測控技術課程體系的綜合學年設計研究

吳海濱 王北一 于雙

摘? 要：為了使測控技術課程體系的相關課程加強銜接、避免重疊，加強工程實踐能力培養，研究了綜合學年設計方案。首先，分析國內外大學的現有方案，確定了按測控技術測量信息流向，構建以能力培養為導向的學年設計原則。其次，通過構建以精品課為核心的測控技術知識結構體系，調整和修訂課程的內容，強化系列課程內容的交叉融合，改革傳統教學方法，構建以應用為主的研究性教學結構，圍繞測控技術知識結構編寫或修訂系列教材等方法，提出了綜合學年設計的內容結構設置、評價方式、實施過程與完善方案。最后，分析了實現綜合學年設計的硬件與軟件條件。方案在3輪本科生授課中試行，調查結果表明，支持綜合學年設計的學生約占80%，總體受到良好評價，可進一步完善并推廣試用。

關鍵詞：測控技術;綜合學年設計;實踐教學;工程認證

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

“測控技術”是測控技術與儀器專業的主干內容，主要包括參數測量、參數監控、數據分析與處理等三方面。“測控技術”相關基礎課程有傳感技術、測控電路、誤差理論、精密機械設計基礎、微計算機控制技術等;學習上述基礎課程之后，再開設智能儀器、測試技術等課程將知識溶匯貫通。上述課程按照“信息流的方向”設置，但在授課過程中，存在各門課程內容銜接不足、多門課程內容重疊等問題。

在上述背景下，制定合理的綜合學年設計方案是使測控技術相關課程融會貫通的重要環節之一。某一門課程的學年設計內容，或多或少地與其它課程內容相關，在強調“檢測技術”與“儀器”的整體性時則更是如此。

教學方法研究被各國普遍重視，具有獨特的創新性的研究價值，以哈佛大學的 “案例教學法”為例，最新得到教育行業的普遍認可;牛津大學、普林斯頓大學的“模擬訓練法”，通過模擬現實政治中各類問題的解決方式，使學生學到書本上根本學不到的技能;芝加哥大學的“觀點烹調法”，利用交流觀點和開展評論而豐富知識;京都大學的“演習教學法”已成為傳統的教學科目。其做法是在指定教授的指導下，學生按特定題目各抒己見，展開討論，互相切磋，在教室里得到難得的自我表現機會[1-3];英國高校的“自主和交互式學習”的教學方法[4-6]：允許學生自主設計學習方案。方案設計大都以小組形式圍繞“問題”展開，如大作業、綜合設計、研究項目等。方案的“立項評審”由指導教師、部分學生、用人單位組成的評審小組來進行，它既是學生接受幫助和指導的過程，又是促進學生獨立思考、意義構建、交流表達、自我負責、能力培養的過程。進行“自主和交互式學習”時，學生可以自行選定學習內容、時間、方式、進行有目的的學習，可分散進行或集體學習。學習形式既包括查閱文獻資料、自學、討論、請教專家等，也包括調查、實習、實驗、制作、測試、統計以及利用多媒體技術進行跨時空的網絡學習。這種教學是一種開放式、自主式、創造性的學習過程，有利于開發學生諸如溝通、交流、角色轉換、任務分工、團隊協作、磋商談判、妥協讓步等人際交流技能。蘇格蘭阿伯丁大學的創新性教學方式[7，8]包括，討論組、課堂反轉等方式，融合學習小組之間的配合與討論，教師主導的課堂講授擴展的教科書知識，討論組提前準備工程案例以備討論。日本大學的“講座制”也是反轉課堂與工程實踐結合的一種成功方式，同樣需要學生準備案例資料，以學生討論為主，教師輔助研究糾正，雙方互動。上述教學方式，充分發揮了學生的能動性，提高了學生的工程實踐能力和復雜工程問題解決能力。美國高校也將上述授課模式作為教學的基本方向。

綜上，將多門課程的多個知識點系統化，將學年設計任務設計為多樣、發散的工程實踐問題，以學生為主體提出方案并實現，再輔以教師的指導是綜合學年設計的主流發展方向。本文擬借鑒上述研究成果在內容、形式、硬件條件方面的方案，提出適用于測控技術與儀器專業的綜合學年設計方案。

一、綜合學年設計的原則與方法

在院系的統籌安排下，十余名授課教師和實驗教師參與開展“測控技術”課程內容體系梳理與教學方法改革研究工作。目的是：1. 使多門課程加強銜接、避免重疊，按信息流向梳理展開;2. 加強課程的工程實踐能力培養，設計以學生為主體，主動、分層次的教學方法。

綜合學年設計方案的制定主要遵循兩個原則：1. 內容方面以增進課程知識的銜接與綜合應用為目標;2. 形式方面以學生為主體、分層次教學為目標。綜合學年設計方案制定的主要方法如下：

