測控專業(yè)多維互動型培養(yǎng)體系構(gòu)建與實踐

戴巨川， 楊書儀， 王廣斌， 凌啟輝

(湖南科技大學(xué) 機電工程學(xué)院， 湖南 湘潭 411201)

測控專業(yè)多維互動型培養(yǎng)體系構(gòu)建與實踐

戴巨川， 楊書儀， 王廣斌， 凌啟輝

(湖南科技大學(xué) 機電工程學(xué)院， 湖南 湘潭 411201)

為轉(zhuǎn)變測控專業(yè)人才培養(yǎng)理念，改善人才培養(yǎng)環(huán)境，本文提出“多維互動型”人才培養(yǎng)體系，并融入到互動型課程體系、互動型教學(xué)模式、互動型實踐環(huán)境建設(shè)之中，從而形成測控專業(yè)新型人才培養(yǎng)模式?！岸嗑S互動型”培養(yǎng)體系既強調(diào)理論知識的傳授，又突出創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)，能夠較好地滿足當(dāng)前社會對測控畢業(yè)生的要求。

測控專業(yè)；培養(yǎng)體系 ；多維互動型

0 引言

我院測控技術(shù)與儀器專業(yè)(簡稱：測控專業(yè))以培養(yǎng)面向機械、電子、能源等多領(lǐng)域的測控系統(tǒng)設(shè)計制造、工程應(yīng)用、企業(yè)管理等多方面的高級工程技術(shù)及經(jīng)營管理人才為目標(biāo)，要求畢業(yè)生具備寬廣的知識面、強健的適應(yīng)能力[1]。然而，測控專業(yè)涉及機械、電子、計算機及光學(xué)等多學(xué)科知識，技術(shù)發(fā)展日新月異、迭代更新周期不斷縮減，呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢[2, 3]。然而，該專業(yè)的傳統(tǒng)教育重在知識的傳輸，對創(chuàng)新意識和實踐能力強化不足，導(dǎo)致畢業(yè)生就業(yè)后難以短時間適應(yīng)測控行業(yè)新知識、新技術(shù)快速涌現(xiàn)的行業(yè)特點[4-6]。并且該專業(yè)在培養(yǎng)環(huán)境上，還缺少適應(yīng)測控技術(shù)與儀器專業(yè)創(chuàng)新型、實踐型人才成長的體系結(jié)構(gòu)。因此，必須建立新型人才成長體系結(jié)構(gòu)，改單向傳輸為多維互動，讓創(chuàng)新意識在互動環(huán)境中自然產(chǎn)生，實踐能力在互動環(huán)境中主動提升。在這種背景下，我校測控技術(shù)與儀器系開展了“多維互動型”培養(yǎng)體系構(gòu)建與實踐研究。我校從2001年開始便招收測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生，已有10余年的辦學(xué)歷程，具備開展教學(xué)改革的良好環(huán)境。2008年本專業(yè)獲得湖南省特色專業(yè)建設(shè)資助，2009年成為湖南省普通高等學(xué)校實踐教學(xué)示范中心，2010年被湖南省教育廳授予湖南省普通高校優(yōu)秀教研室稱號；此外，我校測控技術(shù)與儀器專業(yè)還擁有“知識處理與網(wǎng)絡(luò)化制造湖南省高校重點實驗室”、“機械設(shè)備健康維護湖南省重點實驗室”和“先進礦山裝備教育部工程中心”等科研教學(xué)平臺。我校在全校范圍內(nèi)構(gòu)建了滿足各專業(yè)理論教學(xué)的多媒體教學(xué)平臺；測控技術(shù)與儀器專業(yè)建有用于實驗教學(xué)的多個專業(yè)實驗室。

1 研究方法

我們提出的新型“多維互動型”人才培養(yǎng)體系是根據(jù)長期教學(xué)實踐經(jīng)驗，結(jié)合現(xiàn)有、未來規(guī)劃的師資條件和課堂教學(xué)、實踐平臺等硬件條件架構(gòu)的，包含互動型課程體系、互動型教學(xué)模式、互動型實踐環(huán)境等；將此人才培養(yǎng)模式應(yīng)用于測控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)實踐過程中，通過實踐效果不斷分析和修正該培養(yǎng)模式，最終完善人才培養(yǎng)理論與實踐模式。研究方法和研究過程如圖1所示。

圖1 研究方法和研究過程

2 實施過程

2.1 建設(shè)互動型課程體系

課程體系結(jié)構(gòu)反映了人才培養(yǎng)的理念，是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，保證教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。本專業(yè)在多年教學(xué)實踐中，不斷探索，勇于創(chuàng)新，最終形成了以“多學(xué)科知識交叉互動、經(jīng)典知識與前沿技術(shù)互動、多主體互動設(shè)置課程體系”為特色的新型課程體系建設(shè)模式。

