智能测控工程专业课程教学体系研究

摘要：以继承创新、交叉融合、协同共享为方式，以培养适应未来、创新型卓越领军人才为目标，把握专业主线，突出专业特色，在夯实工科基本知识的基础上，构建了以智能信息感知和处理为教学基础，以精准感知、互联传输、智能计算和精确控制为知识基础通专融合的智能测控工程专业课程教学体系，满足专业教学需求与人才培养目标。

关键词：智能测控工程；培养方案；专业基础课；专业核心课

随着人工智能技术的普及，我国在信息技术、生物科学技术、先进制造技术、航空航天技术等重点行业与人工智能的深度融合不断取得突破，而这些领域的研究、开发、应用的基本手段都是基于现代测控技术，因而迫切需要大量电子测量与智能测控融合的高端人才。

电子技术正处于与人工智能技术深入融合的转型发展期，而且人工智能技术也开始全面运用到社会经济和国防工业领域，在此背景下哈尔滨工业大学设立了智能测控工程专业，以培养就业市场急需的融合人工智能知识背景的测控技术专业人才，具有很强的现实意义。新增设的智能测控工程专业以哈尔滨工业大学传统科研优势为依托，融合智能信息感知和处理，通过精准感知、互联传输、智能计算和精确控制构建全新架构的智能测控体系，必将对我国新的历史时期的科学技术发展起到重要的作用，将为适应从“中国制造”走向“中国智造”的发展趋势，更好地培养创新型人才提供源泉和动力。［1］

高质量课程体系的建立，是全面提高人才培养质量的关键，是新专业回答“怎么培养人，培养什么样的人”的问题的关键。哈尔滨工业大学一直以来始终秉承着厚基础、强实践、严过程、求创新的本科生教育教学和人才培养模式。在课程体系确立的过程中，始终以立德树人为教育导向，以传承创新、交叉融合、协同发展为教育途径，以培养符合未来发展、创新型的卓越领军人才教育教学为目标，通过“调查研究—知识体系梳理—通专融合设计—课程总体规划—课程群建设”的实施路径，为智能测控工程专业建立科学的课程体系，以适应专业教学特点与人才培养目标。

基于智能测控领域的技术基础及电子信息技术的发展，通过分析新型电子信息产业对人才知识结构的要求，制定智能测控工程专业课程体系。课程体系既要满足培养目标要求，又要适应“新工科”背景人才培养对通专融合和交叉创新的需要。以通识教育立足于专业培养，以深厚专业修养为基础，立足人工智能与传统测控的交叉融合，以满足智能测控系统构建的知识结构要求，形成适应“中国智造”背景下智能测控专业发展需求的知识体系。从“通识教育—专业基础—专业核心—素质拓展”等多层次构建专业知识体系，发挥通识课程在专业课程教学中的“药引”作用，通专融合、平衡且相互渗透，做好各层次专业课程知识前后衔接，在深入研究专业知识内在关系的基础上，优化专业课程体系确定修课顺序。

一、课程体系建设的思路和路径

智能测控工程专业的课程体系建设应以立德树人为引领，以调查研究为基础，以培养适应未来、创新型卓越领军人才为目标，以通专融合为原则，在把握专业知识结构主线的基础上，突出哈尔滨工业大学的学生培养特色，做好通识教育教学与专业教育教学课程体系的顶层设计，充分理清专业课程学习所需的通识课程知识结构，深刻理解并优化规划专业课程体系，形成可操作性强、结构合理的课程体系。课程体系中的每一门课程都应该围绕OBE教育理念开展设计和组织，每门课都要承载毕业要求中对专业知识、创新能力与科学素养培养的要求。

