例教學(xué)能調(diào)動(dòng)教師的教育教學(xué)改革積極性，豐富教學(xué)模式，從而更好地去引領(lǐng)學(xué)生與課程的融合。

1.2 增強(qiáng)研究生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)能力

學(xué)生從機(jī)械學(xué)習(xí)課堂中的死知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樵诮處熞龑?dǎo)下主動(dòng)學(xué)習(xí)原有內(nèi)容與書(shū)本之外的擴(kuò)展內(nèi)容，在案例教學(xué)中，將所學(xué)的理論知識(shí)與具體實(shí)踐的結(jié)合，能發(fā)揮他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中的主導(dǎo)作用，提高學(xué)習(xí)能力并增強(qiáng)批判思維。

1.3 增強(qiáng)師生互動(dòng)

案例教學(xué)過(guò)程中，教師和學(xué)生都積極參與，在學(xué)習(xí)、分析和討論等環(huán)節(jié)起著自己的主導(dǎo)作用，加強(qiáng)了師生交流、活躍了教學(xué)氣氛、強(qiáng)化了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)。

1.4 完善培養(yǎng)體系

目前，專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生以實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)為重點(diǎn)，但工科類(lèi)面向任務(wù)需求案例庫(kù)的案例源奇缺;研究所、院校的需求任務(wù)的第一手資料的獲取機(jī)會(huì)不多;案例數(shù)量不足、質(zhì)量難以保證。通過(guò)案例庫(kù)的建設(shè)，可以改革教學(xué)模式、豐富教學(xué)資源，最終有利于完善工科類(lèi)研究生培養(yǎng)體系。

2? 現(xiàn)狀分析

在我國(guó)，教育部和人力資源社會(huì)保障部在2015年聯(lián)合發(fā)布了《教育部關(guān)于加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見(jiàn)》。意見(jiàn)中指出，要發(fā)展專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生教育，深入推進(jìn)培養(yǎng)模式改革，加快完善體制機(jī)制，不斷提高教育質(zhì)量;要求培養(yǎng)單位和全國(guó)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生教育指導(dǎo)委員會(huì)要積極組織有關(guān)授課教師在準(zhǔn)確把握案例教學(xué)實(shí)質(zhì)和基本要求的基礎(chǔ)上，致力于案例編寫(xiě)，同時(shí)吸收行業(yè)、企業(yè)骨干以及研究生等共同參與。鼓勵(lì)教師將編寫(xiě)教學(xué)案例與案例的科學(xué)研究相結(jié)合，編寫(xiě)過(guò)程注重理論與實(shí)際相結(jié)合，開(kāi)發(fā)和形成一大批基于真實(shí)情境、符合案例教學(xué)要求、與國(guó)際接軌的高質(zhì)量教學(xué)案例。將優(yōu)秀教學(xué)案例、教材編寫(xiě)、行業(yè)服務(wù)等教學(xué)、實(shí)踐、服務(wù)成果納入專(zhuān)業(yè)學(xué)位教師考核評(píng)價(jià)體系;專(zhuān)業(yè)學(xué)位論文應(yīng)反映研究生綜合運(yùn)用知識(shí)技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力和水平，可將研究報(bào)告、規(guī)劃設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、案例分析、管理方案、發(fā)明專(zhuān)利、文學(xué)藝術(shù)作品等作為主要內(nèi)容，以論文形式表現(xiàn);案例教學(xué)、實(shí)踐基地建設(shè)等改革試點(diǎn)成效將作為培養(yǎng)單位申請(qǐng)新增專(zhuān)業(yè)學(xué)位授權(quán)點(diǎn)及專(zhuān)業(yè)學(xué)位授權(quán)點(diǎn)定期評(píng)估的重要內(nèi)容。案例教學(xué)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)必將成為我國(guó)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)的重要方式和發(fā)展趨勢(shì)，所以如何突破案例教學(xué)的現(xiàn)有困境就成為亟待解決的重要課題。

本院的專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生類(lèi)別為電子信息專(zhuān)業(yè)，方向?yàn)榭刂乒こ蹋芯可囵B(yǎng)的目的是為社會(huì)提供技術(shù)服務(wù)。教師扮演著傳授知識(shí)和協(xié)調(diào)技術(shù)轉(zhuǎn)化的角色，教師在講授理論知識(shí)的同時(shí)，應(yīng)通過(guò)案例教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生參與理論與實(shí)踐的結(jié)合活動(dòng)。目前，案例教學(xué)中所用的國(guó)內(nèi)案例庫(kù)大多來(lái)源于中國(guó)專(zhuān)業(yè)學(xué)位案例中心[6]，但案例庫(kù)種類(lèi)為會(huì)計(jì)、公共管理、教育、工商管理、法律等案例，缺少工科類(lèi)的案例，無(wú)法為現(xiàn)有的電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生提供案例教學(xué)支撐。

