測控專業(yè)控制類課程群建設(shè)與實踐研究

舒雙寶 夏豪杰 劉文文 胡毅 黨學(xué)明

[摘 要]根據(jù)測控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)以及工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，高校要著重對控制類課程群的課程體系、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)以及師資隊伍等方面進(jìn)行改革和建設(shè)，注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力，加強人才培養(yǎng)體系的設(shè)計?？刂祁愓n程群的建設(shè)，使高校構(gòu)建了一個較完整的課程群構(gòu)架體系， 對專業(yè)建設(shè)起到了積極的推動作用，在實踐教學(xué)中取得了良好的效果。

[關(guān)鍵詞]測控技術(shù)與儀器；控制類課程群；創(chuàng)新能力

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）08-0055-03

測控技術(shù)與儀器專業(yè)（以下簡稱“測控專業(yè)”）主要是以精密測試技術(shù)為平臺，應(yīng)用電子技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)和精密機械設(shè)計與制造技術(shù)，研究和開發(fā)適應(yīng)于現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展方式的高精度、自動化、智能化工業(yè)檢測系統(tǒng)和成套裝備的專業(yè)。測控專業(yè)是精密機械、光學(xué)、電子、計算機與信息技術(shù)多學(xué)科互相滲透而形成的綜合性專業(yè)，本科階段屬于強調(diào)基礎(chǔ)、拓寬口徑、重視能力的“通才教育”，其顯著特點是學(xué)科的“交叉性”與技術(shù)的“集成性”。從高精度測控系統(tǒng)的基本構(gòu)成來看，自動化和智能化是實現(xiàn)高精度可靠測量的保障；從控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成上來看，檢測器件是現(xiàn)代化控制系統(tǒng)必備的組成環(huán)節(jié)。因此，在測控專業(yè)的課程設(shè)置中，控制類課程群是該專業(yè)課程體系的重要組成部分。合肥工業(yè)大學(xué)測控專業(yè)2004年被安徽省批準(zhǔn)為省級教改示范專業(yè)，2008年被教育部批準(zhǔn)為國家級特色專業(yè)，2012年通過教育部工程教育專業(yè)認(rèn)證。結(jié)合測控專業(yè)本身的發(fā)展趨勢，本文在明確測控專業(yè)學(xué)生在控制類課程的基礎(chǔ)知識、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)等方面的要求的基礎(chǔ)上，以專業(yè)綜合能力培養(yǎng)和創(chuàng)新精神培養(yǎng)為目標(biāo)，建立了完備的控制類課程群建設(shè)框架，通過對課程體系的改革，在實踐教學(xué)中取得了一定的成效。

一、控制類課程群建設(shè)背景與建設(shè)內(nèi)容

測控專業(yè)控制類課程群主要包括自動控制原理、精密運動控制、網(wǎng)絡(luò)及總線技術(shù)、可編程控制器、虛擬技術(shù)及儀器等課程以及課程設(shè)計?？刂祁愓n程群中的課程因為涉及控制的基本原理，同時還需進(jìn)行工程實踐，所以課程內(nèi)容原理較多，基本理論相對抽象，并由于現(xiàn)代技術(shù)更新發(fā)展快，而普遍出現(xiàn)“學(xué)生難學(xué)，教師難教”的情況。因此，課程群教研組成員就課程群相關(guān)課程教學(xué)中所存在的問題進(jìn)行了認(rèn)真核定，對課程群教學(xué)體系進(jìn)行了相關(guān)的改革與建設(shè)。

根據(jù)測控專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，以控制類課程群為研究平臺，堅持學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力，我們建立了明確的課程群建設(shè)目標(biāo)與內(nèi)容，如圖1所示。結(jié)合測控專業(yè)本身的發(fā)展趨勢，應(yīng)用現(xiàn)代教育目標(biāo)理論改進(jìn)和優(yōu)化控制類課程群建設(shè)中的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、實踐教學(xué)，加強師資隊伍建設(shè)，利用課程教學(xué)達(dá)成度評估教學(xué)重要環(huán)節(jié)的實施手段和效果，以此對控制類課程群進(jìn)行改革和建設(shè)。

二、控制類課程群體系建設(shè)

（一）課程群涵蓋課程內(nèi)容整合與優(yōu)化

根據(jù)測控專業(yè)人才培養(yǎng)知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)的要求，借助學(xué)校教學(xué)計劃修訂的機會，教研組成員以“最大限度地融入學(xué)科發(fā)展方向的新知識和新技術(shù)，理順課程群教學(xué)內(nèi)容邏輯關(guān)系”為原則，對課程群教學(xué)計劃進(jìn)行了建設(shè)和改革。以綜合能力培養(yǎng)和創(chuàng)新精神培養(yǎng)為目標(biāo)，整合教學(xué)內(nèi)容，理順各課程之間的邏輯聯(lián)系，統(tǒng)一概念，查余補漏，強化各門課程之間在教學(xué)內(nèi)容和工程實踐方面的連貫性和整體性，突出實際應(yīng)用，科學(xué)設(shè)定課程的知識和能力目標(biāo)。