二、智能测控工程专业的培养目标

智能测控工程专业的培养目标，是根据教育部对电子信息类专业教学培养目标的要求和哈工大自身办学定位，结合本专业教学基础和学科特色，对社会经济的多元化需求在全面调查和研究的基础上所提出的。专业培养目标是对全体毕业生的普适要求，用于指导整个教育教学培养过程，同时，可以反映专业毕业生毕业后的主要职业领域、竞争优势以及对职业发展前景的期望。智能测控工程专业的培养目标应以本科专业教育电子信息教学质量国家标准的规定为依据，以数学、物理、信息理论为知识基础，以电子产品、信息系统及其相关部件、电子系统、信息网络为研究对象。基础理论要完备，专业内容要丰富，应用领域要广泛。

本着立德树人的根本任务，智能测控工程专业的培养目标从学校的办学定位、知识结构、能力要求、未来定位等方面进行了规定。

（1）要满足哈尔滨工业大学的办学定位：立足航天、服务国防建设，面向全球学术最前沿和我国重大需要，培养具有可持续竞争力的创新型复合人才。

（2）要求毕业生掌握的知识结构：具备坚实的数学、物理、计算机、信息采集与处理、自动测控以及人工智能等多学科交叉知识，学生需要系统地掌握智能化与智能测控的理论、知识和技能与方法，获得良好的科学思维、科学实验和初步科学研究技能的培养。

（3）毕业生具备的能力：毕业生需具备信息采集、分析、处理和智能化测控系统集成方面研究和开发的基本能力。培养学生掌握多维知识结构和解决复杂工程问题的职业胜任力，能够具有自主创新意识和不断创新，适应人工智能科技的迅速发展新时代。

（4）未来定位：毕业生应具备优秀的跨文化交流沟通能力、项目管理组织和团队合作能力、技术创新意识与创新能力，今后能够成为引领未来智能测控和相关行业成长的优秀技术人才。

根据上述智能测控工程的培养目标，其专业课程应包含信息智能获取、信息传输、信息处理和精准控制等四个要素。在信息智能获取类课程中掌握本学科的基本知识；信息传输是智能测控系统各个部分的连接纽带；信息处理和精准控制是智能测控系统的目的，而智能测控系统的组建也是本专业培养目标的最终目标。

三、智能测控工程专业的通识教育

通识教育是教育教学的一种，这种教学的重点是：在现代多元化的社会中，给学习者创造通行于各个职场定位之间的专业知识与价值观。通识教育也是中国高等院校教育教学与人才培养的重要部分，开展通识教育就是要学生扩大自身的知识面。

就当前各高校的培养方案而言，大部分高校均是通识课程与专业课程分开实施，大一学期进行通识教育，大二学期之后进行专业教学，通识教育与专业教学之间还面临着教学分割、衔接不足的问题。通识教育课程的目的并没有明确，与专业课程设计和前后衔接结合不足，知识结构的主体作用不足，使得通识教育与专业课程的结合成效不佳。同时，一些课程的深度、广度不够，课程体系与专业知识结合不够紧密，在人才培养方面尤其是专业素养培养方面效果不显著。所以，积极做好通识教育教学的设计，提升大学生全方位的职场胜任力，基于一专多能的视角，提升大学生在不同工作岗位之间的职业适应性，则成为新时代我国教育教学高等人才培养的重中之重。［2］

智能测控工程专业的教学目标中对学生知识体系的要求和哈尔滨工业大学专业类培养要求中均明确了学生应掌握的知识系统，主要要求是学生应具备坚实的数学、物理、信息技术等基础知识。通过凝练核心素养，促进课程设计由知识本位向能力本位转变，在课程设置上不再只是关注学科和学科知识本身，而是更多地注重学生个体的成长需求与职场价值实现，强调职业胜任力根本，更加注重通识课程的广博性、开阔性和拓展性。学生通过通识课程的学习不但可以打下坚实的数理及计算机基础，为后续进行信息获取、信息传输及信息处理等专业课学习奠定理论基础，同时还应培养学生具备融会贯通知识的能力，成为全面发展的符合就业市场和职业能力需求的合格毕业生。

