新工科下的專業(yè)課程設(shè)計探索實踐
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摘要：專業(yè)綜合課程設(shè)計是本科生進入工作崗位前的最后一個課程設(shè)計環(huán)節(jié)，也是除畢業(yè)設(shè)計外的最后一個實踐環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識進行系統(tǒng)分析、設(shè)計、開發(fā)的基本能力。如何使學(xué)生提前了解企業(yè)需求，更好地與工作崗位對接，華北水利水電大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)和企業(yè)合作，探索出一條校企合作完成綜合課程設(shè)計的思路，取得了較好的效果，受到學(xué)生的普遍歡迎。
關(guān)鍵詞：測控技術(shù)與儀器；綜合課程設(shè)計；產(chǎn)學(xué)合作；協(xié)同育人
教育部明確指出，“新工科”建設(shè)是主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略行動，各有關(guān)單位要把“新工科”建設(shè)作為引領(lǐng)高等教育改革的有力抓手。教育部高等教育司在產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目申報指南中指出，為貫徹落實《國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》文件精神，深入推進產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人，匯聚企業(yè)資源，支持高校開展新工科研究與實踐，推進高校教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革、師資培訓(xùn)、實踐條件建設(shè)、校外實踐基地建設(shè)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練。
一、實施背景
華北水利水電大學(xué)機械學(xué)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(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目立項。獲得立項之后，學(xué)校探索實施了校企合作完成測控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合課程設(shè)計，提高了課程設(shè)計效果，為學(xué)生進入工作崗位打下堅實基礎(chǔ)。
二、實施要求
測控技術(shù)與儀器專業(yè)是機械、電子、光學(xué)、自動控制、計算機與信息技術(shù)等多學(xué)科互相滲透而形成的一門高新技術(shù)密集型專業(yè)，是我國儀器儀表行業(yè)唯一的本科專業(yè)。測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標為：掌握測量、控制和儀器領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、專門知識和專業(yè)技能，掌握信息獲取、傳輸、處理和應(yīng)用的技術(shù)方法，具有測量控制領(lǐng)域技術(shù)集成和儀器綜合設(shè)計應(yīng)用能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。專業(yè)綜合課程設(shè)計是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中一次綜合實踐訓(xùn)練，旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識進行系統(tǒng)分析、設(shè)計、開發(fā)的基本能力。通過綜合課程設(shè)計的教學(xué)實踐，學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識得到鞏固，運用所學(xué)理論知識解決實際問題的能力得到鍛煉。測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生通過綜合課程設(shè)計的教學(xué)實踐，需要掌握測控系統(tǒng)的設(shè)計步驟、硬件與軟件的開發(fā)流程，設(shè)計題目的資料收集、整理和分析的方法，方案的設(shè)計和比較等。教師通過綜合課程設(shè)計提高學(xué)生的分析、綜合運用知識的能力，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計和工作做好必要的準備。測控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合課程設(shè)計一般安排在第7學(xué)期期末的兩周，設(shè)計的難度不能太高，工作量要適中。
為了更好地提高專業(yè)綜合課程設(shè)計質(zhì)量，使學(xué)生在畢業(yè)前更好地了解企業(yè)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(lián)合完成測控技術(shù)與儀器專業(yè)的綜合課程設(shè)計。學(xué)校和企業(yè)共同探索并實踐了新的課程設(shè)計教學(xué)模式，以企業(yè)的工程項目為依托，與企業(yè)共同擬定設(shè)計題目、任務(wù)書和計劃書。讓企業(yè)提供課程設(shè)計所需要的硬件開發(fā)平臺，學(xué)校指導(dǎo)教師和企業(yè)工程師共同指導(dǎo)學(xué)生完成項目設(shè)計，取得了很好的教學(xué)效果。專業(yè)綜合課程設(shè)計一般都有具體的實施過程。首先，指導(dǎo)教師要至少提前兩周確定課程設(shè)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(yè)的所有學(xué)生分成若干個設(shè)計小組，每個設(shè)計小組的幾個學(xué)生共同做一個題目。確定了題目之后，開始撰寫課程設(shè)計任務(wù)書和計劃書。任務(wù)書主要明確課程設(shè)計題目，每個題目的主要設(shè)計內(nèi)容、預(yù)期成果及形式，成績評定要素及權(quán)重等。每個題目的主要設(shè)計內(nèi)容包括設(shè)計要實現(xiàn)的基本功能、可以采取的主要技術(shù)路線和方法、設(shè)計重點要解決的問題、主要技術(shù)指標和主要參數(shù)。每一個題目都要有明確的任務(wù)書。設(shè)計計劃書比任務(wù)書更詳細，主要規(guī)劃在兩周的課程設(shè)計時間內(nèi)，每個階段的主要任務(wù)。通常按日撰寫計劃內(nèi)容，要細化每天的設(shè)計內(nèi)容和相關(guān)設(shè)計的具體要求。計劃書通常是以表格的形式呈現(xiàn)，比較直觀。最后，根據(jù)任務(wù)書和計劃書的安排，每天到設(shè)計教室集中指導(dǎo)學(xué)生做設(shè)計。在整個設(shè)計過程中，首先要向?qū)W生下達任務(wù)書和計劃書。