熊飛麗,王光明,孟祥貴,李 季
測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)是儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科一級(jí)學(xué)科所屬的唯一本科專業(yè),目前國內(nèi)有260余所高校設(shè)置有該專業(yè)。作為信息學(xué)科的源頭,測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)知識(shí)已從過去單純的精密儀器、光學(xué)儀器、電子儀器等逐步發(fā)展成為集傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、現(xiàn)代光學(xué)、精密機(jī)械等多種新技術(shù)于一身的寬口徑、知識(shí)密集型綜合學(xué)科專業(yè)。相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品在當(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)和國防領(lǐng)域的信息化帶動(dòng)機(jī)械化進(jìn)程中起著基礎(chǔ)性作用,應(yīng)用范圍十分廣泛,專業(yè)人才需求旺盛。
從專業(yè)技術(shù)要求方面而言,測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)主要培養(yǎng)具有研究、設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用、維護(hù)和管理現(xiàn)代儀器儀表和測(cè)控技術(shù)裝備的能力,掌握信息獲取和處理技術(shù)的人才。因此,培養(yǎng)學(xué)生獲取、分析、加工和利用信息的能力是當(dāng)今信息社會(huì)對(duì)本專業(yè)新型人才培養(yǎng)所提出的基本要求。
隨著建設(shè)創(chuàng)新型國家對(duì)高素質(zhì)工程技術(shù)人才的迫切需求,各高校測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)都在努力探索提升本科生工程教育質(zhì)量的新途徑,特別是積極采用國際化的工程教育改革理念進(jìn)行專業(yè)教學(xué)改革。盡管各高校測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的應(yīng)用背景各有特色,總的來看各高校在本科四年的學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)、專業(yè)課程體系、課堂教學(xué)和基本實(shí)踐環(huán)節(jié)等設(shè)置方面的差別并不是很大。但是在各高校踴躍參與國際工程教育專業(yè)認(rèn)證的大背景下,如何進(jìn)一步提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力,建立本科四年全覆蓋的工程實(shí)踐能力和工程素質(zhì)培養(yǎng)體系,強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐內(nèi)容的設(shè)計(jì),仍然是未得到較好解決的難題之一。
本文以現(xiàn)代工程教育理念為指導(dǎo),結(jié)合測(cè)控技術(shù)及儀器學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)體系,以培養(yǎng)實(shí)踐與創(chuàng)新能力為目標(biāo),對(duì)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐知識(shí)與能力構(gòu)成進(jìn)行了分析,提出了貫穿大學(xué)四年的實(shí)踐教學(xué)體系的設(shè)計(jì)思路,并對(duì)具體實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)實(shí)施方法進(jìn)行了說明。
儀器的功能在于用物理、化學(xué)或生物的方法,獲取被檢測(cè)對(duì)象物理、化學(xué)特性變化的信息,并通過信息的轉(zhuǎn)換處理,使其成為易于人們觀察和識(shí)別、判斷、管理 (信息顯示、轉(zhuǎn)換和運(yùn)用)的量化信息形式,或進(jìn)一步生成能對(duì)被測(cè)對(duì)象特性進(jìn)行調(diào)整、利用的控制信息?!靶畔⒌臏y(cè)量和獲取”是儀器本科專業(yè)理論與技術(shù)體系的基本特征。這種基本特征既決定了本專業(yè)理論和技術(shù)在前沿科學(xué)研究、國民經(jīng)濟(jì)各產(chǎn)業(yè)裝備制造、人民生活消費(fèi)品生產(chǎn)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,是支撐人類有序、高效生產(chǎn)活動(dòng)和現(xiàn)代社會(huì)生活的基礎(chǔ),也決定了社會(huì)對(duì)本專業(yè)人才會(huì)有巨大的需求。
隨著經(jīng)濟(jì)全球化競(jìng)爭以及產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新需求的增加,社會(huì)迫切需要大批工程創(chuàng)新型人才。如何提升學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力,培養(yǎng)能夠面向業(yè)界、面向世界、面向未來的卓越工程師,是本專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革面臨的主要問題。
厘清本專業(yè)工程能力和素質(zhì)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)涵,是有針對(duì)性進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)手段建設(shè)的前提。根據(jù)卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo),本專業(yè)學(xué)生的工程實(shí)踐能力應(yīng)包括基本實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐、綜合工程實(shí)踐3個(gè)能力層次,通過3個(gè)層次能力的培養(yǎng),可以深化對(duì)所學(xué)社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)基礎(chǔ)、工程科學(xué)技術(shù)等理論知識(shí)的理解和掌握,綜合形成較全面的工程素質(zhì)。本文對(duì)這3個(gè)能力層次和綜合素質(zhì)具體構(gòu)成進(jìn)行如下初步分析。
