戴 蓉 趙 燕 胡 劍

武漢理工大學 湖北武漢 430070

實踐教學是實施卓越工程師培養(yǎng)計劃，實現素質教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標，加強學生實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。我校測控技術與儀器專業(yè)自2011年獲批試點實施卓越計劃以來，依據《武漢理工大學測控技術與儀器專業(yè)現場型卓越工程師培養(yǎng)標準》，按“寬厚、復合、創(chuàng)新、實踐”的卓越人才培養(yǎng)要求，對卓越工程師培養(yǎng)實踐教學體系和教學內容進行了整體優(yōu)化，探索并實踐了基于測控專業(yè)關聯課程群的實踐項目群建設，為“卓越計劃”的順利實施奠定了良好基礎。

1 實踐項目群的建設規(guī)劃

1.1 問題的提出

卓越計劃本科階段實行“3+1”校企聯合培養(yǎng)方式，學生在校內學習時間縮短為3年。在3年中，學生必須完成系統的專業(yè)知識學習和基本實踐技能、設計能力的訓練，為他們在大學四年級進入企業(yè)實習和做畢業(yè)設計打好基礎。為確保卓越工程師培養(yǎng)目標的達成，一方面，我們通過對培養(yǎng)方案進行整體優(yōu)化，整合部分專業(yè)課程教學內容、優(yōu)化課程設置，縮短理論教學學時；另一方面，探索新的實踐教學模式，克服傳統實驗教學存在的實驗附屬于理論課程、各自為政，關聯課程實驗內容設置重疊或缺失、系統性不強的弊病。遵循工程系統化、集成化的特征，圍繞學生工程實踐能力、工程設計能力、工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，統籌安排測控專業(yè)關聯課程的實驗、實訓和課程設計，建設具有適應性、先進性、層次性、系統性特征的實踐項目群，為卓越人才培養(yǎng)提供良好的實踐條件。

1.2 實踐項目群的組成

按照內容由簡單到復雜，能力由弱到強的認知規(guī)律，將工程實踐能力培養(yǎng)劃分為3個層次，具體落實到5個隸屬于實踐項目群的實驗模塊中，全方位支撐實踐能力培養(yǎng)目標的實現(如圖1所示)?！盎A實驗”模塊由專業(yè)課程驗證性和簡單綜合性實驗組成，以鞏固學生課程知識，培養(yǎng)基本技能為主要目的?！跋到y級實驗”模塊提供常見物理量的自動測控整套系統實驗，涉及傳感器原理及應用、儀器儀表電路、虛擬儀器、控制工程基礎、微處理器原理及應用、信號分析與數據處理、單片機原理及應用等專業(yè)課程內容，以學生綜合應用多門課程知識、建立系統概念、培養(yǎng)系統設計能力為目的。“產學研實驗”模塊是將教師的科研成果轉化為實驗，提供特色化、工程化實踐訓練，培養(yǎng)學生的工程思維能力。“課程設計”模塊以項目的方式，組織學生完成一個完整測控系統的設計、仿真、制作，培養(yǎng)其設計能力，啟迪創(chuàng)新意識。“創(chuàng)新實驗”模塊基于各類科技創(chuàng)新、學科競賽活動，激發(fā)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

圖1 實踐項目群構成示意圖

2 實踐項目群的開展

2.1 基礎實驗模塊

基礎實驗模塊以各門專業(yè)課程驗證性實驗和簡單綜合實驗為主，利用商品化實驗裝置完成實驗。以傳感器原理及應用課程為例，基礎層實驗由常用典型傳感器原理、性能驗證、傳感器基本測量電路實驗項目組成，實驗儀器以CSY-998，CSY-G型傳感器綜合實驗臺為主。通過實驗，學生對常用傳感器及基本系統有較深入了解，熟悉常規(guī)儀器和設備的使用，掌握基本實驗技能。

2.2 系統級實驗模塊

典型自動測控系統組成框圖如圖2所示，它包含了對被測對象信息的獲取、處理、傳輸、分析、輸出、反饋控制全過程，內容涉及測控專業(yè)的必修主干課程。系統級實驗模塊中的項目均是基于圖2的一個完整測控系統，可進行轉速、溫度、流量、液位等物理量的測控實驗。系統級實驗的設計不但促進了學生對知識的系統掌握、融會貫通和綜合應用，而且使學生站在測控系統整體設計的角度思考問題，有利于學生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)。

