新工科背景下专业综合课程设计的探索与实践

牛金星 申杰 张涛

摘 要：专业综合课程设计是本科生进入工作岗位前的最后一个课程设计环节，也是除毕业设计外的最后一个实践环节。该环节旨在培养学生综合运用所学知识进行系统分析、设计、开发的基本能力。如何使学生提前了解企业需求，更好地与工作岗位对接，华北水利水电大学测控技术与仪器专业和企业合作，探索出一条校企合作完成综合课程设计的思路，取得了较好的效果，受到学生的普遍欢迎。

关键词：测控技术与仪器;综合课程设计;产学合作;协同育人

教育部明确指出，“新工科”建设是主动应对新一轮科技革命与产业变革的战略行动，各有关单位要把“新工科”建设作为引领高等教育改革的有力抓手。

教育部高等教育司在产学合作协同育人项目申报指南中指出，为贯彻落实《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》文件精神，深入推进产学合作协同育人，汇聚企业资源，支持高校开展新工科研究与实践，推进高校教学内容和课程体系改革、师资培训、实践条件建设、校外实践基地建设、创新创业教育改革和大学生创新创业训练。

一、实施背景

华北水利水电大学机械学院机电与测控仪器系与深圳信盈达科技有限公司郑州分公司进行合作，获得了教育部高等教育司产学合作协同育人项目立项。获得立项之后，学校探索实施了校企合作完成测控技术与仪器专业综合课程设计，提高了课程设计效果，为学生进入工作岗位打下坚实基础。

二、实施要求

测控技术与仪器专业是机械、电子、光学、自动控制、计算机与信息技术等多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型专业，是我国仪器仪表行业唯一的本科专业。测控技术与仪器专业学生培养目标为：掌握测量、控制和仪器领域的基础理论、专门知识和专业技能，掌握信息获取、传输、处理和应用的技术方法，具有测量控制领域技术集成和仪器综合设计应用能力的高素质应用型人才。

专业综合课程设计是实践教学环节中一次综合实践训练，旨在培养学生综合运用所学知识进行系统分析、设计、开发的基本能力。通过综合课程设计的教学实践，学生所学的基础理论和专业知识得到巩固，运用所学理论知识解决实际问题的能力得到锻炼。测控技术与仪器专业学生通过综合课程设计的教学实践，需要掌握测控系统的设计步骤、硬件与软件的开发流程，设计题目的资料收集、整理和分析的方法，方案的设计和比较等。教师通过综合课程设计提高学生的分析、综合运用知识的能力，为后续的毕业设计和工作做好必要的准备。测控技术与仪器专业综合课程设计一般安排在第7学期期末的两周，设计的难度不能太高，工作量要适中。

三、探索与实践

为了更好地提高专业综合课程设计质量，使学生在毕业前更好地了解企业需求，机电与测控仪器系和深圳信盈达科技有限公司郑州分公司联合完成测控技术与仪器专业的综合课程设计。学校和企业共同探索并实践了新的课程设计教学模式，以企业的工程项目为依托，与企业共同拟定设计题目、任务书和计划书。让企业提供课程设计所需要的硬件开发平台，学校指导教师和企业工程师共同指导学生完成项目设计，取得了很好的教学效果。

专业综合课程设计一般都有具体的实施过程。首先，指导教师要至少提前两周确定课程设计题目，既要考虑题目的综合性，又要考虑题目的难度和工作量的适中。而且一般要拟定多个题目，整个专业的所有学生分成若干个设计小组，每个设计小组的几个学生共同做一个题目。

确定了题目之后，开始撰写课程设计任务书和计划书。任务书主要明确课程设计题目，每个题目的主要设计内容、预期成果及形式，成绩评定要素及权重等。每个题目的主要设计内容包括设计要实现的基本功能、可以采取的主要技术路线和方法、设计重点要解决的问题、主要技术指标和主要参数。每一个题目都要有明确的任务书。

设计计划书比任务书更详细，主要规划在两周的课程设计时间内，每个阶段的主要任务。通常按日撰写计划内容，要细化每天的设计内容和相关设计的具体要求。计划书通常是以表格的形式呈现，比较直观。

最后，根据任务书和计划书的安排，每天到设计教室集中指导学生做设计。在整个设计过程中，首先要向学生下达任务书和计划书。学生明确设计要求后，学校指导教师和企业指导工程师针对每个小组在设计过程各个环节遇到的问题，进行有针对性的指导。