1)能以所學(xué)的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、電學(xué)等自然科學(xué)基本知識(shí),以及電學(xué)、力學(xué)、材料、信息等工程技術(shù)知識(shí)為基礎(chǔ),具有制訂基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方案、開展實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析、對(duì)所學(xué)自然科學(xué)和工程技術(shù)基本原理和方法進(jìn)行驗(yàn)證的能力。在計(jì)算機(jī)編程、工程制圖、常用電子儀器使用、電子元件選擇等方面具有較全面的實(shí)踐技能。
2)能以傳感、控制、計(jì)算機(jī)接口、信號(hào)處理與系統(tǒng)、精密機(jī)械設(shè)計(jì)、工程光學(xué)等專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程知識(shí)為基礎(chǔ),具有設(shè)計(jì)傳感器單元、儀器部件、測(cè)試系統(tǒng)的能力。
3)通過精密測(cè)試?yán)碚摗x器和測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、現(xiàn)代虛擬儀器等專業(yè)課程的學(xué)習(xí),具有對(duì)測(cè)試與儀器工程問題進(jìn)行需求分析、建立數(shù)學(xué)模型、分析求解和評(píng)估論證的能力。并通過各類型實(shí)踐環(huán)節(jié),使學(xué)生掌握傳感、控制、計(jì)算機(jī)、測(cè)量及誤差信息處理等的專業(yè)綜合實(shí)踐技能,具備使用現(xiàn)代化工程分析、仿真和設(shè)計(jì)工具的能力。
4)通過本領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí),能夠在把握本專業(yè)知識(shí)體系和構(gòu)成特點(diǎn)、理解學(xué)科內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,主動(dòng)了解學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢(shì),具備對(duì)專業(yè)技術(shù)發(fā)展的敏感性。
1)了解工程問題的實(shí)際解決過程,包含需求分析、設(shè)計(jì)、制造、營銷、維護(hù)、回收等環(huán)節(jié)的構(gòu)成鏈條,初步具有提出、分析、解決綜合工程問題所需的科學(xué)和系統(tǒng)思維能力。
2)具有質(zhì)疑探究、批判性思考和創(chuàng)造性思維能力?;诂F(xiàn)有技術(shù)而不局限于已有技術(shù),掌握在復(fù)雜系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)并篩選出不確定性因素的分析方法,主動(dòng)汲取反饋信息,具有不斷改進(jìn)完善創(chuàng)新的工程設(shè)計(jì)意識(shí)。能創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)、評(píng)估和選擇實(shí)現(xiàn)工程任務(wù)目標(biāo)所需的技術(shù)和方法。具備進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)、技術(shù)改造與創(chuàng)新的初步能力。
3)具有有效的溝通與交流能力。能夠使用技術(shù)語言進(jìn)行工程文件的編纂,熟練掌握一門外語,能在跨文化的環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)概念、方案、思路和技術(shù)成果的傳播、溝通與表達(dá),具有良好的人際交往能力。
4)具有團(tuán)隊(duì)協(xié)助與組織管理能力?,F(xiàn)代工程問題的復(fù)雜性決定了其在實(shí)現(xiàn)過程中需要廣泛的協(xié)作,應(yīng)能充分認(rèn)識(shí)協(xié)作精神對(duì)個(gè)人發(fā)展成長的重要作用,具有能與不同文化、專業(yè)背景的人協(xié)同工作的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和基本能力。
1)具有社會(huì)責(zé)任意識(shí)。了解技術(shù)發(fā)展給人類帶來的積極和消極影響,能充分認(rèn)識(shí)技術(shù)進(jìn)步對(duì)社會(huì)、生態(tài)、資源環(huán)境改善的促進(jìn)作用,具有很強(qiáng)的社會(huì)責(zé)任感。具有追求真理、客觀求實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、精益求精的科學(xué)精神。
2)具有良好的職業(yè)操守。堅(jiān)守正確的價(jià)值取向和行為道德標(biāo)準(zhǔn),講究誠實(shí)守信和公平公正,遵守倫理道德規(guī)范。熟悉本專業(yè)適用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)和職業(yè)健康安全知識(shí),自覺執(zhí)行各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)行為法規(guī),具有良好的產(chǎn)品質(zhì)量、安全、服務(wù)意識(shí)。
3)具備較強(qiáng)的工程意識(shí)。牢固樹立工程實(shí)踐過程中的系統(tǒng)意識(shí)、質(zhì)量意識(shí)、成本意識(shí)、環(huán)保意識(shí)、人文意識(shí),能正確認(rèn)識(shí)本專業(yè)領(lǐng)域?qū)τ诳陀^世界和社會(huì)的影響,了解與本專業(yè)相關(guān)的法律、法規(guī),熟悉國家在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等方面的方針和政策。
4)具有開闊的國際視野。了解國內(nèi)外文化、歷史、經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行規(guī)則等的差異,能用國際化的眼光觀察本專業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品需求和技術(shù)發(fā)展特點(diǎn),具有良好的開放心態(tài),以及適應(yīng)多變快變環(huán)境的自信和能力。
5)具有終生學(xué)習(xí)的意識(shí)與能力。具有與世界工程發(fā)展保持同步的思想意識(shí),以及終身學(xué)習(xí)和追求卓越的執(zhí)著態(tài)度,鍥而不舍的堅(jiān)定意志。能根據(jù)社會(huì)急需和學(xué)科前沿,自覺進(jìn)行新知識(shí)的學(xué)習(xí),不斷保持和增強(qiáng)其發(fā)展后勁和職業(yè)競(jìng)爭力。
