張濤 齊永奇 李恒燦

摘 要：為適應新工科建設的需求和智能制造的產(chǎn)業(yè)需求，本研究針對測控專業(yè)本科教學的培養(yǎng)要求，提出了加強課程之間的融合，以知識點重構教學方案，打造“線上線下混合、加強學生參與、深化校企合作”的教學模式，為培養(yǎng)本科生解決復雜工程問題的能力提供了思路，并通過機器視覺課程群的建設，推動測控專業(yè)一流學科建設，探索新工科背景下的智能制造技術人才的培養(yǎng)模式。

關鍵詞：新工科;機器視覺;課程群

《中國制造2025》是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年行動綱領。《中國制造2025》提出一個目標：實現(xiàn)制造業(yè)大國向制造業(yè)強國的轉變。智能制造是主要攻堅方向之一。機器視覺為智能制造提供了參考依據(jù)。新工科建設是教育部提出的一項持續(xù)深化工程教育改革的重大行動計劃。新工科建設對高校工程教育提出了明確的要求，即培養(yǎng)具有較強行業(yè)背景知識、工程實踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的技術技能型和綜合應用型人才。

為了適應新工科環(huán)境下的專業(yè)建設，很多高校順應時代需要，紛紛開設與機器視覺相關的課程。機器視覺是一門理論性和工程性都很強的技術，是多個學科和多個課程的融合，前端與傳感器原理、模電、光學等課程相關，后端與信號與系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理、控制理論等課程相關。目前，多數(shù)高校只是開設單一視覺課程，如果該課程內容過多，由于學時限制，各種技術往往是簡單介紹，學生僅僅了解而已;如果該課程內容壓縮，由于晦澀難懂，學生只是局部了解機器視覺，容易導致課堂氛圍較差。因此，高校需要將機器視覺相關課程有機結合，組成機器視覺課程群，優(yōu)化課程內容，從而更有效地提高學生掌握和運用機器視覺技術的能力。

視覺測量方向是華北水利水電大學測控專業(yè)的一個重要專業(yè)方向。在遵循以學生為中心，以成果為導向的專業(yè)建設思路的基礎上，課題組梳理與機器視覺相關的課程，修訂教學大綱，整合課程資源，幫助學生打通課程壁壘，從而提高學生的理論知識和實踐能力。下面以測控專業(yè)機器視覺課程群建設為例進行具體說明。

一、梳理教學思路和優(yōu)化教學大綱

學科專業(yè)知識不是獨立存在的，而是成體系的。單一課程只能解決較為簡單的問題，而實踐工程的問題多為多學科交叉綜合的問題。測控專業(yè)通過教研室研討會議和外出調研等形式反復論證，選擇了工程光學、信號與系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理、視覺測量技術、虛擬儀器、專業(yè)綜合課程設計、畢業(yè)設計等理論課和實踐課。這些課程涵蓋了測控專業(yè)所有課程模塊。教研室分析了相關課程的內在邏輯關系，規(guī)范了課程之間的教學內容銜接，避免相同知識點的重復教學，完善教學大綱。為了解決相關課程重復教學的問題，構建的課程群采用打通課程間壁壘的方式，將機器視覺技術分解成若干個問題。解決問題需要哪些知識點，就將這些知識點在該課程中講解，重新組織課程，并以具體的科研課題將知識點連接起來。例如，機器視覺用于機械零件測量的設計，其中，分析設計工作可以在工程光學課內講解，硬件選型可以放在視覺測量技術課內講解，采集信號的處理放在信號與系統(tǒng)課內講解，圖像的處理和后期測量則在數(shù)字圖像處理課內講解，軟件系統(tǒng)的使用可以在虛擬儀器課內講解，最終的設計訓練則放在綜合課程設計和畢業(yè)設計中。學生通過一系列的學習和訓練，初步具備了設計視覺系統(tǒng)的能力，進而通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練、科研項目和畢業(yè)設計，掌握了解決復雜工程問題的能力。

機器視覺課程群的教學目標之一是培養(yǎng)學生分析問題和解決復雜工程問題的能力。為了實現(xiàn)這個目標，教研室將課程按照“基礎理論知識—應用開發(fā)技術—綜合實踐能力”三層結構分為三類。比如，工程光學、信號與系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理三門課作為視覺課程中的光學、信號處理、圖像理論等的基礎知識;數(shù)字圖像處理、視覺測量技術、虛擬儀器作為與視覺緊密相關的應用技術;專業(yè)綜合課程設計和畢業(yè)設計則是將前面的知識融會貫通，結合機器視覺具體課題或者教師自己的科研項目，實現(xiàn)對學生實踐能力的培養(yǎng)。

