测控专业控制类课程群建设与实践研究

舒双宝 夏豪杰 刘文文 胡毅 党学明

[摘 要]根据测控技术与仪器专业人才培养目标以及工程教育专业认证标准，高校要着重对控制类课程群的课程体系、课程内容、教学方法、实践教学以及师资队伍等方面进行改革和建设，注重培养学生的实践动手能力和创新能力，加强人才培养体系的设计。控制类课程群的建设，使高校构建了一个较完整的课程群构架体系， 对专业建设起到了积极的推动作用，在实践教学中取得了良好的效果。

[关键词]测控技术与仪器；控制类课程群；创新能力

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）08-0055-03

测控技术与仪器专业（以下简称“测控专业”）主要是以精密测试技术为平台，应用电子技术、控制技术、信息技术和精密机械设计与制造技术，研究和开发适应于现代化工业发展方式的高精度、自动化、智能化工业检测系统和成套装备的专业。测控专业是精密机械、光学、电子、计算机与信息技术多学科互相渗透而形成的综合性专业，本科阶段属于强调基础、拓宽口径、重视能力的“通才教育”，其显著特点是学科的“交叉性”与技术的“集成性”。从高精度测控系统的基本构成来看，自动化和智能化是实现高精度可靠测量的保障；从控制系统的基本构成上来看，检测器件是现代化控制系统必备的组成环节。因此，在测控专业的课程设置中，控制类课程群是该专业课程体系的重要组成部分。合肥工业大学测控专业2004年被安徽省批准为省级教改示范专业，2008年被教育部批准为国家级特色专业，2012年通过教育部工程教育专业认证。结合测控专业本身的发展趋势，本文在明确测控专业学生在控制类课程的基础知识、创新能力和综合素质等方面的要求的基础上，以专业综合能力培养和创新精神培养为目标，建立了完备的控制类课程群建设框架，通过对课程体系的改革，在实践教学中取得了一定的成效。

一、控制类课程群建设背景与建设内容

测控专业控制类课程群主要包括自动控制原理、精密运动控制、网络及总线技术、可编程控制器、虚拟技术及仪器等课程以及课程设计。控制类课程群中的课程因为涉及控制的基本原理，同时还需进行工程实践，所以课程内容原理较多，基本理论相对抽象，并由于现代技术更新发展快，而普遍出现“学生难学，教师难教”的情况。因此，课程群教研组成员就课程群相关课程教学中所存在的问题进行了认真核定，对课程群教学体系进行了相关的改革与建设。

根据测控专业人才培养目标，以控制类课程群为研究平台，坚持学生能力培养为导向，注重培养学生的实践动手能力和创新能力，我们建立了明确的课程群建设目标与内容，如图1所示。结合测控专业本身的发展趋势，应用现代教育目标理论改进和优化控制类课程群建设中的教学内容、教学方法和手段、实践教学，加强师资队伍建设，利用课程教学达成度评估教学重要环节的实施手段和效果，以此对控制类课程群进行改革和建设。

二、控制类课程群体系建设

（一）课程群涵盖课程内容整合与优化

根据测控专业人才培养知识结构和能力结构的要求，借助学校教学计划修订的机会，教研组成员以“最大限度地融入学科发展方向的新知识和新技术，理顺课程群教学内容逻辑关系”为原则，对课程群教学计划进行了建设和改革。以综合能力培养和创新精神培养为目标，整合教学内容，理顺各课程之间的逻辑联系，统一概念，查余补漏，强化各门课程之间在教学内容和工程实践方面的连贯性和整体性，突出实际应用，科学设定课程的知识和能力目标。

目前测控专业控制类课程群整合的课程设置有7门课程——3门必修课程（自动控制原理、精密运动控制、测控系统与仪器设计），3门选修课程（虚拟技术与仪器、网络与总线技术和可编程控制器）和1门必修课程设计 （测控系统设计实训）。控制类课程群涵盖课程如图2所示。

自动控制原理是课程群的控制理论基础平台，是一门主干必修课程，主要介绍控制系统的基本原理、性能评价以及系统设计实践等问题，着力为学生后续课程的学习和实践打下基础。精密运动控制是一门必修主干课程，以电机为主导，以控制为线索，使学生了解机电控制技术的一般知识，掌握常用电机（直流电机、交流电机、步进电机等）的原理特性和控制方法，使学生对精密机电工程技术中的电控技术有一个全面、系统的了解和掌握。测控系统与仪器设计必修课程是以测控仪器设计的总体任务为传授点，将光、机、电、计算机结合起来，系统介绍测控仪器的精度设计理论以及总体设计的理论和方法。

