現(xiàn)代化生產(chǎn)背景下精密測(cè)量技術(shù)工科專業(yè)人才培養(yǎng)的思考

陳青山　張帆　董明利　郭陽(yáng)寬　吳思進(jìn)

[摘 要] 精密測(cè)量技術(shù)是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)主干課程。在現(xiàn)代化生產(chǎn)背景下，以新工科理念為引領(lǐng)，以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)成果為導(dǎo)向，北京信息科技大學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置方面進(jìn)行了積極探索和思考。歸納精密測(cè)量技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容改革過(guò)程中遇到的問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題成因進(jìn)行深入分析，圍繞學(xué)生畢業(yè)能力達(dá)成這一核心任務(wù)，以培養(yǎng)成果為導(dǎo)向，介紹實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的持續(xù)改進(jìn)、初步成效和思考。

[關(guān)鍵詞] 現(xiàn)代化生產(chǎn);產(chǎn)業(yè)需求;成果導(dǎo)向;精密測(cè)量

[作者簡(jiǎn)介] 陳青山（1987—），男，湖北人，博士，教授，研究方向：精密儀器與精密測(cè)量技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)、微納光學(xué)材料、精密光機(jī)電一

體化技術(shù)、智能測(cè)控技術(shù)等;張 帆（通信作者）（1987—），女（蒙古族），內(nèi)蒙古人，博士，副教授，研究方向：細(xì)胞力學(xué)特性測(cè)量、生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)與儀器等。

[中圖分類號(hào)] G640? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）25-0136-02? ? [收稿日期] 2019-09-25

科學(xué)技術(shù)正以巨大的潛能推動(dòng)著制造技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化生產(chǎn)背景下，產(chǎn)品制造的自動(dòng)化程度、制造精度都得到了極大的提高，數(shù)控機(jī)床、加工中心、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等使得現(xiàn)代生產(chǎn)逐漸向數(shù)字化、自動(dòng)化、集成化、智能化方向高速發(fā)展[1，2]。

精密測(cè)量技術(shù)課程是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)面向高年級(jí)本科生的主干專業(yè)課程。課程一方面涉及電子學(xué)、光學(xué)、精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)、信息與控制技術(shù)等多學(xué)科;另一方面沿襲原機(jī)械工業(yè)部所屬高校精密儀器專業(yè)的特點(diǎn)，具有鮮明的幾何量精密測(cè)量特色。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能使用精密測(cè)量技術(shù)的基本理論、方法和技術(shù)開(kāi)展測(cè)量，能夠遵循精密計(jì)量規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、政策與法規(guī)，了解本領(lǐng)域的最新研究成果和進(jìn)展，獲得從事精密測(cè)量相關(guān)工作的能力。

近年來(lái)，在工程教育專業(yè)認(rèn)證、新工科理念引領(lǐng)下，已經(jīng)建立了課程對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系，并開(kāi)展了以達(dá)成度評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)的課程教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系，但如何組織精密測(cè)量技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容，使其適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，成為本課程在持續(xù)改進(jìn)道路上的重要問(wèn)題。

一、存在的問(wèn)題

1.傳統(tǒng)精密計(jì)量?jī)x器更新?lián)Q代對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響。隨著新的儀器設(shè)備不斷被引入到課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室存在著購(gòu)置于不同年代的同種類儀器，例如工具顯微鏡，目前有“老”（人工讀數(shù)式）、“中”（光電式）、“青”（影像測(cè)量?jī)x）三代。由于現(xiàn)代儀器突破了傳統(tǒng)的光機(jī)結(jié)構(gòu)模式，測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化程度高，學(xué)生可以實(shí)際動(dòng)手操作的環(huán)節(jié)少，對(duì)精密測(cè)量的概念、條件、操作、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)的理解不夠深入。相比之下，傳統(tǒng)儀器以人工操作為主，操作過(guò)程中學(xué)生對(duì)測(cè)量原理、數(shù)據(jù)采集和處理方法可以有較深入的理解。

例如，采用傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器“萬(wàn)能測(cè)齒儀”開(kāi)展齒輪齒距誤差測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，學(xué)生需通過(guò)恒力裝置瞄準(zhǔn)相鄰齒面，在千分表上逐一讀出所有輪齒的相對(duì)齒距偏差，利用圓周封閉原則對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，修正零位系統(tǒng)誤差后，得出所有齒的齒距偏差。其中學(xué)生獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和處理，有利于學(xué)生更深刻地理解測(cè)量的原理。如果采用新引進(jìn)的齒輪測(cè)量中心開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，儀器在計(jì)算機(jī)控制下全自動(dòng)完成測(cè)量循環(huán)，測(cè)量軟件自動(dòng)輸出計(jì)算機(jī)處理好的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生既無(wú)可實(shí)際動(dòng)手操作的環(huán)節(jié)，也無(wú)數(shù)據(jù)分析處理過(guò)程，對(duì)測(cè)量過(guò)程只有淺顯的、看熱鬧式的認(rèn)知，無(wú)法深入理解相對(duì)測(cè)量方法以及圓周封閉原理在圓分度測(cè)量中的重要意義。

2.突出“幾何量測(cè)量”特色與專業(yè)延伸需求之間的權(quán)衡問(wèn)題。1998年教育部將十幾個(gè)儀器儀表類本科專業(yè)并入測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，擔(dān)負(fù)幾何量、機(jī)械量、熱工量、電磁量、生物化學(xué)量等諸多門(mén)類儀器與測(cè)量專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)，要求各高校測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)在堅(jiān)持原有專業(yè)特色的基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸。

