新工科背景下專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)的探索與實(shí)踐

牛金星 申杰 張濤

摘 要：專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)是本科生進(jìn)入工作崗位前的最后一個(gè)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，也是除畢業(yè)設(shè)計(jì)外的最后一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的基本能力。如何使學(xué)生提前了解企業(yè)需求，更好地與工作崗位對(duì)接，華北水利水電大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)和企業(yè)合作，探索出一條校企合作完成綜合課程設(shè)計(jì)的思路，取得了較好的效果，受到學(xué)生的普遍歡迎。

關(guān)鍵詞：測(cè)控技術(shù)與儀器;綜合課程設(shè)計(jì);產(chǎn)學(xué)合作;協(xié)同育人

教育部明確指出，“新工科”建設(shè)是主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略行動(dòng)，各有關(guān)單位要把“新工科”建設(shè)作為引領(lǐng)高等教育改革的有力抓手。

教育部高等教育司在產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目申報(bào)指南中指出，為貫徹落實(shí)《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見(jiàn)》文件精神，深入推進(jìn)產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人，匯聚企業(yè)資源，支持高校開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐，推進(jìn)高校教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革、師資培訓(xùn)、實(shí)踐條件建設(shè)、校外實(shí)踐基地建設(shè)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練。

一、實(shí)施背景

華北水利水電大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)電與測(cè)控儀器系與深圳信盈達(dá)科技有限公司鄭州分公司進(jìn)行合作，獲得了教育部高等教育司產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目立項(xiàng)。獲得立項(xiàng)之后，學(xué)校探索實(shí)施了校企合作完成測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)，提高了課程設(shè)計(jì)效果，為學(xué)生進(jìn)入工作崗位打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二、實(shí)施要求

測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)是機(jī)械、電子、光學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)等多學(xué)科互相滲透而形成的一門(mén)高新技術(shù)密集型專(zhuān)業(yè)，是我國(guó)儀器儀表行業(yè)唯一的本科專(zhuān)業(yè)。測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)為：掌握測(cè)量、控制和儀器領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、專(zhuān)門(mén)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能，掌握信息獲取、傳輸、處理和應(yīng)用的技術(shù)方法，具有測(cè)量控制領(lǐng)域技術(shù)集成和儀器綜合設(shè)計(jì)應(yīng)用能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中一次綜合實(shí)踐訓(xùn)練，旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的基本能力。通過(guò)綜合課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)得到鞏固，運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到鍛煉。測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生通過(guò)綜合課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐，需要掌握測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、硬件與軟件的開(kāi)發(fā)流程，設(shè)計(jì)題目的資料收集、整理和分析的方法，方案的設(shè)計(jì)和比較等。教師通過(guò)綜合課程設(shè)計(jì)提高學(xué)生的分析、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作做好必要的準(zhǔn)備。測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)一般安排在第7學(xué)期期末的兩周，設(shè)計(jì)的難度不能太高，工作量要適中。

三、探索與實(shí)踐

為了更好地提高專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)質(zhì)量，使學(xué)生在畢業(yè)前更好地了解企業(yè)需求，機(jī)電與測(cè)控儀器系和深圳信盈達(dá)科技有限公司鄭州分公司聯(lián)合完成測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)的綜合課程設(shè)計(jì)。學(xué)校和企業(yè)共同探索并實(shí)踐了新的課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式，以企業(yè)的工程項(xiàng)目為依托，與企業(yè)共同擬定設(shè)計(jì)題目、任務(wù)書(shū)和計(jì)劃書(shū)。讓企業(yè)提供課程設(shè)計(jì)所需要的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，學(xué)校指導(dǎo)教師和企業(yè)工程師共同指導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)，取得了很好的教學(xué)效果。

專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)一般都有具體的實(shí)施過(guò)程。首先，指導(dǎo)教師要至少提前兩周確定課程設(shè)計(jì)題目，既要考慮題目的綜合性，又要考慮題目的難度和工作量的適中。而且一般要擬定多個(gè)題目，整個(gè)專(zhuān)業(yè)的所有學(xué)生分成若干個(gè)設(shè)計(jì)小組，每個(gè)設(shè)計(jì)小組的幾個(gè)學(xué)生共同做一個(gè)題目。

