基于卓越工程师培养的测控专业实践项目群建设

2014-11-28戴蓉赵燕胡剑

中国现代教育装备 2014年9期

戴蓉赵燕胡剑

武汉理工大学湖北武汉 430070

实践教学是实施卓越工程师培养计划，实现素质教育和创新人才培养目标，加强学生实践能力和创新能力培养的重要环节。我校测控技术与仪器专业自2011年获批试点实施卓越计划以来，依据《武汉理工大学测控技术与仪器专业现场型卓越工程师培养标准》，按“宽厚、复合、创新、实践”的卓越人才培养要求，对卓越工程师培养实践教学体系和教学内容进行了整体优化，探索并实践了基于测控专业关联课程群的实践项目群建设，为“卓越计划”的顺利实施奠定了良好基础。

1 实践项目群的建设规划

1.1 问题的提出

卓越计划本科阶段实行“3+1”校企联合培养方式，学生在校内学习时间缩短为3年。在3年中，学生必须完成系统的专业知识学习和基本实践技能、设计能力的训练，为他们在大学四年级进入企业实习和做毕业设计打好基础。为确保卓越工程师培养目标的达成，一方面，我们通过对培养方案进行整体优化，整合部分专业课程教学内容、优化课程设置，缩短理论教学学时；另一方面，探索新的实践教学模式，克服传统实验教学存在的实验附属于理论课程、各自为政，关联课程实验内容设置重叠或缺失、系统性不强的弊病。遵循工程系统化、集成化的特征，围绕学生工程实践能力、工程设计能力、工程创新能力的培养，统筹安排测控专业关联课程的实验、实训和课程设计，建设具有适应性、先进性、层次性、系统性特征的实践项目群，为卓越人才培养提供良好的实践条件。

1.2 实践项目群的组成

按照内容由简单到复杂，能力由弱到强的认知规律，将工程实践能力培养划分为3个层次，具体落实到5个隶属于实践项目群的实验模块中，全方位支撑实践能力培养目标的实现(如图1所示)。“基础实验”模块由专业课程验证性和简单综合性实验组成，以巩固学生课程知识，培养基本技能为主要目的。“系统级实验”模块提供常见物理量的自动测控整套系统实验，涉及传感器原理及应用、仪器仪表电路、虚拟仪器、控制工程基础、微处理器原理及应用、信号分析与数据处理、单片机原理及应用等专业课程内容，以学生综合应用多门课程知识、建立系统概念、培养系统设计能力为目的。“产学研实验”模块是将教师的科研成果转化为实验，提供特色化、工程化实践训练，培养学生的工程思维能力。“课程设计”模块以项目的方式，组织学生完成一个完整测控系统的设计、仿真、制作，培养其设计能力，启迪创新意识。“创新实验”模块基于各类科技创新、学科竞赛活动，激发学生的创新精神和创新能力。

图1 实践项目群构成示意图

2 实践项目群的开展

2.1 基础实验模块

基础实验模块以各门专业课程验证性实验和简单综合实验为主，利用商品化实验装置完成实验。以传感器原理及应用课程为例，基础层实验由常用典型传感器原理、性能验证、传感器基本测量电路实验项目组成，实验仪器以CSY-998，CSY-G型传感器综合实验台为主。通过实验，学生对常用传感器及基本系统有较深入了解，熟悉常规仪器和设备的使用，掌握基本实验技能。

2.2 系统级实验模块

典型自动测控系统组成框图如图2所示，它包含了对被测对象信息的获取、处理、传输、分析、输出、反馈控制全过程，内容涉及测控专业的必修主干课程。系统级实验模块中的项目均是基于图2的一个完整测控系统，可进行转速、温度、流量、液位等物理量的测控实验。系统级实验的设计不但促进了学生对知识的系统掌握、融会贯通和综合应用，而且使学生站在测控系统整体设计的角度思考问题，有利于学生工程素养的培养。

系统级实验项目主要借助CSY-5000传感器及测控系统实验实训平台实施。该实验平台采用搭积木方式，将系统分解成传感器、数据采集板卡、控制单元、计算机及虚拟仪器软件等若干功能模块，便于学生理解掌握，同时它有足够的灵活性。以转速测控为例，实验台配备了霍尔式、涡流式、磁电感应式、红外光电(透射和反射)式等多种转速传感器，供学生选择，掌握不同转速传感器的工作方式及优缺点。学生在实验中可通过修改控制参数观察控制效果，也可基于实验台提供的硬件，自行开发LabVIEW程序，对数据采集、处理分析、用户界面、控制算法等内容进行实验，得到现代测控系统知识和实践能力的综合训练。

图2 测控系统典型组成框图

2.3 产学研实验模块

该实验模块是教师通过转化科研成果，使之服务于教学，制作成教学设备，开发出具典型性和专业特色的工程实验项目。如将获得国家技术发明二等奖的“回转窑动态检测与调整技术”研究成果转化成实验设备，将国家基金重点资助项目“基于光纤光栅传感的复杂机械系统损伤动态监测的基础理论和关键技术”的成果转化成实验设备、基于八角环式应变测力传感器的“三维车削力测试”“二维钻削力测试”实验设备、“车床主轴回转误差运动测试”实验设备、“主轴箱功率和效率测试”实验设备等。这些源于科研和工程实际的实验使学生直接面对工业对象、实用传感器、工业测试仪器，体验科学研究的思维方法，在自觉不自觉的耳濡目染、动手动脑的潜移默化之中逐渐树立工程意识，创新意识。

2.4 课程设计模块

传统的课程设计只隶属于某门课程，关联课程的课程设计内容重叠、缺失、系统性差，学生难以通过课程设计形成完整的知识体系，学时利用率不高。我们通过统筹设计和优化整合，开设了传感器与仪表电路课程设计、现代仪器课程设计、测控系统综合设计与实训。每个课程设计都是一个小项目，内容覆盖多门课程的知识和能力。如传感器与仪表电路课程设计的内容是设计一个基于应变式传感器的电子秤，要求学生完成电阻应变式称重传感器结构设计及其受力分析、强度校核，绘制机械装配图；完成应变电桥、放大电路、信号处理电路、数显电路等系统电路的设计和仿真调试。为完成该课程设计，学生必须调动分散在工程力学、工程材料、工程制图、传感器原理及应用、仪器仪表电路、电路CAD等多门课程的知识，这无疑促进了学生对知识的掌握、巩固和综合应用。此外，我们还购置了150套应变式电子秤组装散件，提供给学生进行传感器零部件装配、电路焊接的实训，实现了设计—仿真—制作一体化，锻炼了学生的设计、制作、调试以及研发能力，实现了知识、能力的同步增长。

2.5 创新实验模块

创新实践活动在课外进行，培养计划规定学生必须取得10个课外实践活动学分。学院组织学生成立了科技创新协会，为协会的活动提供实验场地、经费、和师资支持，每年都组队参加虚拟仪器设计大赛、机械创新设计大赛、全国大学生电子设计大赛、节能减排大赛等科技竞赛活动。此外，学生也可以根据自己的兴趣，选择参加各学院实验中心的开放性实验项目，使其工程实践能力、创新能力、团队协作能力得到提高。