测控技术与仪器专业本科生工程意识培养与创新教育的探索

测控技术与仪器专业本科生工程意识培养与创新教育的探索^[1]

宋爱国，况迎辉，崔建伟，王寿荣

(东南大学，南京210096)

随着科学技术的发展尤其是电子信息技术的飞速发展，测控技术与仪器专业的内涵发生了很大变化。1997年，教育部进行高等院校本科专业调整，将原来的十多个仪器仪表类本科专业调整为一个集光、机、电、算为一体的宽口径电类专业，即测控技术与仪器专业。经过这一重大调整，新的测控技术与仪器本科专业不仅理论知识覆盖面广，而且与工程实践密切相关，它要求本专业培养的学生不仅理论功底扎实，而且工程实践能力强。

面对新的形势，许多高校都在积极探索培养测控技术与仪器专业创新型本科人才的新模式，开展创新型人才培养的教育改革。本文主要介绍了东南大学在测控技术与仪器本科专业开展工程意识培养与创新教育的一些探索性工作。

1　将科研训练和自主研学作为必修学分纳入人才培养方案

将科研训练和自主研学引入教学过程，不仅有利于培养大学生的工程意识，还有利于培养大学生的创新精神和创造能力。

为了将理论教学、实践教学、自主研学、科研训练相结合贯穿于测控技术与仪器专业本科人才培养全过程，培养大学生的工程意识和创新能力。通过多次论证，我们从2004年起，对我校测控技术与仪器专业的本科人才培养方案进行了修订，将科研训练与自主研学设置成必修的学分，纳入测控技术与仪器专业本科人才培养的不可缺少的一环，并制定了《大学生课外研学管理条例》，规范了学生开展课外研学的途径、过程管理、学分评定标准、项目经费管理等;成立了教学副院长直接负责的学院课外研学管理小组;将学生创新能力考核纳入免试推荐研究生考核办法，有效促进了工程意识与创新能力的培养，形成了从研究性理论教学到创新性实验教学，再到开放性课外研学、高水平学科竞赛和科研性毕业设计的上升式工程意识和创新能力培养体系。

2　建设一支创新教育教学团队，指导学生开展科研训练

大学生开展科研训练和自主研学，离不开教师的指导。只有建立一支创新教育教学团队才能保障本科生在工程意识和创新能力上得到有效培养。而这支教学队伍应该有别于一般的课程教学团队和普通的教师队伍，只有建立以学术带头人为核心、以学术骨干为主的创新教学团队，才能有效地指导学生开展科研训练和工程训练，因为学术带头人和学术骨干一般都具有丰富的科研和工程设计经验，承担并完成过较多的科研和工程任务。因此我们制定了《教授指导学生开展课外研学活动制度》等多项措施，通过政策引导和激励，促进以学术带头人为核心的高水平科研团队指导学生的创新实践活动和科研训练，采用导师制和课题组集体指导相结合的方法指导本科生开展科研训练和课外研学活动。我们充分发挥课题组集体指导的作用，并利用课题组中博士生和硕士生资源，组织部分优秀的研究生帮助老师指导本科生开展课外创新活动，不仅体现科研上的“传、帮、带”，也有力促进了本科生与研究生的之间的交流，扩大了本科生的科学视野。本科生导师制的实行有利于本科生的个性化培养，团队集体指导有利于学生的科研训练和自主研学得到充分开展。目前我院的教授平均每人指导不同年级的本科生8人左右，以所承担的科研项目为背景指导本科生进行科技创新活动，其中指导本科生申报并完成东南大学大学生科研计划(SRTP)项目90多项。

3　将研究性教学模式引入本科生课堂

课堂教学通过开设研讨课、引入项目为主线的案例教学等方式，形成了互动型教学模式，有效引导学生进行研究性学习。

我们以本学科学术带头人为主，结合自身的科研开设了覆盖本学科全部研究方向的一批本科生研讨课，如:“信息导航系统”、“无线传感网络及其应用”、“汽车试验技术”、“GPS应用”、“机器人创新设计”、“现代仪器创新设计”、“虚拟仪器与系统集成”、“数据采集系统设计”等。采用10～20人小班上课，学生在教师引导下接触学科领域的新知识、新技术，课上充分研讨交流，课后针对相关问题，自主研究、设计方案并撰写论文，研究、交流时间占课程总学时的一半以上，使学生的研究性学习能力得到显著提升。