確定了題目之后，開(kāi)始撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和計(jì)劃書(shū)。任務(wù)書(shū)主要明確課程設(shè)計(jì)題目，每個(gè)題目的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容、預(yù)期成果及形式，成績(jī)?cè)u(píng)定要素及權(quán)重等。每個(gè)題目的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本功能、可以采取的主要技術(shù)路線和方法、設(shè)計(jì)重點(diǎn)要解決的問(wèn)題、主要技術(shù)指標(biāo)和主要參數(shù)。每一個(gè)題目都要有明確的任務(wù)書(shū)。

設(shè)計(jì)計(jì)劃書(shū)比任務(wù)書(shū)更詳細(xì)，主要規(guī)劃在兩周的課程設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)，每個(gè)階段的主要任務(wù)。通常按日撰寫(xiě)計(jì)劃內(nèi)容，要細(xì)化每天的設(shè)計(jì)內(nèi)容和相關(guān)設(shè)計(jì)的具體要求。計(jì)劃書(shū)通常是以表格的形式呈現(xiàn)，比較直觀。

最后，根據(jù)任務(wù)書(shū)和計(jì)劃書(shū)的安排，每天到設(shè)計(jì)教室集中指導(dǎo)學(xué)生做設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要向?qū)W生下達(dá)任務(wù)書(shū)和計(jì)劃書(shū)。學(xué)生明確設(shè)計(jì)要求后，學(xué)校指導(dǎo)教師和企業(yè)指導(dǎo)工程師針對(duì)每個(gè)小組在設(shè)計(jì)過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)遇到的問(wèn)題，進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)。

雖然在測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案里，指導(dǎo)性教學(xué)計(jì)劃規(guī)定的專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)的時(shí)間是兩周，但從構(gòu)思擬定設(shè)計(jì)題目、撰寫(xiě)任務(wù)書(shū)和計(jì)劃書(shū)，到指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)，再到收取課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行評(píng)閱，然后結(jié)合平時(shí)成績(jī)和課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)成績(jī)計(jì)算綜合成績(jī)，最后還要對(duì)學(xué)生的成績(jī)單進(jìn)行分析并撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)工作報(bào)告。工作報(bào)告包括統(tǒng)計(jì)成績(jī)區(qū)間分布情況，成績(jī)分析，班風(fēng)學(xué)風(fēng)總結(jié)，對(duì)教學(xué)和學(xué)生等管理方面的意見(jiàn)和建議等。整個(gè)課程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備、實(shí)施、收尾工作要持續(xù)一個(gè)多月的時(shí)間。

從2014年開(kāi)始，機(jī)械學(xué)院機(jī)電與測(cè)控儀器系和深圳信盈達(dá)科技有限公司鄭州分公司進(jìn)行合作，與該公司的項(xiàng)目工程師共同指導(dǎo)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)。在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，由企業(yè)提供相關(guān)硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和新版本的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。以企業(yè)的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為依托，學(xué)校指導(dǎo)教師和企業(yè)工程師共同擬定的課程設(shè)計(jì)題目有《基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)》《基于STM32的智能手環(huán)設(shè)計(jì)》《基于嵌入式系統(tǒng)的人臉識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)》等。

《基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)》主要是利用嵌入式STM32F103ZET6開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)NTC傳感器、溫濕度傳感器對(duì)當(dāng)前環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)SPI通信協(xié)議將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)送到處理器進(jìn)行處理，并在觸摸屏TFT LCD上顯示當(dāng)前環(huán)境的溫濕度。TFT LCD使用之前需要先進(jìn)行校準(zhǔn)，通過(guò)觸摸屏可以設(shè)置報(bào)警號(hào)碼和溫濕度報(bào)警閾值，通過(guò)觸摸屏按鍵控制報(bào)警LED燈和蜂鳴器。

