测控专业多维互动型培养体系构建与实践

戴巨川， 杨书仪， 王广斌， 凌启辉

(湖南科技大学 机电工程学院， 湖南 湘潭 411201)

测控专业多维互动型培养体系构建与实践

戴巨川， 杨书仪， 王广斌， 凌启辉

(湖南科技大学 机电工程学院， 湖南 湘潭 411201)

为转变测控专业人才培养理念，改善人才培养环境，本文提出“多维互动型”人才培养体系，并融入到互动型课程体系、互动型教学模式、互动型实践环境建设之中，从而形成测控专业新型人才培养模式。“多维互动型”培养体系既强调理论知识的传授，又突出创新意识和实践能力的培养，能够较好地满足当前社会对测控毕业生的要求。

测控专业；培养体系 ；多维互动型

0 引言

我院测控技术与仪器专业(简称：测控专业)以培养面向机械、电子、能源等多领域的测控系统设计制造、工程应用、企业管理等多方面的高级工程技术及经营管理人才为目标，要求毕业生具备宽广的知识面、强健的适应能力[1]。然而，测控专业涉及机械、电子、计算机及光学等多学科知识，技术发展日新月异、迭代更新周期不断缩减，呈现出多样化的发展趋势[2, 3]。然而，该专业的传统教育重在知识的传输，对创新意识和实践能力强化不足，导致毕业生就业后难以短时间适应测控行业新知识、新技术快速涌现的行业特点[4-6]。并且该专业在培养环境上，还缺少适应测控技术与仪器专业创新型、实践型人才成长的体系结构。因此，必须建立新型人才成长体系结构，改单向传输为多维互动，让创新意识在互动环境中自然产生，实践能力在互动环境中主动提升。在这种背景下，我校测控技术与仪器系开展了“多维互动型”培养体系构建与实践研究。我校从2001年开始便招收测控技术与仪器专业本科生，已有10余年的办学历程，具备开展教学改革的良好环境。2008年本专业获得湖南省特色专业建设资助，2009年成为湖南省普通高等学校实践教学示范中心，2010年被湖南省教育厅授予湖南省普通高校优秀教研室称号；此外，我校测控技术与仪器专业还拥有“知识处理与网络化制造湖南省高校重点实验室”、“机械设备健康维护湖南省重点实验室”和“先进矿山装备教育部工程中心”等科研教学平台。我校在全校范围内构建了满足各专业理论教学的多媒体教学平台；测控技术与仪器专业建有用于实验教学的多个专业实验室。

1 研究方法

我们提出的新型“多维互动型”人才培养体系是根据长期教学实践经验，结合现有、未来规划的师资条件和课堂教学、实践平台等硬件条件架构的，包含互动型课程体系、互动型教学模式、互动型实践环境等；将此人才培养模式应用于测控技术与仪器专业人才培养实践过程中，通过实践效果不断分析和修正该培养模式，最终完善人才培养理论与实践模式。研究方法和研究过程如图1所示。

图1 研究方法和研究过程

2 实施过程

2.1 建设互动型课程体系

课程体系结构反映了人才培养的理念，是实现人才培养目标，保证教学质量的关键。本专业在多年教学实践中，不断探索，勇于创新，最终形成了以“多学科知识交叉互动、经典知识与前沿技术互动、多主体互动设置课程体系”为特色的新型课程体系建设模式。

(1)多学科知识交叉互动，培养学生综合能力。测控专业以光、机、电、计算机一体化为特色，培养具有现代科学创新意识和工程实践能力的复合型人才。知识体系涉及光学工程、机械工程、电子信息工程、计算机科学与技术等学科的知识内容。图2为光、机、电、计主干课程的分配图。

图2 光、机、电、计主干课程分配

计算机技术主干课程包括“计算机绘图”、“C语言”、“信号与系统”、“单片机接口技术”、“图像获取与处理”、“自动控制原理”、“嵌入式技术”、“智能化测控系统”和“虚拟仪器”，其中“智能化测控系统”和“虚拟仪器”属于计算机技术和电子工程技术交叉关联互动型课程。计算机相关课程分布在四个学年，在课程设置上，将专业技术定位于面向工业生产与控制领域，弱化通用型计算机知识的学习，重点放在面向工业控制的微处理器(单片机和ARM等)领域。课程设置的特色是兼具封闭与开放的特征，其封闭性是指这一系列课程自成一体，开放性是指该系列课程与电子工程知识具有融合性。由于其封闭性特征，学生在学习过程中，不会受到其他学科知识的影响，能够独立、系统地获得该学科知识和技能的训练。