4　建设有利于学生工程训练和创新能力培养的实践教学环节

按照有利于促进学生的工程意识和创新能力培养的原则，实验教学通过设立设计性、综合性和创新性实验，并建设开放性的创新实验室，使学生学习和研究过程中产生的想法可以在实践中验证。近5年来，我们先后开发教学实验项目100多项，其中50多项教学实验项目为设计性、综合性实验项目，例如“基于光电图像检测的模拟生产线在线分拣”、“基于虚拟仪器的智能采集系统设计”、“利用三维力传感器提高机械手的力控制性能研究”等都为新设的综合性、创新性实验项目。

此外我们还开设了一批开放性的实验项目，学生利用课外时间自主选题、自主开展实验研究。配合开放实验项目的设立，我们建设了3个开放性创新实验室对学生开放，实验过程中教师通过交流讨论的方式给予指导。

在毕业设计这一综合实践环节中，强化毕业设计的研究性、工程性和创新性，教师结合所承担的科研项目和工程任务指导本科生毕业设计。近三年来，来自指导教师科研项目和工程任务的科研型毕业设计达到90%以上。科研型毕业设计再次提升了学生的工程设计和创新能力。

5　创建多层次、开放性、立体化实践平台，提升学生的创新实践能力

我们创建了由1个全校共享的实验平台、3个用于课外自主研学的开放性创新实验室、4个提供高层次科研训练的省部级重点实验室及5个校企联合实践实习基地构成的多层次、开放性、立体化实践平台，为学生提供理论与实践紧密联系、课内与课外有机结合、创新意识与工程能力综合培养的环境和氛围。

利用“测控技术”实验平台的部分场地和设备创建的3个开放性大学生创新实验室是学生课外自主开展研究性学习的重要平台。不仅接纳学生完成开放性实验项目，而且用于学生申报完成校级、院级SRTP项目及其他各种形式的自主研学;同时还组织承办“东南大学视觉制导机器人竞赛”，在传感、控制、机械、计算机软件开发等方面提供器材和训练环境。至今已成功举办四届竞赛，参加人数达1 000多人。

本学科的3个重点实验室“远程测控技术”江苏省重点实验室、“复杂工程系统测量与控制”教育部重点实验室、“微惯性仪表与先进导航技术”教育部重点实验室和1个“中欧伽利略卫星导航教育与应用研究中心”全部向本科生开放，通过多种方式吸收本科生参加教师的科研项目，开展高层次科研训练。

6　利用科研资源，培养学生的工程能力和创新精神

6．1　依托科研项目，组织学生开展主题研学

相对于学生自主自发性的课外研学而言，主题研学以科研项目为背景，研究内容和训练层次显著提高，对学生的工程设计能力和创新能力培养起到重要的促进作用。例如“远程测控技术”实验室和“复杂工程系统测量与控制”实验室围绕康复机器人、侦测机器人、智能机器人等研究方向组织并指导学生开展“机器人技术”主题研学和科研训练，指导本科生申报立项并完成国家级大学生创新实践项目5项、省级项目2项。其中，机器人传感与控制技术课题组近3年来承担着20多项国家级和省部级重要科研项目，他们根据承担的科研项目和研究任务，提出了分层次指导和个性化指导的方法，即按照大学生年级以及兴趣爱好的不同，提出了一批适合于本科生创新能力培养的科研小课题，选题范围涉及调研报告、技术分析、软件设计、电路硬件设计和系统集成等多方面的内容，充分体现个性化教育与培养，对于低年级本科生重在培养学生的科学精神和创新意识，对于高年级本科生重在培养工程实践能力和创新能力。例如:对于低年级学生，他们给出了如下一些调研课题:“现代仪器仪表的发展现状”、“康复机器人的市场需求分析”、“光纤传感器的研究进展”、“虚拟现实技术在空间探索中的应用”等等。这些课题的开展，不仅使低年级学生了解到很多专业知识，培养了专业兴趣和科学精神，也帮助老师完成了许多课题调研任务。

