面向先進材料智能制造的檢測與控制類課程教學體系建設與實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）21-0015-04

Abstract：Coursesondetectionandcontrolplayanieplaceableandimportantroleinthefieldofinteligent manufacturing ofadvancedmaterials.Underthebackgroundofnewengineringeducation，thedepintegrationofbasictheory，scientific frontiers，andprofessonalappicationsisachievedModemeucationaltechnologyisutilizedtoenchandupdateheteaching content.Aspiralandgadualcoursesystemisconstructed，formingdistinctiveprofesionalteachingcontent.Inovationpractice guidedbytheoreticalcoursesisrealiedAresultevaluationatvaluesbothteoreticalknowledgeandpracticalskilsisfored， ultimatelycreatingahigh-levelcoursesystemthatmeetsthenedsofcultivatinghigqualitytalentsinintellgntmanufacturing of advanced materials.

Keywords：advancedmaterials；inteligentmanufacturing;engineringeducation;newengineeringeducation;detectionand control

當前，全球正經歷以人工智能、大數據、物聯網等為代表的新一輪科技革命和產業變革，這一變革正在深刻地改變著人類社會的生產方式、生活方式以及經濟結構。在這一背景下，傳統工科教育模式難以滿足新興產業發展對人才的需求。傳統的工科教育往往側重于單一學科的深入學習，強調專業知識的系統性和完整性，但在跨學科融合日益成為科技創新主流趨勢的今天，這種模式已經無法滿足新興產業對復合型人才的需求。

新興產業的發展需要具備跨學科知識和綜合應用能力的人才。這些人才不僅要掌握某一學科的深入知識，還需要能夠將不同學科的知識和技術進行有機融合，以解決復雜的工程問題和推動技術創新2。例如，在智能制造領域，工程師需要同時具備機械工程、電子工程、計算機科學和材料科學等多學科的知識，才能設計和開發出高效、智能的生產系統。在生物醫學工程領域，研究人員需要融合生物學、醫學、物理學和化學等多學科的知識，才能開發出先進的醫療設備和治療方法。然而，傳統工科教育模式往往將學科知識分割開來，學生在學習過程中難以建立起跨學科的知識體系，缺乏綜合應用能力的培養，這使得他們在面對新興產業的復雜需求時顯得力不從心。

新工科建設正是在這樣的背景下應運而生，成為中國高等教育改革的重要組成部分。它旨在應對全球科技革命和產業變革的挑戰，培養適應未來社會需求的高素質工程人才。新工科建設的核心理念是打破傳統工科教育的學科壁壘，強調多學科交叉融合，培養學生的創新思維和實踐能力，以更好地適應新興產業的發展需求。通過新工科建設，中國高等教育將能夠為國家的科技創新和產業升級提供堅實的人才保障，同時也為培養適應未來社會需求的創新型人才開辟了新的路徑。

新工科建設強調多學科交叉，這一理念在先進材料智能制造領域得到了充分體現。先進材料智能制造涉及材料科學、機械工程、電子工程、計算機科學等多個學科，是跨學科工程教育和研究的典范。在先進材料智能制造過程中，材料科學為材料的制備、加工和性能優化提供了理論基礎；機械工程則涉及材料加工設備的設計、制造和運行；電子工程為智能制造系統提供了傳感器技術、自動化控制技術等關鍵技術支持；計算機科學則在智能制造系統的數據處理、智能決策等方面發揮著重要作用。這些學科之間的相互融合和協同創新，是實現先進材料智能制造的關鍵7]。

檢測與控制類課程在先進材料智能制造領域具有不可替代的重要地位，主要體現在以下幾個方面：首先，該課程是連接材料科學、機械工程、電子工程和計算機科學等多學科的橋梁，能夠幫助學生整合不同學科的知識與技能，滿足先進材料智能制造的跨學科需求。其次，通過理論與實踐相結合的教學方式，檢測與控制類課程能夠培養學生解決復雜工程問題的能力。這種能力的培養不僅有助于學生應對實際工程中的復雜問題，還能提升他們的創新思維和實踐能力[。此外，檢測與控制技術是智能制造系統的核心技術之一，能夠為先進材料的精確加工和質量監控提供技術支撐，確保生產過程的高效和穩定運行[]。