四、智能测控工程的专业基础课程

专业基础课程是联系通识课程与专业课之间的桥梁，有着承上启下的作用，可以为后续的专业核心课学习和科研实践打下坚实的理论基础，也为学生将来研究生阶段更深入的科学研究提供坚实的理论知识储备。专业基础课程同时还承担着为学生深入了解专业、培养本专业科研兴趣的重任。［3］

根据智能测控工程专业的教学培养目标和专业教学内涵，要求本专业学生应掌握以智能信息感知和处理为基础的知识系统，通过准确感知、互联传输、智能计算和精确控制的专业技能知识来构建智能测控系统。在专业基础课设置上，将按照知识体系将教学内容整合成几个知识模块，根据确定的知识体系结构，将专业基础课分成了四个课程群：电子学课程群、信号处理课程群、场波课程群及信息传输课程群，通过课程群的学习使学生在信号的获取、传输、处理方面奠定理论基础。

（1）在电子学课程群，学生可以掌握基本电学的分析和设计方法，在讲解电子电路的原理和应用时，以教师的研究和实践为背景，通过理论分析、仿真验证、课程实验等方法，向学生讲授电子学的基本原理和电路分析方法。

（2）在信息处理课程群，基础课程为“信号与系统”和“数字信号处理”，这两门学科基础课关系较强，并且这两门学科又是信息类学科的骨干核心学科，属于学科群中的电子信息类基础理论部分。“信号与系统”是信号处理的理论基础，而“数字信号处理”则以信号处理算法研究为主要内容。

（3）在场波课程群中，如“电磁场与电磁波”和“微波技术与天线”，这两门课都带有公式较多，难以掌握等特征，而且教学内容也比较抽象，所以在教学中要将抽象的理论知识形象化，以培养学生的学习兴趣是难点，如何利用多种教学手段将抽象的知识形象地展示出来是重点。

（4）在信息传输课程群，学习通信的基本原理，包括模拟通信系统和数字通信系统，并以数字通信系统为主，学习调制、编码、信号设计、噪声分析等理论与方法。

通过以上学科基础课的教学可以提高学生电子信息类学科的基础知识素养、提升具体问题具体分析的能力，锻炼学生的科学思维能力，同时，使学生具备解决复杂工程问题的基本能力，树立自主学习和终身学习的意识，为学生提供后面学习智能测控工程专业核心课程时奠定了基石。［4］

五、智能测控工程教学的专业核心课程

根据教育部高等学校教学指导委员会颁布的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》中关于电子信息类教学质量国家标准的规定，电子信息类专业的课程应有理工融合特点的专业教学，在专业核心课程中学生应研究具有行业背景的信息获取、处理、传输和应用的理论与技术内容，以及掌握相关的设备、系统及应用，能够熟练使用常用电子测量仪器，并能够对获取的数据进行分析，初步具备解决电子信息领域复杂工程开发问题的能力，具有参与智能测控系统的设计、运行与维护的能力。

在国家标准中仅对电子信息类专业知识体系及其核心课程体系教学给出了建议，在课程教学培养方案的制订中除了根据标准的要求和建议外，还应该结合智能测控工程专业的毕业要求及实际情况教学，确定智能测控工程专业教学的专业核心课程。专业核心课程是指以本专业基本活动为主题而编制的课程，课程能够体现该专业的特色，并以未来就业目标岗位群中最核心的理论和技能为主的课程。［5］