通过参加教师的科研项目开展主题研学，学生的工程实践能力、创新精神、团队协作精神等综合素质得到了明显提高。

6．2　依托重点实验室的科研优势，指导学生参加高水平的学科竞赛

在组织学生开展项目主题研学的同时，我们依托我院重点实验室在机器人技术研究领域的科研优势和优良条件，指导学生参加涉及测控技术与仪器专业主干知识的国内外重要学科竞赛，如国际机器人Robcup比赛、全国大学生“挑战杯”科技作品竞赛、全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生电子设计竞赛、电脑鼠比赛等各种大学生课外科技创新竞赛。这些竞赛不仅需要学生很好掌握精密机械设计、测控电路设计、软件设计、控制技术、传感技术以及计算机技术等知识，而且需要学生创造性地综合应用上述所学到的知识，进行实物设计、样机联调和故障排除。每一个课外竞赛活动的创新作品都是一个完整的工程性项目，需要多位学生在教师的指导下，创造性地完成整个系统的设计工作。

7　实践效果

我们通过政策制订、师资建设、资源保障建设等多项措施，使本专业参与各种形式科研训练和自主研学的本科生达到100%，自2004年建立SRTP项目平台起，2004—2008年在教师指导下申报立项并完成的校级SRTP项目90多项、国家级大学生创新实践项目5项、江苏省大学生创新实践项目2项，参加学生共350多人。

学生的理论基础得到夯实，创新意识和工程实践能力得到提升，并产生了一大批创新实践成果。近3年来，本科生申报国家发明专利5项(1项已授权)、实用新型专利2项，在国际会议和国内学术刊物上发表论文10篇。在国际大学生机器人Robocup足球赛、全国大学生“挑战杯”课外学术科技作品竞赛、全国大学生电子设计竞赛、全国大学生机械创新竞赛等国内外各类重要学科竞赛中获奖56项170多人次，其中国际奖6项、全国奖22项、省级奖28项，获奖人数占本专业近几年毕业本科生总人数的30%。

2006—2008年本专业本科毕业生就业率保持在98%以上，并受到用人单位一致好评。一大批本科生进入到国家大中型企业和科研院所工作，如中船总船舶研究院、上海航天卫星研究所、控制工程研究所、南京28所、南京14所、上海宝钢集团等。

建成了一支以学术带头人为核心的将科研与教学有机结合的高水平教学团队，一批教师获得各种学科竞赛优秀指导教师称号，如:宋爱国、崔建伟、金世俊等先后获全国大学生“挑战杯”课外科技与学术作品竞赛优秀指导教师称号;陈建元教授两次获教育部电子设计竞赛优秀指导教师称号;宋爱国、吴涓等先后获江苏省大学生机械创新设计大赛优秀指导教师称号;宋爱国获江苏省大学生物理及实验科技作品创新竞赛优秀指导教师称号，等等。

8　结束语

测控技术与仪器本科专业是一个知识面广、工程性强的宽口径专业，不仅要求学生掌握深入扎实的理论知识，而且也要具备较强的工程意识和创新精神。本文介绍了我们在测控技术与仪器专业本科生工程训练和创新意识培养方面进行的一些探索性工作及成效，希望对读者有所启迪。

参考文献

［1］教育部．工科本科引导性专业目录［M］，北京:高等教育出版社，1997．

［2］宋爱国，崔建伟，吴涓．提高测控技术与仪器专业学生创新能力的探索［J］．电气电子教学学报，2008，30(5):1-3．

［3］宋爱国，况迎辉．测控技术与仪器本科专业人才培养体系探索［J］．高等工程教育研究，2005(1):48-51．

［4］蔡琼．创新型人才培养与大学生科研活动［J］．黑龙江高教研究，2001(2):115-117．

［5］时铭显．高等工程教育必须回归工程和实践［J］．中国高等教育，2002(22):14-16．