张海宁，任安虎，郭和平

（1.西安工业大学 电子信息工程学院，陕西西安 710021；2.西安中星测控有限公司，陕西西安 710075）

在以往的教学过程中，如果学生参与导师的科研项目，其实践能力会提高很快，学生在项目研发过程中，学会了在实践中学习新的知识并很快应用于实践（为用而学），继而进行创新。因此我们引入一个真实的工程项目，将应用型人才的培养落实在实践教学中，采用项目驱动教学的方式[1]，对4 名工程硕士进行实践教学，以提高其实践能力和创新意识[2,3]。

1 项目选择与方案设计

我们选择一个企业需求的实际项目“压力变送器批量自动标定系统”[4]，该项目是压力变送器生产企业生产线上的标定装备，实现一次自动标定多个压力变送器的功能，解决了过去手工标定且只能标定一个的缺点，极大地提高了生产效率。

首先，对用户需求进行分析，将用户需求转化为实施方案，在这阶段以教师为主，现阶段学生的能力还达不到要求，教师主要引导学生如何将需求功能转化为知识技术，解决用户的实际问题，比如提高标定自动化和标定速度（效率）的思路方法。

过去是人工控制压力控制器，人工读取仪表的电流（电压），读数，输入计算机，长时间工作容易出错，而且每次只能标定一个变送器，效率低的主要原因是压力控制器加压、降压的时间比较长。所以改为由计算机代替人来做这些工作，计算机控制压力控制器、智能仪表，长时间工作也不会出错；在加减一次压力的情况下，对多个变送器进行控制，大大节省了时间，效率提高了数倍；但计算机的数据无法和变送器直接通信，所以需要接口装置（下位机），将计算机与变送器数据进行转换。

经过与企业的多次交流，本次设计的压力变送器自动标定系统分为上位机软件和下位机（硬件与软件）两部分，总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

在这个过程中，第一轮，首先让学生自己提出方案，然后开会讨论，肯定正确的，否定错误的。再进行第二轮、第三轮……直至获得可行的方案。让学生了解科研开发的过程，逐渐进入科研的状态。

上位机软件主要负责批量自动标定过程的流程控制和对压力变送器输出电流的调节任务。

上位机的标定软件通过控制压力控制器产生相应的压力，使压力变送器产生相应的输出电流。然后上位机控制下位机切换至对应通道进行标定。上位机通过控制下位机将智能仪表接入电路，并使用智能仪表采集相应通道压力变送器的输出电流[5]。通过实际电流输出值，通过标定算法计算压力变送器所需输出调节的具体数值[6]，并将结果经由下位机，写入对应压力变送器内部的输出增益和偏移调节芯片，然后上位机再通过检测不同压力下输出电流是否符合满足精度要求，满足要求则完成标定，否则继续调节压力变送器输出，一般需要多次才能满足精度要求。

下位机硬件部分主要负责接收上位机指令，实现将上位机指定的压力变送器导入标定通道和将智能仪表接入电路实现标定过程。下位机利用嵌入式技术，将指定通道压力变送器导入下位机电路，再将多用表接入下位机电路，由上位机读取多用表采集的电流数据，计算压力变送器所需的输出调节信息，最后将计算结果经由下位机写入压力变送器增益和偏移调节芯片。

2 项目驱动教学的实施

通过上面的过程，让学生了解到如何将用户的需求转化为项目方案。面对这个方案，如何进行实践教学？下面将实现各模块功能所需的知识点、技术点、现有的技术储备、所具有的能力、下一步学习的方向罗列出来，如表1所示。

从表1可以看出，学生学习过大部分的知识技术，但不具备实现这些功能的能力，这就是典型的有知识（纸面上），没有能力（工程实现）。所以知识要转化为实践能力，还需要在实践中学习。

如何在实践中学习？在表1的最后一列，列出了需要学习的内容，可以看出，仅有课本知识是不够的，与实际的需求相差甚远，甚至有些知识从书本上是学不到的，必须在实践中学习，这是将来进入工作岗位的常态，学校只是进行基础理论、基础实验的讲授，学生进入工作岗位，须进行二次有效的学习。