(1)多學(xué)科知識交叉互動，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。測控專業(yè)以光、機、電、計算機一體化為特色，培養(yǎng)具有現(xiàn)代科學(xué)創(chuàng)新意識和工程實踐能力的復(fù)合型人才。知識體系涉及光學(xué)工程、機械工程、電子信息工程、計算機科學(xué)與技術(shù)等學(xué)科的知識內(nèi)容。圖2為光、機、電、計主干課程的分配圖。

圖2 光、機、電、計主干課程分配

計算機技術(shù)主干課程包括“計算機繪圖”、“C語言”、“信號與系統(tǒng)”、“單片機接口技術(shù)”、“圖像獲取與處理”、“自動控制原理”、“嵌入式技術(shù)”、“智能化測控系統(tǒng)”和“虛擬儀器”，其中“智能化測控系統(tǒng)”和“虛擬儀器”屬于計算機技術(shù)和電子工程技術(shù)交叉關(guān)聯(lián)互動型課程。計算機相關(guān)課程分布在四個學(xué)年，在課程設(shè)置上，將專業(yè)技術(shù)定位于面向工業(yè)生產(chǎn)與控制領(lǐng)域，弱化通用型計算機知識的學(xué)習(xí)，重點放在面向工業(yè)控制的微處理器(單片機和ARM等)領(lǐng)域。課程設(shè)置的特色是兼具封閉與開放的特征，其封閉性是指這一系列課程自成一體，開放性是指該系列課程與電子工程知識具有融合性。由于其封閉性特征，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，不會受到其他學(xué)科知識的影響，能夠獨立、系統(tǒng)地獲得該學(xué)科知識和技能的訓(xùn)練。

電子技術(shù)類課程設(shè)置具有獨立性和交叉性的特征。獨立性是指該系列課程層層遞進，能夠獨立地培養(yǎng)學(xué)生電子設(shè)計能力。交叉性是指該系列課程與計算機技術(shù)、機械工程課程相互交叉，共同作用對學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)具有質(zhì)的提升。

機械相關(guān)課程突出機械設(shè)計，弱化制造工藝與裝備，與其他學(xué)科知識的交叉互動，使學(xué)生從單一學(xué)科知識提升到多學(xué)科知識融合的高度，具備測控儀器以及其他機電類裝備設(shè)計的能力。

光學(xué)課程設(shè)置上體現(xiàn)為應(yīng)用型，目的是讓學(xué)生理解測控儀器或機電裝備中的光學(xué)器件基本工作原理。

(2)經(jīng)典知識與前沿技術(shù)互動，讓學(xué)生站在高起點。測控技術(shù)行業(yè)是一個多種新技術(shù)飛躍發(fā)展的行業(yè)，多種相關(guān)技術(shù)的發(fā)展共同推動著行業(yè)進步，如新型傳感技術(shù)、集成電路設(shè)計技術(shù)、微處理器技術(shù)、可編程圖形化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。新知識、新技術(shù)一般在經(jīng)典知識的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，讓學(xué)生在校期間盡可能多地接觸行業(yè)前沿技術(shù)，也有助于其對經(jīng)典知識的理解。在眾多新技術(shù)交叉推進的狀態(tài)下，專業(yè)課程的設(shè)置變得復(fù)雜，面臨的問題是如何保證學(xué)生的基礎(chǔ)知識能力，畢業(yè)后又能迅速融入行業(yè)發(fā)展之中。在課程體系設(shè)置過程中采取的措施是針對新技術(shù)開設(shè)新課程，或者在已有課程融入新的技術(shù)。

(3)多主體互動參與課程體系設(shè)置，提高課程設(shè)置前瞻性和適應(yīng)性。在課程體系設(shè)置過程中，提出用人單位、行業(yè)專家、畢業(yè)學(xué)生、外校教師、本校教師共同參與的多主體互動模式。在課程設(shè)置前期調(diào)研階段，統(tǒng)計分析近年來畢業(yè)生就業(yè)行業(yè)和單位，選擇其中具有代表性的就業(yè)單位，通過E-Mail和電話訪問的形式，掌握本專業(yè)畢業(yè)生在工作過程中的表現(xiàn)，獲得用人單位對畢業(yè)生的能力評價和期望，征求他們對現(xiàn)有課程體系的建議。與同行專家在不同場合開展多種形式的交流，有助于把握行業(yè)發(fā)展方向，提高畢業(yè)生的長期競爭力。與校外同專業(yè)教師交流，可以得到更多樣本數(shù)據(jù)，保證了課程體系制定的科學(xué)性和合理性。綜合這些課程設(shè)置主體的意見，最后研討設(shè)定最終課程體系，不但體現(xiàn)了專業(yè)辦學(xué)的共性和本校的特色，也顯著提高了課程設(shè)置的前瞻性和適應(yīng)性。