因此，檢測與控制類課程在先進材料智能制造新工科建設中有著重要地位，是推動工程教育改革和技術創新的有力抓手。

檢測與控制類課程教學體系存在的問題

隨著科技的飛速發展，特別是人工智能、大數據、物聯網等新興技術的崛起，傳統工科教育面臨著前所未有的挑戰。在此背景下，檢測與控制類課程作為工程教育的重要組成部分，其教學體系也暴露出諸多亟待解決的問題。由于涉及多學科交叉，且智能理論與傳統材料制造的融合仍處于探索階段，各高?，F行的檢測與控制類課程往往存在如下問題。

課程體系缺乏整體設計。相關課程設置存在重復開課問題，課程之間的邏輯關系不清晰，難以幫助學生形成系統的知識架構。這種碎片化的課程設置使得學生在學習過程中難以建立起知識之間的內在聯系，導致知識掌握不夠系統和深入。

教學內容陳舊。多數課程依舊沿用自動化類專業現成的教材與資源，未能充分體現先進材料智能制造的專業特色、發展需求和前沿成果，難以激發學生的學習興趣。這種教學內容的滯后性使得學生無法及時了解行業最新動態，影響了其學習積極性和創新思維的培養。

創新實踐環節薄弱。相關實驗課程在內容設置上已經陳舊過時，難以激發學生的動手欲望；在時間安排上又常與理論課程脫節，無法與理論課程形成相互支撐。這種脫節現象使得學生在實踐中無法有效應用理論知識，降低了實踐教學的效果。

結果評價單一。過于偏重理論知識考核，缺乏對學生實踐技能的考察，不能準確反映學生對知識的理解與運用水平，不利于引導學生將理論知識運用于工程實踐。這種單一的評價方式忽視了學生在實踐能力和創新思維方面的表現，不利于全面評價學生的學習成果。

因此，非常有必要對檢測與控制類課程的課程體系、教學內容、創新實踐和結果評價等多方面進行系統研究和優化，將基礎理論、科學前沿和專業應用深度融合，利用現代教育技術手段充實與更新教學內容，以充分激發學生的學習興趣和實踐欲望，提高先進材料智能制造工程教育質量。

二檢測與控制類課程教學體系建設的主要思路和具體舉措

針對當前檢測與控制類課程教學體系所存在的問題，檢測與控制課程組結合學科專業特色和行業發展前沿開展檢測與控制類課程教學體系建設，并進行教學實踐，整體思路如圖1所示。

（一）構建內容螺旋漸進的課程體系，幫助學生形成清晰的知識脈絡

首先，根據專業培養目標，對現有的檢測與控制類7門理論課程（工程控制基礎、工程測試技術、檢測與控制、現代分析測試技術、電子材料測試技術、增材制造裝備及控制、電子測試與實驗技術）進行全面梳理，整合和刪減重復教學內容，并依據“基礎理論-專業應用\"主線，對課程內容進行重組。先講授工程控制基礎理論、傳感器基本原理以及智能化檢測控制系統組成與原理等基礎理論，再根據材料科學與工程、材料成型及控制工程、電子封裝技術三個專業的不同應用需求，開設針對材料組織性能分析、智能成型裝備控制、集成電路測試分析等應用場景的高階專業課程，形成“ 1+3^′ 的檢測與控制類課程體系，如圖2所示。該課程體系能夠滿足先進材料智能制造對高素質專業人才的培養需求，同時邏輯架構清晰、培養導向明確、專業特色鮮明。

（二）形成專業特色鮮明的教學內容，讓學生喜歡學、愿意用

對理論知識進行針對性的篩選和精簡，將在先進材料智能制造領域有明確應用需求背景的理論知識列為主干課程，同時將在本領域應用需求尚不明確的部分列為拓展部分。廣泛搜集先進材料智能制造行業領軍企業典型產業應用案例以及學術發展前沿的最新動態，結合課程思政建設，以虛擬現實、多媒體融合等現代教育技術手段對這些素材進行處理，作為應用實例支撐理論教學[2]。充分發揮檢測與控制系統多學科交叉的特性，形成圍繞典型應用實例進行剖析分解的課堂教學導入模式。比如，以圖3所示的寶鋼1580熱軋智能產線作為應用實例，提取其中的熱軋板形檢測與控制系統及粗軋寬度檢測與控制系統，引導學生根據系統需要實現的目標，逐一分離出待測變量及傳感器件、控制對象及控制模型等，然后再逐一講解每個部分的基本原理及其在實現產線整體目標中起到的作用。該課堂教學導人模式充分考慮檢測控制系統多學科交叉特性，引導學生對領軍企業的典型應用實例進行剖析分解，能夠充分激發學生的求知欲望，同時培養學生的系統觀念。

