項目驅(qū)動教學(xué)法在研究生工程實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的應(yīng)用

張海寧，任安虎，郭和平

（1.西安工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，陜西西安 710021；2.西安中星測控有限公司，陜西西安 710075）

在以往的教學(xué)過程中，如果學(xué)生參與導(dǎo)師的科研項目，其實踐能力會提高很快，學(xué)生在項目研發(fā)過程中，學(xué)會了在實踐中學(xué)習(xí)新的知識并很快應(yīng)用于實踐（為用而學(xué)），繼而進行創(chuàng)新。因此我們引入一個真實的工程項目，將應(yīng)用型人才的培養(yǎng)落實在實踐教學(xué)中，采用項目驅(qū)動教學(xué)的方式[1]，對4 名工程碩士進行實踐教學(xué)，以提高其實踐能力和創(chuàng)新意識[2,3]。

1 項目選擇與方案設(shè)計

我們選擇一個企業(yè)需求的實際項目“壓力變送器批量自動標(biāo)定系統(tǒng)”[4]，該項目是壓力變送器生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)線上的標(biāo)定裝備，實現(xiàn)一次自動標(biāo)定多個壓力變送器的功能，解決了過去手工標(biāo)定且只能標(biāo)定一個的缺點，極大地提高了生產(chǎn)效率。

首先，對用戶需求進行分析，將用戶需求轉(zhuǎn)化為實施方案，在這階段以教師為主，現(xiàn)階段學(xué)生的能力還達不到要求，教師主要引導(dǎo)學(xué)生如何將需求功能轉(zhuǎn)化為知識技術(shù)，解決用戶的實際問題，比如提高標(biāo)定自動化和標(biāo)定速度（效率）的思路方法。

過去是人工控制壓力控制器，人工讀取儀表的電流（電壓），讀數(shù)，輸入計算機，長時間工作容易出錯，而且每次只能標(biāo)定一個變送器，效率低的主要原因是壓力控制器加壓、降壓的時間比較長。所以改為由計算機代替人來做這些工作，計算機控制壓力控制器、智能儀表，長時間工作也不會出錯；在加減一次壓力的情況下，對多個變送器進行控制，大大節(jié)省了時間，效率提高了數(shù)倍；但計算機的數(shù)據(jù)無法和變送器直接通信，所以需要接口裝置（下位機），將計算機與變送器數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。

經(jīng)過與企業(yè)的多次交流，本次設(shè)計的壓力變送器自動標(biāo)定系統(tǒng)分為上位機軟件和下位機（硬件與軟件）兩部分，總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

在這個過程中，第一輪，首先讓學(xué)生自己提出方案，然后開會討論，肯定正確的，否定錯誤的。再進行第二輪、第三輪……直至獲得可行的方案。讓學(xué)生了解科研開發(fā)的過程，逐漸進入科研的狀態(tài)。

上位機軟件主要負(fù)責(zé)批量自動標(biāo)定過程的流程控制和對壓力變送器輸出電流的調(diào)節(jié)任務(wù)。

上位機的標(biāo)定軟件通過控制壓力控制器產(chǎn)生相應(yīng)的壓力，使壓力變送器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電流。然后上位機控制下位機切換至對應(yīng)通道進行標(biāo)定。上位機通過控制下位機將智能儀表接入電路，并使用智能儀表采集相應(yīng)通道壓力變送器的輸出電流[5]。通過實際電流輸出值，通過標(biāo)定算法計算壓力變送器所需輸出調(diào)節(jié)的具體數(shù)值[6]，并將結(jié)果經(jīng)由下位機，寫入對應(yīng)壓力變送器內(nèi)部的輸出增益和偏移調(diào)節(jié)芯片，然后上位機再通過檢測不同壓力下輸出電流是否符合滿足精度要求，滿足要求則完成標(biāo)定，否則繼續(xù)調(diào)節(jié)壓力變送器輸出，一般需要多次才能滿足精度要求。

