基于項(xiàng)目的研究生現(xiàn)代測(cè)控課程教學(xué)改革與實(shí)踐

崔伯第 文西芹 陳季萍 王華兵

摘? 要：研究生教育對(duì)國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)以及提高國家科技競(jìng)爭(zhēng)力具有決定性意義。該文針對(duì)機(jī)械工程專業(yè)研究生測(cè)控課程教學(xué)中存在的問題，結(jié)合該校的具體情況，采用項(xiàng)目教學(xué)法，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)實(shí)施方法、搭建創(chuàng)新試驗(yàn)平臺(tái)和完善考核方法等方面進(jìn)行改革與實(shí)踐，將學(xué)生科研能力、創(chuàng)新能力以及工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)貫穿到課程學(xué)習(xí)的全過程，為研究生測(cè)控課程的教學(xué)進(jìn)行了有益的探索。

關(guān)鍵詞：測(cè)控課程? 研究生? 項(xiàng)目? 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）03（c）-0187-04

Project-based Teaching Reform and Practice of Postgraduate Modern Measurement and Control Courses

CUI Bodi? WEN Xiqin? CHEN Jiping*? WANG Huabing

（School of Mechanical Engineering， Jiangsu Ocean University， Lianyungang， Jiangsu Province， 222005 China）

Abstract： Postgraduate education is of decisive significance for the cultivation of national innovative talents and the improvement of national technological competitiveness. Aiming at the problems in the teaching of the measurement and control course for graduate students in mechanical engineering， this paper uses project-based teaching methods to optimize teaching content， innovate teaching implementation methods， build innovative test platforms and improve assessment methods to carry out reforms and practices based on the specific conditions of the school. The cultivation of students' scientific research ability， innovation ability and engineering practice ability runs through the whole course of course learning， and has carried out beneficial exploration for the teaching of postgraduate measurement and control courses.

Key Words： Measurement and control course; Postgraduate; Project; Teaching reform

隨著國家高等教育的蓬勃發(fā)展，如何提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量成為日益緊迫的課題。在研究生培養(yǎng)過程中，不僅要求學(xué)生在本學(xué)科內(nèi)掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)的專門知識(shí)，還要求具備從事科學(xué)研究的能力、創(chuàng)新的能力和獨(dú)立承擔(dān)專門技術(shù)工作的能力[1-2]。因此，研究生教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的科研能力、創(chuàng)新能力及工程實(shí)踐能力[3-5]。

現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)是測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)相互滲透、相互結(jié)合、綜合發(fā)展的一門交叉學(xué)科，新技術(shù)新知識(shí)多，既有廣度又有深度，內(nèi)容抽象，對(duì)學(xué)生工程能力培養(yǎng)要求高，課程較難掌握。目前，傳統(tǒng)教學(xué)模式是以教師為中心，通過講授將知識(shí)灌輸給學(xué)生。這種模式強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)作用，便于系統(tǒng)地傳授科學(xué)知識(shí)，但卻難以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，學(xué)生的參與度不高，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為提高研究生教學(xué)質(zhì)量，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力培養(yǎng)，必須打破“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，探索新的教學(xué)模式及教學(xué)方法。

項(xiàng)目教學(xué)法將課程中系統(tǒng)、完整的知識(shí)體系轉(zhuǎn)化為若干“教學(xué)項(xiàng)目”，將授課知識(shí)點(diǎn)分布到項(xiàng)目開發(fā)的相關(guān)環(huán)節(jié)，圍繞項(xiàng)目組織教學(xué)，學(xué)生通過完成項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)知識(shí)的學(xué)習(xí)與掌握。項(xiàng)目教學(xué)強(qiáng)調(diào)以項(xiàng)目實(shí)施為重點(diǎn)，以學(xué)生為中心，面向工程實(shí)踐，注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)。學(xué)生在高度參與項(xiàng)目實(shí)施的過程中，能夠使所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，具備了較強(qiáng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)新能力與工程應(yīng)用能力[6-8]。

該文以江蘇海洋大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)研究生現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)課程為例，展開基于項(xiàng)目的課程教學(xué)改革與實(shí)踐，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)實(shí)施方法、搭建創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)和完善考核方法等方面入手，將學(xué)生科研能力、創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)貫穿到課程學(xué)習(xí)的全過程，為研究生測(cè)控課程的教學(xué)進(jìn)行了有益的探索。