（一）教學團隊和省精品課建設

課題組形成合理的教學梯隊，多名教師從事教學、科研工作近30年，具有豐富的教學經驗，是我校測控技術與儀器專業骨干教師，年輕教師年富力強，已成為業務骨干。上述教師承擔著測控技術與儀器專業大部分主干課程的授課任務。

早在2004年專業平臺課傳感技術被列為學院唯一一門省級資源共享課，進入學校重點培育目錄。圍繞著省精品課建設，教學團隊堅持不懈地進行教學方法研究，試圖尋求一種適合當前大眾化教育背景下培養高素質人才的高等教育教學方法，并先后完成了多項教學改革項目，積累了較豐富教學方法改革經驗。此后，對該課程進行了O2O建設，修訂了教學大綱，調整了教學內容，編寫了適合本專業的特色教材，制作了多媒體課件。在研究現代教育理論和教學思想基礎上，對現代教學方法進行了深入的理論研究和探討，逐步形成了一種教學方法——動態分層異步教學法，構建了動態分層異步教學法課堂教學結構和實踐教學結構，并在“傳感技術”教學中進行了實踐，收到了較好的效果，并因此獲得黑龍江省教學成果一等獎。

（二）以被測量信息流為主線，構建以能力培養為導向的方案

傳感技術是專業平臺課，它以物理學、電工學、電子學、工程光學等課程為基礎，同時又是后續的檢測技術、智能儀器、無損檢測等專業平臺課，在知識體系中作為先修課程的專業課、后續課程的基礎課。傳感技術、測控電路、誤差理論、精密機械設計基礎、單片機、儀器設計基礎、智能儀器以及微計算機控制技術系列課程是測控技術與儀器專業的主干，上述信息流知識構成了整體儀器系統。傳感器是儀器的最前端，是所有信號的來源，測量之首;測控電路在傳感器的后續部分，把傳感器的轉換電路輸出的信號進一步放大、濾波、整流等;單片機是智能儀器的運算部分，精密機械部分及儀器設計構成測控儀器的機械結構。

以往的教學方式，各門專業課各自為戰，相互之間的聯系不緊密或者存在重復的問題。從課堂教學、實驗教學以及學年設計形成一個完整的教學過程，學生們學習的是一門門獨立的課程，缺少了課程之間知識的融合過程。一直到大學四年級進行學年設計，因課題組的課題內容而異，因導師的方向安排而異。以傳感器為信息流源頭，以測控電路、單片機、智能儀器、計算機控制技術為實現傳感、通信、計算的主體部分，同時不確定度分析是測控儀器的精髓，精密機械設計基礎與儀器設計基礎是構成測控儀器的骨架，于是我們以被測量信息流為主線構建出測控儀器的課程方案。融合相關課程的內容，刪去課程內容交疊的部分，增加課程之間的學科交叉部分和關聯部分的銜接，將幾門課程知識綜合在一起開設綜合學年設計，提高學生解決復雜工程問題的能力，為未來的工作建立良好的基礎。

（三）改變教學方式，使學生自律積極，并且兼顧學生個體特點

如前所述，長期以來，我國各大學采用的以教師為主體的教學方法早已無法滿足培養高素質創新人才的需要，嚴重阻礙了教學質量的提高。課堂傳統授課方式是不必可少的一種類型，是一直以來畢業生畢業目標達成的一種重要保障形式。同時，課堂教學方式不是一成不變的，改革傳統的、說教式的教學方法，采用研究性教學進行授課，使學生自主、自發地學習，教師輔助以基礎知識的講授，關鍵問題的提示、討論式和參與式有機地融合在每一個單元的教學中。

動態分層異步提倡培養具有創新意識的學生，課堂的主宰由教師變為學生，由學生收集資料，鎖定問題，反轉課堂，是一種新的教學模式。授課過程中，將傳統的各章節內容分割為多個類別，授課之前的預習工作顯得尤為重要。反轉課堂前，教師根據學生查找的資料提出若干問題，并提前布置給學生，學生通過網絡查詢、企業調研等方式提前在組內形成方案和報告，上課時，通過組內討論、組間討論實現知識固化過程。教師系統講授單元知識后，再分組討論，教師進行指導。該教學形式，能夠培養學生的主動性和自主解決工程復雜問題的能力。學生根據自身的特點能力不同，可以參加不同的討論組，參加不同的問題討論，這樣兼顧了學生的個體特點。研究性教學方法教學結構如圖1所示。