目前測控專業(yè)控制類課程群整合的課程設(shè)置有7門課程——3門必修課程（自動控制原理、精密運動控制、測控系統(tǒng)與儀器設(shè)計），3門選修課程（虛擬技術(shù)與儀器、網(wǎng)絡(luò)與總線技術(shù)和可編程控制器）和1門必修課程設(shè)計 （測控系統(tǒng)設(shè)計實訓(xùn)）?？刂祁愓n程群涵蓋課程如圖2所示。

自動控制原理是課程群的控制理論基礎(chǔ)平臺，是一門主干必修課程，主要介紹控制系統(tǒng)的基本原理、性能評價以及系統(tǒng)設(shè)計實踐等問題，著力為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和實踐打下基礎(chǔ)。精密運動控制是一門必修主干課程，以電機為主導(dǎo)，以控制為線索，使學(xué)生了解機電控制技術(shù)的一般知識，掌握常用電機（直流電機、交流電機、步進(jìn)電機等）的原理特性和控制方法，使學(xué)生對精密機電工程技術(shù)中的電控技術(shù)有一個全面、系統(tǒng)的了解和掌握。測控系統(tǒng)與儀器設(shè)計必修課程是以測控儀器設(shè)計的總體任務(wù)為傳授點，將光、機、電、計算機結(jié)合起來，系統(tǒng)介紹測控儀器的精度設(shè)計理論以及總體設(shè)計的理論和方法。

虛擬技術(shù)及儀器、網(wǎng)絡(luò)與總線技術(shù)和可編程控制器是專業(yè)的選修課程。虛擬儀器體現(xiàn)了“軟件即儀器”或進(jìn)一步的“網(wǎng)絡(luò)即儀器”的思想，讓學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)和掌握Labview設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)與總線課程以計算機網(wǎng)絡(luò)、通信、開放系統(tǒng)互連參考模型、控制技術(shù)等知識為基礎(chǔ)，主要介紹工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用?？删幊炭刂破鳎≒LC）課程以西門子S7-200系列PLC為背景，介紹PLC的工作原理、編程軟件、PLC系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用等內(nèi)容，旨在將這一在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的技術(shù)介紹給學(xué)生。這些選修課程使學(xué)生對當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域的實際現(xiàn)狀有了進(jìn)一步認(rèn)識，提高了工程應(yīng)用能力。

控制類課程群建設(shè)的頂層是實踐環(huán)節(jié)，測控系統(tǒng)設(shè)計實訓(xùn)課程設(shè)計對現(xiàn)有的一些實踐環(huán)節(jié)的項目進(jìn)行了整合與優(yōu)化，凝練出能夠體現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、符合學(xué)生現(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)、涵蓋測量與控制的相互包容性的實踐項目。學(xué)生通過實際的項目設(shè)計訓(xùn)練，能夠加深對控制體系的理解和認(rèn)識，提高實際測控系統(tǒng)的設(shè)計能力，最重要的是自主意識和創(chuàng)新精神得以激發(fā)。

（二）教學(xué)方法與教學(xué)手段改革

1.多媒體課件與教學(xué)方式建設(shè)。目前課程群內(nèi)的全部課程都已經(jīng)具備了應(yīng)用多媒體進(jìn)行教學(xué)的手段，但多媒體課件在教學(xué)過程中的具體實施和運用，需遵循教學(xué)規(guī)律，根據(jù)各課程教學(xué)內(nèi)容的不同靈活采用不同的方式。自動控制原理課程由于教學(xué)內(nèi)容理論性強，公式推導(dǎo)多，圖表復(fù)雜多變等原因，應(yīng)采用多媒體與板書教學(xué)相結(jié)合的方式。課程群內(nèi)其他課程屬于工程技術(shù)類課程，教學(xué)過程中需要引入大量的多媒體信息以豐富教學(xué)內(nèi)容，這不僅為教師節(jié)省了大量的作圖和系統(tǒng)分析時間，還能結(jié)合實際教學(xué)情況形象直觀地講解問題，使課堂教學(xué)內(nèi)容變得更加豐富。

2.作業(yè)與考試模式改革。在理論性較強的課程中，學(xué)生需要做大量的習(xí)題和作業(yè)來理解消化控制類課程群相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容，重點在于引導(dǎo)學(xué)生正確的分析問題和解決問題的思路。對于工程性較強的課程，可根據(jù)不同章節(jié)的教學(xué)要求，布置不同要求和形式的作業(yè)，如讀書報告、資料查詢、Matlab設(shè)計與仿真等。建立科學(xué)合理的考試模式，以對學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)進(jìn)行綜合考核為目標(biāo)，采取多種方式相結(jié)合的綜合考核方式，全面客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。課程平時成績考核應(yīng)強調(diào)學(xué)生課程報告，同時結(jié)合課后習(xí)題作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生主動參與教學(xué)，擴充學(xué)生的知識范圍與提高學(xué)生自學(xué)能力，從而引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高其綜合運用知識的能力和創(chuàng)新能力。

