崔伯第 文西芹 陳季萍 王華兵

摘? 要：研究生教育對國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)以及提高國家科技競爭力具有決定性意義。該文針對機械工程專業(yè)研究生測控課程教學(xué)中存在的問題，結(jié)合該校的具體情況，采用項目教學(xué)法，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)實施方法、搭建創(chuàng)新試驗平臺和完善考核方法等方面進(jìn)行改革與實踐，將學(xué)生科研能力、創(chuàng)新能力以及工程實踐能力的培養(yǎng)貫穿到課程學(xué)習(xí)的全過程，為研究生測控課程的教學(xué)進(jìn)行了有益的探索。

關(guān)鍵詞：測控課程? 研究生? 項目? 教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）03（c）-0187-04

Project-based Teaching Reform and Practice of Postgraduate Modern Measurement and Control Courses

CUI Bodi? WEN Xiqin? CHEN Jiping*? WANG Huabing

（School of Mechanical Engineering， Jiangsu Ocean University， Lianyungang， Jiangsu Province， 222005 China）

Abstract： Postgraduate education is of decisive significance for the cultivation of national innovative talents and the improvement of national technological competitiveness. Aiming at the problems in the teaching of the measurement and control course for graduate students in mechanical engineering， this paper uses project-based teaching methods to optimize teaching content， innovate teaching implementation methods， build innovative test platforms and improve assessment methods to carry out reforms and practices based on the specific conditions of the school. The cultivation of students' scientific research ability， innovation ability and engineering practice ability runs through the whole course of course learning， and has carried out beneficial exploration for the teaching of postgraduate measurement and control courses.

Key Words： Measurement and control course; Postgraduate; Project; Teaching reform

隨著國家高等教育的蓬勃發(fā)展，如何提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量成為日益緊迫的課題。在研究生培養(yǎng)過程中，不僅要求學(xué)生在本學(xué)科內(nèi)掌握堅實的理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)的專門知識，還要求具備從事科學(xué)研究的能力、創(chuàng)新的能力和獨立承擔(dān)專門技術(shù)工作的能力[1-2]。因此，研究生教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的科研能力、創(chuàng)新能力及工程實踐能力[3-5]。

現(xiàn)代測控技術(shù)是測量技術(shù)、計算機技術(shù)等多種技術(shù)相互滲透、相互結(jié)合、綜合發(fā)展的一門交叉學(xué)科，新技術(shù)新知識多，既有廣度又有深度，內(nèi)容抽象，對學(xué)生工程能力培養(yǎng)要求高，課程較難掌握。目前，傳統(tǒng)教學(xué)模式是以教師為中心，通過講授將知識灌輸給學(xué)生。這種模式強調(diào)教師的主導(dǎo)作用，便于系統(tǒng)地傳授科學(xué)知識，但卻難以充分調(diào)動學(xué)生的主動性，學(xué)生的參與度不高，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為提高研究生教學(xué)質(zhì)量，強調(diào)創(chuàng)新能力培養(yǎng)，必須打破“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，探索新的教學(xué)模式及教學(xué)方法。

項目教學(xué)法將課程中系統(tǒng)、完整的知識體系轉(zhuǎn)化為若干“教學(xué)項目”，將授課知識點分布到項目開發(fā)的相關(guān)環(huán)節(jié)，圍繞項目組織教學(xué)，學(xué)生通過完成項目實現(xiàn)知識的學(xué)習(xí)與掌握。項目教學(xué)強調(diào)以項目實施為重點，以學(xué)生為中心，面向工程實踐，注重實踐能力的培養(yǎng)。學(xué)生在高度參與項目實施的過程中，能夠使所學(xué)知識融會貫通，具備了較強的實踐經(jīng)驗、創(chuàng)新能力與工程應(yīng)用能力[6-8]。

該文以江蘇海洋大學(xué)機械工程專業(yè)研究生現(xiàn)代測控系統(tǒng)課程為例，展開基于項目的課程教學(xué)改革與實踐，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)實施方法、搭建創(chuàng)新實踐平臺和完善考核方法等方面入手，將學(xué)生科研能力、創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)貫穿到課程學(xué)習(xí)的全過程，為研究生測控課程的教學(xué)進(jìn)行了有益的探索。

