以实验设计为目标的《流动参数测试技术》课程教学改革

王宗明，王增丽，蒋文春

(中国石油大学(华东) 新能源学院，山东 青岛 266580)

一、引言

适应我国创新驱动发展战略的要求，专业学位研究生面向社会特定职业领域，以培养高层次应用型专门人才为目标，尤其重视培养学生的职业素养、实践能力和创新能力[1]。实践能力是研究生培养质量的重要指标，也是研究生自主创新能力培养的重要基础。

欧美发达国家在发展专业学位教育过程中，特别重视研究生实践能力的提高[2-3]。美国许多大型企业设有独立的学院开展研究生教育[4]；德国注重培养学生独立思考、解决实际问题的能力，既强调创新精神的培养，又强调面向工程实际，以企业需求为主导[5-6]。法国工程师教育注重多层次的实践训练，使学生通过多次实习实践对解决生产实际问题获得亲身体验，工程实践能力和创新科研能力均得到提高[7]。

从1990年开始，我国专业学位研究生招生数量呈逐年递增的趋势[8]，专业学位和学术学位的区别也越清晰，除集中实践外，对专业学位研究生课程的授课模式及教学方法也需要进行深入的研究和变革[9]。大量的研究证明，研究生实验技能的高低，决定其科技创新水平的高低[10-13]，实验设计是培养学生的创新能力尤其创造思维能力的重要途径[14-15]。刘国福、李萍、马德贵等对测试技术类课程进行了教学改革，通过加强实验能力，提高了教学效果，培养了学生的动手能力[16-18]。

《流动参数测试技术》(Flow Parameters Measurement Technology)是动力工程领域专业学位研究生的一门必修课和专业基础课，也可作为其他相关专业的选修课程，是一门实践性很强的课程，可为研究生从事科学研究及工程技术工作提供必备的检测手段，是专业学位研究生实践能力和工程创新能力培养的重要保证[19]。课程知识涉及多个学科，按照传统授课模式，讲授内容偏于书本知识，考核形式单一，理论和实践脱节，偏离了专业学位研究生的培养目标，整体教学效果不理想，迫切需要改革。

二、过去课程教学存在的问题

(一)过分强调理论体系，教学目标不突出

《流动参数测试技术》课程的教学目的是：通过教学及实践环节，使学生熟悉现代流动参数测试技术的基本理论、实施技术、应用现状和发展前景，掌握与流动参数相关的传统测量技术、激光测量技术及接触式测量新技术，达到应用现代流动参数测量技术提高科研实验水平和解决工程实际问题的目的。

课程主要介绍流体流动参数的测量技术以及测量仪器的功能、原理和使用方法，涉及知识面广，特别是测量原理部分涵盖傅立叶变换、自相关处理、互相关处理等数学知识以及图像处理和参数识别的技术原理，理论深度大，对于工科学生来说较难掌握。过去在教学过程中按照大纲要求，过分注意理论体系的完整性，讲授内容偏于理论，偏离了应用型人才培养的目标。面对复杂的理论体系，学生产生了畏难情绪，学习积极性不高，以听课为主，缺乏主动性，导致其对相应仪器和测量技术理解不够深刻。

(二)单一教师授课，感性认识不足

以前该课程往往由一位教师承担，需要讲授的仪器和测量技术种类较多，由于教师自身科研方向的限制，某位教师可能只实际使用过一种或几种流动参数测量仪器，难以掌握各种仪器的原理和操作，实际应用经验不足。

内容授课时照本宣科、纸上谈兵居多，难以给学生一个深刻、形象的感性认识，更不能将仪器使用过程中注意的要点及技巧介绍给学生。学生的认知也只是停留在书本知识上，难以很好地完成课程能力培养的目标，影响了课程的教学效果。

(三)测量技术种类多，实验及教学学时不够

流动参数种类较多，涉及压力、温度、流速、流量以及粒度和浓度等，测量技术差异大。教学过程中受到实验条件和课时的影响，课内实验大都为验证性实验，实验课时短，且在实验过程中学生大都忙于记录数据，削弱了对仪器操作和实验设置的理解。而且，学生往往难以实际操作多种测试仪器和装置，影响了学生对测量技术的掌握，不利于学生工程意识和创新能力的培养。而且由于涉及的知识面比较广泛，缺少一本深度适中、涵盖主要仪器操作、突出应用能力培养的教材，课程学习效率不高，学生很难深入体会一种测量技术的特点和局限性，知识再应用性差。

(四)考核形式单一

过去课程考核主要是期末考试，或者开卷，或者闭卷；考核内容也主要是书本知识和讲义内容。学生笔试作答，仪器应用能力考查不足。虽然总评成绩计入了实验成绩，但是占比较少，不能反映学生对流体流动测量技术的掌握程度，背离了课程的初衷，对仪器实际应用能力重视不足，也不利于调动学生的积极性。

三、教学改革措施

(一)确立以实验设计为核心的教学理念

基于培养专业学位研究生的实践能力和创新能力的主旨，《流动参数测试技术》课程的核心教学目标为测试技术的应用。因此，学生不必对测试的原理学习太多，而是要掌握仪器的特点、测试注意事项，特别是仪器配置、测点分布以及测量误差分析等。

