测控技术课程体系的综合学年设计研究

吴海滨 王北一 于双

摘  要：为了使测控技术课程体系的相关课程加强衔接、避免重叠，加强工程实践能力培养，研究了综合学年设计方案。首先，分析国内外大学的现有方案，确定了按测控技术测量信息流向，构建以能力培养为导向的学年设计原则。其次，通过构建以精品课为核心的测控技术知识结构体系，调整和修订课程的内容，强化系列课程内容的交叉融合，改革传统教学方法，构建以应用为主的研究性教学结构，围绕测控技术知识结构编写或修订系列教材等方法，提出了综合学年设计的内容结构设置、评价方式、实施过程与完善方案。最后，分析了实现综合学年设计的硬件与软件条件。方案在3轮本科生授课中试行，调查结果表明，支持综合学年设计的学生约占80%，总体受到良好评价，可进一步完善并推广试用。

关键词：测控技术;综合学年设计;实践教学;工程认证

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2019）21-0074-03

Abstract： In order to strengthen the connection of the relevant courses of the measurement and control technology curriculum system， avoid overlap， and strengthen the cultivation of engineering practical ability， the design plan of the comprehensive academic year is studied. First of all， this paper analyzes the existing plans of universities at home and abroad， determines the flow of information according to the measurement and control technology， and constructs the academic year design principle guided by ability cultivation. Secondly， by constructing the measurement and control technologyand knowledge structure system with the fine product course as the core， adjusting and revising the content of the course， strengthening the cross-integration of the contents of the series of courses， reforming the traditional teaching methods， and constructing the research-based teaching structure based on the application， this paper puts forward the content structure setting， evaluation mode， implementation process and perfection scheme of the comprehensive academic year design around the methods of compiling or revising a series of teaching materials around the knowledge structure of measurement and control technology. Finally， the hardware and software conditions to realize the comprehensive academic year design are analyzed. The plan has been tried out in three rounds of undergraduate education. The results of the survey show that about 80% of the students support the design of the comprehensive academic year， which is generally well evaluated and can be further improved and popularized.

Keywords： measurement and control technology; comprehensive academic year design; practical teaching; engineering certification

引言

“测控技术”是测控技术与仪器专业的主干内容，主要包括参数测量、参数监控、数据分析与处理等三方面。“测控技术”相关基础课程有传感技术、测控电路、误差理论、精密机械设计基础、微计算机控制技术等;学习上述基础课程之后，再开设智能仪器、测试技术等课程将知识溶汇贯通。上述课程按照“信息流的方向”设置，但在授课过程中，存在各门课程内容衔接不足、多门课程内容重叠等问题。

在上述背景下，制定合理的综合学年设计方案是使测控技术相关课程融会贯通的重要环节之一。某一门课程的学年设计内容，或多或少地与其它课程内容相关，在强调“检測技术”与“仪器”的整体性时则更是如此。

教学方法研究被各国普遍重视，具有独特的创新性的研究价值，以哈佛大学的 “案例教学法”为例，最新得到教育行业的普遍认可;牛津大学、普林斯顿大学的“模拟训练法”，通过模拟现实政治中各类问题的解决方式，使学生学到书本上根本学不到的技能;芝加哥大学的“观点烹调法”，利用交流观点和开展评论而丰富知识;京都大学的“演习教学法”已成为传统的教学科目。其做法是在指定教授的指导下，学生按特定题目各抒己见，展开讨论，互相切磋，在教室里得到难得的自我表现机会[1-3];英国高校的“自主和交互式学习”的教学方法[4-6]：允许学生自主设计学习方案。方案设计大都以小组形式围绕“问题”展开，如大作业、综合设计、研究项目等。方案的“立项评审”由指导教师、部分学生、用人单位组成的评审小组来进行，它既是学生接受帮助和指导的过程，又是促进学生独立思考、意义构建、交流表达、自我负责、能力培养的过程。进行“自主和交互式学习”时，学生可以自行选定学习内容、时间、方式、进行有目的的学习，可分散进行或集体学习。学习形式既包括查阅文献资料、自学、讨论、请教专家等，也包括调查、实习、实验、制作、测试、统计以及利用多媒体技术进行跨时空的网络学习。这种教学是一种开放式、自主式、创造性的学习过程，有利于开发学生诸如沟通、交流、角色转换、任务分工、团队协作、磋商谈判、妥协让步等人际交流技能。苏格兰阿伯丁大学的创新性教学方式[7，8]包括，讨论组、课堂反转等方式，融合学习小组之间的配合与讨论，教师主导的课堂讲授扩展的教科书知识，讨论组提前准备工程案例以备讨论。日本大学的“讲座制”也是反转课堂与工程实践结合的一种成功方式，同样需要学生准备案例资料，以学生讨论为主，教师辅助研究纠正，双方互动。上述教学方式，充分发挥了学生的能动性，提高了学生的工程实践能力和复杂工程问题解决能力。美国高校也将上述授课模式作为教学的基本方向。

