以實驗設計為目標的《流動參數測試技術》課程教學改革

王宗明，王增麗，蔣文春

(中國石油大學(華東) 新能源學院，山東 青島 266580)

一、引言

適應我國創新驅動發展戰略的要求，專業學位研究生面向社會特定職業領域，以培養高層次應用型專門人才為目標，尤其重視培養學生的職業素養、實踐能力和創新能力[1]。實踐能力是研究生培養質量的重要指標，也是研究生自主創新能力培養的重要基礎。

歐美發達國家在發展專業學位教育過程中，特別重視研究生實踐能力的提高[2-3]。美國許多大型企業設有獨立的學院開展研究生教育[4]；德國注重培養學生獨立思考、解決實際問題的能力，既強調創新精神的培養，又強調面向工程實際，以企業需求為主導[5-6]。法國工程師教育注重多層次的實踐訓練，使學生通過多次實習實踐對解決生產實際問題獲得親身體驗，工程實踐能力和創新科研能力均得到提高[7]。

從1990年開始，我國專業學位研究生招生數量呈逐年遞增的趨勢[8]，專業學位和學術學位的區別也越清晰，除集中實踐外，對專業學位研究生課程的授課模式及教學方法也需要進行深入的研究和變革[9]。大量的研究證明，研究生實驗技能的高低，決定其科技創新水平的高低[10-13]，實驗設計是培養學生的創新能力尤其創造思維能力的重要途徑[14-15]。劉國福、李萍、馬德貴等對測試技術類課程進行了教學改革，通過加強實驗能力，提高了教學效果，培養了學生的動手能力[16-18]。

《流動參數測試技術》(Flow Parameters Measurement Technology)是動力工程領域專業學位研究生的一門必修課和專業基礎課，也可作為其他相關專業的選修課程，是一門實踐性很強的課程，可為研究生從事科學研究及工程技術工作提供必備的檢測手段，是專業學位研究生實踐能力和工程創新能力培養的重要保證[19]。課程知識涉及多個學科，按照傳統授課模式，講授內容偏于書本知識，考核形式單一，理論和實踐脫節，偏離了專業學位研究生的培養目標，整體教學效果不理想，迫切需要改革。

二、過去課程教學存在的問題

(一)過分強調理論體系，教學目標不突出

《流動參數測試技術》課程的教學目的是：通過教學及實踐環節，使學生熟悉現代流動參數測試技術的基本理論、實施技術、應用現狀和發展前景，掌握與流動參數相關的傳統測量技術、激光測量技術及接觸式測量新技術，達到應用現代流動參數測量技術提高科研實驗水平和解決工程實際問題的目的。

課程主要介紹流體流動參數的測量技術以及測量儀器的功能、原理和使用方法，涉及知識面廣，特別是測量原理部分涵蓋傅立葉變換、自相關處理、互相關處理等數學知識以及圖像處理和參數識別的技術原理，理論深度大，對于工科學生來說較難掌握。過去在教學過程中按照大綱要求，過分注意理論體系的完整性，講授內容偏于理論，偏離了應用型人才培養的目標。面對復雜的理論體系，學生產生了畏難情緒，學習積極性不高，以聽課為主，缺乏主動性，導致其對相應儀器和測量技術理解不夠深刻。

(二)單一教師授課，感性認識不足

以前該課程往往由一位教師承擔，需要講授的儀器和測量技術種類較多，由于教師自身科研方向的限制，某位教師可能只實際使用過一種或幾種流動參數測量儀器，難以掌握各種儀器的原理和操作，實際應用經驗不足。

內容授課時照本宣科、紙上談兵居多，難以給學生一個深刻、形象的感性認識，更不能將儀器使用過程中注意的要點及技巧介紹給學生。學生的認知也只是停留在書本知識上，難以很好地完成課程能力培養的目標，影響了課程的教學效果。

(三)測量技術種類多，實驗及教學學時不夠

流動參數種類較多，涉及壓力、溫度、流速、流量以及粒度和濃度等，測量技術差異大。教學過程中受到實驗條件和課時的影響，課內實驗大都為驗證性實驗，實驗課時短，且在實驗過程中學生大都忙于記錄數據，削弱了對儀器操作和實驗設置的理解。而且，學生往往難以實際操作多種測試儀器和裝置，影響了學生對測量技術的掌握，不利于學生工程意識和創新能力的培養。而且由于涉及的知識面比較廣泛，缺少一本深度適中、涵蓋主要儀器操作、突出應用能力培養的教材，課程學習效率不高，學生很難深入體會一種測量技術的特點和局限性，知識再應用性差。

(四)考核形式單一

過去課程考核主要是期末考試，或者開卷，或者閉卷；考核內容也主要是書本知識和講義內容。學生筆試作答，儀器應用能力考查不足。雖然總評成績計入了實驗成績，但是占比較少，不能反映學生對流體流動測量技術的掌握程度，背離了課程的初衷，對儀器實際應用能力重視不足，也不利于調動學生的積極性。

三、教學改革措施

(一)確立以實驗設計為核心的教學理念

基于培養專業學位研究生的實踐能力和創新能力的主旨，《流動參數測試技術》課程的核心教學目標為測試技術的應用。因此，學生不必對測試的原理學習太多，而是要掌握儀器的特點、測試注意事項，特別是儀器配置、測點分布以及測量誤差分析等。

介紹完某種測量技術的基本理論后，讓學生分組實踐，結合自己課題組的研究方向和儀器特點，進行流動測試實驗設計，完成裝置配置、儀器選擇、測試步驟、預期數據和實驗數據處理方法，然后進行課堂討論，與同學們分享自己的實驗設計經驗。教師針對每個小組實驗設計的測試目的、儀器選擇正確性、測量可行性進行點評，與學生共同研討改進措施。