1? 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)代測控技術(shù)是測量技術(shù)、計算機技術(shù)等多種技術(shù)相互滲透、相互結(jié)合、綜合發(fā)展的一門交叉學(xué)科。其課程內(nèi)容主要包括現(xiàn)代測試系統(tǒng)的框架與基本組成、傳感器技術(shù)、信號分析基礎(chǔ)和LabVIEW軟件設(shè)計等部分，涵蓋知識點多、綜合性強，學(xué)生往往不能系統(tǒng)地將知識點進(jìn)行有效聯(lián)系。因此，必須對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效整合、優(yōu)化，將理論教學(xué)中抽象的、難于理解的內(nèi)容通過案例形式展現(xiàn)出來，易于學(xué)生掌握。同時，課程內(nèi)容緊密圍繞工程項目開發(fā)，從項目需求分析、方案設(shè)計、任務(wù)分解、軟硬件開發(fā)、調(diào)試、測試、維護(hù)等方面展開教學(xué)，并將授課知識點分布到項目開發(fā)的相關(guān)環(huán)節(jié)。

在教學(xué)內(nèi)容上注重新技術(shù)的引入，特別是計算機技術(shù)、新型傳感器技術(shù)在測試技術(shù)領(lǐng)域中的最新應(yīng)用。同時，緊密聯(lián)系機械工程學(xué)科前沿，結(jié)合該校機械工程專業(yè)的主要研究方向，定期進(jìn)行現(xiàn)代測控技術(shù)在不同研究領(lǐng)域最新應(yīng)用的專題技術(shù)講座，將測控技術(shù)課程的學(xué)習(xí)與學(xué)生的研究方向相結(jié)合，與工程實踐相結(jié)合。

2? 創(chuàng)新教學(xué)實施方法

為改變傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，采用項目教學(xué)法，圍繞工程項目來組織教學(xué)。為此，針對課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計了基礎(chǔ)類項目、綜合類項目和創(chuàng)新類項目，實現(xiàn)逐級遞進(jìn)、逐漸深入、循序漸進(jìn)的教學(xué)組織模式，完成課程的教學(xué)實施。教學(xué)實施過程中，根據(jù)項目的復(fù)雜程度將學(xué)生分為若干團(tuán)隊，團(tuán)隊間相互協(xié)作完成綜合性項目，使學(xué)生在項目開發(fā)過程中，提升實踐能力，提高團(tuán)隊合作精神。

2.1 基礎(chǔ)類項目

該類型項目主要用于強化課程專業(yè)基礎(chǔ)知識。在完成基礎(chǔ)類項目的過程中，可使學(xué)生掌握現(xiàn)代測控技術(shù)課程的主要知識點，初步培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。使用現(xiàn)有設(shè)備NI ELVIS 、myRIO硬件平臺和LabVIEW軟件，分別設(shè)計訓(xùn)練項目。項目訓(xùn)練內(nèi)容各有側(cè)重，如基于虛擬儀器的頻譜分析儀項目，將信號處理與LabVIEW軟件設(shè)計相結(jié)合，通過LabVIEW軟件編程實現(xiàn)數(shù)字濾波器設(shè)計、頻譜分析等信號處理方法，并即時顯示信號處理效果，使學(xué)生能夠比較容易地掌握信號處理的復(fù)雜理論，增強工程應(yīng)用能力;基于NI ELVIS和myRIO硬件平臺的典型傳感器測試項目，重點培養(yǎng)學(xué)生對機械工程領(lǐng)域常用傳感器的掌握。

2.2 綜合類項目

該類型項目主要完成典型工程參數(shù)的測量。通過綜合類項目訓(xùn)練，使學(xué)生能夠獨立完成機械工程領(lǐng)域常見物理量測量，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力。采用現(xiàn)有先進(jìn)設(shè)備，并結(jié)合教師的科研方向，實現(xiàn)基于虛擬儀器的切削力測試、聲學(xué)測試和應(yīng)變測試等訓(xùn)練項目。圖1顯示了研究生采用聲學(xué)傳感器進(jìn)行銑削加工過程噪聲測試的情況，通過該綜合項目，可使學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成方案設(shè)計、傳感器選擇、LabVIEW軟件編程、測試系統(tǒng)連接與調(diào)試、試驗設(shè)計、試驗操作、試驗數(shù)據(jù)處理等完整的測試過程，從而使學(xué)生具有獨立從事測試工作的能力。

2.3 創(chuàng)新類項目

該類型項目基于電液傳動控制及其測試平臺，可進(jìn)行包括機電、液壓、測控等方面的綜合應(yīng)用。學(xué)生也可根據(jù)個人的研究方向和科研興趣，與教師、學(xué)生團(tuán)隊協(xié)同完成設(shè)計性試驗。該類項目體現(xiàn)了綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性，實踐性強，鍛煉了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)新精神。圖2顯示了研究生進(jìn)行銑削加工過程監(jiān)測試驗的現(xiàn)場情況，學(xué)生團(tuán)隊采用NI PXI總線計算機、PXI總線數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW軟件構(gòu)建了虛擬儀器測試平臺，使用KISTLER 9257B測力儀、聲學(xué)傳感器和紅外熱像儀對銑削加工過程中的切削力、噪聲和切削溫度進(jìn)行了實時測量。該項目使學(xué)生在掌握機械工程測試領(lǐng)域先進(jìn)設(shè)備使用方法的同時，培養(yǎng)了解決復(fù)雜工程問題的能力，并對多傳感信息融合等學(xué)科前沿技術(shù)有了初步的了解。