3.試題與考題庫建設(shè)。對于課程群中的工程技術(shù)類課程，由于知識點相對固定，教研組教師在多年的教學(xué)積累基礎(chǔ)上，開發(fā)和完善了課程群的考題庫，主要包括選擇題、填空題、設(shè)計題等題型。

4.教學(xué)資源共享平臺建設(shè)。建立網(wǎng)絡(luò)平臺，將課程群的教學(xué)資源信息化。網(wǎng)絡(luò)平臺內(nèi)容包括教學(xué)大綱、教案、教學(xué)課件、實踐項目等。平臺建立的目的是提高學(xué)生的參與意識，活躍師生之間的交流，學(xué)生可以通過網(wǎng)站答疑、下載課件、提交作業(yè)等方式實現(xiàn)交互式教學(xué)。同時建立了QQ群、微信群等互聯(lián)網(wǎng)信息交流渠道，增加師生交流和共享學(xué)科專業(yè)知識渠道，使學(xué)生開闊視野。

（三）實踐教學(xué)的拓展與深化

控制課程群實踐教學(xué)建設(shè)有常規(guī)實驗、設(shè)計性和綜合性實驗、課程設(shè)計等多個層次。常規(guī)的實驗教學(xué)多與課堂教學(xué)捆綁在一起，針對性強，實驗針對課堂教學(xué)的重要知識點來設(shè)計，在實際課程教學(xué)中，可利用現(xiàn)代教學(xué)方法，增大案例教學(xué)比例，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維意識和提高創(chuàng)新能力。課程群的課程設(shè)計進(jìn)一步加強了學(xué)生對測控儀器的分析、設(shè)計能力和實踐能力。成立學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計小組，使其充分利用課堂知識，進(jìn)行各種創(chuàng)新設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；組織智能車競賽、科技創(chuàng)新設(shè)計大賽，讓學(xué)生參加電子設(shè)計大賽、光電設(shè)計大賽、傳感器設(shè)計大賽、虛擬儀器設(shè)計大賽等，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和競爭意識。經(jīng)常組織教師、學(xué)生參加校際交流，相互學(xué)習(xí)。

（四）師資隊伍建設(shè)

本課程群建設(shè)堅持把提高教師專業(yè)素質(zhì)放在重要位置，課程群教師認(rèn)真負(fù)責(zé)，團結(jié)協(xié)作，形成了相互信任、相互關(guān)懷、鼓勵創(chuàng)新的工作氛圍，不定期地開展教學(xué)法討論活動。課程群教師積極投身于教學(xué)改革研究與實踐之中，以教改促進(jìn)教學(xué)，通過教學(xué)研究，緊密跟蹤學(xué)科前沿，不斷學(xué)習(xí)和使用新的教學(xué)方法及利用新的教學(xué)手段，并且將教改成果應(yīng)用于教學(xué)實踐中，提升教學(xué)效果，使學(xué)生受益。

同時，在保證完成好教學(xué)任務(wù)的前提下，應(yīng)積極鼓勵和支持教師承擔(dān)科研項目，鍛煉培養(yǎng)教師的教學(xué)研究和科研能力，提高其學(xué)術(shù)水平。要加強對教師工程實踐能力的鍛煉，鼓勵教師深入一線生產(chǎn)實踐，了解企業(yè)技術(shù)發(fā)展實際情況及制約瓶頸，鼓勵教師與企事業(yè)單位或科研院所開展聯(lián)合研究，解決工程技術(shù)問題，增加現(xiàn)有教師的實踐經(jīng)驗。在科研項目的帶動下，教師將科研的思維方法及成果融入教學(xué)中，使學(xué)生不僅能學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，更能學(xué)習(xí)思維方法，得到了學(xué)生的高度肯定。

（五）建立教學(xué)反饋機制和教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)

要以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，結(jié)合中國工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建立合理的課程達(dá)成度評價體系和機制。通過制定詳細(xì)、具體、可衡量的評價指標(biāo)，形成評分表，結(jié)合學(xué)生的實驗報告、設(shè)計報告、作業(yè)、課堂表現(xiàn)、課程考試成績在該項指標(biāo)上的表現(xiàn)，根據(jù)其滿意度給出量化分?jǐn)?shù)，從而計算出課程的達(dá)成度評價結(jié)果。通過學(xué)生能力培養(yǎng)達(dá)成度的評價和反饋結(jié)果，不斷修訂教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)方案，以實現(xiàn)教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)。