虚拟技术及仪器、网络与总线技术和可编程控制器是专业的选修课程。虚拟仪器体现了“软件即仪器”或进一步的“网络即仪器”的思想，让学生系统学习和掌握Labview设计。网络与总线课程以计算机网络、通信、开放系统互连参考模型、控制技术等知识为基础，主要介绍工业控制网络技术及其应用。可编程控制器（PLC）课程以西门子S7-200系列PLC为背景，介绍PLC的工作原理、编程软件、PLC系统设计与应用等内容，旨在将这一在工业领域被广泛应用的技术介绍给学生。这些选修课程使学生对当今工业领域的实际现状有了进一步认识，提高了工程应用能力。

控制类课程群建设的顶层是实践环节，测控系统设计实训课程设计对现有的一些实践环节的项目进行了整合与优化，凝练出能够体现专业培养目标、符合学生现有知识结构、涵盖测量与控制的相互包容性的实践项目。学生通过实际的项目设计训练，能够加深对控制体系的理解和认识，提高实际测控系统的设计能力，最重要的是自主意识和创新精神得以激发。

（二）教学方法与教学手段改革

1.多媒体课件与教学方式建设。目前课程群内的全部课程都已经具备了应用多媒体进行教学的手段，但多媒体课件在教学过程中的具体实施和运用，需遵循教学规律，根據各课程教学内容的不同灵活采用不同的方式。自动控制原理课程由于教学内容理论性强，公式推导多，图表复杂多变等原因，应采用多媒体与板书教学相结合的方式。课程群内其他课程属于工程技术类课程，教学过程中需要引入大量的多媒体信息以丰富教学内容，这不仅为教师节省了大量的作图和系统分析时间，还能结合实际教学情况形象直观地讲解问题，使课堂教学内容变得更加丰富。

2.作业与考试模式改革。在理论性较强的课程中，学生需要做大量的习题和作业来理解消化控制类课程群相关课程的教学内容，重点在于引导学生正确的分析问题和解决问题的思路。对于工程性较强的课程，可根据不同章节的教学要求，布置不同要求和形式的作业，如读书报告、资料查询、Matlab设计与仿真等。建立科学合理的考试模式，以对学生的知识、能力、素质进行综合考核为目标，采取多种方式相结合的综合考核方式，全面客观地反映学生的学习成绩。课程平时成绩考核应强调学生课程报告，同时结合课后习题作业，引导学生主动参与教学，扩充学生的知识范围与提高学生自学能力，从而引导学生自主学习，提高其综合运用知识的能力和创新能力。

3.试题与考题库建设。对于课程群中的工程技术类课程，由于知识点相对固定，教研组教师在多年的教学积累基础上，开发和完善了课程群的考题库，主要包括选择题、填空题、设计题等题型。

4.教学资源共享平台建设。建立网络平台，将课程群的教学资源信息化。网络平台内容包括教学大纲、教案、教学课件、实践项目等。平台建立的目的是提高学生的参与意识，活跃师生之间的交流，学生可以通过网站答疑、下载课件、提交作业等方式实现交互式教学。同时建立了QQ群、微信群等互联网信息交流渠道，增加师生交流和共享学科专业知识渠道，使学生开阔视野。

（三）实践教学的拓展与深化

控制课程群实践教学建设有常规实验、设计性和综合性实验、课程设计等多个层次。常规的实验教学多与课堂教学捆绑在一起，针对性强，实验针对课堂教学的重要知识点来设计，在实际课程教学中，可利用现代教学方法，增大案例教学比例，激发学生的创新思维意识和提高创新能力。课程群的课程设计进一步加强了学生对测控仪器的分析、设计能力和实践能力。成立学生创新设计小组，使其充分利用课堂知识，进行各种创新设计，培养学生的学习兴趣；组织智能车竞赛、科技创新设计大赛，让学生参加电子设计大赛、光电设计大赛、传感器设计大赛、虚拟仪器设计大赛等，培养学生的创新意识和竞争意识。经常组织教师、学生参加校际交流，相互学习。

