现代化生产背景下精密测量技术工科专业人才培养的思考

陈青山　张帆　董明利　郭阳宽　吴思进

[摘 要] 精密测量技术是测控技术与仪器专业的专业主干课程。在现代化生产背景下，以新工科理念为引领，以学生为中心，以培养成果为导向，北京信息科技大学教学团队在教学内容设置方面进行了积极探索和思考。归纳精密测量技术课程教学内容改革过程中遇到的问题，对问题成因进行深入分析，围绕学生毕业能力达成这一核心任务，以培养成果为导向，介绍实验教学内容以及实验内容的持续改进、初步成效和思考。

[关键词] 现代化生产;产业需求;成果导向;精密测量

[作者简介] 陈青山（1987—），男，湖北人，博士，教授，研究方向：精密仪器与精密测量技术、光电检测技术、微纳光学材料、精密光机电一

体化技术、智能测控技术等;张 帆（通信作者）（1987—），女（蒙古族），内蒙古人，博士，副教授，研究方向：细胞力学特性测量、生物医学检测技术与仪器等。

[中图分类号] G640    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）25-0136-02    [收稿日期] 2019-09-25

科学技术正以巨大的潜能推动着制造技术的飞速发展，现代化生产背景下，产品制造的自动化程度、制造精度都得到了极大的提高，数控机床、加工中心、计算机集成制造系统等使得現代生产逐渐向数字化、自动化、集成化、智能化方向高速发展[1，2]。

精密测量技术课程是测控技术与仪器专业面向高年级本科生的主干专业课程。课程一方面涉及电子学、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术等多学科;另一方面沿袭原机械工业部所属高校精密仪器专业的特点，具有鲜明的几何量精密测量特色。通过本课程的学习，学生能使用精密测量技术的基本理论、方法和技术开展测量，能够遵循精密计量规范、标准、政策与法规，了解本领域的最新研究成果和进展，获得从事精密测量相关工作的能力。

近年来，在工程教育专业认证、新工科理念引领下，已经建立了课程对毕业要求的支撑关系，并开展了以达成度评价为基础的课程教学质量监控体系，但如何组织精密测量技术课程的教学内容，使其适应行业的发展，成为本课程在持续改进道路上的重要问题。

一、存在的问题

1.传统精密计量仪器更新换代对实验教学的影响。随着新的仪器设备不断被引入到课程教学和实验中，实验室存在着购置于不同年代的同种类仪器，例如工具显微镜，目前有“老”（人工读数式）、“中”（光电式）、“青”（影像测量仪）三代。由于现代仪器突破了传统的光机结构模式，测量过程自动化、智能化、数字化程度高，学生可以实际动手操作的环节少，对精密测量的概念、条件、操作、数据处理等环节的理解不够深入。相比之下，传统仪器以人工操作为主，操作过程中学生对测量原理、数据采集和处理方法可以有较深入的理解。

例如，采用传统测量仪器“万能测齿仪”开展齿轮齿距误差测量实验教学时，学生需通过恒力装置瞄准相邻齿面，在千分表上逐一读出所有轮齿的相对齿距偏差，利用圆周封闭原则对测量数据进行处理，修正零位系统误差后，得出所有齿的齿距偏差。其中学生独立完成数据采集和处理，有利于学生更深刻地理解测量的原理。如果采用新引进的齿轮测量中心开展实验教学，仪器在计算机控制下全自动完成测量循环，测量软件自动输出计算机处理好的数据，实验过程中，学生既无可实际动手操作的环节，也无数据分析处理过程，对测量过程只有浅显的、看热闹式的认知，无法深入理解相对测量方法以及圆周封闭原理在圆分度测量中的重要意义。

2.突出“几何量测量”特色与专业延伸需求之间的权衡问题。1998年教育部将十几个仪器仪表类本科专业并入测控技术与仪器专业，担负几何量、机械量、热工量、电磁量、生物化学量等诸多门类仪器与测量专业技术人才的培养，要求各高校测控技术与仪器专业在坚持原有专业特色的基础上进行延伸。