本校測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)沿襲原機(jī)械工業(yè)部所屬高校精密儀器專業(yè)的特點(diǎn)，具有鮮明的幾何量精密測(cè)量的專業(yè)特色，其精密測(cè)量技術(shù)課程主要專注于解決機(jī)械設(shè)備加工生產(chǎn)過(guò)程中的幾何量計(jì)量、檢定與測(cè)量技術(shù)問(wèn)題。以此為基礎(chǔ)，最合理的專業(yè)延伸方向是機(jī)械量測(cè)量技術(shù)，解決包括速度、加速度、震動(dòng)等機(jī)械量的測(cè)量技術(shù)。同時(shí)，在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，必將產(chǎn)生有限教學(xué)時(shí)數(shù)和專業(yè)課程設(shè)置與將更多專業(yè)知識(shí)點(diǎn)納入課程教學(xué)體系之間的矛盾。

二、精密測(cè)量技術(shù)課程持續(xù)改進(jìn)思路

1.與行業(yè)企業(yè)深度融合，教學(xué)內(nèi)容緊跟技術(shù)發(fā)展前沿。課程組采用“走出去”“請(qǐng)進(jìn)來(lái)”兩種方式，與企業(yè)的管理者、技術(shù)負(fù)責(zé)人、一線工程師進(jìn)行充分的溝通交流，了解目前精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容等開(kāi)展建設(shè)。針對(duì)微納制造、超精密制造中的測(cè)量技術(shù)發(fā)展，課程組調(diào)整了教學(xué)大綱，增加了微米納米測(cè)試技術(shù)教學(xué)內(nèi)容，將測(cè)量精度由微米級(jí)向納米級(jí)延伸，介紹微納形貌測(cè)量的原理和方法，并新增了白光干涉儀表面三維形貌測(cè)量實(shí)驗(yàn)，光刻加工的虛擬仿真測(cè)量實(shí)驗(yàn);堅(jiān)持科教融合，將科研中前沿性、探索性的內(nèi)容，適當(dāng)引入課程教學(xué)，如集成電路芯片的加工與測(cè)量技術(shù)、基于光纖光柵傳感的微應(yīng)變測(cè)量、基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)在線測(cè)量等，以增進(jìn)對(duì)科技前沿動(dòng)態(tài)的了解，激發(fā)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

2.傳統(tǒng)儀器與現(xiàn)代儀器優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，聯(lián)合開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)儀器進(jìn)行升級(jí)換代后，為了避免現(xiàn)代儀器的數(shù)字化、智能化特點(diǎn)導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作環(huán)節(jié)過(guò)少，我們采取了傳統(tǒng)儀器與現(xiàn)代儀器優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的思路，對(duì)同一實(shí)驗(yàn)采取不同年代的儀器協(xié)同開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前通過(guò)調(diào)研了解各種儀器的測(cè)量原理和特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中動(dòng)手操作傳統(tǒng)儀器獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?？紤]到先進(jìn)儀器單價(jià)通常較高，實(shí)驗(yàn)室目前購(gòu)置的臺(tái)套數(shù)較少，如掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡均只有一臺(tái)，無(wú)法滿足所有學(xué)生單獨(dú)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的需求，我們通過(guò)開(kāi)發(fā)微納米測(cè)量的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)HTC VIVE等虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，獲得使用現(xiàn)代測(cè)量工具的能力。通過(guò)傳統(tǒng)與先進(jìn)儀器設(shè)備之間測(cè)量特點(diǎn)的對(duì)比，既可加深學(xué)生對(duì)測(cè)量原理的理解，又有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，意識(shí)到終身學(xué)習(xí)的重要性。

三、課程持續(xù)改進(jìn)初步成效

通過(guò)以上持續(xù)改進(jìn)的措施，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的興趣有明顯提升，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主動(dòng)性更強(qiáng)。課程結(jié)束后，采用課程考核過(guò)程分析的方式進(jìn)行課程目標(biāo)的達(dá)成度評(píng)價(jià)，近兩年課程目標(biāo)達(dá)成度相比改革前均有一定幅度的提升，以課程目標(biāo)9“終身學(xué)習(xí)的意愿”的提升幅度最大，反映了學(xué)生在終身學(xué)習(xí)意識(shí)方面有所提升，與課程持續(xù)改進(jìn)主要措施的實(shí)施初衷一致。

四、結(jié)束語(yǔ)

精密測(cè)量技術(shù)課程在工程教育專業(yè)認(rèn)證和新工科理念引領(lǐng)下不斷進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，包括課程大綱修訂、教學(xué)內(nèi)容調(diào)整以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施等內(nèi)容，取得了一定的成效。未來(lái)本課程將繼續(xù)緊密結(jié)合行業(yè)需求開(kāi)展課程內(nèi)容改革，以北京信息科技大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器一流專業(yè)建設(shè)為契機(jī)，繼續(xù)開(kāi)展課程建設(shè)和改革，為培養(yǎng)具有較強(qiáng)實(shí)踐能力、國(guó)際視野、創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)工程應(yīng)用性人才發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]周亮，王振環(huán)，孫東辰，穆乃鋒.現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2017，38（08）：1869-1878.

[2]徐曉峰.測(cè)量MEMS中幾何量的方法的探討[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2016，43（05）：20-21.

Abstract：Precision Measurement Technology is one of the key courses for undergraduates of measurement technology and Instruments major.Facing modernized industrial manufacturing，with the Emerging Engineering Education concept as the guide，students as the center，and training results as the orientation，the teaching team in Beijing Information Science and Technology University has explored the setting of teaching content.This paper analyzes the main problems in the teaching process of Precision Measurement Technology course，reports improvements made to enhance the achievement of the course goals，and exhibits preliminary positive effects.

Key words：modern manufacturing;industry requirements;outcome-orientation;precision measurement