基于項目的研究生現代測控課程教學改革與實踐

崔伯第 文西芹 陳季萍 王華兵

摘? 要：研究生教育對國家創新人才培養以及提高國家科技競爭力具有決定性意義。該文針對機械工程專業研究生測控課程教學中存在的問題，結合該校的具體情況，采用項目教學法，從優化教學內容、創新教學實施方法、搭建創新試驗平臺和完善考核方法等方面進行改革與實踐，將學生科研能力、創新能力以及工程實踐能力的培養貫穿到課程學習的全過程，為研究生測控課程的教學進行了有益的探索。

關鍵詞：測控課程? 研究生? 項目? 教學改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：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展，如何提高研究生培養質量成為日益緊迫的課題。在研究生培養過程中，不僅要求學生在本學科內掌握堅實的理論基礎和系統的專門知識，還要求具備從事科學研究的能力、創新的能力和獨立承擔專門技術工作的能力[1-2]。因此，研究生教育的核心是培養學生的科研能力、創新能力及工程實踐能力[3-5]。

現代測控技術是測量技術、計算機技術等多種技術相互滲透、相互結合、綜合發展的一門交叉學科，新技術新知識多，既有廣度又有深度，內容抽象，對學生工程能力培養要求高，課程較難掌握。目前，傳統教學模式是以教師為中心，通過講授將知識灌輸給學生。這種模式強調教師的主導作用，便于系統地傳授科學知識，但卻難以充分調動學生的主動性，學生的參與度不高，不利于學生創造性思維和創新能力的培養。為提高研究生教學質量，強調創新能力培養，必須打破“以教師為中心”的傳統教學模式，探索新的教學模式及教學方法。

項目教學法將課程中系統、完整的知識體系轉化為若干“教學項目”，將授課知識點分布到項目開發的相關環節，圍繞項目組織教學，學生通過完成項目實現知識的學習與掌握。項目教學強調以項目實施為重點，以學生為中心，面向工程實踐，注重實踐能力的培養。學生在高度參與項目實施的過程中，能夠使所學知識融會貫通，具備了較強的實踐經驗、創新能力與工程應用能力[6-8]。

該文以江蘇海洋大學機械工程專業研究生現代測控系統課程為例，展開基于項目的課程教學改革與實踐，從優化教學內容、創新教學實施方法、搭建創新實踐平臺和完善考核方法等方面入手，將學生科研能力、創新能力和工程實踐能力的培養貫穿到課程學習的全過程，為研究生測控課程的教學進行了有益的探索。

1? 優化教學內容

現代測控技術是測量技術、計算機技術等多種技術相互滲透、相互結合、綜合發展的一門交叉學科。其課程內容主要包括現代測試系統的框架與基本組成、傳感器技術、信號分析基礎和LabVIEW軟件設計等部分，涵蓋知識點多、綜合性強，學生往往不能系統地將知識點進行有效聯系。因此，必須對教學內容進行有效整合、優化，將理論教學中抽象的、難于理解的內容通過案例形式展現出來，易于學生掌握。同時，課程內容緊密圍繞工程項目開發，從項目需求分析、方案設計、任務分解、軟硬件開發、調試、測試、維護等方面展開教學，并將授課知識點分布到項目開發的相關環節。

在教學內容上注重新技術的引入，特別是計算機技術、新型傳感器技術在測試技術領域中的最新應用。同時，緊密聯系機械工程學科前沿，結合該校機械工程專業的主要研究方向，定期進行現代測控技術在不同研究領域最新應用的專題技術講座，將測控技術課程的學習與學生的研究方向相結合，與工程實踐相結合。

2? 創新教學實施方法

為改變傳統教學模式的弊端，采用項目教學法，圍繞工程項目來組織教學。為此，針對課程教學內容設計了基礎類項目、綜合類項目和創新類項目，實現逐級遞進、逐漸深入、循序漸進的教學組織模式，完成課程的教學實施。教學實施過程中，根據項目的復雜程度將學生分為若干團隊，團隊間相互協作完成綜合性項目，使學生在項目開發過程中，提升實踐能力，提高團隊合作精神。