3? 搭建創(chuàng)新試驗平臺

試驗平臺建設(shè)是開展創(chuàng)新活動的基礎(chǔ)，為此學(xué)院專門搭建了電液傳動控制及其測試平臺，為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了有力的物質(zhì)保證。該平臺擁有現(xiàn)代電液傳動的核心元件，并集成了基于虛擬儀器的測試模塊，涵蓋了比例泵控技術(shù)、比例閥控技術(shù)、伺服閥控技術(shù)、伺服電機與定量泵控技術(shù)、變頻電機調(diào)速技術(shù)、直線及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器精密定位技術(shù)，以及相關(guān)電壓、電流、壓力、流量、位移、速度及溫度等測量技術(shù)的先進(jìn)傳動與控制綜合測試系統(tǒng)，能夠完成各種典型液壓傳動及電液控制元器件的性能測試、新型電液控制元器件的試驗、多物理量的數(shù)據(jù)采集及處理試驗、典型位移及速度控制回路試驗等，平臺照片如圖3所示。試驗平臺的建設(shè)加深了學(xué)生對知識的理解，為研究生提供了自主思維、自主創(chuàng)新活動的試驗環(huán)境，啟發(fā)創(chuàng)新、實踐創(chuàng)新。

4? 完善考核方法

傳統(tǒng)考核方法以考試成績作為評價學(xué)生的主要依據(jù)，缺乏對工程能力和創(chuàng)新能力等方面的考核。為此，對考核方法進(jìn)行完善，取消了理論考試，改由課堂表現(xiàn)、項目設(shè)計說明書、實驗、答辯4個部分組成，更加強調(diào)對學(xué)生科研能力、創(chuàng)新能力以及工程實踐能力的考察。

課堂表現(xiàn)包括遲到、曠課、課堂交流與討論等，占比10%;項目設(shè)計說明書評價主要依據(jù)其內(nèi)容是否能正確反映工程項目開發(fā)的全過程，包括項目需求分析、方案設(shè)計、任務(wù)分解、軟硬件開發(fā)、調(diào)試、測試、維護(hù)等方面，占比30%;實驗部分主要考察項目完成情況、工程實踐能力，占比30%;答辯成績評價依據(jù)回答問題的正確性、條理性等，占比30%。

5? 結(jié)語

該文針對江蘇海洋大學(xué)機械工程專業(yè)研究生現(xiàn)代測控系統(tǒng)課程，采用項目教學(xué)法進(jìn)行了課程教學(xué)改革與實踐。從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)實施方法、搭建創(chuàng)新試驗平臺和完善考核方法等方面入手，為研究生測控課程的教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索。根據(jù)近年來的教學(xué)實踐與學(xué)生反饋，課程改革取得了很好的效果，可為理工科研究生課程改革提供有益的借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅錦，崔少輝，孟晨.研究生實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)研究[J].大學(xué)教育，2017（1）：168-169.

[2] 王楠楠.地方高校工學(xué)碩士培養(yǎng)質(zhì)量研究——以J省十所地方高校為例[D].東北師范大學(xué)，2018.

[3] 劉曉璇.研究型大學(xué)研究生跨學(xué)科培養(yǎng)模式研究[D].浙江大學(xué)，2018.

[4] 鄭石明.世界一流大學(xué)跨學(xué)科人才培養(yǎng)模式比較及其啟示[J].教育研究，2019（5）：113-122.

[5] 榮利穎，鄧峰.研究生教育質(zhì)量保障與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實證分析[J].教育研究，2018（9）：95-102.

[6] 慕麗，王欣威，付曉云.基于項目的專業(yè)學(xué)位研究生測控類課程教學(xué)的設(shè)計與實踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019（1）：201-202.

[7] 吳常鋮，費飛，楊德華，等.強調(diào)課程目標(biāo)和復(fù)雜工程問題的嵌入式測控系統(tǒng)課程改革[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2020（2）：65-67.

[8] 陳彬，謝旭，江小平.基于CDIO模式的研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模型——以系統(tǒng)仿真方向研究生培養(yǎng)為例[J].高等教育研究學(xué)報，2019（12）：53-57.