下位機硬件部分主要負(fù)責(zé)接收上位機指令，實現(xiàn)將上位機指定的壓力變送器導(dǎo)入標(biāo)定通道和將智能儀表接入電路實現(xiàn)標(biāo)定過程。下位機利用嵌入式技術(shù)，將指定通道壓力變送器導(dǎo)入下位機電路，再將多用表接入下位機電路，由上位機讀取多用表采集的電流數(shù)據(jù)，計算壓力變送器所需的輸出調(diào)節(jié)信息，最后將計算結(jié)果經(jīng)由下位機寫入壓力變送器增益和偏移調(diào)節(jié)芯片。

2 項目驅(qū)動教學(xué)的實施

通過上面的過程，讓學(xué)生了解到如何將用戶的需求轉(zhuǎn)化為項目方案。面對這個方案，如何進行實踐教學(xué)？下面將實現(xiàn)各模塊功能所需的知識點、技術(shù)點、現(xiàn)有的技術(shù)儲備、所具有的能力、下一步學(xué)習(xí)的方向羅列出來，如表1所示。

從表1可以看出，學(xué)生學(xué)習(xí)過大部分的知識技術(shù)，但不具備實現(xiàn)這些功能的能力，這就是典型的有知識（紙面上），沒有能力（工程實現(xiàn)）。所以知識要轉(zhuǎn)化為實踐能力，還需要在實踐中學(xué)習(xí)。

如何在實踐中學(xué)習(xí)？在表1的最后一列，列出了需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，可以看出，僅有課本知識是不夠的，與實際的需求相差甚遠(yuǎn)，甚至有些知識從書本上是學(xué)不到的，必須在實踐中學(xué)習(xí)，這是將來進入工作崗位的常態(tài)，學(xué)校只是進行基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)實驗的講授，學(xué)生進入工作崗位，須進行二次有效的學(xué)習(xí)。

表1 各模塊功能所需知識技術(shù)

如A 研究生的標(biāo)定、復(fù)檢功能任務(wù)，書本上沒有，學(xué)生不知道怎么做，必須到企業(yè)現(xiàn)場了解標(biāo)定工藝過程，學(xué)習(xí)芯片手冊，設(shè)計出可用的標(biāo)定方法，才能設(shè)計出符合生產(chǎn)要求的軟件。

B 研究生的任務(wù)：計算機控制壓力控制器、智能多用儀表，學(xué)生僅大概知道可以這么做，但不知道具體怎么做，僅會軟件設(shè)計是不夠的，必須學(xué)習(xí)儀表的手冊，掌握具體的控制方法和命令，才能設(shè)計能用的軟件。

C 研究生的任務(wù)是采用嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字電路實現(xiàn)所需的功能，主控及周邊接口電路與軟件基本能實現(xiàn)，這些技術(shù)儲備都有（因為學(xué)校實驗都是基礎(chǔ)實驗，面向應(yīng)用靈活發(fā)揮的較少），但協(xié)議轉(zhuǎn)換不知如何實現(xiàn)，還需要仔細(xì)學(xué)習(xí)芯片手冊，根據(jù)芯片手冊的要求進行設(shè)計。

D 研究生的任務(wù)需要嵌入式軟件、模擬電路、數(shù)字電路、電源技術(shù)儲備，與課本的知識接近，學(xué)生能夠完成大部分功能，但與實際應(yīng)用還有距離，主要是看不懂芯片的資料。

總體而言，有兩個現(xiàn)象：一是學(xué)生有知識技術(shù)儲備，但不會運用，所以要培養(yǎng)學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)的能力；二是學(xué)生沒有知識技術(shù)儲備，不知如何在大量的信息中快速學(xué)習(xí)并掌握對自己有用的信息，所以需要學(xué)生以完成項目為目的地去學(xué)習(xí)，而不能像平時課堂教學(xué)那樣按部就班地學(xué)習(xí)，這兩點需要加強。