综上，将多门课程的多个知识点系统化，将学年设计任务设计为多样、发散的工程实践问题，以学生为主体提出方案并实现，再辅以教师的指导是综合学年设计的主流发展方向。本文拟借鉴上述研究成果在内容、形式、硬件条件方面的方案，提出适用于测控技术与仪器专业的综合学年设计方案。

一、综合学年设计的原则与方法

在院系的统筹安排下，十余名授课教师和实验教师参与开展“测控技术”课程内容体系梳理与教学方法改革研究工作。目的是：1. 使多门课程加强衔接、避免重叠，按信息流向梳理展开;2. 加强课程的工程实践能力培养，设计以学生为主体，主动、分层次的教学方法。

综合学年设计方案的制定主要遵循两个原则：1. 内容方面以增进课程知识的衔接与综合应用为目标;2. 形式方面以学生为主体、分层次教学为目标。综合学年设计方案制定的主要方法如下：

（一）教学团队和省精品课建设

课题组形成合理的教学梯队，多名教师从事教学、科研工作近30年，具有丰富的教学经验，是我校测控技术与仪器专业骨干教师，年轻教师年富力强，已成为业务骨干。上述教师承担着测控技术与仪器专业大部分主干课程的授课任务。

早在2004年专业平台课传感技术被列为学院唯一一门省级资源共享课，进入学校重点培育目录。围绕着省精品课建设，教学团队坚持不懈地进行教学方法研究，试图寻求一种适合当前大众化教育背景下培养高素质人才的高等教育教学方法，并先后完成了多项教学改革项目，积累了较丰富教学方法改革经验。此后，对该课程进行了O2O建设，修订了教学大纲，调整了教学内容，编写了适合本专业的特色教材，制作了多媒体课件。在研究现代教育理论和教学思想基础上，对现代教学方法进行了深入的理论研究和探讨，逐步形成了一种教学方法——动态分层异步教学法，构建了动态分层异步教学法课堂教学结构和实践教学结构，并在“传感技术”教学中进行了实践，收到了较好的效果，并因此獲得黑龙江省教学成果一等奖。

（二）以被测量信息流为主线，构建以能力培养为导向的方案

传感技术是专业平台课，它以物理学、电工学、电子学、工程光学等课程为基础，同时又是后续的检测技术、智能仪器、无损检测等专业平台课，在知识体系中作为先修课程的专业课、后续课程的基础课。传感技术、测控电路、误差理论、精密机械设计基础、单片机、仪器设计基础、智能仪器以及微计算机控制技术系列课程是测控技术与仪器专业的主干，上述信息流知识构成了整体仪器系统。传感器是仪器的最前端，是所有信号的来源，测量之首;测控电路在传感器的后续部分，把传感器的转换电路输出的信号进一步放大、滤波、整流等;单片机是智能仪器的运算部分，精密机械部分及仪器设计构成测控仪器的机械结构。

以往的教学方式，各门专业课各自为战，相互之间的联系不紧密或者存在重复的问题。从课堂教学、实验教学以及学年设计形成一个完整的教学过程，学生们学习的是一门门独立的课程，缺少了课程之间知识的融合过程。一直到大学四年级进行学年设计，因课题组的课题内容而异，因导师的方向安排而异。以传感器为信息流源头，以测控电路、单片机、智能仪器、计算机控制技术为实现传感、通信、计算的主体部分，同时不确定度分析是测控仪器的精髓，精密机械设计基础与仪器设计基础是构成测控仪器的骨架，于是我们以被测量信息流为主线构建出测控仪器的课程方案。融合相关课程的内容，删去课程内容交叠的部分，增加课程之间的学科交叉部分和关联部分的衔接，将几门课程知识综合在一起开设综合学年设计，提高学生解决复杂工程问题的能力，为未来的工作建立良好的基础。

（三）改变教学方式，使学生自律积极，并且兼顾学生个体特点

如前所述，长期以来，我国各大学采用的以教师为主体的教学方法早已无法满足培养高素质创新人才的需要，严重阻碍了教学质量的提高。课堂传统授课方式是不必可少的一种类型，是一直以来毕业生毕业目标达成的一种重要保障形式。同时，课堂教学方式不是一成不变的，改革传统的、说教式的教学方法，采用研究性教学进行授课，使学生自主、自发地学习，教师辅助以基础知识的讲授，关键问题的提示、讨论式和参与式有机地融合在每一个单元的教学中。

动态分层异步提倡培养具有创新意识的学生，课堂的主宰由教师变为学生，由学生收集资料，锁定问题，反转课堂，是一种新的教学模式。授课过程中，将传统的各章节内容分割为多个类别，授课之前的预习工作显得尤为重要。反转课堂前，教师根据学生查找的资料提出若干问题，并提前布置给学生，学生通过网络查询、企业调研等方式提前在组内形成方案和报告，上课时，通过组内讨论、组间讨论实现知识固化过程。教师系统讲授单元知识后，再分组讨论，教师进行指导。该教学形式，能够培养学生的主动性和自主解决工程复杂问题的能力。学生根据自身的特点能力不同，可以参加不同的讨论组，参加不同的问题讨论，这样兼顾了学生的个体特点。研究性教学方法教学结构如图1所示。

