黃 玉，武立華，張 羽

（哈爾濱工程大學(xué)物理與光電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

0 引言

我國正處于實現(xiàn)兩個“一百年”奮斗目標(biāo)的第二階段，國家對高層次人才需求旺盛。而研究生教育是培養(yǎng)高級人才重要途徑，隨著我國研究生招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，研究生的培養(yǎng)質(zhì)量及創(chuàng)新能力不容樂觀。造成目前我國研究生培養(yǎng)質(zhì)量“差強(qiáng)人意”的原因是多方面的，所以從事研究生教育的一線教學(xué)工作者不斷探索通過課程教學(xué)改革促進(jìn)研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

在新工科建設(shè)背景下，工科類研究生科學(xué)研究和實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)很重要。以科研項目為載體開展科研訓(xùn)練是培養(yǎng)研究生科研創(chuàng)新能力的重要支撐。但在實踐中常常出現(xiàn)“輕課程學(xué)習(xí)，重科學(xué)研究”的現(xiàn)象，究其原因是設(shè)置的研究生課程與他們科研訓(xùn)練內(nèi)容關(guān)聯(lián)度不大，不能有效激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。其中課程學(xué)習(xí)與課題密切度對博士生科研能力的12項指標(biāo)影響最大，與論文選題的密切度對博士生學(xué)術(shù)研究興趣具有較大影響，而與論文發(fā)表的密切度對博士生學(xué)術(shù)思想和學(xué)術(shù)規(guī)范以及研究方法的影響不顯著。由此可認(rèn)為課程學(xué)習(xí)與科研訓(xùn)練差異化融合可提高研究生課程學(xué)習(xí)和開展科學(xué)研究的動力，有利于研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。因此將自主學(xué)習(xí)融進(jìn)研究生課程教學(xué)既是順應(yīng)時代變遷、培養(yǎng)研究生自主學(xué)習(xí)能力必然要求，也是由研究生教育地位以及課程教學(xué)不可替代作用決定的。張琦等為提高電磁檢測技術(shù)課程的建設(shè)水平，從建設(shè)思路、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面進(jìn)行了教學(xué)研究與探討。

當(dāng)前培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、工程實踐能力強(qiáng)、具備在高精尖工程領(lǐng)域擁有核心競爭力高素質(zhì)創(chuàng)新人才是高校教育教學(xué)的基本任務(wù)。為此團(tuán)隊以《地磁探測與定位》研究生課程為載體，以科研訓(xùn)練和課程教學(xué)為驅(qū)動力來培養(yǎng)研究生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

1 地磁探測與定位技術(shù)課程建設(shè)意義

新一代信息技術(shù)推動了探測與定位技術(shù)在軍事和民用上的應(yīng)用，近年來興起的地磁探測與定位技術(shù)是一種被動工作的無源探測與定位方式，因具有連續(xù)偵測、效率高、使用簡單可靠、反應(yīng)迅速、不受水文氣象影響等特點(diǎn)而凸顯其應(yīng)用價值。

已逐漸成為電子信息領(lǐng)域的重要研究方向，但這一技術(shù)的基礎(chǔ)理論和專門知識零散地分布于包括書籍、期刊和學(xué)位論文等各類文獻(xiàn)中。由于沒有專門的研究生教材系統(tǒng)而較深入地闡述地磁探測與定位技術(shù)，給本課程的教與學(xué)造成了一定的障礙。學(xué)生及工程技術(shù)人員為全方位地學(xué)習(xí)這門研究生課程，需要花費(fèi)較長時間收集、整理并消化各類文獻(xiàn)，不利于研究生掌握從事這一領(lǐng)域的科學(xué)研究所必備的專有知識。

1.1 自學(xué)資源建設(shè)促進(jìn)自主學(xué)習(xí)能力的養(yǎng)成

地磁探測與定位技術(shù)是我校光學(xué)工程與電子信息專業(yè)的研究生選修課程，本課程內(nèi)容主要包含地磁場基本理論與數(shù)學(xué)建模、地磁傳感器及其陣列構(gòu)型、地磁傳感器及其陣列標(biāo)定、地磁異常場正演方法以及地磁定位理論方法與應(yīng)用系統(tǒng)等，共六個章節(jié)，部分內(nèi)容滲透了地磁探測與定位技術(shù)前沿問題。由于《地磁探測與定位技術(shù)》研究生課程只有16學(xué)時，因此授課教師無法將課程所有內(nèi)容都在課堂上講，授課教師在課堂上只需講解課程的重難點(diǎn)知識片段。如在“最佳時域”運(yùn)用講授法傳授學(xué)科知識，學(xué)生注意力不集中時，運(yùn)用提問、討論等方法組織教學(xué)；將課程的部分非重點(diǎn)內(nèi)容選為研究生自主學(xué)習(xí)對象，將自主學(xué)習(xí)定為常規(guī)教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課前自學(xué)和課堂重點(diǎn)講授以加強(qiáng)對課程重難點(diǎn)知識的理解和運(yùn)用。