电子技术类课程设置具有独立性和交叉性的特征。独立性是指该系列课程层层递进，能够独立地培养学生电子设计能力。交叉性是指该系列课程与计算机技术、机械工程课程相互交叉，共同作用对学生创新意识和实践能力的培养具有质的提升。

机械相关课程突出机械设计，弱化制造工艺与装备，与其他学科知识的交叉互动，使学生从单一学科知识提升到多学科知识融合的高度，具备测控仪器以及其他机电类装备设计的能力。

光学课程设置上体现为应用型，目的是让学生理解测控仪器或机电装备中的光学器件基本工作原理。

(2)经典知识与前沿技术互动，让学生站在高起点。测控技术行业是一个多种新技术飞跃发展的行业，多种相关技术的发展共同推动着行业进步，如新型传感技术、集成电路设计技术、微处理器技术、可编程图形化技术、网络技术等。新知识、新技术一般在经典知识的基础上发展而来，让学生在校期间尽可能多地接触行业前沿技术，也有助于其对经典知识的理解。在众多新技术交叉推进的状态下，专业课程的设置变得复杂，面临的问题是如何保证学生的基础知识能力，毕业后又能迅速融入行业发展之中。在课程体系设置过程中采取的措施是针对新技术开设新课程，或者在已有课程融入新的技术。

(3)多主体互动参与课程体系设置，提高课程设置前瞻性和适应性。在课程体系设置过程中，提出用人单位、行业专家、毕业学生、外校教师、本校教师共同参与的多主体互动模式。在课程设置前期调研阶段，统计分析近年来毕业生就业行业和单位，选择其中具有代表性的就业单位，通过E-Mail和电话访问的形式，掌握本专业毕业生在工作过程中的表现，获得用人单位对毕业生的能力评价和期望，征求他们对现有课程体系的建议。与同行专家在不同场合开展多种形式的交流，有助于把握行业发展方向，提高毕业生的长期竞争力。与校外同专业教师交流，可以得到更多样本数据，保证了课程体系制定的科学性和合理性。综合这些课程设置主体的意见，最后研讨设定最终课程体系，不但体现了专业办学的共性和本校的特色，也显著提高了课程设置的前瞻性和适应性。

2.2 构建互动型教学模式

课堂教学是学生获取知识的主要途径。传统的“灌输式”教学模式已很难满足社会对毕业生的要求，在教学实践中，考虑到本专业课程概念抽象、理论枯燥，学生易出现厌学情绪，实施了课堂内外的“互动型”教学模式。

(1)课堂内互动教学，在具体实施过程中可细分为分层导学式课内互动教学，VRP导学式课内互动教学和探索导学式课内互动教学三种模式。①分层导学式课内互动教学。本专业有一类课程偏重理论知识学习，初学概念抽象、难以理解掌握，如“信号与系统”、“机电传动”、“智能化测控系统”、“工程光学”等。在教师讲授这些课程时，由于学生基础知识、学习能力的差异性，往往出现在规定教学时间内未能完成预定教学目标的情况。为了既能照顾全体学生学习效果，又能提高教学效率，教师需对这些课程中难点知识采用分层导学式课堂教学，即在分析学生基础和学习能力的基础上，将班级划分为若干个组群，根据这些组群的特点分层次给出课前预习思考问题，然后在课堂上分层次讨论辨析。②VRP导学式课内互动教学。本专业还有一类课程实践性强，工程应用突出，如“单片机接口技术”、“可编程控制器”、“虚拟仪器”等。为了帮助学生理解掌握这些抽象的、实践的、技能的知识，激发学生专业学习兴趣，在这些课程中可采用虚拟现实平台VRP(Virtual Reality Platform)课堂教学方法。该方法针对不同的课程购置或开发相应的虚拟现实运行软件，借助多媒体教学平台将工程实践环节在课堂上进行演示，教师虚拟操作与学生虚拟操作互动进行，在理论教学阶段即让学生切身感受实践操作效果，实现抽象知识的形象理解、实践操作的虚拟实现、专业技能的初步掌握，减少现场实践的差错率。③探索导学式课内互动教学。为了开拓学生科学视野，增长学科知识，测控专业在大四上学期开设了新技术讲座系列课程。本课程由多位教师以“云测试技术应用实例分析”、“信号处理方法在传感器信号处理中的应用和实现”、“视觉测量技术在巨型液压机关键状态参数监测中的应用”、“基于DSP的智能仪表研制”、“实验模态分析理论简介”等专题形式进行讲授。这些专题内容是教师们当前研究的实际课题，在本学科领域具有较高的前瞻性和创新性。教师在讲述完毕后要求学生自主选择并确定与教学内容相关的研究专题，通过查阅文献、行业调研等探索性学习方式，撰写学习报告。这种探索导学式学习模式，有助于培养学生创新意识，提高他们综合运用所学知识解决实际问题的能力，掌握行业前沿动态，明确自身的就业行业和岗位，以及研究生报考方向。