1? 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)是測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)相互滲透、相互結(jié)合、綜合發(fā)展的一門交叉學(xué)科。其課程內(nèi)容主要包括現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)的框架與基本組成、傳感器技術(shù)、信號(hào)分析基礎(chǔ)和LabVIEW軟件設(shè)計(jì)等部分，涵蓋知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，學(xué)生往往不能系統(tǒng)地將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有效聯(lián)系。因此，必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效整合、優(yōu)化，將理論教學(xué)中抽象的、難于理解的內(nèi)容通過案例形式展現(xiàn)出來，易于學(xué)生掌握。同時(shí)，課程內(nèi)容緊密圍繞工程項(xiàng)目開發(fā)，從項(xiàng)目需求分析、方案設(shè)計(jì)、任務(wù)分解、軟硬件開發(fā)、調(diào)試、測(cè)試、維護(hù)等方面展開教學(xué)，并將授課知識(shí)點(diǎn)分布到項(xiàng)目開發(fā)的相關(guān)環(huán)節(jié)。

在教學(xué)內(nèi)容上注重新技術(shù)的引入，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、新型傳感器技術(shù)在測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中的最新應(yīng)用。同時(shí)，緊密聯(lián)系機(jī)械工程學(xué)科前沿，結(jié)合該校機(jī)械工程專業(yè)的主要研究方向，定期進(jìn)行現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)在不同研究領(lǐng)域最新應(yīng)用的專題技術(shù)講座，將測(cè)控技術(shù)課程的學(xué)習(xí)與學(xué)生的研究方向相結(jié)合，與工程實(shí)踐相結(jié)合。

2? 創(chuàng)新教學(xué)實(shí)施方法

為改變傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，采用項(xiàng)目教學(xué)法，圍繞工程項(xiàng)目來組織教學(xué)。為此，針對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)類項(xiàng)目、綜合類項(xiàng)目和創(chuàng)新類項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)遞進(jìn)、逐漸深入、循序漸進(jìn)的教學(xué)組織模式，完成課程的教學(xué)實(shí)施。教學(xué)實(shí)施過程中，根據(jù)項(xiàng)目的復(fù)雜程度將學(xué)生分為若干團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)間相互協(xié)作完成綜合性項(xiàng)目，使學(xué)生在項(xiàng)目開發(fā)過程中，提升實(shí)踐能力，提高團(tuán)隊(duì)合作精神。

2.1 基礎(chǔ)類項(xiàng)目

該類型項(xiàng)目主要用于強(qiáng)化課程專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。在完成基礎(chǔ)類項(xiàng)目的過程中，可使學(xué)生掌握現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)課程的主要知識(shí)點(diǎn)，初步培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。使用現(xiàn)有設(shè)備NI ELVIS 、myRIO硬件平臺(tái)和LabVIEW軟件，分別設(shè)計(jì)訓(xùn)練項(xiàng)目。項(xiàng)目訓(xùn)練內(nèi)容各有側(cè)重，如基于虛擬儀器的頻譜分析儀項(xiàng)目，將信號(hào)處理與LabVIEW軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過LabVIEW軟件編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)、頻譜分析等信號(hào)處理方法，并即時(shí)顯示信號(hào)處理效果，使學(xué)生能夠比較容易地掌握信號(hào)處理的復(fù)雜理論，增強(qiáng)工程應(yīng)用能力;基于NI ELVIS和myRIO硬件平臺(tái)的典型傳感器測(cè)試項(xiàng)目，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)械工程領(lǐng)域常用傳感器的掌握。

2.2 綜合類項(xiàng)目

該類型項(xiàng)目主要完成典型工程參數(shù)的測(cè)量。通過綜合類項(xiàng)目訓(xùn)練，使學(xué)生能夠獨(dú)立完成機(jī)械工程領(lǐng)域常見物理量測(cè)量，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力。采用現(xiàn)有先進(jìn)設(shè)備，并結(jié)合教師的科研方向，實(shí)現(xiàn)基于虛擬儀器的切削力測(cè)試、聲學(xué)測(cè)試和應(yīng)變測(cè)試等訓(xùn)練項(xiàng)目。圖1顯示了研究生采用聲學(xué)傳感器進(jìn)行銑削加工過程噪聲測(cè)試的情況，通過該綜合項(xiàng)目，可使學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成方案設(shè)計(jì)、傳感器選擇、LabVIEW軟件編程、測(cè)試系統(tǒng)連接與調(diào)試、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)操作、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等完整的測(cè)試過程，從而使學(xué)生具有獨(dú)立從事測(cè)試工作的能力。