二、教學方法和教學手段的改進

（一）線上線下混合教學

華水學堂是超星學習通和華北水利水電大學合作的在線教學平臺。教師在該平臺上發(fā)布教學視頻和資料，便于學生課前預習。課前10分鐘，教師與學生交流關于本節(jié)內容的學習情況，啟發(fā)學生提出對知識點的理解盲區(qū)，針對問題開始課堂學習。課中，教師可以將課堂知識與實際問題相結合，讓學生去發(fā)掘工程問題的解決點，使其明白機器視覺的重要性。課后，教師可以通過分組的形式，讓學生討論和梳理課上沒有解決的問題，并且在線上平臺提出一些開放性的問題，強化對學生知識體系掌握程度的跟蹤，及時了解學生在學習過程中的表現(xiàn)，反饋給學生，形成閉環(huán)管理。課前、課中和課后三階段的教學設計，將線上線下教學融會貫通，突破傳統(tǒng)教學的束縛，提高了學生的參與度，提高了學生分析問題的能力。

（二）走出課堂的多元化教學

目前，機器視覺是國家發(fā)展的熱點之一，這決定了我們的教學不能局限在校園里。為此，學校和校外企業(yè)深度合作，增強學生的實踐能力。學校聘請校外專家到校為學生介紹機器視覺的市場前景，進一步和企業(yè)合作進行測控專業(yè)綜合課程設計;企業(yè)提供一些相關設計課題作為學生的設計題目;學生到企業(yè)參加培訓，學習企業(yè)的實際項目。學校利用實踐實習組織學生前往洛陽牡丹通訊公司、中原量儀公司和勝龍科技公司參觀、培訓，通過整合校內外資源，使學生開闊眼界，對機器視覺市場前景有深入了解，實現(xiàn)了與社會的無縫對接。

（三）機器視覺課程群建設成果

在測控教研室各位教師的辛勤工作下，經(jīng)過兩年的建設，機器視覺課程群教學效果顯著，學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到提高。

2017年，教研室申請了示范性虛擬仿真教學實驗項目，利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)資源共享和師生互動，使學生由被動接受轉變?yōu)橹鲃訉W習。教師在超星學習通平臺上也建立信號與系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理、虛擬儀器等課程平臺，豐富了教學手段。

學生積極參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽，如飛思卡爾大賽、機器人大賽、互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新大賽等，并多次獲得國家級、省級獎項。以2017級測控專業(yè)為例，該專業(yè)共有學生95人，其中，參與科技創(chuàng)新比賽的有62人、獲得國家獎學金和國家勵志獎學金的有12人。

近年，測控專業(yè)就業(yè)質量穩(wěn)步提升，從事本專業(yè)工作的學生數(shù)量與以往相比顯著增加。其中，報考研究生的學生比例穩(wěn)定在20%左右。2018年就業(yè)從事本專業(yè)工作的學生占40%，2019年達到55%，部分學生就職于基恩士、大恒圖像、信盈達等公司。對學生畢業(yè)后五年就業(yè)情況的跟蹤調查顯示，企業(yè)對學生的滿意度大幅提升，部分學生已經(jīng)擔任項目負責人。

三、結語

本研究以機器視覺課程群的建設為例，提出了新工科背景下課程群教學改革方案，從培養(yǎng)方案和教學大綱制訂、教學內容手段的改進、校企合作和產(chǎn)學研結合等方面論述了教學改革的思路。教學改革的思路為：堅持以多課程融合、線上線下混合教學、突出實踐創(chuàng)新為中心，以發(fā)展學生綜合能力為最終目的，改進現(xiàn)有的授課過程中存在的問題，科學地評價課程教學質量，進一步研究課程教學與畢業(yè)要求達成度問題，及時了解行業(yè)動態(tài)、準確掌握行業(yè)需求，從而適應新工科建設的需求。

近年，機器視覺課程群的建設，提高了學生對課程學習的興趣，使學生對課程之間的聯(lián)系了解更為清晰，體現(xiàn)出以學生為中心的理念，對進一步提高測控專業(yè)建設質量起到積極的推動作用。

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責編：紅 茶