介绍完某种测量技术的基本理论后，让学生分组实践，结合自己课题组的研究方向和仪器特点，进行流动测试实验设计，完成装置配置、仪器选择、测试步骤、预期数据和实验数据处理方法，然后进行课堂讨论，与同学们分享自己的实验设计经验。教师针对每个小组实验设计的测试目的、仪器选择正确性、测量可行性进行点评，与学生共同研讨改进措施。

中期汇报完成后，学生对自己的实验设计进行改进，完善实验装置并进行实践测量，最后分析测量数据形成结课论文。通过实验设计、测量实践和后续的研讨环节，学生能主动学习，查阅更多的资料和测量实例，学习积极性大大提高。对于研究生来讲，针对自己研究方向进行流体测量实验设计，可以培养其工程意识，拓宽其知识面，加深对所学知识的认识，并可大幅度提高其科研创新能力，为毕业论文写作打下基础。每组学生可能只精心完成一种或两种测量技术的实验设计和测量实践，但是通过课堂讨论，可使学生深刻掌握多种流体测量技术。

(二)建设专家型教学团队

《流动参数测试技术》课程涉及多种测量技术，为了克服单一教师对仪器掌握的不足，真正让学生体会到实际测量的感觉，达成实验设计的目的，建立专家型任课教师团队，根据教师科研背景和仪器使用经验，实行专家教师进行阶段授课的模式，教师专业特长与教学分工见表1。

表1 教师专业特长与教学分工

每位教师根据自己的科研经历，讲授熟练掌握并且实际操作过的测量技术，坚持精讲多练和案例教学，抛弃照本宣科式讲课形式，除讲述测量的基本原理外，重点传授自己的测量经验和对仪器独特的理解，包括实验装置、测试仪器、测量步骤、测量注意事项、预期数据及结果处理等。

专家型教学团队授课，课程讲解更加生动、形象，能给学生以深刻的启发，学生能够学习到仪器使用的技巧，减少科研工作的弯路。

(三)课程内容的模块化整合

根据大纲要求，细化教学内容，优化课程知识点，针对任课教师的专业背景及研究方向，将课程内容整合为几个相对独立的模块，分别为流动参数测试理论基础、传统测量技术、热线测速技术以及激光测量技术，模块的具体内容见表2。经过模块化整合，便于不同任课教师分阶段进行授课；课程模块自成体系，内容完备，更有利于学生学习以及后续的课程考核。

表2 课程教学模块划分

(四)完善课程资源库

为了便于学生学习，优化了教学大纲和教学计划，编制了课程讲义，并针对主要知识点建立“测量视频+理论课件”的教学案例库，完善了教学资源。教师结合测量实践视频进行授课，可将测量技术阐述得更清楚，也可以节省授课时间，便于学生认识更多的测量技术。基于“测量视频+理论课件”的教学案例，更便于学生自学和实际应用测量技术。将教学资源上传网络平台，可供非全日制工程硕士在线学习，线上学习与线下授课方式相结合，能提高教学质量，缓解工学矛盾。

(五)多样化考核模式

通过实验设计任务，促使学生主动去学习和查阅资料，并通过测量实践来检验实验设计的正确性，锻炼其实践能力和科研工作能力，考核也相应采用多元化考核模式，课程综合成绩评定过程见下图。

针对课程的特点，课程考核分项进行，流动测量理论基础通过试卷完成考核，占比30%；测量技术部分评分，依据实验设计与讨论(30%)及测试分析与总计报告两部分(40%)，多项综合得到最后课程的总评成绩，克服了过去单一卷面考核方式的不足。

图 课程考核模式

四、实验设计示例

(一)实验设计要求

实验设计大作业的要求为：(1)以某种流动参数测试技术为依托，结合课题组研究方向和实验条件进行实验设计，完成装置调试和实验测量并进行数据处理。(2)形成WORD版实验报告及PPT汇报材料，内容包括实验目的、实验装置、实验步骤、测量数据、结果处理等。(3)查阅相关文献不少于10篇，在报告中注明引用参考。(4)3人一组，分工明确，团队合作完成大作业任务。(5)报告完成后，汇报讨论，分享实验设计以及测量经验。

测量技术部分评分依据参照度、相关度、新颖性、写作规范性及排版等项，参照度高，得分低；其他各项高，得分高。

(二)典型实验设计举例

近年来学生典型实验设计案例见表3。在实验设计的核心教学理念指导下，学生结合自己课题组的仪器特点进行流动测试的实验设计，学习积极性和主动性显著提高。

表3 典型实验设计案例

通过课堂讨论，学生们介绍自己的实验设计和测试过程，学生之间相互评价实验设计的优点与不足，教师团队进行点评，以点带面，有助于学生掌握更多实践测量技术，提高其实践能力和工程创新能力，教学效果很好。近年来，多个实验设计和测量案例在中国大学过程装备实践与创新大赛以及“挑战杯”山东省大学生课外学术科技作品竞赛等科技竞赛中获奖。

五、结语

通过几年的教学改革与实践，学校《流动参数测试技术》课程的教学质量明显提高。应用新的教学模式，学生结合自己课题方向进行实验设计和测量实践，锻炼了研究生的实践能力和工程创新能力，并使其树立了严谨的科研作风。近几年，以研究生为骨干的学术团队参加多种学科竞赛，累计获得国家级奖励超过70项。学校专业学位论文质量大幅度提高，在近几年的全省论文抽检中，全部优良以上。该课程的教学改革经验也可以推广到其他类似课程中，具有良好的借鉴和参考价值。