2.1 基礎類項目

該類型項目主要用于強化課程專業基礎知識。在完成基礎類項目的過程中，可使學生掌握現代測控技術課程的主要知識點，初步培養學生的工程意識。使用現有設備NI ELVIS 、myRIO硬件平臺和LabVIEW軟件，分別設計訓練項目。項目訓練內容各有側重，如基于虛擬儀器的頻譜分析儀項目，將信號處理與LabVIEW軟件設計相結合，通過LabVIEW軟件編程實現數字濾波器設計、頻譜分析等信號處理方法，并即時顯示信號處理效果，使學生能夠比較容易地掌握信號處理的復雜理論，增強工程應用能力;基于NI ELVIS和myRIO硬件平臺的典型傳感器測試項目，重點培養學生對機械工程領域常用傳感器的掌握。

2.2 綜合類項目

該類型項目主要完成典型工程參數的測量。通過綜合類項目訓練，使學生能夠獨立完成機械工程領域常見物理量測量，培養學生解決工程問題的能力。采用現有先進設備，并結合教師的科研方向，實現基于虛擬儀器的切削力測試、聲學測試和應變測試等訓練項目。圖1顯示了研究生采用聲學傳感器進行銑削加工過程噪聲測試的情況，通過該綜合項目，可使學生在教師指導下完成方案設計、傳感器選擇、LabVIEW軟件編程、測試系統連接與調試、試驗設計、試驗操作、試驗數據處理等完整的測試過程，從而使學生具有獨立從事測試工作的能力。

2.3 創新類項目

該類型項目基于電液傳動控制及其測試平臺，可進行包括機電、液壓、測控等方面的綜合應用。學生也可根據個人的研究方向和科研興趣，與教師、學生團隊協同完成設計性試驗。該類項目體現了綜合性、設計性和創新性，實踐性強，鍛煉了學生解決復雜工程問題的能力，發揮了學生的創新精神。圖2顯示了研究生進行銑削加工過程監測試驗的現場情況，學生團隊采用NI PXI總線計算機、PXI總線數據采集卡和LabVIEW軟件構建了虛擬儀器測試平臺，使用KISTLER 9257B測力儀、聲學傳感器和紅外熱像儀對銑削加工過程中的切削力、噪聲和切削溫度進行了實時測量。該項目使學生在掌握機械工程測試領域先進設備使用方法的同時，培養了解決復雜工程問題的能力，并對多傳感信息融合等學科前沿技術有了初步的了解。

3? 搭建創新試驗平臺

試驗平臺建設是開展創新活動的基礎，為此學院專門搭建了電液傳動控制及其測試平臺，為學生創新能力的培養提供了有力的物質保證。該平臺擁有現代電液傳動的核心元件，并集成了基于虛擬儀器的測試模塊，涵蓋了比例泵控技術、比例閥控技術、伺服閥控技術、伺服電機與定量泵控技術、變頻電機調速技術、直線及旋轉驅動器精密定位技術，以及相關電壓、電流、壓力、流量、位移、速度及溫度等測量技術的先進傳動與控制綜合測試系統，能夠完成各種典型液壓傳動及電液控制元器件的性能測試、新型電液控制元器件的試驗、多物理量的數據采集及處理試驗、典型位移及速度控制回路試驗等，平臺照片如圖3所示。試驗平臺的建設加深了學生對知識的理解，為研究生提供了自主思維、自主創新活動的試驗環境，啟發創新、實踐創新。

4? 完善考核方法

傳統考核方法以考試成績作為評價學生的主要依據，缺乏對工程能力和創新能力等方面的考核。為此，對考核方法進行完善，取消了理論考試，改由課堂表現、項目設計說明書、實驗、答辯4個部分組成，更加強調對學生科研能力、創新能力以及工程實踐能力的考察。

課堂表現包括遲到、曠課、課堂交流與討論等，占比10%;項目設計說明書評價主要依據其內容是否能正確反映工程項目開發的全過程，包括項目需求分析、方案設計、任務分解、軟硬件開發、調試、測試、維護等方面，占比30%;實驗部分主要考察項目完成情況、工程實踐能力，占比30%;答辯成績評價依據回答問題的正確性、條理性等，占比30%。

5? 結語

該文針對江蘇海洋大學機械工程專業研究生現代測控系統課程，采用項目教學法進行了課程教學改革與實踐。從優化教學內容、創新教學實施方法、搭建創新試驗平臺和完善考核方法等方面入手，為研究生測控課程的教學改革進行了有益的探索。根據近年來的教學實踐與學生反饋，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。

參考文獻

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