图1 研究性教学方法教学结构

（四）贯彻理论教学与实践教学相结合，提高学生解决复杂工程问题的能力

课程实验、课程设计是课堂授课形式的重要补充，甚至具有同等的重要性。课程实验大纲、课程设计大纲的制定，应该充分反映课程体系的特点、课程内容的特点。课程设计题目的确定，将系列课程知识综合到一个学年设计项目中，通过设计、制作、调试、分析等一系列实践活动，强化工程教育，着力培养学生综合运用所学知识的能力。

（五）创建多种形式的实践教学平台，培养学生的动手能力和创新思维

利用传感技术与可靠性实验室现有资源，创设大学生课外活动基地，组织学生开展课外研学与创新活动，指导学生参加创新性实验项目、开放性试验项目、创新训练项目、创业训练项目以及创业实践项目等，引導大学生积极开展社会调研、科技创新和创业实践活动，增强大学生自主学习能力、知识应用与创新能力和创业发展能力。

二、综合学年设计的硬件与软件条件

综合学年设计围绕测控技术及仪器专业的省级精品课“传感技术”展开。近五年，综合学年设计相关课程修订了教学计划，调整了教学内容，编写了适合本专业的特色教材，为综合学年设计奠定了良好的基础。以传感器与可靠性专业实验室为基础，得到了国家自然科学基金等项目的支持。教研组所在研究室购买二十余台检测技术相关设备，以光、机、电、计算机一体化技术为特色，在光学仪器原理和设计、精密计量测试理论与系统、虚拟仪器与智能仪器、计算机测试与控制技术、传感技术、光电检测技术与仪器等多领域进行实验教学研究与探讨，丰富了实践教学内容，为综合学年设计提供了硬件条件。

教研组走访了哈尔滨工业大学、北京理工大学、北京航空航天大学、中国计量大学等设立综合学年设计或相近教学改革计划的高等院校，借鉴其优势和特点优化自己的学年综合设计分组、分类讨论专题。同时，利用问卷调查、用人单位走访、毕业生访谈等方式，调查用人单位和毕业生对此教学改革方式的认可程度和有效程度，并且根据回馈，有针对性地改进方案。

三、试行效果与分析

综合学年设计自2012年构想并拟定试行方案，到目前为止为7轮本科生授课试行，累计1500余人次。总体受到本科生及后续课程教师的良好评价。部分学生制成了不同原理的检测系统。同时，综合学年设计为本科生各类设计大赛提供培训和设备。

调查结果显示，支持综合学年设计的学生占80%。持不支持态度的学生认为，信息量过大、任务繁重，影响了课上知识的有效吸收，这是今后需着重改进之处。

本文设计的综合学年设计方案，可推广至具有测控技术与仪器系或相近专业的其它院校，也可将学年设计模式应用于工科其它专业。

四、结论

本文提出了适用于测控技术与仪器专业相关课程的综合学年设计方案——分别在团队建设、课程体系、方法改进、平台创新等环节进行了设计与创新。此外，分析了实验室条件和教学资料对综合学年设计的支持。7轮本科生授课试行结果表明，方案受到本科生及后续课程教师的良好评价，部分学生制成了不同原理的检测系统，支持率达80%。本文方案可推广至具有相近专业的其它院校，也可将学年设计模式应用于工科其它专业。今后工作重点为进一步细化各具体设计任务的难度系数，以适用于不同层次的学生。

参考文献：

[1]胡兵.信息工程专业综合课程设计教学改革探讨[J].高等教育研究，2011，28（2）：28-30.

[2]蔡晓庆.大数据背景下数据库技术类课程教学改革探讨[J].智库时代，2019（4）：200-201.

[3]李进才，孙超.教学方法改革的关键在于教育思想观念的转变[J].中国大学教学，2009（11）：55-57.

[4]陈树兰.浅谈国外高校教学方法改革现状[J].四川商业高等专科学校学报，2002，10（4）：51-54.

[5]梁清.面向准研究生的固体物理课程教学改革探讨[J].教育教学论坛，2019（15）：143-144.

[6]黄恺.机制专业综合课程设计运作模式探讨[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2011，13（5）：116-118.

[7]郑文.谈苏格兰大学本科教学的“以生为本”[J].中国大学教学，2010（5）：94-96.

[8]田彬.基于能力导向的大学数据库教学改革探讨[J].中国教育技术装备，2018（10）：85-87.

*基金项目：黑龙江省高等教育教学改革项目“基于省精品课的测控技术课程体系构建及教学方法综合改革创新研究”（编号：JG2201201114）

作者简介：吴海滨（1977-），男，汉族，上海人，博士，教授，研究方向：传感技术精品资源课、O2O、MOOC的教学内容与方法研究。

*通讯作者：王北一（1983-），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，博士，副教授，研究方向：科技管理、成果转化等。