新工科下的專業課程設計探索實踐
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摘要：專業綜合課程設計是本科生進入工作崗位前的最后一個課程設計環節，也是除畢業設計外的最后一個實踐環節。該環節旨在培養學生綜合運用所學知識進行系統分析、設計、開發的基本能力。如何使學生提前了解企業需求，更好地與工作崗位對接，華北水利水電大學測控技術與儀器專業和企業合作，探索出一條校企合作完成綜合課程設計的思路，取得了較好的效果，受到學生的普遍歡迎。
關鍵詞：測控技術與儀器；綜合課程設計；產學合作；協同育人
教育部明確指出，“新工科”建設是主動應對新一輪科技革命與產業變革的戰略行動，各有關單位要把“新工科”建設作為引領高等教育改革的有力抓手。教育部高等教育司在產學合作協同育人項目申報指南中指出，為貫徹落實《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》文件精神，深入推進產學合作協同育人，匯聚企業資源，支持高校開展新工科研究與實踐，推進高校教學內容和課程體系改革、師資培訓、實踐條件建設、校外實踐基地建設、創新創業教育改革和大學生創新創業訓練。
一、實施背景
華北水利水電大學機械學院機電與測控儀器系與深圳信盈達科技有限公司鄭州分公司進行合作，獲得了教育部高等教育司產學合作協同育人項目立項。獲得立項之后，學校探索實施了校企合作完成測控技術與儀器專業綜合課程設計，提高了課程設計效果，為學生進入工作崗位打下堅實基礎。
二、實施要求
測控技術與儀器專業是機械、電子、光學、自動控制、計算機與信息技術等多學科互相滲透而形成的一門高新技術密集型專業，是我國儀器儀表行業唯一的本科專業。測控技術與儀器專業學生培養目標為：掌握測量、控制和儀器領域的基礎理論、專門知識和專業技能，掌握信息獲取、傳輸、處理和應用的技術方法，具有測量控制領域技術集成和儀器綜合設計應用能力的高素質應用型人才。專業綜合課程設計是實踐教學環節中一次綜合實踐訓練，旨在培養學生綜合運用所學知識進行系統分析、設計、開發的基本能力。通過綜合課程設計的教學實踐，學生所學的基礎理論和專業知識得到鞏固，運用所學理論知識解決實際問題的能力得到鍛煉。測控技術與儀器專業學生通過綜合課程設計的教學實踐，需要掌握測控系統的設計步驟、硬件與軟件的開發流程，設計題目的資料收集、整理和分析的方法，方案的設計和比較等。教師通過綜合課程設計提高學生的分析、綜合運用知識的能力，為后續的畢業設計和工作做好必要的準備。測控技術與儀器專業綜合課程設計一般安排在第7學期期末的兩周，設計的難度不能太高，工作量要適中。
為了更好地提高專業綜合課程設計質量，使學生在畢業前更好地了解企業需求，機電與測控儀器系和深圳信盈達科技有限公司鄭州分公司聯合完成測控技術與儀器專業的綜合課程設計。學校和企業共同探索并實踐了新的課程設計教學模式，以企業的工程項目為依托，與企業共同擬定設計題目、任務書和計劃書。讓企業提供課程設計所需要的硬件開發平臺，學校指導教師和企業工程師共同指導學生完成項目設計，取得了很好的教學效果。專業綜合課程設計一般都有具體的實施過程。首先，指導教師要至少提前兩周確定課程設計題目，既要考慮題目的綜合性，又要考慮題目的難度和工作量的適中。而且一般要擬定多個題目，整個專業的所有學生分成若干個設計小組，每個設計小組的幾個學生共同做一個題目。確定了題目之后，開始撰寫課程設計任務書和計劃書。任務書主要明確課程設計題目，每個題目的主要設計內容、預期成果及形式，成績評定要素及權重等。每個題目的主要設計內容包括設計要實現的基本功能、可以采取的主要技術路線和方法、設計重點要解決的問題、主要技術指標和主要參數。每一個題目都要有明確的任務書。設計計劃書比任務書更詳細，主要規劃在兩周的課程設計時間內，每個階段的主要任務。通常按日撰寫計劃內容，要細化每天的設計內容和相關設計的具體要求。計劃書通常是以表格的形式呈現，比較直觀。最后，根據任務書和計劃書的安排，每天到設計教室集中指導學生做設計。在整個設計過程中，首先要向學生下達任務書和計劃書。學生明確設計要求后，學校指導教師和企業指導工程師針對每個小組在設計過程各個環節遇到的問題，進行有針對性的指導。