圖1檢測與控制類課程教學體系建設的整體思路框架圖

（三）實現理論課程引導的創新實踐，讓學生養成學以致用的好習慣

充分調研華中科技大學材料科學與工程國家級實驗教學示范中心和材料成形與模具技術全國重點實驗室等院內單位現有的實踐教學資源，同時積極爭取華中科技大學工程實踐創新中心、分析測試中心等校內單位以及院內各科研團隊的支持，大力拓展創新實踐教學資源，如圖4所示。根據理論課程體系設置方案，對現有檢測與控制類4門實驗課程（工程控制實驗（一）工程測試技術實驗（一）材料工程檢測與控制系統綜合實驗、實驗模塊：非金屬材料制備及組織性能測試綜合實驗）進行重組改造，突出產業應用需求和技術發展前沿，讓學生親身感受科技進步帶來的巨大改變，加強學生的學習興趣。選取理論課程教學中的關鍵知識點設置實踐教學環節，并由理論課程教師擔任實踐課程的主講教師或者助教，以“一周之內理論到實踐”為原則，按照理論課程教學進度安排實踐課程，實現理論講授與實踐教學同頻，讓學生“學了就能用、用了更理解”。

圖4校內可拓展的創新實踐教學資源（以先進金屬材料智能鍛造成型裝備系統為例）

（四）形成理論知識與實踐技能并重的結果評價，引導學生將理論應用于實踐

充分發揮過程評價、理論考試、實踐報告和技術研討等評價方式各自的優勢，形成多維度、多階段的結果評價方案。在過程評價中，主要考察課堂出勤、課堂討論以及創新實踐等表現；在理論考試中，基于具體應用場景考察關鍵知識點；同時輔以實踐報告和技術研討，通過設置開放式主題案例分析，引導學生進行自主探索和主動思考，進一步加強學生將理論知識應用于解決工程實踐問題的能力培養。

三 結束語

通過開展面向先進材料智能制造的檢測與控制類課程教學體系建設與實踐研究，將基礎理論、科學前沿和專業應用深度融合，并利用現代教育技術手段充實與更新教學內容，最終形成適應先進材料智能制造高素質人才培養需求的高水平課程體系，能夠充分激發學生的學習興趣和實踐欲望，提高先進材料智能制造工程教育質量，為傳統材料制造行業的智能化發展奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]鄭錦華，馬新靈，范忠雷，等.工科教育與新工科人才培養的思考[J].高教學刊，2024，10（27）：155-158.

[2]徐立輝，王孫禺.跨學科合作的工科人才培養新模式——工

程教育的探索性多案例研究[J].清華大學教育研究，2020，41（5）：107-117.

[3]陳偉，易芬云，吳世勇.新工科人才培養的目標邏輯和過程邏輯[J].高教探索，2020（10）：42-48.

[4]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017，38（2）：26-35.

[5]宋彬彬，劉波，羅璇.新工科背景下專業教育與創新創業教育、工程倫理教育融合的教學改革探索[J].大學教育，2024（17）：54-58，63.

[6]陳澤中，李生娟.面向智能制造的材料成型及控制工程升級探索[J].教育教學論壇，2020（27）：220-221.

[7]孫瑞雪，王兆波，劉欣.新工科背景下金屬材料工程實踐教學改革探索[J].實驗室研究與探索，2025，44（3）：170-173.

[8]王從慶，薛雅麗.新工科背景下智能控制課程教學改革與探索[J].中國現代教育裝備，2025（1）：62-64.

[9]韓鵬.對新工科教育理念的思考[J].黑龍江高教研究，2018（8）：58-60.

[10]蔣華林，鄧緒琳.工匠精神：高等工程教育面向先進制造培養人才的關鍵[J].重慶大學學報（社會科學版），2019，25（4）：189-198.

[11]曾娣平，郭文敏，鄒利華，等.基于“新工科\"人才培養模式下的材料成形檢測與控制工程基礎課程改革[J]農業工程與裝備，2021，48（6）：49-52.

[12]陳淑芬，時延鋒，王永磊.基于新工科的混合課程思政研究一以“水資源利用與保護\"課程為例[J].教育教學論壇，2024（26） ：129-132.