2.3 創(chuàng)新類項(xiàng)目

該類型項(xiàng)目基于電液傳動(dòng)控制及其測(cè)試平臺(tái)，可進(jìn)行包括機(jī)電、液壓、測(cè)控等方面的綜合應(yīng)用。學(xué)生也可根據(jù)個(gè)人的研究方向和科研興趣，與教師、學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)同完成設(shè)計(jì)性試驗(yàn)。該類項(xiàng)目體現(xiàn)了綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性，實(shí)踐性強(qiáng)，鍛煉了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)新精神。圖2顯示了研究生進(jìn)行銑削加工過程監(jiān)測(cè)試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)情況，學(xué)生團(tuán)隊(duì)采用NI PXI總線計(jì)算機(jī)、PXI總線數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW軟件構(gòu)建了虛擬儀器測(cè)試平臺(tái)，使用KISTLER 9257B測(cè)力儀、聲學(xué)傳感器和紅外熱像儀對(duì)銑削加工過程中的切削力、噪聲和切削溫度進(jìn)行了實(shí)時(shí)測(cè)量。該項(xiàng)目使學(xué)生在掌握機(jī)械工程測(cè)試領(lǐng)域先進(jìn)設(shè)備使用方法的同時(shí)，培養(yǎng)了解決復(fù)雜工程問題的能力，并對(duì)多傳感信息融合等學(xué)科前沿技術(shù)有了初步的了解。

3? 搭建創(chuàng)新試驗(yàn)平臺(tái)

試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)是開展創(chuàng)新活動(dòng)的基礎(chǔ)，為此學(xué)院專門搭建了電液傳動(dòng)控制及其測(cè)試平臺(tái)，為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了有力的物質(zhì)保證。該平臺(tái)擁有現(xiàn)代電液傳動(dòng)的核心元件，并集成了基于虛擬儀器的測(cè)試模塊，涵蓋了比例泵控技術(shù)、比例閥控技術(shù)、伺服閥控技術(shù)、伺服電機(jī)與定量泵控技術(shù)、變頻電機(jī)調(diào)速技術(shù)、直線及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器精密定位技術(shù)，以及相關(guān)電壓、電流、壓力、流量、位移、速度及溫度等測(cè)量技術(shù)的先進(jìn)傳動(dòng)與控制綜合測(cè)試系統(tǒng)，能夠完成各種典型液壓傳動(dòng)及電液控制元器件的性能測(cè)試、新型電液控制元器件的試驗(yàn)、多物理量的數(shù)據(jù)采集及處理試驗(yàn)、典型位移及速度控制回路試驗(yàn)等，平臺(tái)照片如圖3所示。試驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，為研究生提供了自主思維、自主創(chuàng)新活動(dòng)的試驗(yàn)環(huán)境，啟發(fā)創(chuàng)新、實(shí)踐創(chuàng)新。

4? 完善考核方法

傳統(tǒng)考核方法以考試成績(jī)作為評(píng)價(jià)學(xué)生的主要依據(jù)，缺乏對(duì)工程能力和創(chuàng)新能力等方面的考核。為此，對(duì)考核方法進(jìn)行完善，取消了理論考試，改由課堂表現(xiàn)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)說明書、實(shí)驗(yàn)、答辯4個(gè)部分組成，更加強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生科研能力、創(chuàng)新能力以及工程實(shí)踐能力的考察。

課堂表現(xiàn)包括遲到、曠課、課堂交流與討論等，占比10%;項(xiàng)目設(shè)計(jì)說明書評(píng)價(jià)主要依據(jù)其內(nèi)容是否能正確反映工程項(xiàng)目開發(fā)的全過程，包括項(xiàng)目需求分析、方案設(shè)計(jì)、任務(wù)分解、軟硬件開發(fā)、調(diào)試、測(cè)試、維護(hù)等方面，占比30%;實(shí)驗(yàn)部分主要考察項(xiàng)目完成情況、工程實(shí)踐能力，占比30%;答辯成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)依據(jù)回答問題的正確性、條理性等，占比30%。

5? 結(jié)語

該文針對(duì)江蘇海洋大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)研究生現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)課程，采用項(xiàng)目教學(xué)法進(jìn)行了課程教學(xué)改革與實(shí)踐。從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)實(shí)施方法、搭建創(chuàng)新試驗(yàn)平臺(tái)和完善考核方法等方面入手，為研究生測(cè)控課程的教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索。根據(jù)近年來的教學(xué)實(shí)踐與學(xué)生反饋，課程改革取得了很好的效果，可為理工科研究生課程改革提供有益的借鑒。

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