三、控制類課程群建設(shè)的實施效果

經(jīng)過課程群建設(shè)與優(yōu)化，課程群內(nèi)課程體系清晰， 教學(xué)內(nèi)容更加合理，課程理論教學(xué)和實踐能力培養(yǎng)結(jié)合得更緊密， 并充實了前沿科學(xué)理論和新技術(shù)。主要成果如下：

1.結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求，完成以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的控制類課程教學(xué)體系建設(shè)。主要包括教學(xué)大綱修訂、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計和教學(xué)模式的改革與實踐等，結(jié)合中國工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，通過學(xué)生能力培養(yǎng)達(dá)成度的評價和反饋結(jié)果，不斷修訂教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)方案，以實現(xiàn)教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)。

2.建成了以能力為導(dǎo)向、以學(xué)科競賽為引領(lǐng)的實踐體系建設(shè)。加強學(xué)生創(chuàng)新實踐基地和實踐項目建設(shè)，結(jié)合學(xué)校及省級教改項目以及大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目，指導(dǎo)學(xué)生參加多項學(xué)科競賽，建立了本科生依托學(xué)科競賽的大學(xué)生創(chuàng)新實踐體系。以“學(xué)以致用”為出發(fā)點，以“增強綜合競爭力”為目標(biāo)，通過設(shè)計特定的實驗課、實踐課來強化理論課，使學(xué)生不但具備良好的動手能力，更增強了分析問題、研究問題的能力。課程群教師指導(dǎo)學(xué)生參加了校大學(xué)生科技制作大賽、?；ヂ?lián)網(wǎng)大賽、安徽省光電設(shè)計大賽、安徽省物聯(lián)網(wǎng)大賽、全國傳感器設(shè)計大賽、全國光電設(shè)計大賽、全國虛擬儀器設(shè)計大賽等，并取得了優(yōu)秀的成績。通過指導(dǎo)學(xué)生參加各類學(xué)科競賽，既取得了豐碩的競賽成果，也使得學(xué)生在競賽過程中自然地鍛煉了實踐創(chuàng)新能力。

3.建立了一支高水平的測控專業(yè)控制類課程群教學(xué)教師隊伍。本課程群教師隊伍是一支專業(yè)結(jié)構(gòu)合理、愛崗育人的“老中青”相結(jié)合的師資梯隊，通過“傳幫帶”、進(jìn)修的方法來實施教師培養(yǎng)計劃，并通過聘請校內(nèi)外知名教師示范教學(xué)等方法培訓(xùn)青年教師，不斷強化教學(xué)團隊的力量和提高整體素質(zhì)水平。提倡人人參與科學(xué)研究和教改研究，充分利用本教學(xué)團隊科研力量雄厚、承擔(dān)的各級科研項目多的優(yōu)勢，鼓勵教師教學(xué)科研相結(jié)合，以教師深厚的學(xué)術(shù)功底支撐高質(zhì)量的課程教學(xué)，建設(shè)教學(xué)科研型的教師隊伍。

四、結(jié)語

本文介紹了控制類課程群建設(shè)的系統(tǒng)研究、整體優(yōu)化和綜合實踐。通過近幾年的實際教學(xué)效果來看，其不僅提高了學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)理論的理解能力，還為提高學(xué)生的實際能力、培養(yǎng)一專多能的測控專業(yè)復(fù)合型人才起到了積極的推動作用；同時也提高了教師的科研水平，推動了測控專業(yè)學(xué)生的能力培養(yǎng)，為其他高校該專業(yè)課程群的建設(shè)提供了很好的可借鑒的經(jīng)驗。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 林玉遲， 畢玉玲， 馬風(fēng)鳴.測控技術(shù)與儀器實踐能力訓(xùn)練教程[ M].北京：機械工業(yè)出版社， 2005.

[2] 劉文文， 吳曄， 洪占勇，等.測控專業(yè)控制類課程群建設(shè)與實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報， 2011（1）：13-14.

[3] 鐘秉，翔楊波，楊君玲，等. 測控技術(shù)與儀器專業(yè)在線分析儀器課程群建設(shè)與實踐 [J].教育教學(xué)論壇， 2017（34）：155-156.

[4] 吳寧， 微機原理課程學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索與實踐[J].計算機教育， 2006 （8）：35-37.

[5] 蔣文波，謝維成，鄭萍. 國際工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下省屬高校測控技術(shù)與儀器專業(yè)培養(yǎng)模式探索與思考[J].大學(xué)教育，2015（3）：30-31.

[6] 袁瀾，邱聯(lián)奎，曹哲，等. “運動控制系統(tǒng)”課程群建設(shè)與改革探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報， 2016（3）：58-60.

[責(zé)任編輯 劉鳳華]