本校测控技术与仪器专业沿袭原机械工业部所属高校精密仪器专业的特点，具有鲜明的几何量精密测量的专业特色，其精密测量技术课程主要专注于解决机械设备加工生产过程中的几何量计量、检定与测量技术问题。以此为基础，最合理的专业延伸方向是机械量测量技术，解决包括速度、加速度、震动等机械量的测量技术。同时，在教学实施过程中，必将产生有限教学时数和专业课程设置与将更多专业知识点纳入课程教学体系之间的矛盾。

二、精密测量技术课程持续改进思路

1.与行业企业深度融合，教学内容紧跟技术发展前沿。课程组采用“走出去”“请进来”两种方式，与企业的管理者、技术负责人、一线工程师进行充分的沟通交流，了解目前精密测量技术的发展现状和趋势，对教学内容等开展建设。针对微纳制造、超精密制造中的测量技术发展，课程组调整了教学大纲，增加了微米纳米测试技术教学内容，将测量精度由微米级向纳米级延伸，介绍微纳形貌测量的原理和方法，并新增了白光干涉仪表面三维形貌测量实验，光刻加工的虚拟仿真测量实验;坚持科教融合，将科研中前沿性、探索性的内容，适当引入课程教学，如集成电路芯片的加工与测量技术、基于光纤光栅传感的微应变测量、基于机器视觉的工业在线测量等，以增进对科技前沿动态的了解，激发学生终身学习的动力。

2.传统仪器与现代仪器优势互补，联合开展实验教学。在实验室传统仪器进行升级换代后，为了避免现代仪器的数字化、智能化特点导致学生实际动手操作环节过少，我们采取了传统仪器与现代仪器优势互补的思路，对同一实验采取不同年代的仪器协同开展实验教学，学生在实验前通过调研了解各种仪器的测量原理和特点，实验过程中动手操作传统仪器获取实验数据。考虑到先进仪器单价通常较高，实验室目前购置的台套数较少，如扫描电子显微镜、原子力显微镜均只有一台，无法满足所有学生单独开展实验的需求，我们通过开发微纳米测量的虚拟仿真实验，学生通过HTC VIVE等虚拟现实设备进行虚拟仿真实验，获得使用现代测量工具的能力。通过传统与先进仪器设备之间测量特点的对比，既可加深学生对测量原理的理解，又有利于学生认识测量技术的发展趋势，意识到终身学习的重要性。

三、課程持续改进初步成效

通过以上持续改进的措施，学生课堂学习的兴趣有明显提升，在实验过程中主动性更强。课程结束后，采用课程考核过程分析的方式进行课程目标的达成度评价，近两年课程目标达成度相比改革前均有一定幅度的提升，以课程目标9“终身学习的意愿”的提升幅度最大，反映了学生在终身学习意识方面有所提升，与课程持续改进主要措施的实施初衷一致。

四、结束语

精密测量技术课程在工程教育专业认证和新工科理念引领下不断进行持续改进，包括课程大纲修订、教学内容调整以及实验教学设施等内容，取得了一定的成效。未来本课程将继续紧密结合行业需求开展课程内容改革，以北京信息科技大学测控技术与仪器一流专业建设为契机，继续开展课程建设和改革，为培养具有较强实践能力、国际视野、创新意识的高素质工程应用性人才发挥更大的作用。

参考文献

[1]周亮，王振环，孙东辰，穆乃锋.现代精密测量技术现状及发展[J].仪器仪表学报，2017，38（08）：1869-1878.

[2]徐晓峰.测量MEMS中几何量的方法的探讨[J].计量与测试技术，2016，43（05）：20-21.

Abstract：Precision Measurement Technology is one of the key courses for undergraduates of measurement technology and Instruments major.Facing modernized industrial manufacturing，with the Emerging Engineering Education concept as the guide，students as the center，and training results as the orientation，the teaching team in Beijing Information Science and Technology University has explored the setting of teaching content.This paper analyzes the main problems in the teaching process of Precision Measurement Technology course，reports improvements made to enhance the achievement of the course goals，and exhibits preliminary positive effects.

Key words：modern manufacturing;industry requirements;outcome-orientation;precision measurement