(2)课堂外互动教学，多角度提升学生专业能力。课堂外互动教学具体细分为答疑式课外互动教学、项目式课外互动教学和网络式课外互动教学三种模式。①答疑式课外互动教学是利用课外时间，在特定的场所如办公室、空闲教室等，采取引导、解释、讨论等方式，帮助学生解决课堂疑难问题，强化知识理解。课堂外的师生交流突破了课堂内交流的时间与空间限制，互动的内容也不必像课堂上那么局限，在轻松活泼的气氛中，学生畅所欲言，能够更真实反馈自身及周围同学的学习感受并提出教学建议，这有助于教师的教学反思，改进教学模式。课堂外互动式教学，还能够帮助学生鲜明、生动地重构专业知识结构脉络，提升学生对专业知识学习的兴趣。②项目式课外互动教学，主要针对部分专业基础强、专业兴趣浓厚的学生，指导教师以项目的形式引导学生提升专业知识和技能。强调理论知识与实践的结合，而实践能力的培养仅仅依靠课堂学时还远远不够，教师需要鼓励学生在课外动手实践。③网络式课外互动教学，作为一种新的教学形式，能够弥补传统教学的不足。传统教学实行师生一对多的传授方式，而在网络教学中，学生既是个体又是群体，教师也可以既是个体又是群体，所以可以同时实行一对一、一对多和多对一、多对多的多种传授方式。任课教师可以和其他教师一道发挥各自特长，协同开展网上教学活动。另外，在实际教学管理方面，经常会遇到这样的问题，即优秀教师受到学生的欢迎，但因为接触学生的人数有限，就算满工作量地进行传统教学，也无法充分发挥他们的潜力和影响。网上课堂可以把优秀教师的教案搬上网，供所有教师、学生使用，通过优秀教师的授课让更多的师生受益。

2.3 创建互动型实践环境

实践是巩固理论知识的必须途径，是培养实践能力的必要条件，从而成为测控专业学生创新能力培养的必备环节。

互动型实践环境主要包括互补式互动型实践环境、引领式互动型实践环境和递进式互动型实践环境等几个方面[7]。

(1)互补式互动型实践环境以硬件环境建设为依托，主要包括两个方面的内容。一是教师、学生互动合作自主开发实践装置；二是采用系、师、生的组织模式自主建设开放性实验室，如机电传动与控制实验室、测控专业综合实验室等。

以此为基础，根据校情和学生特征，有针对性地提出两种实验模式：验证性实验和创新性实验，其根本目的是培养学生发现、分析和解决问题的能力。两种实验模式提出的依据是基于认知的互补关系。验证性实验的着眼点在于专业基本知识和基本技能的巩固和提高，具体涵盖专业基础和专业综合两个环节。创新性实验着眼于创新意识和工程实践能力的培养，要求学生已经具备足够的专业基础知识。该环节充分给予学生实验自主权，教师充当“配角”只提出实验基本目标要求，而实验的具体实施方案由学生自主提出。

(2)引领式互动型实践环境是以科技竞赛为载体。充分利用当前全国性、区域性层面的科技竞赛为契机，鼓励部分知识掌握扎实、具有创新意识的学生参与，多位教师以导师组的形式给予指导，师生在实践中创新思想产生共鸣，共同进步。虽然，只有部分学生能够被选拔参与各类科技竞赛，但是这个过程所营造出来的实践氛围，却能够引领大多数学生以观望、协助、智力支持等方式参与到实践中来。而且，科技竞赛一般都是时间有限，主题广泛，学生必须在短时间内完成科技作品，这就迫使学生寻求有创意、有意义的作品主题，然后发挥团队协作能力，聚焦知识、发散思维。显然，这样的培养模式能够明显提高学生面对新问题和新情景时的机变能力，从而在无形中提升创新意识以及实践能力。