专业核心课程教学首先是信息的智能获取，这里感知包括传统的信息获取方法以及以人工智能为基础的现代感知理论。根据本专业的传统优势科研方向以及电子信息类专业的专业特点，传统教学过程中信息获取方法可以通过电子测量原理课程教学来掌握，这门课程是电子信息类专业的传统课程，在信息技术中与通信和计算机技术一起构成信息技术三大支柱教学，通过专业课程教学，学生可以系统掌握采用电子学的方法及原理来获取信息，包括基本原理、基本测量方法，同时具备在科学实验教学中制定先进、合理的测量和测试方案，科学严格地处理数据，以获得最佳结果的能力；为后续专业课程学习和将来工作提供坚实的理论基础和实际应用知识。教学过程中学生在掌握了传统的信息和获取方法后，可以进一步地进行智能信息感知理论的学习。现代智能感知系统具有“感、知、联”一体化的功能，涉及数据采集、数据传输与信息处理，包括传感、信息采集、过滤、压缩、多源信息融合等环节，是智能测控装备等多种应用系统的重要知识教学基础。学生通过该课程的学习可以为后续课程中进行智能运算、信息处理与认知、智能决策打下理论基础。课程教学应该涵盖信息的智能获取、处理及应用，同时采用必要方法保证获取信息的准确、可靠及有效利用等教学内容。

在信息的处理方面，现阶段专业教学中所提及的“计算机”已经超越了传统的个人计算机的概念范畴，还包括了微处理器、嵌入式处理器等跟人工智能息息相关的一些数据与信息处理平台，尤其是嵌入式处理器，由于其软件和硬件具有可定制性，因此适用于对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的特殊计算机系统，在人工智能教育教学领域取得了广泛的应用前景，成为人工智能系统的硬件基础，本专业的学生应该在微处理器的基础上掌握嵌入式系统的硬件原理、嵌入式系统的软件开发以及应用等知识。由于这类教学课程主要是嵌入式系统的具体应用，建议采取少讲多练的授课形式，采用课堂教学与实践教学并行的教学方法边讲边练，通过案例的课程教学与实践，使学生完整地进行实践嵌入式系统项目开发的基本流程，从而深刻理解嵌入式系统的基本要素和概念，掌握嵌入式系统软硬件设计基本原理和方法，使学生具备嵌入式系统设计能力。

学生除了具有分立的智能测控系统设计能力外，还应该掌握测控系统集成的相关知识。在专业课程教育教学中，培养学生综合运用系统集成基础知识和工程技术进行系统设计、搭建以及数据分析和处理的能力。在这类系统中还应涉及精确控制的内容。

同时还应该设置一门人工智能理论类课程，作为其他人工智能相关课程教学内容的基础，课程应该系统地阐述人工智能的基本概念、方法及技术。同时在教学过程中注重联系实际，强化人工智能技术的实用化介绍，为学生将来将人工智能技术应用于各自的研究工作，提供指导性样板。

结语

本文根据智能测控工程专业的教学实践，尝试提出了智能测控工程专业通识教育、专业基础课程和专业核心课程设置的基本方案。但是，随着计算机技术、通信技术和人工智能技术的发展，智能测控工程专业的课程设置会跟随技术的进步进行重新设置，使之能够紧跟科技发展前沿；同时根据毕业生及用人单位反馈，对培养方案及课程教学内容进行随时微调，使培养方案既符合国家标准及工程教育认证的要求，又能够为培养满足社会需求的毕业生提供有力支撑。

参考文献：

［1］凤雷，俞洋，杨京礼.智能测控工程专业内涵探析［J］.高教学刊，2022，8（23）：1518.

［2］罗芳香.新时代通识教育的特点及实施路径［J］.电子元器件与信息技术，2022，38（03）：103105.

［3］刘云.智能制造工程本科专业的专业课程设置方案初探［J］.湖北师范大学学报（自然科学版），2022，42（01）：102107.

［4］肖章柯，刘佳，王晓婷.基OBE理念的通识教育与专业教育融合路径探析［J］.教育科研，2023（02）：6263.

［5］沈少华，郭烈锦.新工科背景下新能源科学与工程专业“通专融合”课程体系建设［J］.高等工程教育研究，2023年增刊I：8487.

基金项目：2022年5月哈尔滨工业大学智能测控工程专业建设（项目编号：221701）

作者简介：凤雷（1978—），男，黑龙江哈尔滨人，博士，副教授，研究方向：自动测试技术。