本課程的部分內(nèi)容需要研究生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，這對研究生學(xué)習(xí)能力的養(yǎng)成有重要作用。利用圖書館資源、各專業(yè)相關(guān)學(xué)科網(wǎng)站和論壇、MOOC以及網(wǎng)絡(luò)課程、教學(xué)資源庫等等資料來源途徑檢索、搜集學(xué)習(xí)資料，進(jìn)行學(xué)習(xí)資源分類、歸納和總結(jié)，編制本研究生課程的教材和自學(xué)課件，通過雨課堂平臺推送給學(xué)生，為研究生自主學(xué)習(xí)提供必要的學(xué)習(xí)資料。利用微信、學(xué)習(xí)論壇等工具或平臺解決研究生在自學(xué)過程遇到的問題和疑問等。

1.2 科研訓(xùn)練與課程內(nèi)容深度融合

輕學(xué)習(xí)、重科研是研究生培養(yǎng)環(huán)節(jié)突出問題，很多研究生認(rèn)為課程學(xué)習(xí)對科研工作作用不大，尤其是當(dāng)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容和實際科研內(nèi)容有所差距時，這種負(fù)面學(xué)習(xí)情緒更為明顯。在研究生課程學(xué)習(xí)中引入基于問題學(xué)習(xí)（PBL）教學(xué)方法，通過研究生自我激勵、學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)置、獨(dú)立研究與自我引導(dǎo)式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)研究生主動探究精神。因此有必要將課程內(nèi)容與科研訓(xùn)練深度融合，發(fā)揮研究生主觀能動性，促進(jìn)研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。此外研究生課程與科學(xué)研究緊密相連，既有學(xué)科知識，又有科學(xué)研究方法、科研倫理道德規(guī)范的教育，更有科學(xué)研究思維訓(xùn)練。所以結(jié)合課程團(tuán)隊學(xué)術(shù)方向和有關(guān)科技文獻(xiàn)，設(shè)計本研究生課程科研實訓(xùn)項目，利用科研條件搭建科研實訓(xùn)項目平臺。讓學(xué)生對實訓(xùn)項目系統(tǒng)功能和實踐應(yīng)用有所了解，并在教師引導(dǎo)下自主完成實驗內(nèi)容。

在科研平臺建設(shè)上，團(tuán)隊積極整合資源購置中等磁源、高功率驅(qū)動放大器、三軸無磁轉(zhuǎn)臺、多套多類型磁強(qiáng)計以及電子測試測量設(shè)備等，為本研究方向研究生搭建相對良好的科研實踐環(huán)境，保障地磁探測與定位技術(shù)研究生課程改革順利實施。

例如研究生利用科研平臺提供的三軸無磁轉(zhuǎn)臺和磁強(qiáng)計等科研儀器學(xué)習(xí)了《地磁探測與定位技術(shù)》課程中地磁傳感器與陣列標(biāo)定方法。分別是矢量標(biāo)定法和標(biāo)量標(biāo)定法。矢量標(biāo)定法原理為：使用已知精確矢量磁場為標(biāo)準(zhǔn)對三軸磁通門磁強(qiáng)計進(jìn)行標(biāo)定。通常用于磁強(qiáng)計校準(zhǔn)的矢量環(huán)境是地球磁場環(huán)境。

圖1 矢量標(biāo)定法科研訓(xùn)練場

標(biāo)量標(biāo)定法需要屏蔽外磁場，磁屏蔽室環(huán)境由哈爾濱工業(yè)大學(xué)提供。

圖2 標(biāo)量標(biāo)定法磁屏蔽環(huán)境

通過實驗測量學(xué)生真正理解和掌握地磁傳感器與陣列的標(biāo)定方法實現(xiàn)知識內(nèi)化，在數(shù)據(jù)梳理過程中發(fā)現(xiàn)磁場信號準(zhǔn)確度對標(biāo)定效果有很大影響。在真實環(huán)境中進(jìn)行實驗時，磁強(qiáng)計所處環(huán)境中存在諸多不確定因素，會導(dǎo)致得到的信號受不同程度的噪聲污染。需通過一些信號處理方法盡可能去掉這些噪聲干擾。導(dǎo)師建議利用信號濾波來提高磁場信號信噪比，而提升磁強(qiáng)計標(biāo)定效果。所以在此過程中研究生要自學(xué)信號濾波等相關(guān)知識，培養(yǎng)了自學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)慣，同時也激發(fā)他們研究問題的興趣。