2018年，習(xí)近平主持召開(kāi)中央軍民融合發(fā)展委員會(huì)第二次全體會(huì)議時(shí)指出：要抓好《關(guān)于加強(qiáng)軍民融合發(fā)展法治建設(shè)的意見(jiàn)》貫徹實(shí)施，推進(jìn)軍民融合領(lǐng)域立法;通過(guò)戰(zhàn)略性重大工程有效推動(dòng)科技創(chuàng)新。通過(guò)建立軍民融合的科技創(chuàng)新體系，發(fā)展軍民兩用技術(shù)，促進(jìn)軍民兩個(gè)領(lǐng)域的雙向技術(shù)交流，實(shí)現(xiàn)軍民雙贏。為了響應(yīng)軍民融合國(guó)家戰(zhàn)略，積極應(yīng)用信息技術(shù)，深入開(kāi)發(fā)、廣泛利用信息資源，培養(yǎng)適應(yīng)軍民融合要求的創(chuàng)新人才，因此，在不同任務(wù)需求下需要建立案例，為培養(yǎng)人才提供教學(xué)參考[7-] [8]。

3? 建設(shè)內(nèi)容

案例平臺(tái)建設(shè)結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案主要由5個(gè)部分組成，如圖1所示，在此框架下進(jìn)行建設(shè)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。

以需求為依托，從開(kāi)發(fā)遇到的關(guān)鍵問(wèn)題入手，開(kāi)展面向控制工程的教學(xué)案例平臺(tái)建設(shè)，建設(shè)的主要內(nèi)容如下。

3.1 需求分析

需求分析就是解決“做什么”的問(wèn)題，是整個(gè)方案建設(shè)的開(kāi)端，解決了這一步，就能對(duì)其進(jìn)行分析與規(guī)劃，其目的就是將人的需求轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)軟件的需求，需求分析的開(kāi)發(fā)過(guò)程包括獲取需求、確認(rèn)需求、分析及維護(hù)需求、評(píng)審需求材料、創(chuàng)建需求。

3.2 概要設(shè)計(jì)

概要設(shè)計(jì)也稱(chēng)總體設(shè)計(jì)，這一階段能為計(jì)算機(jī)軟件的需求提供大致思路，其開(kāi)發(fā)過(guò)程主要包含3個(gè)方面。首先是系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)，通過(guò)需求框架定義組成系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)環(huán)境等;其次是軟件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，用于定義構(gòu)造子系統(tǒng)的功能模塊、模塊接口、模塊之間的調(diào)用與返回關(guān)系，以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)等。通過(guò)將系統(tǒng)架構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可以得到最終的需求。

3.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

詳細(xì)設(shè)計(jì)就是對(duì)上一步驟中的簡(jiǎn)潔抽象思路具象化，如同在骨架中增添鮮血與肌肉紋理，使原本沒(méi)有生命的架構(gòu)富含活力，展現(xiàn)出更加形象完整的形態(tài)。這一步將總體設(shè)計(jì)中的架構(gòu)與模塊作為依據(jù)，賦予的局部任務(wù)和對(duì)外接口，體現(xiàn)出每個(gè)部分的算法、流程與狀態(tài)轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。

3.4 實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

實(shí)現(xiàn)就是正式進(jìn)入編碼階段。為了更好地滿足用戶需求，工作者要深入掌握專(zhuān)業(yè)技能時(shí)刻注意用戶的想法動(dòng)向，便于更新軟件程序，高效實(shí)現(xiàn)。編碼過(guò)程需注意全面兼容性能等，因此完成后需要進(jìn)行功能測(cè)試。

3.5 運(yùn)行維護(hù)

項(xiàng)目開(kāi)展之后，當(dāng)硬件環(huán)境發(fā)生變化，或在系統(tǒng)軟件使用后就進(jìn)入運(yùn)行維護(hù)階段。通常以源代碼為基本依據(jù)、以用戶的新需求為主要依據(jù)進(jìn)行，類(lèi)似于常見(jiàn)的電腦和手機(jī)軟件的版本更新操作，占據(jù)軟件生命周期中的絕大部分，只要軟件還在投入使用，運(yùn)行程序修改維護(hù)就是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。

3.6 實(shí)施方案

項(xiàng)目完成之后，系統(tǒng)還不能馬上投入使用，因?yàn)闊o(wú)法保證后期用戶應(yīng)用的質(zhì)量效果。為了確保達(dá)到良好的開(kāi)發(fā)結(jié)果，除了盡可能提高開(kāi)發(fā)質(zhì)量之外，還要求工作者進(jìn)行一系列調(diào)試、測(cè)評(píng)與培訓(xùn)等工作，這就是具體的項(xiàng)目實(shí)施。

3.7 綜合項(xiàng)目1——多源信息融合仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

多源信息融合仿真系統(tǒng)提供了良好的人機(jī)交互接口，以及多種融合和濾波算法的選擇。該仿真系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)同類(lèi)/異類(lèi)標(biāo)量、矢量多傳感器量測(cè)數(shù)據(jù)的模擬生成、融合處理及各類(lèi)融合方法在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)中可行性和有效性的驗(yàn)證，提供一個(gè)通過(guò)融合異類(lèi)傳感器信息實(shí)現(xiàn)目標(biāo)認(rèn)知可靠性提升方式的研究平臺(tái)。