2.2 構(gòu)建互動型教學(xué)模式

課堂教學(xué)是學(xué)生獲取知識的主要途徑。傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)模式已很難滿足社會對畢業(yè)生的要求，在教學(xué)實踐中，考慮到本專業(yè)課程概念抽象、理論枯燥，學(xué)生易出現(xiàn)厭學(xué)情緒，實施了課堂內(nèi)外的“互動型”教學(xué)模式。

(1)課堂內(nèi)互動教學(xué)，在具體實施過程中可細分為分層導(dǎo)學(xué)式課內(nèi)互動教學(xué)，VRP導(dǎo)學(xué)式課內(nèi)互動教學(xué)和探索導(dǎo)學(xué)式課內(nèi)互動教學(xué)三種模式。①分層導(dǎo)學(xué)式課內(nèi)互動教學(xué)。本專業(yè)有一類課程偏重理論知識學(xué)習(xí)，初學(xué)概念抽象、難以理解掌握，如“信號與系統(tǒng)”、“機電傳動”、“智能化測控系統(tǒng)”、“工程光學(xué)”等。在教師講授這些課程時，由于學(xué)生基礎(chǔ)知識、學(xué)習(xí)能力的差異性，往往出現(xiàn)在規(guī)定教學(xué)時間內(nèi)未能完成預(yù)定教學(xué)目標(biāo)的情況。為了既能照顧全體學(xué)生學(xué)習(xí)效果，又能提高教學(xué)效率，教師需對這些課程中難點知識采用分層導(dǎo)學(xué)式課堂教學(xué)，即在分析學(xué)生基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力的基礎(chǔ)上，將班級劃分為若干個組群，根據(jù)這些組群的特點分層次給出課前預(yù)習(xí)思考問題，然后在課堂上分層次討論辨析。②VRP導(dǎo)學(xué)式課內(nèi)互動教學(xué)。本專業(yè)還有一類課程實踐性強，工程應(yīng)用突出，如“單片機接口技術(shù)”、“可編程控制器”、“虛擬儀器”等。為了幫助學(xué)生理解掌握這些抽象的、實踐的、技能的知識，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，在這些課程中可采用虛擬現(xiàn)實平臺VRP(Virtual Reality Platform)課堂教學(xué)方法。該方法針對不同的課程購置或開發(fā)相應(yīng)的虛擬現(xiàn)實運行軟件，借助多媒體教學(xué)平臺將工程實踐環(huán)節(jié)在課堂上進行演示，教師虛擬操作與學(xué)生虛擬操作互動進行，在理論教學(xué)階段即讓學(xué)生切身感受實踐操作效果，實現(xiàn)抽象知識的形象理解、實踐操作的虛擬實現(xiàn)、專業(yè)技能的初步掌握，減少現(xiàn)場實踐的差錯率。③探索導(dǎo)學(xué)式課內(nèi)互動教學(xué)。為了開拓學(xué)生科學(xué)視野，增長學(xué)科知識，測控專業(yè)在大四上學(xué)期開設(shè)了新技術(shù)講座系列課程。本課程由多位教師以“云測試技術(shù)應(yīng)用實例分析”、“信號處理方法在傳感器信號處理中的應(yīng)用和實現(xiàn)”、“視覺測量技術(shù)在巨型液壓機關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測中的應(yīng)用”、“基于DSP的智能儀表研制”、“實驗?zāi)B(tài)分析理論簡介”等專題形式進行講授。這些專題內(nèi)容是教師們當(dāng)前研究的實際課題，在本學(xué)科領(lǐng)域具有較高的前瞻性和創(chuàng)新性。教師在講述完畢后要求學(xué)生自主選擇并確定與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的研究專題，通過查閱文獻、行業(yè)調(diào)研等探索性學(xué)習(xí)方式，撰寫學(xué)習(xí)報告。這種探索導(dǎo)學(xué)式學(xué)習(xí)模式，有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，提高他們綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，掌握行業(yè)前沿動態(tài)，明確自身的就業(yè)行業(yè)和崗位，以及研究生報考方向。