《基于STM32的智能手環(huán)設(shè)計(jì)》首先用GPIO口實(shí)現(xiàn)按鍵控制LED燈，通過(guò)I2C總線進(jìn)行通信，將獲取溫濕度在OLED屏上顯示。學(xué)生掌握了基本操作之后，進(jìn)一步采用HP-6心率血壓傳感器，將測(cè)量到的心率和血壓數(shù)據(jù)在OLED屏上顯示。通過(guò)按鍵切換智能手環(huán)顯示界面，可以顯示的內(nèi)容包括日期、時(shí)間、個(gè)人信息、溫濕度、心率、血壓。

《基于嵌入式系統(tǒng)的人臉識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)》首先指導(dǎo)學(xué)生熟悉Linux環(huán)境搭建并熟悉A9硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)指令操作文件和Linux常用開(kāi)發(fā)工具的使用，了解uboot的作用和內(nèi)核的制作，搭建初期的環(huán)境。掌握了基礎(chǔ)知識(shí)之后，指導(dǎo)學(xué)生連接硬件平臺(tái)和Linux系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)交叉編譯文件并在硬件平臺(tái)執(zhí)行。搭建Qt5.7.0環(huán)境并創(chuàng)建Qt過(guò)程，實(shí)現(xiàn)OpenCV打開(kāi)本地圖片并顯示在液晶顯示屏。最后，通過(guò)OpenCV調(diào)用USB攝像頭實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別，在人臉區(qū)域用圖形標(biāo)記。在人臉識(shí)別的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)人眼識(shí)別并標(biāo)記。

指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)時(shí)，首先是企業(yè)工程師帶領(lǐng)學(xué)生熟悉并掌握新版本的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和硬件開(kāi)發(fā)板的基本應(yīng)用，然后是學(xué)校指導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧復(fù)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，最后是企業(yè)工程師講述該項(xiàng)目用到的新知識(shí)。學(xué)生學(xué)習(xí)的同時(shí)，在軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行練習(xí)，練習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題由企業(yè)工程師進(jìn)行指導(dǎo)。有些學(xué)生掌握新知識(shí)比較慢，每天回去還要查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，進(jìn)一步學(xué)習(xí)理論知識(shí)。學(xué)生掌握了相關(guān)知識(shí)之后，開(kāi)始設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、計(jì)劃書(shū)分配，遇到問(wèn)題再和學(xué)校指導(dǎo)教師討論解決。

校企合作采用新的指導(dǎo)模式，邊講邊學(xué)邊練習(xí)，每天的時(shí)間安排得非常緊湊，不但讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)了大量的前沿知識(shí)，經(jīng)歷了一個(gè)完整的項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程，而且提高了學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料、自主學(xué)習(xí)的能力。

測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)，是畢業(yè)設(shè)計(jì)之前最后一個(gè)也是最重要的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，需要綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課，進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，以達(dá)到鞏固消化相關(guān)課程內(nèi)容的目的。課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、儀器設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的過(guò)程，是知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力、能力轉(zhuǎn)化為工程素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。

與企業(yè)合作，共同完成測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)，學(xué)生以項(xiàng)目為依托，一邊學(xué)習(xí)一邊練習(xí)，然后緊接做設(shè)計(jì)，效率非常高，綜合應(yīng)用了本專(zhuān)業(yè)課程體系里所學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。通過(guò)企業(yè)提供的開(kāi)發(fā)設(shè)施和內(nèi)容講解，學(xué)生熟悉了整個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，更進(jìn)一步了解了企業(yè)文化和企業(yè)生態(tài)，提升了綜合能力，為以后進(jìn)入工作崗位打下了良好的基礎(chǔ)。

校企合作取得了雙贏的效果。對(duì)于企業(yè)而言，能夠吸引優(yōu)秀的學(xué)生加入企業(yè);對(duì)于學(xué)校而言，能夠更加清楚企業(yè)需求，為企業(yè)培養(yǎng)更多的有用人才。產(chǎn)學(xué)合作，協(xié)同育人，有助于打造多主體協(xié)同育人的長(zhǎng)效機(jī)制，構(gòu)建了產(chǎn)教融合、校企合作的良好生態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王代華.測(cè)控技術(shù)及儀器專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)實(shí)踐[J].高等工程教育研究，2007，（3）.

[2]牛金星，李恒燦，王麗君，等.測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)模式探索[J].教育教學(xué)論壇，2015，（10）

責(zé)編：艾 和