胡永辉 闫勇 钱相臣 张文彪

摘  要：工程实践能力的培养是专业学位研究生教育的核心，建设工程实践类课程是提高专业学位研究生培养质量的重要举措。文章探讨了基于案例引导和项目驱动相结合的“先进测量系统工程实践”课程建设与教学方案，利用精心设计的综合性案例进行工程知识和实践技能的教学，同时以工程研发项目驱动实践过程。教学实践表明，该教学模式能够激发学生学习的积极性和主动性，培養学生综合运用所学知识处理工程问题的实践动手能力，取得良好的教学效果。

关键词：专业学位;工程实践;案例教学;项目驱动教学

中图分类号：G640         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）05-0074-03

Abstract： The development of practical engineering skills is essential for the education of students pursuing professional master's degrees. An important measure to improve the quality of education is to develop engineering practice courses. This paper discusses the case study based and project-driven teaching methodology for the course entitled "Engineering Practice of Advanced Measurement Systems."Comprehensive industrial case studies were specially selected to teach engineering knowledge and practical skills. Meanwhile， engineering practices are driven by research and development projects. Teaching practices prove that the methodology employed can stimulate students' interest and enthusiasm， help them develop ability to solve practical engineering problems by exploiting extensive knowledge， and therefore achieve the learning outcomes.

Keywords： professional degree; engineering practice; caseteaching; project-driven teaching.

一、概述

专业学位研究生教育是我国研究生教育体系的重要组成部分，其目标是培养具有较强的专业能力和良好的职业素养、能够创造性地从事实际工作的高层次应用型专门人才，以适应国家社会经济发展的需要。与学术型研究生教育相比，专业学位研究生教育注重工程实践能力和创新能力的培养，这体现在课程学习、专业实践和学位论文三个培养环节中[1]：课程设置以行业需求为导向，强调专业基础、工程能力和职业发展潜力的综合培养，注重发挥在线教学、案例教学和实践教学的协同优势;专业实践依托企业、联合培养基地或校内导师承担的应用型科研课题，面向专业领域的实际应用需求，开展技术开发、工程设计和规划管理等工作，锻炼运用专业知识分析问题、解决问题的能力，提高实践创新思维和工程思维;学位论文选题来源于生产实际或具有明确的工程背景，可以采用调研报告、产品开发、案例分析等多种形式，评价标准以应用价值、经济或社会效益为核心。

然而，由于我国自2009年起才开始进行全日制专业学位研究生教育，大部分高校还尚未建立起一套健全的实践能力培养体系，在课程设置、教学模式、研究课题、导师指导、学位论文等方面趋同于学术型培养模式，造成专业学位研究生缺乏工程实践经验，无法满足社会对高层次应用型人才的需求。具体来讲，我国专业学位研究生实践能力培养中存在的主要问题表现为[2]：1. 专业型与学术型研究生采用同样的课程体系，缺乏工程实践类课程，教学内容偏重于理论知识，授课方式以填鸭式讲授为主，因此课程教学环节未体现理论与实际相结合，无法提高学生利用专业知识分析、解决实际问题的能力;2. 校内导师缺乏在企业一线从事产品研发或技术改造的工程实践经验，而企业导师对研究生进行工程实践指导的积极性与参与度不高，另外，高校对教师的考核主要以学术成果为依据，致使专业学位研究生的研究课题与培养过程学术化倾向明显;3. 企业与高校缺乏统一的合作目标，难以建立长期、稳定的校外实践基地或校企联合实践基地，学生在校外基地的实践活动无法得到校内导师或学校管理部门的有效监督，人才培养质量得不到保障。

针对上述部分问题，华北电力大学控制与计算机工程学院面向控制工程领域全日制专业学位研究生开设了“先进测量系统工程实践”课程，以加强在课程学习阶段的实践创新能力培养。该课程依托“检测技术与自动化装置”二级学科，围绕测量系统设计研制所需专业知识与实践技能精选教学内容，采用案例引导和项目驱动相结合的教学方法[3]，以教师讲授、课堂讨论、学生实践相结合的方式组织课堂教学，以项目任务完成情况为主要考核依据，使学生体验完整的项目开发流程，引导学生建立工程思维，培养学生综合运用所学知识处理实际工程问题的实践动手能力。本文结合作者近年来的课程建设和教学实践，介绍该课程在教学内容、教学方法等方面的改革与探索，以期为相关课程的建设提供可借鉴的经验。