系統級實驗項目主要借助CSY-5000傳感器及測控系統實驗實訓平臺實施。該實驗平臺采用搭積木方式，將系統分解成傳感器、數據采集板卡、控制單元、計算機及虛擬儀器軟件等若干功能模塊，便于學生理解掌握，同時它有足夠的靈活性。以轉速測控為例，實驗臺配備了霍爾式、渦流式、磁電感應式、紅外光電(透射和反射)式等多種轉速傳感器，供學生選擇，掌握不同轉速傳感器的工作方式及優(yōu)缺點。學生在實驗中可通過修改控制參數觀察控制效果，也可基于實驗臺提供的硬件，自行開發(fā)LabVIEW程序，對數據采集、處理分析、用戶界面、控制算法等內容進行實驗，得到現代測控系統知識和實踐能力的綜合訓練。

圖2 測控系統典型組成框圖

2.3 產學研實驗模塊

該實驗模塊是教師通過轉化科研成果，使之服務于教學，制作成教學設備，開發(fā)出具典型性和專業(yè)特色的工程實驗項目。如將獲得國家技術發(fā)明二等獎的“回轉窯動態(tài)檢測與調整技術”研究成果轉化成實驗設備，將國家基金重點資助項目“基于光纖光柵傳感的復雜機械系統損傷動態(tài)監(jiān)測的基礎理論和關鍵技術”的成果轉化成實驗設備、基于八角環(huán)式應變測力傳感器的“三維車削力測試”“二維鉆削力測試”實驗設備、“車床主軸回轉誤差運動測試”實驗設備、“主軸箱功率和效率測試”實驗設備等。這些源于科研和工程實際的實驗使學生直接面對工業(yè)對象、實用傳感器、工業(yè)測試儀器，體驗科學研究的思維方法，在自覺不自覺的耳濡目染、動手動腦的潛移默化之中逐漸樹立工程意識，創(chuàng)新意識。

2.4 課程設計模塊

傳統的課程設計只隸屬于某門課程，關聯課程的課程設計內容重疊、缺失、系統性差，學生難以通過課程設計形成完整的知識體系，學時利用率不高。我們通過統籌設計和優(yōu)化整合，開設了傳感器與儀表電路課程設計、現代儀器課程設計、測控系統綜合設計與實訓。每個課程設計都是一個小項目，內容覆蓋多門課程的知識和能力。如傳感器與儀表電路課程設計的內容是設計一個基于應變式傳感器的電子秤，要求學生完成電阻應變式稱重傳感器結構設計及其受力分析、強度校核，繪制機械裝配圖；完成應變電橋、放大電路、信號處理電路、數顯電路等系統電路的設計和仿真調試。為完成該課程設計，學生必須調動分散在工程力學、工程材料、工程制圖、傳感器原理及應用、儀器儀表電路、電路CAD等多門課程的知識，這無疑促進了學生對知識的掌握、鞏固和綜合應用。此外，我們還購置了150套應變式電子秤組裝散件，提供給學生進行傳感器零部件裝配、電路焊接的實訓，實現了設計—仿真—制作一體化，鍛煉了學生的設計、制作、調試以及研發(fā)能力，實現了知識、能力的同步增長。

2.5 創(chuàng)新實驗模塊

創(chuàng)新實踐活動在課外進行，培養(yǎng)計劃規(guī)定學生必須取得10個課外實踐活動學分。學院組織學生成立了科技創(chuàng)新協會，為協會的活動提供實驗場地、經費、和師資支持，每年都組隊參加虛擬儀器設計大賽、機械創(chuàng)新設計大賽、全國大學生電子設計大賽、節(jié)能減排大賽等科技競賽活動。此外，學生也可以根據自己的興趣，選擇參加各學院實驗中心的開放性實驗項目，使其工程實踐能力、創(chuàng)新能力、團隊協作能力得到提高。

3 結束語

通過科學合理的分層次、分類型、系統化的專業(yè)課程實踐項目群建設，形成了一條將知識轉化為能力的有效途徑，全面培養(yǎng)了學生綜合運用知識、分析問題、解決問題的能力，使學生具備了較好的專業(yè)素養(yǎng)、較強的創(chuàng)新能力和一定的工程經驗，為卓越人才培養(yǎng)企業(yè)實踐環(huán)節(jié)的順利進行打下了良好基礎。

隨著我校測控專業(yè)卓越計劃的進行，實踐項目群未來的建設中將引進更多與測控專業(yè)學科技術發(fā)展、與實際工業(yè)應用密切相關的實驗項目，我們將以“測控技術與儀器湖北省品牌專業(yè)”建設和“儀器科學與技術湖北省重點學科”建設為契機，同時尋求企業(yè)冠名、校企聯合共建等多種方式提升專業(yè)實驗條件，保障實驗項目群的可持續(xù)發(fā)展。

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