現代化生產背景下精密測量技術工科專業人才培養的思考

陳青山　張帆　董明利　郭陽寬　吳思進

[摘 要] 精密測量技術是測控技術與儀器專業的專業主干課程。在現代化生產背景下，以新工科理念為引領，以學生為中心，以培養成果為導向，北京信息科技大學教學團隊在教學內容設置方面進行了積極探索和思考。歸納精密測量技術課程教學內容改革過程中遇到的問題，對問題成因進行深入分析，圍繞學生畢業能力達成這一核心任務，以培養成果為導向，介紹實驗教學內容以及實驗內容的持續改進、初步成效和思考。

[關鍵詞] 現代化生產;產業需求;成果導向;精密測量

[作者簡介] 陳青山（1987—），男，湖北人，博士，教授，研究方向：精密儀器與精密測量技術、光電檢測技術、微納光學材料、精密光機電一

體化技術、智能測控技術等;張 帆（通信作者）（1987—），女（蒙古族），內蒙古人，博士，副教授，研究方向：細胞力學特性測量、生物醫學檢測技術與儀器等。

[中圖分類號] G640? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）25-0136-02? ? [收稿日期] 2019-09-25

科學技術正以巨大的潛能推動著制造技術的飛速發展，現代化生產背景下，產品制造的自動化程度、制造精度都得到了極大的提高，數控機床、加工中心、計算機集成制造系統等使得現代生產逐漸向數字化、自動化、集成化、智能化方向高速發展[1，2]。

精密測量技術課程是測控技術與儀器專業面向高年級本科生的主干專業課程。課程一方面涉及電子學、光學、精密機械、計算機、信息與控制技術等多學科;另一方面沿襲原機械工業部所屬高校精密儀器專業的特點，具有鮮明的幾何量精密測量特色。通過本課程的學習，學生能使用精密測量技術的基本理論、方法和技術開展測量，能夠遵循精密計量規范、標準、政策與法規，了解本領域的最新研究成果和進展，獲得從事精密測量相關工作的能力。

近年來，在工程教育專業認證、新工科理念引領下，已經建立了課程對畢業要求的支撐關系，并開展了以達成度評價為基礎的課程教學質量監控體系，但如何組織精密測量技術課程的教學內容，使其適應行業的發展，成為本課程在持續改進道路上的重要問題。

一、存在的問題

1.傳統精密計量儀器更新換代對實驗教學的影響。隨著新的儀器設備不斷被引入到課程教學和實驗中，實驗室存在著購置于不同年代的同種類儀器，例如工具顯微鏡，目前有“老”（人工讀數式）、“中”（光電式）、“青”（影像測量儀）三代。由于現代儀器突破了傳統的光機結構模式，測量過程自動化、智能化、數字化程度高，學生可以實際動手操作的環節少，對精密測量的概念、條件、操作、數據處理等環節的理解不夠深入。相比之下，傳統儀器以人工操作為主，操作過程中學生對測量原理、數據采集和處理方法可以有較深入的理解。

例如，采用傳統測量儀器“萬能測齒儀”開展齒輪齒距誤差測量實驗教學時，學生需通過恒力裝置瞄準相鄰齒面，在千分表上逐一讀出所有輪齒的相對齒距偏差，利用圓周封閉原則對測量數據進行處理，修正零位系統誤差后，得出所有齒的齒距偏差。其中學生獨立完成數據采集和處理，有利于學生更深刻地理解測量的原理。如果采用新引進的齒輪測量中心開展實驗教學，儀器在計算機控制下全自動完成測量循環，測量軟件自動輸出計算機處理好的數據，實驗過程中，學生既無可實際動手操作的環節，也無數據分析處理過程，對測量過程只有淺顯的、看熱鬧式的認知，無法深入理解相對測量方法以及圓周封閉原理在圓分度測量中的重要意義。