（四）师资队伍建设

本课程群建设坚持把提高教师专业素质放在重要位置，课程群教师认真负责，团结协作，形成了相互信任、相互关怀、鼓励创新的工作氛围，不定期地开展教学法讨论活动。课程群教师积极投身于教学改革研究与实践之中，以教改促进教学，通过教学研究，紧密跟踪学科前沿，不断学习和使用新的教学方法及利用新的教学手段，并且将教改成果应用于教学实践中，提升教学效果，使学生受益。

同时，在保证完成好教学任务的前提下，应积极鼓励和支持教师承担科研项目，锻炼培养教师的教学研究和科研能力，提高其学术水平。要加强对教师工程实践能力的锻炼，鼓励教师深入一线生产实践，了解企业技术发展实际情况及制约瓶颈，鼓励教师与企事业单位或科研院所开展联合研究，解决工程技术问题，增加现有教师的实践经验。在科研项目的带动下，教师将科研的思维方法及成果融入教学中，使学生不仅能学习基础知识，更能学习思维方法，得到了学生的高度肯定。

（五）建立教学反馈机制和教学的持续改进

要以学生能力培养为导向，结合中国工程教育专业认证标准规范，建立合理的课程达成度评价体系和机制。通过制定详细、具体、可衡量的评价指标，形成评分表，结合学生的实验报告、设计报告、作业、课堂表现、课程考试成绩在该项指标上的表现，根据其满意度给出量化分数，从而计算出课程的达成度评价结果。通过学生能力培养达成度的评价和反馈结果，不断修订教学内容和培养方案，以实现教学的持续改进。

三、控制类课程群建设的实施效果

经过课程群建设与优化，课程群内课程体系清晰， 教学内容更加合理，课程理论教学和实践能力培养结合得更紧密， 并充实了前沿科学理论和新技术。主要成果如下：

1.结合工程教育专业认证标准要求，完成以学生能力培养为导向的控制类课程教学体系建设。主要包括教学大纲修订、教学内容的设计和教学模式的改革与实践等，结合中国工程教育专业认证标准规范，通过学生能力培养达成度的评价和反馈结果，不断修订教学内容和培养方案，以实现教学的持续改进。

2.建成了以能力为导向、以学科竞赛为引领的实践体系建设。加强学生创新实践基地和实践项目建设，结合学校及省级教改项目以及大学生创新创业实践项目，指导学生参加多项学科竞赛，建立了本科生依托学科竞赛的大学生创新实践体系。以“学以致用”为出发点，以“增强综合竞争力”为目标，通过设计特定的实验课、实践课来强化理论课，使学生不但具备良好的动手能力，更增强了分析问题、研究问题的能力。课程群教师指导学生参加了校大学生科技制作大赛、校互联网大赛、安徽省光电设计大赛、安徽省物联网大赛、全国传感器设计大赛、全国光电设计大赛、全国虚拟仪器设计大赛等，并取得了优秀的成绩。通过指导学生参加各类学科竞赛，既取得了丰硕的竞赛成果，也使得学生在竞赛过程中自然地锻炼了实践创新能力。

3.建立了一支高水平的测控专业控制类课程群教学教师队伍。本课程群教师队伍是一支专业结构合理、爱岗育人的“老中青”相结合的师资梯队，通过“传帮带”、进修的方法来实施教师培养计划，并通过聘请校内外知名教师示范教学等方法培训青年教师，不断强化教学团队的力量和提高整体素质水平。提倡人人参与科学研究和教改研究，充分利用本教学团队科研力量雄厚、承担的各级科研项目多的优势，鼓励教師教学科研相结合，以教师深厚的学术功底支撑高质量的课程教学，建设教学科研型的教师队伍。

四、结语

本文介绍了控制类课程群建设的系统研究、整体优化和综合实践。通过近几年的实际教学效果来看，其不仅提高了学生对专业基础理论的理解能力，还为提高学生的实际能力、培养一专多能的测控专业复合型人才起到了积极的推动作用；同时也提高了教师的科研水平，推动了测控专业学生的能力培养，为其他高校该专业课程群的建设提供了很好的可借鉴的经验。

[ 参 考 文 献 ]

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[责任编辑 刘凤华]