將以上各模塊的任務(wù)分配給每個學(xué)生，每人負(fù)責(zé)若干功能模塊，按照項目管理方式，制定時間進度節(jié)點，按節(jié)點進行檢查驗收。以完成項目任務(wù)為目的，發(fā)揮個人的主觀能動性，自學(xué)為主，教師進行引導(dǎo)，學(xué)生進行有效的學(xué)習(xí)，通過邊學(xué)習(xí)邊實踐、再實踐再學(xué)習(xí)的過程，將知識變?yōu)槟芰Α?/p>

學(xué)習(xí)的形式多樣，包括自我學(xué)習(xí)、查閱資料、學(xué)生間交流、開會討論、與教師交流等，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生掌握從事科學(xué)研究的學(xué)習(xí)方法，獲?。ㄒ阎臀粗I(lǐng)域）知識的能力及實踐能力，形成創(chuàng)新意識。

這個過程包括用戶需求分析、方案設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、模塊調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試、交付用戶的完整過程。在需求分析和方案設(shè)計階段，需要廣博的知識，對目前的學(xué)生而言有難度，需要學(xué)生經(jīng)過較長時間的學(xué)習(xí)鍛煉，本次只是為了讓學(xué)生了解方法和思路；在詳細(xì)設(shè)計和模塊調(diào)試階段，有知識方面和實踐方面的內(nèi)容，技術(shù)面比較具體，經(jīng)驗積累也容易，學(xué)生進步比較快；而在后面的階段需要豐富的經(jīng)驗和綜合技術(shù)，需要積累，如可靠性設(shè)計、可維護性設(shè)計、可安裝性設(shè)計的意識，本次也主要是為了培養(yǎng)學(xué)生具備這方面的意識。

3 項目驅(qū)動課程教學(xué)法的效果

通過這次近一年的項目鍛煉，學(xué)生進步明顯，主要體現(xiàn)在四個方面：

（1）學(xué)習(xí)能力和效率明顯提高。掌握了在實踐中學(xué)習(xí)的方法，能夠根據(jù)實際需求快速獲取所需的知識解決問題。比如變送器的標(biāo)定方法，學(xué)生沒有學(xué)過，通過這個項目，學(xué)生掌握了學(xué)習(xí)新知識的方法和能力。

（2）實踐能力明顯提高。學(xué)生知道怎么開展實際的工程項目，對一個工程項目有思路。比如學(xué)過嵌入式系統(tǒng)，但是不知道怎么應(yīng)用，通過這個項目學(xué)會應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)。

（3）解決實際問題的能力提高。開展實際項目會遇到各種困難（錯誤），關(guān)鍵是要能夠找到解決的方法和思路。比如單個模塊調(diào)試好，放到系統(tǒng)就有問題；在實驗室調(diào)好，到生產(chǎn)車間就有問題；標(biāo)定幾個樣品工作正常，但進行批量標(biāo)定時就出現(xiàn)問題；通過解決這些問題，大大提高了學(xué)生解決問題的能力，形成了對產(chǎn)品開發(fā)過程的正確認(rèn)識。

（4）知道團隊協(xié)作合作精神的重要性。項目是由多人合作完成的，只有協(xié)作才能順利完成系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，克服短板，否則不能保證系統(tǒng)的整體進度。

4 結(jié)語

為了在研究生期間培養(yǎng)工程碩士的實踐能力，采用項目驅(qū)動的教學(xué)方法，引入實際的工程項目，讓研究生參與項目的全部過程，包括用戶需求分析、方案設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、模塊調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試、交付用戶的完整過程，4 名研究生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力都得到了很大的提升，對實際項目的研制過程有了真實客觀的認(rèn)識，更加接近實際的項目開發(fā)，有利于他們畢業(yè)后更快適應(yīng)企業(yè)工作。