(2)課堂外互動教學(xué)，多角度提升學(xué)生專業(yè)能力。課堂外互動教學(xué)具體細分為答疑式課外互動教學(xué)、項目式課外互動教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)式課外互動教學(xué)三種模式。①答疑式課外互動教學(xué)是利用課外時間，在特定的場所如辦公室、空閑教室等，采取引導(dǎo)、解釋、討論等方式，幫助學(xué)生解決課堂疑難問題，強化知識理解。課堂外的師生交流突破了課堂內(nèi)交流的時間與空間限制，互動的內(nèi)容也不必像課堂上那么局限，在輕松活潑的氣氛中，學(xué)生暢所欲言，能夠更真實反饋自身及周圍同學(xué)的學(xué)習(xí)感受并提出教學(xué)建議，這有助于教師的教學(xué)反思，改進教學(xué)模式。課堂外互動式教學(xué)，還能夠幫助學(xué)生鮮明、生動地重構(gòu)專業(yè)知識結(jié)構(gòu)脈絡(luò)，提升學(xué)生對專業(yè)知識學(xué)習(xí)的興趣。②項目式課外互動教學(xué)，主要針對部分專業(yè)基礎(chǔ)強、專業(yè)興趣濃厚的學(xué)生，指導(dǎo)教師以項目的形式引導(dǎo)學(xué)生提升專業(yè)知識和技能。強調(diào)理論知識與實踐的結(jié)合，而實踐能力的培養(yǎng)僅僅依靠課堂學(xué)時還遠遠不夠，教師需要鼓勵學(xué)生在課外動手實踐。③網(wǎng)絡(luò)式課外互動教學(xué)，作為一種新的教學(xué)形式，能夠彌補傳統(tǒng)教學(xué)的不足。傳統(tǒng)教學(xué)實行師生一對多的傳授方式，而在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，學(xué)生既是個體又是群體，教師也可以既是個體又是群體，所以可以同時實行一對一、一對多和多對一、多對多的多種傳授方式。任課教師可以和其他教師一道發(fā)揮各自特長，協(xié)同開展網(wǎng)上教學(xué)活動。另外，在實際教學(xué)管理方面，經(jīng)常會遇到這樣的問題，即優(yōu)秀教師受到學(xué)生的歡迎，但因為接觸學(xué)生的人數(shù)有限，就算滿工作量地進行傳統(tǒng)教學(xué)，也無法充分發(fā)揮他們的潛力和影響。網(wǎng)上課堂可以把優(yōu)秀教師的教案搬上網(wǎng)，供所有教師、學(xué)生使用，通過優(yōu)秀教師的授課讓更多的師生受益。

2.3 創(chuàng)建互動型實踐環(huán)境

實踐是鞏固理論知識的必須途徑，是培養(yǎng)實踐能力的必要條件，從而成為測控專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的必備環(huán)節(jié)。

互動型實踐環(huán)境主要包括互補式互動型實踐環(huán)境、引領(lǐng)式互動型實踐環(huán)境和遞進式互動型實踐環(huán)境等幾個方面[7]。

(1)互補式互動型實踐環(huán)境以硬件環(huán)境建設(shè)為依托，主要包括兩個方面的內(nèi)容。一是教師、學(xué)生互動合作自主開發(fā)實踐裝置；二是采用系、師、生的組織模式自主建設(shè)開放性實驗室，如機電傳動與控制實驗室、測控專業(yè)綜合實驗室等。

以此為基礎(chǔ)，根據(jù)校情和學(xué)生特征，有針對性地提出兩種實驗?zāi)Ｊ剑候炞C性實驗和創(chuàng)新性實驗，其根本目的是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。兩種實驗?zāi)Ｊ教岢龅囊罁?jù)是基于認(rèn)知的互補關(guān)系。驗證性實驗的著眼點在于專業(yè)基本知識和基本技能的鞏固和提高，具體涵蓋專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)綜合兩個環(huán)節(jié)。創(chuàng)新性實驗著眼于創(chuàng)新意識和工程實踐能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生已經(jīng)具備足夠的專業(yè)基礎(chǔ)知識。該環(huán)節(jié)充分給予學(xué)生實驗自主權(quán)，教師充當(dāng)“配角”只提出實驗基本目標(biāo)要求，而實驗的具體實施方案由學(xué)生自主提出。