二、课程规划与教学内容

“检测技术与自动化装置”学科研究被控对象的信息获取、转换、传递与处理的理论、方法和技术，是一门以应用为主、理论与实践紧密结合的综合性学科。该专业方向的研究生主要来自于自动化、测控技术与仪器等本科专业，具备由电子技术、传感器技术、计算机技术、控制理论、信号与信息处理技术构成的知识体系。然而，由于在本科阶段上述知识体系被割裂为多门独立课程进行教学，学生往往无法对本学科知识进行融会贯通与综合应用。为此，“先进测量系统工程实践”课程的教学目标设定为以案例和项目实施为主线，将本学科的基础理论与专业知识串联起来，通过案例讲解、操作演示和项目实践使学生掌握测量系统的分析、设计与研制能力。

本课程按照测量系统的研制流程和信号流向分为8个教学单元，如表1所示。第1单元进行测量系统案例和研发流程的总体介绍，使学生对本课程所涉及的专业知识以及拟开展的项目实践具有总体的认识和把握;第2单元涉及电子电路分析与设计技术，使学生认识常用电子元器件，掌握交直流电路、电源电路、放大和滤波电路的分析与设计方法;第3单元有关传感器及其信号调理电路，要求学生掌握常用传感器信号调理电路的设计方法;第4单元介绍印制电路板（PCB）的基础知识与设计规范，要求学生使用Altium Designer软件完成电路原理图和PCB的设计;第5单元有关电子线路焊接与调试，要求学生使用焊接工具及常用电子测量仪表完成电路板的组装和调试;第6单元为嵌入式系统设计与开发，采用单片机开发板完成传感器信号的采集与传输;第7单元为数字信号处理与测量软件设计，学生在上位机使用Visual C#编程语言完成测量数据的接收、存储与在线处理;第8单元为实验测试与项目报告，学生对所研制的测量系统开展测试评估，并撰写项目研制报告。本课程以本科阶段的多门专业课为基础，涉及知识面广、应用性强，有利于培养学生的综合实践能力。

在教学内容的选择上，本课程主要以工程案例为引导介绍相关的工程知识与实践技能，而非本科阶段所学理论知识的重复或深入，从而使学生充分领悟理论知识如何在工程项目中进行应用以及实际工程问题的复杂性。例如，在讲授运算放大器时，首先简要回顾理想运算放大器的特性、分析方法与典型电路，然后结合案例讲解实际运算放大器的静态和动态性能指标、噪声、稳定性、芯片数据手册、芯片选型，以及进行PCB设计时的注意事项等内容。由于相关的实践知识较为琐碎且课时有限，课堂教学注重知识框架的构建与重难点的讲解，同时精选了较多的技术资料用于学生自学与查阅。

三、教学方法

如表1所示，本课程采用教师讲授与学生实践相结合的教学模式，其中教师讲授采用案例引导式教学方法，而学生实践以实际项目为驱动，二者同步进行且各占一半学时，从而使学生能够将学到的工程知识与实践技能及时应用于项目实践，并巩固和强化对工程知识的理解和实践技能的掌握。

（一）工程案例教学

本课程选取典型测量系统案例作为主线，讲授案例中各组成部分的原理和实现方法，将零散的教学内容凝聚起来，从而构成一个完整的教学体系。通过具体案例，将抽象的工程知识与实际系统有机结合，学生能够充分了解所学知识的内涵、目的和意义，从而有效提高其学习兴趣和学习动力。