《地磁探測與定位技術(shù)》課程中磁梯度張量測距線性定位法對應(yīng)的科研訓(xùn)練儀器資源由兩大部分組成，分別是磁場信號發(fā)生系統(tǒng)和磁場信號接收系統(tǒng)。磁場信號發(fā)生系統(tǒng)由定制的通電線圈、有信號發(fā)生器和信號放大器組成。磁場信號接收與處理系統(tǒng)主要包括：三軸磁通門磁強(qiáng)計、電源箱、采集卡和電腦等儀器組成。

《地磁探測與定位技術(shù)》課程中磁梯度張量不變量定位法對應(yīng)的科研訓(xùn)練儀器資源由磁傳感器陣列、磁偶極子及信號發(fā)生器等組成。實驗過程中學(xué)生們同樣發(fā)現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)與理想情況下有一定誤差，并分析總結(jié)出可能引起實驗誤差的六方面原因，也通過查閱文獻(xiàn)和小組討論建議可能減少實驗誤差方案。

《地磁探測與定位技術(shù)》課程中歐拉定位法對應(yīng)的科研訓(xùn)練儀器資源由傳感器陣列和傳感器中端轉(zhuǎn)接箱組成，如圖3所示。在獲得完整實測數(shù)據(jù)記錄后，學(xué)生們討論最后選擇了Matlab程序執(zhí)行對目標(biāo)位置解算工作。過程中學(xué)生們掌握了Matlab的使用功能編程技術(shù)，為后續(xù)進(jìn)行科研工作奠定基礎(chǔ)。

圖3 歐拉定位法對應(yīng)的科研訓(xùn)練儀器資源

《地磁探測與定位技術(shù)》課程中計算磁性體磁場一般積分公式通過仿真軟件進(jìn)行科研訓(xùn)練。圖4（P146）是該部分科研訓(xùn)練流程圖。圖5是學(xué)生訓(xùn)練過程中部分仿真結(jié)果圖。

圖4

圖5

2 結(jié)語

通過實際的科研經(jīng)歷和體會，利用文獻(xiàn)比較和同行咨詢等途徑與方法，借鑒相近研究生課程教學(xué)改革范例，對《地磁探測與定位技術(shù)》課程內(nèi)容進(jìn)行剖析與分類，確定本研究生課程主要章節(jié)安排和結(jié)構(gòu)體系，細(xì)化各個部分知識點(diǎn)和學(xué)習(xí)目標(biāo)，整理各類文獻(xiàn)，編制了本研究生課程講義。

利用圖書館資源、各專業(yè)相關(guān)學(xué)科網(wǎng)站和論壇、MOOC以及網(wǎng)絡(luò)課程、教學(xué)資源庫等等資料來源途徑檢索、搜集學(xué)習(xí)資料，進(jìn)行學(xué)習(xí)資源分類、歸納和總結(jié)，為研究生自主學(xué)習(xí)提供必要的學(xué)習(xí)資料。利用學(xué)生座談、課程反饋等途徑與方法，結(jié)合多年來的授課經(jīng)驗與體會，思考本課程的研究生自主學(xué)習(xí)與相對應(yīng)的教法。

根據(jù)課程團(tuán)隊成員多年來在地磁探測與定位技術(shù)領(lǐng)域的研究成果和有關(guān)科技文獻(xiàn)，結(jié)合實驗的科學(xué)性、綜合性、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性、可操作性和安全性，設(shè)計本研究生課程科研實訓(xùn)項目，確定實驗?zāi)繕?biāo)，重點(diǎn)考慮實驗項目內(nèi)容所關(guān)聯(lián)課程知識點(diǎn)以及實訓(xùn)的實驗技能。利用地磁探測與定位技術(shù)研究方向所具備的科研條件搭建科研實訓(xùn)項目平臺。探討了自主學(xué)習(xí)與科研實訓(xùn)雙輪驅(qū)動方法，為培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)的高素質(zhì)研究生提供了重要支撐。希望本文工作可以為相關(guān)專業(yè)的研究生教學(xué)改革提供有益參考。