(3)递进式互动型实践环境以专业综合课程设计和毕业设计为途径。在测控专业的最后学习阶段，即在第七学期末和第八学期，不再安排理论课程学习，先后设置专业综合课程设计和毕业设计两个环节。面向全体学生，瞄准巩固知识、工程实践训练、团队协作与独立系统设计，力图促进学生多方面的能力的提高。专业综合课程设计采用多人一题的形式，着眼于培养学生的团队协作能力。毕业设计采用一人一题的形式，突出学生项目整体把握、知识系统化、实践创新独立化的能力。经过专业综合课程设计和毕业设计这样一个递进式培养，学生无论是在所学基础知识的掌握方面，还是对创新意识、工程实践能力和团队协作精神的领悟等方面都有质的提升。

3 结语

本文提出了一种以多维互动为核心的人才培养理念，并融入到课程体系建设、教学模式、实践教学等环节中，获得多个创新性成果。

(戴巨川等文)

(1)互动型课程体系构建模式，既保证了学生的基础知识能力，又使得学生毕业后能迅速融入行业发展之中；既体现了专业办学的共性和本校的特色，又提高了课程设置前瞻性和适应性。

(2)互动型教学模式极大地拓展了教学的时空界限，营造了浓厚的学习氛围，提高了学生学习兴趣，同时促进了教师教学反思。

(3)互动型实践环境夯实了专业基础知识和技能，培养了学生创新意识和工程实践能力。

多维互动型培养体系既强调理论知识的传授，又突出创新意识和实践能力的培养，能够较好地满足当前社会对测控毕业生的要求。但是，随着社会科技的迅猛发展，国际一体化趋势的加快，测控行业一些新的特征不断涌现，如未来测控系统从数据处理发展到知识处理、人才本土就业转向国际化就业发展，如何做到与社会需求变化同步，建立开放式的培养体系，具备与时俱进的能力，是今后需要持续开展的工作。

[1] 杨洪涛, 穆莉莉, 张新. 依托学科竞赛提升测控专业学生综合素质培养[J]. 淮南:安徽理工大学学报: 社会科学版, 2013, 15(3): 91-94

[2] 肖艳军, 杨泽青, 周围, 等. 测控专业人才培养目标及培养模式创新性研究[J]. 北京:实验技术与管理, 2016, 33(3): 20-22

[3] 宋建辉, 于洋, 高宏伟. 依托产业基地分类培养测控专业工程科技人才的途径探讨[J]. 南宁:大学教育, 2014(7): 89-90

[4] 李培根, 许晓东, 陈国松. 我国本科工程教育实践教学问题与原因探析[J]. 武汉:高等工程教育研究, 2012, 3(5)

[5] 冯梅琳, 何学文, 罗小燕, 等. 基于 CDIO 理念的测控专业实践教学创新体系[J]. 上海:实验室研究与探索, 2014, 33(3): 180-184

[6] 唐鸿儒, 吴桂峰, 束长宝, 等. 测控专业实践能力培养与训练体系建设[J]. 南京:电气电子教学学报, 2012, 34(2): 77-79

[7] 凌启辉, 赵前程, 杨书仪, 等. 测控技术与仪器专业“互动型”实践环境构建[J].湘潭:当代教育理论与实践, 2016, 8(3): 93-95

Construction and Practice of Multi-Dimensional Interactive Training System for Measurement-Control Technology and Instrumentation Specialty

DAI Ju-chuan; YANG Shu-yi; WANG Guang-bin; LING Qi-hui

(SchoolofElectromechanicalEngineering,HunanUniversityofScienceandTechnology,Xiangtan411201,China)

In order to change the concept and environment of personnel training of the measurement and control specialty, a novel type of personnel training idea named multidimensional interaction type is put forward and integrated into the construction of interactive curriculum system, interactive teaching mode, interactive practice environment, which forms a new training model of measurement and control professionals. Multi-dimensional interactive training system emphasizes not only the teaching of theoretical knowledge but also the training of innovative awareness and practical ability, which can meet the requirements of the current society to graduates of measurement and control specialty.

measurement and control specialty; training system; multi-dimensional interaction

2016-11-09;

2017-01- 06

戴巨川(1979-)，男，博士，副教授，主要从事测控技术与仪器专业教学与研究工作，E-mail：daijuchuan@163.com

G424

A

1008-0686(2017)03-0076-05