中期匯報完成后，學生對自己的實驗設計進行改進，完善實驗裝置并進行實踐測量，最后分析測量數據形成結課論文。通過實驗設計、測量實踐和后續的研討環節，學生能主動學習，查閱更多的資料和測量實例，學習積極性大大提高。對于研究生來講，針對自己研究方向進行流體測量實驗設計，可以培養其工程意識，拓寬其知識面，加深對所學知識的認識，并可大幅度提高其科研創新能力，為畢業論文寫作打下基礎。每組學生可能只精心完成一種或兩種測量技術的實驗設計和測量實踐，但是通過課堂討論，可使學生深刻掌握多種流體測量技術。

(二)建設專家型教學團隊

《流動參數測試技術》課程涉及多種測量技術，為了克服單一教師對儀器掌握的不足，真正讓學生體會到實際測量的感覺，達成實驗設計的目的，建立專家型任課教師團隊，根據教師科研背景和儀器使用經驗，實行專家教師進行階段授課的模式，教師專業特長與教學分工見表1。

表1 教師專業特長與教學分工

每位教師根據自己的科研經歷，講授熟練掌握并且實際操作過的測量技術，堅持精講多練和案例教學，拋棄照本宣科式講課形式，除講述測量的基本原理外，重點傳授自己的測量經驗和對儀器獨特的理解，包括實驗裝置、測試儀器、測量步驟、測量注意事項、預期數據及結果處理等。

專家型教學團隊授課，課程講解更加生動、形象，能給學生以深刻的啟發，學生能夠學習到儀器使用的技巧，減少科研工作的彎路。

(三)課程內容的模塊化整合

根據大綱要求，細化教學內容，優化課程知識點，針對任課教師的專業背景及研究方向，將課程內容整合為幾個相對獨立的模塊，分別為流動參數測試理論基礎、傳統測量技術、熱線測速技術以及激光測量技術，模塊的具體內容見表2。經過模塊化整合，便于不同任課教師分階段進行授課；課程模塊自成體系，內容完備，更有利于學生學習以及后續的課程考核。

表2 課程教學模塊劃分

(四)完善課程資源庫

為了便于學生學習，優化了教學大綱和教學計劃，編制了課程講義，并針對主要知識點建立“測量視頻+理論課件”的教學案例庫，完善了教學資源。教師結合測量實踐視頻進行授課，可將測量技術闡述得更清楚，也可以節省授課時間，便于學生認識更多的測量技術。基于“測量視頻+理論課件”的教學案例，更便于學生自學和實際應用測量技術。將教學資源上傳網絡平臺，可供非全日制工程碩士在線學習，線上學習與線下授課方式相結合，能提高教學質量，緩解工學矛盾。

(五)多樣化考核模式

通過實驗設計任務，促使學生主動去學習和查閱資料，并通過測量實踐來檢驗實驗設計的正確性，鍛煉其實踐能力和科研工作能力，考核也相應采用多元化考核模式，課程綜合成績評定過程見下圖。

針對課程的特點，課程考核分項進行，流動測量理論基礎通過試卷完成考核，占比30%；測量技術部分評分，依據實驗設計與討論(30%)及測試分析與總計報告兩部分(40%)，多項綜合得到最后課程的總評成績，克服了過去單一卷面考核方式的不足。

圖 課程考核模式

四、實驗設計示例

(一)實驗設計要求

實驗設計大作業的要求為：(1)以某種流動參數測試技術為依托，結合課題組研究方向和實驗條件進行實驗設計，完成裝置調試和實驗測量并進行數據處理。(2)形成WORD版實驗報告及PPT匯報材料，內容包括實驗目的、實驗裝置、實驗步驟、測量數據、結果處理等。(3)查閱相關文獻不少于10篇，在報告中注明引用參考。(4)3人一組，分工明確，團隊合作完成大作業任務。(5)報告完成后，匯報討論，分享實驗設計以及測量經驗。

測量技術部分評分依據參照度、相關度、新穎性、寫作規范性及排版等項，參照度高，得分低；其他各項高，得分高。

(二)典型實驗設計舉例

近年來學生典型實驗設計案例見表3。在實驗設計的核心教學理念指導下，學生結合自己課題組的儀器特點進行流動測試的實驗設計，學習積極性和主動性顯著提高。

表3 典型實驗設計案例

通過課堂討論，學生們介紹自己的實驗設計和測試過程，學生之間相互評價實驗設計的優點與不足，教師團隊進行點評，以點帶面，有助于學生掌握更多實踐測量技術，提高其實踐能力和工程創新能力，教學效果很好。近年來，多個實驗設計和測量案例在中國大學過程裝備實踐與創新大賽以及“挑戰杯”山東省大學生課外學術科技作品競賽等科技競賽中獲獎。

五、結語

通過幾年的教學改革與實踐，學校《流動參數測試技術》課程的教學質量明顯提高。應用新的教學模式，學生結合自己課題方向進行實驗設計和測量實踐，鍛煉了研究生的實踐能力和工程創新能力，并使其樹立了嚴謹的科研作風。近幾年，以研究生為骨干的學術團隊參加多種學科競賽，累計獲得國家級獎勵超過70項。學校專業學位論文質量大幅度提高，在近幾年的全省論文抽檢中，全部優良以上。該課程的教學改革經驗也可以推廣到其他類似課程中，具有良好的借鑒和參考價值。