基于實际工业测量系统和教师科研成果，设计了若干贯穿整个教学过程的综合性案例，如基于光散射的粉尘浓度测量系统、基于静电感应的传动带振动测量系统等，覆盖常规测量系统研制所需工程知识，并将案例中重复的知识点合并讲解。综合性案例不仅具有完整的软、硬件设计文件和实际系统，还编写了关于方案论证、知识点解析、实验测试等内容的讲义，从而使学生能够完全掌握案例的分析、设计与实现方法。此外，为了帮助学生强化对特定知识点的掌握，根据美国模拟器件（ADI）公司的参考设计[4]、美国国家仪器（NI）公司的Measurement Studio例程、开源科学计算库Math.NET、开源图形控件ZedGraph等网络资源以及教学开发板光盘资料建成了内容丰富的知识点案例库，学生可在本课程项目研制以及今后科研、工作中自学和参考。

测量系统研制涉及较多的工具设备、仪器仪表和设计软件，通过教师讲授、教学视频播放、实际操作演示等途径进行教学，使学生获得直接经验，快速掌握各种研发工具的使用方法和技巧。

（二）工程项目实践

为了使学生将学习的工程知识应用于实践、强化工程意识、提高实践动手能力、培养团队合作精神，要求学生以小组为单位开展测量系统项目研制。学生在项目任务驱动下开展文献调研、总体方案设计、硬件电路设计、软件程序设计、实验测试并撰写项目研制报告。实际研发项目能够充分调动学生学习的主动性，促使学生在项目实施中学会运用理论知识分析和解决实际问题。

在课程初期，学生在教师指导下分为多个小组，并确定研制项目，项目选题应涵盖主要教学知识点，可以在项目题库中选择，也可以根据研究课题自主确定。之后各小组按照案例教学进度同步开展项目研制，达到即学即用、学有所用的目的。在项目实施过程中，以学生为主体，充分发挥其主动性和创造性;教师主要起引导和组织作用，以启发式、互动式和探究式教学方法，培养学生在实践中自主学习、自主研究的习惯和能力。例如，针对学生在项目实践中遇到的各种实际问题，引导学生利用教学案例、搜索引擎、技术论坛、社交媒体等途径自主解决。

为了便于学生开展工程实践，为每个项目团队配备了一套完整的开发工具箱，包括焊接工具、测量仪表、教学开发板等，并给予一定额度的研制经费，用于购置电子元器件和加工PCB。此外，由于总课时有限，本课程每周开1次课，总共16周，从而保证学生在课外具有足够的项目研制时间，课程结束时能够基本完成项目研制。

（三）考核方式

本课程采取过程考核与终期考核相结合的方式。过程考核主要考察学生在项目实施过程中的参与度以及对项目目标的完成所做的贡献;终期考核由项目汇报、实物演示、答辩三个环节构成，以项目完成度为主要依据考察学生工程实践能力的掌握情况。为使考核结果客观公正，采取教师打分和学生互评相结合的评价模式。

四、结束语

“先进测量系统工程实践”课程以实际项目为载体，用完整的工程项目贯穿学科知识点，将工程知识与实践技能渗透于项目案例中，学生通过直接参与并完成项目研发任务，培养学科知识的综合应用能力和从事相关领域工作的工程实践能力。教学实践表明，案例引导和项目驱动相结合的教学模式能够激发学生的学习兴趣，充分调动其积极性、主动性和创造性，增强专业理论与工程实践之间的联系，培养学生分析和解决实际工程问题的能力，是一种行之有效的工程实践类课程教学方法。

参考文献：

[1]李鹏.专业学位研究生实践能力构成及提升路径[J].继续教育研究，2018（10）：107-110.

[2]杜艳秋，李莞荷，王顶明.全日制专业学位研究生实践教学存在的问题与对策——基于专家访谈结果的实证分析[J].研究生教育研究，2017，2：69-74.

[3]陈光胜，麦云飞，白国振.“案例”和“项目”双驱动的《PLC原理与应用》课程教学改革实践[J].教育教学论坛，2016（7）：95-96.

[4]Reference Designs， Design Center， Analog Devices[EB/OL].https：//www.analog.com/en/design-center/reference-designs.html.（accessed July 26， 2019）