雖然在測控技術與儀器專業的培養方案里，指導性教學計劃規定的專業綜合課程設計的時間是兩周，但從構思擬定設計題目、撰寫任務書和計劃書，到指導學生進行設計，再到收取課程設計說明書進行評閱，然后結合平時成績和課程設計說明書成績計算綜合成績，最后還要對學生的成績單進行分析并撰寫課程設計工作報告。工作報告包括統計成績區間分布情況，成績分析，班風學風總結，對教學和學生等管理方面的意見和建議等。整個課程設計的準備、實施、收尾工作要持續一個多月的時間。從2014年開始，機械學院機電與測控儀器系和深圳信盈達科技有限公司鄭州分公司進行合作，與該公司的項目工程師共同指導測控技術與儀器專業綜合課程設計。在進行課程設計時，由企業提供相關硬件開發平臺和新版本的軟件開發平臺。以企業的開發項目為依托，學校指導教師和企業工程師共同擬定的課程設計題目有《基于嵌入式系統的智能家居系統設計》《基于STM32的智能手環設計》《基于嵌入式系統的人臉識別系統設計》等。《基于嵌入式系統的智能家居系統設計》主要是利用嵌入式STM32F103ZET6開發平臺，通過NTC傳感器、溫濕度傳感器對當前環境質量進行檢測，通過SPI通信協議將檢測到的數據送到處理器進行處理，并在觸摸屏TFTLCD上顯示當前環境的溫濕度。TFTLCD使用之前需要先進行校準，通過觸摸屏可以設置報警號碼和溫濕度報警閾值，通過觸摸屏按鍵控制報警LED燈和蜂鳴器。
《基于STM32的智能手環設計》首先用GPIO口實現按鍵控制LED燈，通過I2C總線進行通信，將獲取溫濕度在OLED屏上顯示。學生掌握了基本操作之后，進一步采用HP-6心率血壓傳感器，將測量到的心率和血壓數據在OLED屏上顯示。通過按鍵切換智能手環顯示界面，可以顯示的內容包括日期、時間、個人信息、溫濕度、心率、血壓。《基于嵌入式系統的人臉識別系統設計》首先指導學生熟悉Linux環境搭建并熟悉A9硬件平臺，實現指令操作文件和Linux常用開發工具的使用，了解uboot的作用和內核的制作，搭建初期的環境。掌握了基礎知識之后，指導學生連接硬件平臺和Linux系統，實現交叉編譯文件并在硬件平臺執行。搭建Qt5.7.0環境并創建Qt過程，實現OpenCV打開本地圖片并顯示在液晶顯示屏。最后，通過OpenCV調用USB攝像頭實現人臉識別，在人臉區域用圖形標記。在人臉識別的基礎之上實現人眼識別并標記。指導課程設計時，首先是企業工程師帶領學生熟悉并掌握新版本的軟件開發平臺和硬件開發板的基本應用，然后是學校指導教師帶領學生回顧復習相關基礎知識，最后是企業工程師講述該項目用到的新知識。學生學習的同時，在軟硬件開發平臺上進行練習，練習過程中出現的各種問題由企業工程師進行指導。有些學生掌握新知識比較慢，每天回去還要查閱相關文獻資料，進一步學習理論知識。學生掌握了相關知識之后，開始設計任務書、計劃書分配，遇到問題再和學校指導教師討論解決。校企合作采用新的指導模式，邊講邊學邊練習，每天的時間安排得非常緊湊，不但讓學生在短時間內學習了大量的前沿知識，經歷了一個完整的項目設計過程，而且提高了學生查閱文獻資料、自主學習的能力。測控技術與儀器專業綜合課程設計，是畢業設計之前最后一個也是最重要的一個實踐環節，需要綜合運用學過的基礎課和專業課，進行綜合設計，以達到鞏固消化相關課程內容的目的。課程設計進一步提高學生的綜合應用能力、儀器設計和開發能力，是培養學生綜合運用所學知識的過程，是知識轉化為能力、能力轉化為工程素質的重要環節。與企業合作，共同完成測控技術與儀器專業綜合課程設計，學生以項目為依托，一邊學習一邊練習，然后緊接做設計，效率非常高，綜合應用了本專業課程體系里所學過的專業知識。通過企業提供的開發設施和內容講解，學生熟悉了整個設計項目開發的全過程，更進一步了解了企業文化和企業生態，提升了綜合能力，為以后進入工作崗位打下了良好的基礎。校企合作取得了雙贏的效果。對于企業而言，能夠吸引優秀的學生加入企業；對于學校而言，能夠更加清楚企業需求，為企業培養更多的有用人才。產學合作，協同育人，有助于打造多主體協同育人的長效機制，構建了產教融合、校企合作的良好生態。
參考文獻：
[1]王代華.測控技術及儀器專業綜合課程設計實踐[J].高等工程教育研究，2007，（3）.
[2]牛金星，李恒燦，王麗君，等.測控技術與儀器專業的人才培養模式探索[J].教育教學論壇，2015，（10）
作者：牛星 申杰 張濤 單位：華北水利水電大學