2.突出“幾何量測量”特色與專業延伸需求之間的權衡問題。1998年教育部將十幾個儀器儀表類本科專業并入測控技術與儀器專業，擔負幾何量、機械量、熱工量、電磁量、生物化學量等諸多門類儀器與測量專業技術人才的培養，要求各高校測控技術與儀器專業在堅持原有專業特色的基礎上進行延伸。

本校測控技術與儀器專業沿襲原機械工業部所屬高校精密儀器專業的特點，具有鮮明的幾何量精密測量的專業特色，其精密測量技術課程主要專注于解決機械設備加工生產過程中的幾何量計量、檢定與測量技術問題。以此為基礎，最合理的專業延伸方向是機械量測量技術，解決包括速度、加速度、震動等機械量的測量技術。同時，在教學實施過程中，必將產生有限教學時數和專業課程設置與將更多專業知識點納入課程教學體系之間的矛盾。

二、精密測量技術課程持續改進思路

1.與行業企業深度融合，教學內容緊跟技術發展前沿。課程組采用“走出去”“請進來”兩種方式，與企業的管理者、技術負責人、一線工程師進行充分的溝通交流，了解目前精密測量技術的發展現狀和趨勢，對教學內容等開展建設。針對微納制造、超精密制造中的測量技術發展，課程組調整了教學大綱，增加了微米納米測試技術教學內容，將測量精度由微米級向納米級延伸，介紹微納形貌測量的原理和方法，并新增了白光干涉儀表面三維形貌測量實驗，光刻加工的虛擬仿真測量實驗;堅持科教融合，將科研中前沿性、探索性的內容，適當引入課程教學，如集成電路芯片的加工與測量技術、基于光纖光柵傳感的微應變測量、基于機器視覺的工業在線測量等，以增進對科技前沿動態的了解，激發學生終身學習的動力。

2.傳統儀器與現代儀器優勢互補，聯合開展實驗教學。在實驗室傳統儀器進行升級換代后，為了避免現代儀器的數字化、智能化特點導致學生實際動手操作環節過少，我們采取了傳統儀器與現代儀器優勢互補的思路，對同一實驗采取不同年代的儀器協同開展實驗教學，學生在實驗前通過調研了解各種儀器的測量原理和特點，實驗過程中動手操作傳統儀器獲取實驗數據。考慮到先進儀器單價通常較高，實驗室目前購置的臺套數較少，如掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡均只有一臺，無法滿足所有學生單獨開展實驗的需求，我們通過開發微納米測量的虛擬仿真實驗，學生通過HTC VIVE等虛擬現實設備進行虛擬仿真實驗，獲得使用現代測量工具的能力。通過傳統與先進儀器設備之間測量特點的對比，既可加深學生對測量原理的理解，又有利于學生認識測量技術的發展趨勢，意識到終身學習的重要性。

三、課程持續改進初步成效

通過以上持續改進的措施，學生課堂學習的興趣有明顯提升，在實驗過程中主動性更強。課程結束后，采用課程考核過程分析的方式進行課程目標的達成度評價，近兩年課程目標達成度相比改革前均有一定幅度的提升，以課程目標9“終身學習的意愿”的提升幅度最大，反映了學生在終身學習意識方面有所提升，與課程持續改進主要措施的實施初衷一致。

四、結束語

精密測量技術課程在工程教育專業認證和新工科理念引領下不斷進行持續改進，包括課程大綱修訂、教學內容調整以及實驗教學設施等內容，取得了一定的成效。未來本課程將繼續緊密結合行業需求開展課程內容改革，以北京信息科技大學測控技術與儀器一流專業建設為契機，繼續開展課程建設和改革，為培養具有較強實踐能力、國際視野、創新意識的高素質工程應用性人才發揮更大的作用。

參考文獻

[1]周亮，王振環，孫東辰，穆乃鋒.現代精密測量技術現狀及發展[J].儀器儀表學報，2017，38（08）：1869-1878.

[2]徐曉峰.測量MEMS中幾何量的方法的探討[J].計量與測試技術，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