表1 各模块功能所需知识技术

如A 研究生的标定、复检功能任务，书本上没有，学生不知道怎么做，必须到企业现场了解标定工艺过程，学习芯片手册，设计出可用的标定方法，才能设计出符合生产要求的软件。

B 研究生的任务：计算机控制压力控制器、智能多用仪表，学生仅大概知道可以这么做，但不知道具体怎么做，仅会软件设计是不够的，必须学习仪表的手册，掌握具体的控制方法和命令，才能设计能用的软件。

C 研究生的任务是采用嵌入式系统、数字电路实现所需的功能，主控及周边接口电路与软件基本能实现，这些技术储备都有（因为学校实验都是基础实验，面向应用灵活发挥的较少），但协议转换不知如何实现，还需要仔细学习芯片手册，根据芯片手册的要求进行设计。

D 研究生的任务需要嵌入式软件、模拟电路、数字电路、电源技术储备，与课本的知识接近，学生能够完成大部分功能，但与实际应用还有距离，主要是看不懂芯片的资料。

总体而言，有两个现象：一是学生有知识技术储备，但不会运用，所以要培养学生在实践中学习的能力；二是学生没有知识技术储备，不知如何在大量的信息中快速学习并掌握对自己有用的信息，所以需要学生以完成项目为目的地去学习，而不能像平时课堂教学那样按部就班地学习，这两点需要加强。

将以上各模块的任务分配给每个学生，每人负责若干功能模块，按照项目管理方式，制定时间进度节点，按节点进行检查验收。以完成项目任务为目的，发挥个人的主观能动性，自学为主，教师进行引导，学生进行有效的学习，通过边学习边实践、再实践再学习的过程，将知识变为能力。

学习的形式多样，包括自我学习、查阅资料、学生间交流、开会讨论、与教师交流等，主要目的是培养学生掌握从事科学研究的学习方法，获取（已知和未知领域）知识的能力及实践能力，形成创新意识。

这个过程包括用户需求分析、方案设计、详细设计、模块调试、系统调试、交付用户的完整过程。在需求分析和方案设计阶段，需要广博的知识，对目前的学生而言有难度，需要学生经过较长时间的学习锻炼，本次只是为了让学生了解方法和思路；在详细设计和模块调试阶段，有知识方面和实践方面的内容，技术面比较具体，经验积累也容易，学生进步比较快；而在后面的阶段需要丰富的经验和综合技术，需要积累，如可靠性设计、可维护性设计、可安装性设计的意识，本次也主要是为了培养学生具备这方面的意识。

3 项目驱动课程教学法的效果

通过这次近一年的项目锻炼，学生进步明显，主要体现在四个方面：

（1）学习能力和效率明显提高。掌握了在实践中学习的方法，能够根据实际需求快速获取所需的知识解决问题。比如变送器的标定方法，学生没有学过，通过这个项目，学生掌握了学习新知识的方法和能力。

（2）实践能力明显提高。学生知道怎么开展实际的工程项目，对一个工程项目有思路。比如学过嵌入式系统，但是不知道怎么应用，通过这个项目学会应用嵌入式系统。

（3）解决实际问题的能力提高。开展实际项目会遇到各种困难（错误），关键是要能够找到解决的方法和思路。比如单个模块调试好，放到系统就有问题；在实验室调好，到生产车间就有问题；标定几个样品工作正常，但进行批量标定时就出现问题；通过解决这些问题，大大提高了学生解决问题的能力，形成了对产品开发过程的正确认识。

（4）知道团队协作合作精神的重要性。项目是由多人合作完成的，只有协作才能顺利完成系统联调，克服短板，否则不能保证系统的整体进度。

4 结语

为了在研究生期间培养工程硕士的实践能力，采用项目驱动的教学方法，引入实际的工程项目，让研究生参与项目的全部过程，包括用户需求分析、方案设计、详细设计、模块调试、系统调试、交付用户的完整过程，4 名研究生的学习能力、实践能力都得到了很大的提升，对实际项目的研制过程有了真实客观的认识，更加接近实际的项目开发，有利于他们毕业后更快适应企业工作。