圖1 研究性教學方法教學結構

（四）貫徹理論教學與實踐教學相結合，提高學生解決復雜工程問題的能力

課程實驗、課程設計是課堂授課形式的重要補充，甚至具有同等的重要性。課程實驗大綱、課程設計大綱的制定，應該充分反映課程體系的特點、課程內容的特點。課程設計題目的確定，將系列課程知識綜合到一個學年設計項目中，通過設計、制作、調試、分析等一系列實踐活動，強化工程教育，著力培養學生綜合運用所學知識的能力。

（五）創建多種形式的實踐教學平臺，培養學生的動手能力和創新思維

利用傳感技術與可靠性實驗室現有資源，創設大學生課外活動基地，組織學生開展課外研學與創新活動，指導學生參加創新性實驗項目、開放性試驗項目、創新訓練項目、創業訓練項目以及創業實踐項目等，引導大學生積極開展社會調研、科技創新和創業實踐活動，增強大學生自主學習能力、知識應用與創新能力和創業發展能力。

二、綜合學年設計的硬件與軟件條件

綜合學年設計圍繞測控技術及儀器專業的省級精品課“傳感技術”展開。近五年，綜合學年設計相關課程修訂了教學計劃，調整了教學內容，編寫了適合本專業的特色教材，為綜合學年設計奠定了良好的基礎。以傳感器與可靠性專業實驗室為基礎，得到了國家自然科學基金等項目的支持。教研組所在研究室購買二十余臺檢測技術相關設備，以光、機、電、計算機一體化技術為特色，在光學儀器原理和設計、精密計量測試理論與系統、虛擬儀器與智能儀器、計算機測試與控制技術、傳感技術、光電檢測技術與儀器等多領域進行實驗教學研究與探討，豐富了實踐教學內容，為綜合學年設計提供了硬件條件。

教研組走訪了哈爾濱工業大學、北京理工大學、北京航空航天大學、中國計量大學等設立綜合學年設計或相近教學改革計劃的高等院校，借鑒其優勢和特點優化自己的學年綜合設計分組、分類討論專題。同時，利用問卷調查、用人單位走訪、畢業生訪談等方式，調查用人單位和畢業生對此教學改革方式的認可程度和有效程度，并且根據回饋，有針對性地改進方案。

三、試行效果與分析

綜合學年設計自2012年構想并擬定試行方案，到目前為止為7輪本科生授課試行，累計1500余人次。總體受到本科生及后續課程教師的良好評價。部分學生制成了不同原理的檢測系統。同時，綜合學年設計為本科生各類設計大賽提供培訓和設備。

調查結果顯示，支持綜合學年設計的學生占80%。持不支持態度的學生認為，信息量過大、任務繁重，影響了課上知識的有效吸收，這是今后需著重改進之處。

本文設計的綜合學年設計方案，可推廣至具有測控技術與儀器系或相近專業的其它院校，也可將學年設計模式應用于工科其它專業。

四、結論

本文提出了適用于測控技術與儀器專業相關課程的綜合學年設計方案——分別在團隊建設、課程體系、方法改進、平臺創新等環節進行了設計與創新。此外，分析了實驗室條件和教學資料對綜合學年設計的支持。7輪本科生授課試行結果表明，方案受到本科生及后續課程教師的良好評價，部分學生制成了不同原理的檢測系統，支持率達80%。本文方案可推廣至具有相近專業的其它院校，也可將學年設計模式應用于工科其它專業。今后工作重點為進一步細化各具體設計任務的難度系數，以適用于不同層次的學生。

參考文獻：

[1]胡兵.信息工程專業綜合課程設計教學改革探討[J].高等教育研究，2011，28（2）：28-30.

[2]蔡曉慶.大數據背景下數據庫技術類課程教學改革探討[J].智庫時代，2019（4）：200-201.

[3]李進才，孫超.教學方法改革的關鍵在于教育思想觀念的轉變[J].中國大學教學，2009（11）：55-57.

[4]陳樹蘭.淺談國外高校教學方法改革現狀[J].四川商業高等專科學校學報，2002，10（4）：51-54.

[5]梁清.面向準研究生的固體物理課程教學改革探討[J].教育教學論壇，2019（15）：143-144.

[6]黃愷.機制專業綜合課程設計運作模式探討[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2011，13（5）：116-118.

[7]鄭文.談蘇格蘭大學本科教學的“以生為本”[J].中國大學教學，2010（5）：94-96.

[8]田彬.基于能力導向的大學數據庫教學改革探討[J].中國教育技術裝備，2018（10）：85-87.

*基金項目：黑龍江省高等教育教學改革項目“基于省精品課的測控技術課程體系構建及教學方法綜合改革創新研究”（編號：JG2201201114）

作者簡介：吳海濱（1977-），男，漢族，上海人，博士，教授，研究方向：傳感技術精品資源課、O2O、MOOC的教學內容與方法研究。

*通訊作者：王北一（1983-），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，博士，副教授，研究方向：科技管理、成果轉化等。