(2)引領(lǐng)式互動型實踐環(huán)境是以科技競賽為載體。充分利用當(dāng)前全國性、區(qū)域性層面的科技競賽為契機，鼓勵部分知識掌握扎實、具有創(chuàng)新意識的學(xué)生參與，多位教師以導(dǎo)師組的形式給予指導(dǎo)，師生在實踐中創(chuàng)新思想產(chǎn)生共鳴，共同進步。雖然，只有部分學(xué)生能夠被選拔參與各類科技競賽，但是這個過程所營造出來的實踐氛圍，卻能夠引領(lǐng)大多數(shù)學(xué)生以觀望、協(xié)助、智力支持等方式參與到實踐中來。而且，科技競賽一般都是時間有限，主題廣泛，學(xué)生必須在短時間內(nèi)完成科技作品，這就迫使學(xué)生尋求有創(chuàng)意、有意義的作品主題，然后發(fā)揮團隊協(xié)作能力，聚焦知識、發(fā)散思維。顯然，這樣的培養(yǎng)模式能夠明顯提高學(xué)生面對新問題和新情景時的機變能力，從而在無形中提升創(chuàng)新意識以及實踐能力。

(3)遞進式互動型實踐環(huán)境以專業(yè)綜合課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計為途徑。在測控專業(yè)的最后學(xué)習(xí)階段，即在第七學(xué)期末和第八學(xué)期，不再安排理論課程學(xué)習(xí)，先后設(shè)置專業(yè)綜合課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計兩個環(huán)節(jié)。面向全體學(xué)生，瞄準(zhǔn)鞏固知識、工程實踐訓(xùn)練、團隊協(xié)作與獨立系統(tǒng)設(shè)計，力圖促進學(xué)生多方面的能力的提高。專業(yè)綜合課程設(shè)計采用多人一題的形式，著眼于培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力。畢業(yè)設(shè)計采用一人一題的形式，突出學(xué)生項目整體把握、知識系統(tǒng)化、實踐創(chuàng)新獨立化的能力。經(jīng)過專業(yè)綜合課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計這樣一個遞進式培養(yǎng)，學(xué)生無論是在所學(xué)基礎(chǔ)知識的掌握方面，還是對創(chuàng)新意識、工程實踐能力和團隊協(xié)作精神的領(lǐng)悟等方面都有質(zhì)的提升。

3 結(jié)語

本文提出了一種以多維互動為核心的人才培養(yǎng)理念，并融入到課程體系建設(shè)、教學(xué)模式、實踐教學(xué)等環(huán)節(jié)中，獲得多個創(chuàng)新性成果。

(戴巨川等文)

(1)互動型課程體系構(gòu)建模式，既保證了學(xué)生的基礎(chǔ)知識能力，又使得學(xué)生畢業(yè)后能迅速融入行業(yè)發(fā)展之中；既體現(xiàn)了專業(yè)辦學(xué)的共性和本校的特色，又提高了課程設(shè)置前瞻性和適應(yīng)性。

(2)互動型教學(xué)模式極大地拓展了教學(xué)的時空界限，營造了濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時促進了教師教學(xué)反思。

(3)互動型實踐環(huán)境夯實了專業(yè)基礎(chǔ)知識和技能，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新意識和工程實踐能力。

多維互動型培養(yǎng)體系既強調(diào)理論知識的傳授，又突出創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)，能夠較好地滿足當(dāng)前社會對測控畢業(yè)生的要求。但是，隨著社會科技的迅猛發(fā)展，國際一體化趨勢的加快，測控行業(yè)一些新的特征不斷涌現(xiàn)，如未來測控系統(tǒng)從數(shù)據(jù)處理發(fā)展到知識處理、人才本土就業(yè)轉(zhuǎn)向國際化就業(yè)發(fā)展，如何做到與社會需求變化同步，建立開放式的培養(yǎng)體系，具備與時俱進的能力，是今后需要持續(xù)開展的工作。

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Construction and Practice of Multi-Dimensional Interactive Training System for Measurement-Control Technology and Instrumentation Specialty

DAI Ju-chuan; YANG Shu-yi; WANG Guang-bin; LING Qi-hui

(SchoolofElectromechanicalEngineering,HunanUniversityofScienceandTechnology,Xiangtan411201,China)

In order to change the concept and environment of personnel training of the measurement and control specialty, a novel type of personnel training idea named multidimensional interaction type is put forward and integrated into the construction of interactive curriculum system, interactive teaching mode, interactive practice environment, which forms a new training model of measurement and control professionals. Multi-dimensional interactive training system emphasizes not only the teaching of theoretical knowledge but also the training of innovative awareness and practical ability, which can meet the requirements of the current society to graduates of measurement and control specialty.

measurement and control specialty; training system; multi-dimensional interaction

2016-11-09;

2017-01- 06

戴巨川(1979-)，男，博士，副教授，主要從事測控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)與研究工作，E-mail：daijuchuan@163.com

G424

A

1008-0686(2017)03-0076-05