虽然在测控技术与仪器专业的培养方案里，指导性教学计划规定的专业综合课程设计的时间是两周，但从构思拟定设计题目、撰写任务书和计划书，到指导学生进行设计，再到收取课程设计说明书进行评阅，然后结合平时成绩和课程设计说明书成绩计算综合成绩，最后还要对学生的成绩单进行分析并撰写课程设计工作报告。工作报告包括統计成绩区间分布情况，成绩分析，班风学风总结，对教学和学生等管理方面的意见和建议等。整个课程设计的准备、实施、收尾工作要持续一个多月的时间。

从2014年开始，机械学院机电与测控仪器系和深圳信盈达科技有限公司郑州分公司进行合作，与该公司的项目工程师共同指导测控技术与仪器专业综合课程设计。在进行课程设计时，由企业提供相关硬件开发平台和新版本的软件开发平台。以企业的开发项目为依托，学校指导教师和企业工程师共同拟定的课程设计题目有《基于嵌入式系统的智能家居系统设计》《基于STM32的智能手环设计》《基于嵌入式系统的人脸识别系统设计》等。

《基于嵌入式系统的智能家居系统设计》主要是利用嵌入式STM32F103ZET6开发平台，通过NTC传感器、温湿度传感器对当前环境质量进行检测，通过SPI通信协议将检测到的数据送到处理器进行处理，并在触摸屏TFT LCD上显示当前环境的温湿度。TFT LCD使用之前需要先进行校准，通过触摸屏可以设置报警号码和温湿度报警阈值，通过触摸屏按键控制报警LED灯和蜂鸣器。

《基于STM32的智能手环设计》首先用GPIO口实现按键控制LED灯，通过I2C总线进行通信，将获取温湿度在OLED屏上显示。学生掌握了基本操作之后，进一步采用HP-6心率血压传感器，将测量到的心率和血压数据在OLED屏上显示。通过按键切换智能手环显示界面，可以显示的内容包括日期、时间、个人信息、温湿度、心率、血压。

《基于嵌入式系统的人脸识别系统设计》首先指导学生熟悉Linux环境搭建并熟悉A9硬件平台，实现指令操作文件和Linux常用开发工具的使用，了解uboot的作用和内核的制作，搭建初期的环境。掌握了基础知识之后，指导学生连接硬件平台和Linux系统，实现交叉编译文件并在硬件平臺执行。搭建Qt5.7.0环境并创建Qt过程，实现OpenCV打开本地图片并显示在液晶显示屏。最后，通过OpenCV调用USB摄像头实现人脸识别，在人脸区域用图形标记。在人脸识别的基础之上实现人眼识别并标记。

指导课程设计时，首先是企业工程师带领学生熟悉并掌握新版本的软件开发平台和硬件开发板的基本应用，然后是学校指导教师带领学生回顾复习相关基础知识，最后是企业工程师讲述该项目用到的新知识。学生学习的同时，在软硬件开发平台上进行练习，练习过程中出现的各种问题由企业工程师进行指导。有些学生掌握新知识比较慢，每天回去还要查阅相关文献资料，进一步学习理论知识。学生掌握了相关知识之后，开始设计任务书、计划书分配，遇到问题再和学校指导教师讨论解决。

校企合作采用新的指导模式，边讲边学边练习，每天的时间安排得非常紧凑，不但让学生在短时间内学习了大量的前沿知识，经历了一个完整的项目设计过程，而且提高了学生查阅文献资料、自主学习的能力。

测控技术与仪器专业综合课程设计，是毕业设计之前最后一个也是最重要的一个实践环节，需要综合运用学过的基础课和专业课，进行综合设计，以达到巩固消化相关课程内容的目的。课程设计进一步提高学生的综合应用能力、仪器设计和开发能力，是培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力、能力转化为工程素质的重要环节。

与企业合作，共同完成测控技术与仪器专业综合课程设计，学生以项目为依托，一边学习一边练习，然后紧接做设计，效率非常高，综合应用了本专业课程体系里所学过的专业知识。通过企业提供的开发设施和内容讲解，学生熟悉了整个设计项目开发的全过程，更进一步了解了企业文化和企业生态，提升了综合能力，为以后进入工作岗位打下了良好的基础。

校企合作取得了双赢的效果。对于企业而言，能够吸引优秀的学生加入企业;对于学校而言，能够更加清楚企业需求，为企业培养更多的有用人才。产学合作，协同育人，有助于打造多主体协同育人的长效机制，构建了产教融合、校企合作的良好生态。

参考文献：

[1]王代华.测控技术及仪器专业综合课程设计实践[J].高等工程教育研究，2007，（3）.

[2]牛金星，李恒灿，王丽君，等.测控技术与仪器专业的人才培养模式探索[J].教育教学论坛，2015，（10）

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