3.8 綜合項(xiàng)目2——多源信號(hào)處理仿真及測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

多源信號(hào)處理仿真及測(cè)試系統(tǒng)采用雙通道高速視頻信息采集，多串口協(xié)同通信、多線程圖像顯示及處理等技術(shù)搭建，分為一體化對(duì)抗和雙脈沖引偏兩個(gè)設(shè)備平臺(tái)。一體化對(duì)抗設(shè)備平臺(tái)包括紅外圖像的獲取、顯示，威脅目標(biāo)信息的獲取、顯示及對(duì)威脅目標(biāo)的近紅外和遠(yuǎn)紅外目標(biāo)干擾等功能。雙脈沖引偏設(shè)備平臺(tái)包括原始視頻圖像的獲取、顯示，激光告警信息獲取、顯示及對(duì)目標(biāo)發(fā)射激光干擾等功能。

該軟件基于C#語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)和開(kāi)發(fā)，具有Windows風(fēng)格的操作界面，能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸顯示，對(duì)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將結(jié)果清晰、直觀地顯示在軟件主界面上，并且具備歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。

3.9 綜合項(xiàng)目3——機(jī)載多加速度計(jì)協(xié)同量測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

機(jī)載多加速度計(jì)協(xié)同量測(cè)系統(tǒng)分別從硬件、軟件上研制空投加速度記錄儀和信息處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的記錄儀用于測(cè)量空投設(shè)備在開(kāi)傘和落地瞬間的沖擊力，記錄被空投設(shè)備在空中的加速度信息，應(yīng)用于空投裝備抗沖擊力的測(cè)試;同時(shí)，信息處理系統(tǒng)用于采集、處理、分析和存儲(chǔ)記錄儀的信號(hào)。

3.10 綜合項(xiàng)目4——機(jī)載/艦載多傳感器智能協(xié)同管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

機(jī)載/艦載多傳感器智能協(xié)同管理系統(tǒng)是建立一種傳感器協(xié)同管理仿真軟件框架，可方便地進(jìn)行有針對(duì)性的機(jī)載傳感器協(xié)同管理仿真。軟件系統(tǒng)功能模塊的交互界面主要包括5個(gè)部分：任務(wù)控制區(qū)、模型配置區(qū)、數(shù)據(jù)圖形顯示區(qū)、綜合數(shù)據(jù)區(qū)、系統(tǒng)日志顯示區(qū)。

本系統(tǒng)基于MS Visual C++ 6.0設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了XJTU軟件包。軟件包包括任務(wù)生成仿真平臺(tái)、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型、衛(wèi)星模型、雷達(dá)模型和總控模型。所有模型均采用dll方式，用戶可用相同接口的dll模型進(jìn)行更換。

通過(guò)以上案例平臺(tái)的建設(shè)，學(xué)生可以更了解控制工程專(zhuān)業(yè)中理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化的過(guò)程。針對(duì)不同的工程任務(wù)需求，聚焦的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)不同，可以從不同的案例中剝離出相同的理論知識(shí)和適用于本專(zhuān)業(yè)的開(kāi)發(fā)技術(shù)。此外，隨著開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的積累和提煉，該案例平臺(tái)可以按照工程任務(wù)需求進(jìn)行不斷擴(kuò)充，使案例平臺(tái)建設(shè)得更加豐富。

4? 結(jié)論

通過(guò)本文的案例平臺(tái)建設(shè)，可以從不同的案例中剝離出相同的理論知識(shí)和適用于本專(zhuān)業(yè)的開(kāi)發(fā)技術(shù)，將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，提高教育教學(xué)創(chuàng)新質(zhì)量，響應(yīng)國(guó)家關(guān)于人才培養(yǎng)導(dǎo)向?；谝延许?xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)可以建立豐富的案例庫(kù)，但隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、協(xié)同等新技術(shù)的出現(xiàn)，案例平臺(tái)建設(shè)有必要繼續(xù)與時(shí)代接軌，不斷融入新知識(shí)和新技術(shù)，在應(yīng)用于本專(zhuān)業(yè)的案例教學(xué)同時(shí)，還對(duì)其他創(chuàng)新研修課的教學(xué)提供一定借鑒。

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基金項(xiàng)目：河南省“十四五”普通高等教育規(guī)劃教材立項(xiàng)建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：CX3010A0950024）

作者簡(jiǎn)介：周林（1975—），女，博士，副教授，研究方向?yàn)橄到y(tǒng)偏差估計(jì)、多源信息融合、傳感器管理等。

通訊作者：劉樾（1997—），女，碩士，研究方向?yàn)閭鞲衅鞴芾?、目?biāo)跟蹤等。E-mail：liuyue@henu.edu.cn。

3209501908286