學(xué)生明確設(shè)計要求后，學(xué)校指導(dǎo)教師和企業(yè)指導(dǎo)工程師針對每個小組在設(shè)計過程各個環(huán)節(jié)遇到的問題，進行有針對性的指導(dǎo)。雖然在測控技術(shù)與儀器專業(yè)的培養(yǎng)方案里，指導(dǎo)性教學(xué)計劃規(guī)定的專業(yè)綜合課程設(shè)計的時間是兩周，但從構(gòu)思擬定設(shè)計題目、撰寫任務(wù)書和計劃書，到指導(dǎo)學(xué)生進行設(shè)計，再到收取課程設(shè)計說明書進行評閱，然后結(jié)合平時成績和課程設(shè)計說明書成績計算綜合成績，最后還要對學(xué)生的成績單進行分析并撰寫課程設(shè)計工作報告。工作報告包括統(tǒng)計成績區(qū)間分布情況，成績分析，班風(fēng)學(xué)風(fēng)總結(jié)，對教學(xué)和學(xué)生等管理方面的意見和建議等。整個課程設(shè)計的準備、實施、收尾工作要持續(xù)一個多月的時間。從2014年開始，機械學(xué)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(dǎo)測控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合課程設(shè)計。在進行課程設(shè)計時，由企業(yè)提供相關(guān)硬件開發(fā)平臺和新版本的軟件開發(fā)平臺。以企業(yè)的開發(fā)項目為依托，學(xué)校指導(dǎo)教師和企業(yè)工程師共同擬定的課程設(shè)計題目有《基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計》《基于STM32的智能手環(huán)設(shè)計》《基于嵌入式系統(tǒng)的人臉識別系統(tǒng)設(shè)計》等?！痘谇度胧较到y(tǒng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計》主要是利用嵌入式STM32F103ZET6開發(fā)平臺，通過NTC傳感器、溫濕度傳感器對當前環(huán)境質(zhì)量進行檢測，通過SPI通信協(xié)議將檢測到的數(shù)據(jù)送到處理器進行處理，并在觸摸屏TFTLCD上顯示當前環(huán)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(shè)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(huán)設(shè)計》首先用GPIO口實現(xiàn)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(xué)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(shù)據(jù)在OLED屏上顯示。通過按鍵切換智能手環(huán)顯示界面，可以顯示的內(nèi)容包括日期、時間、個人信息、溫濕度、心率、血壓?！痘谇度胧较到y(tǒng)的人臉識別系統(tǒng)設(shè)計》首先指導(dǎo)學(xué)生熟悉Linux環(huán)境搭建并熟悉A9硬件平臺，實現(xiàn)指令操作文件和Linux常用開發(fā)工具的使用，了解uboot的作用和內(nèi)核的制作，搭建初期的環(huán)境。掌握了基礎(chǔ)知識之后，指導(dǎo)學(xué)生連接硬件平臺和Linux系統(tǒng)，實現(xiàn)交叉編譯文件并在硬件平臺執(zhí)行。搭建Qt5.7.0環(huán)境并創(chuàng)建Qt過程，實現(xiàn)OpenCV打開本地圖片并顯示在液晶顯示屏。最后，通過OpenCV調(diào)用USB攝像頭實現(xiàn)人臉識別，在人臉區(qū)域用圖形標記。在人臉識別的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)人眼識別并標記。指導(dǎo)課程設(shè)計時，首先是企業(yè)工程師帶領(lǐng)學(xué)生熟悉并掌握新版本的軟件開發(fā)平臺和硬件開發(fā)板的基本應(yīng)用，然后是學(xué)校指導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧復(fù)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)知識，最后是企業(yè)工程師講述該項目用到的新知識。學(xué)生學(xué)習(xí)的同時，在軟硬件開發(fā)平臺上進行練習(xí)，練習(xí)過程中出現(xiàn)的各種問題由企業(yè)工程師進行指導(dǎo)。有些學(xué)生掌握新知識比較慢，每天回去還要查閱相關(guān)文獻資料，進一步學(xué)習(xí)理論知識。學(xué)生掌握了相關(guān)知識之后，開始設(shè)計任務(wù)書、計劃書分配，遇到問題再和學(xué)校指導(dǎo)教師討論解決。校企合作采用新的指導(dǎo)模式，邊講邊學(xué)邊練習(xí)，每天的時間安排得非常緊湊，不但讓學(xué)生在短時間內(nèi)學(xué)習(xí)了大量的前沿知識，經(jīng)歷了一個完整的項目設(shè)計過程，而且提高了學(xué)生查閱文獻資料、自主學(xué)習(xí)的能力。測控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合課程設(shè)計，是畢業(yè)設(shè)計之前最后一個也是最重要的一個實踐環(huán)節(jié)，需要綜合運用學(xué)過的基礎(chǔ)課和專業(yè)課，進行綜合設(shè)計，以達到鞏固消化相關(guān)課程內(nèi)容的目的。課程設(shè)計進一步提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、儀器設(shè)計和開發(fā)能力，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的過程，是知識轉(zhuǎn)化為能力、能力轉(zhuǎn)化為工程素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。與企業(yè)合作，共同完成測控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合課程設(shè)計，學(xué)生以項目為依托，一邊學(xué)習(xí)一邊練習(xí)，然后緊接做設(shè)計，效率非常高，綜合應(yīng)用了本專業(yè)課程體系里所學(xué)過的專業(yè)知識。通過企業(yè)提供的開發(fā)設(shè)施和內(nèi)容講解，學(xué)生熟悉了整個設(shè)計項目開發(fā)的全過程，更進一步了解了企業(yè)文化和企業(yè)生態(tài)，提升了綜合能力，為以后進入工作崗位打下了良好的基礎(chǔ)。校企合作取得了雙贏的效果。對于企業(yè)而言，能夠吸引優(yōu)秀的學(xué)生加入企業(yè)；對于學(xué)校而言，能夠更加清楚企業(yè)需求，為企業(yè)培養(yǎng)更多的有用人才。產(chǎn)學(xué)合作，協(xié)同育人，有助于打造多主體協(xié)同育人的長效機制，構(gòu)建了產(chǎn)教融合、校企合作的良好生態(tài)。
參考文獻：
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作者：牛星 申杰 張濤 單位：華北水利水電大學(xué)