工程教育的核心是工程能力的培養(yǎng),這種工程能力不能狹義地理解為 “實(shí)踐動(dòng)手能力”,而應(yīng)包括基本實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐、綜合工程實(shí)踐等不同能力層次。應(yīng)以測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)為主線,將工程能力的培養(yǎng)融入大學(xué)四年專業(yè)教育的各環(huán)節(jié)、貫穿于專業(yè)學(xué)習(xí)的全過程。設(shè)計(jì)形成以專業(yè)教學(xué)系列課程為依托,理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)為一體、全方位培養(yǎng)工程能力的綜合實(shí)踐教學(xué)體系?;舅悸酚腥缦?個(gè)方面。
測(cè)控專業(yè)重點(diǎn)在 “測(cè)”而不在 “控”,研究專業(yè)課程的知識(shí)體系,總結(jié)、創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和方法,促進(jìn)理論教學(xué)內(nèi)容的理解和深化。通過課程實(shí)驗(yàn)、綜合課程實(shí)踐、課外創(chuàng)新、學(xué)科競(jìng)賽、企業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì),構(gòu)建由簡單到復(fù)雜,由單一到綜合,從低級(jí)到高級(jí),目的明確,循序漸進(jìn),逐層提高的,包含認(rèn)知實(shí)踐、基礎(chǔ)實(shí)踐、綜合實(shí)踐和創(chuàng)新實(shí)踐4個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)體系。實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)踐創(chuàng)新能力的融合式、梯次式培養(yǎng),使學(xué)生能將測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐知識(shí)融會(huì)貫通,牢固掌握測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的技術(shù)體系和知識(shí)、能力主線。實(shí)踐教學(xué)體系中的能力構(gòu)成與培養(yǎng)方式的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。
傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)主要圍繞基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)置,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是對(duì)所學(xué)課程理論知識(shí)的驗(yàn)證,受到學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)間有限、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不足、實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間等因素的制約,使學(xué)生的自主實(shí)踐的機(jī)會(huì)偏少,特別是在實(shí)驗(yàn)過程中缺少從測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)角度對(duì)學(xué)生的引導(dǎo),大學(xué)四年期間實(shí)踐內(nèi)容的連貫性、系統(tǒng)性不強(qiáng),造成學(xué)生對(duì)本專業(yè)知識(shí)、能力結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)目標(biāo)的認(rèn)識(shí)不具體,在基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)過程中不能主動(dòng)地將當(dāng)前課堂、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)目標(biāo)相關(guān)聯(lián),不利于啟迪學(xué)生的專業(yè)思維,調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐的積極性。
傳感、信號(hào)預(yù)處理、數(shù)據(jù)采集接口、計(jì)算機(jī)信息處理是本專業(yè)知識(shí)體系的核心環(huán)節(jié),也是信息獲取的基本途徑。學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能、特別是專業(yè)實(shí)踐能力的培養(yǎng)應(yīng)主要圍繞這些環(huán)節(jié)展開。在設(shè)置基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí),應(yīng)明確驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)在專業(yè)知識(shí)體系中所處的位置,以及相應(yīng)的實(shí)踐能力培養(yǎng)要求。
通過增加與課堂教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合的設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn),促進(jìn)學(xué)生自主開展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。例如,以典型工業(yè)測(cè)試系統(tǒng)為應(yīng)用背景,開設(shè)包含多種傳感器和信息獲取接口的綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生獨(dú)立分析系統(tǒng)測(cè)試原理,開展測(cè)試方案論證和詳細(xì)內(nèi)容設(shè)計(jì),了解工程測(cè)試系統(tǒng)的研究開發(fā)過程,理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)知識(shí)體系中的位置和作用,以深化學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)體系的把握。
CDIO(conceive構(gòu)思,design設(shè)計(jì),implement實(shí)現(xiàn),operate運(yùn)行)是一種新型工程教育模式。它以真實(shí)的產(chǎn)品或系統(tǒng)的CDIO全過程為背景載體進(jìn)行工程能力培養(yǎng),使學(xué)生能以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程,由于其符合現(xiàn)代工程技術(shù)人才培養(yǎng)的一般規(guī)律,日益受到教育界的重視。設(shè)計(jì)與社會(huì)需求聯(lián)系緊密、能反映工程CDIO過程的典型傳感器、測(cè)量儀器、測(cè)試系統(tǒng)實(shí)踐項(xiàng)目 (project),作為開展CDIO教學(xué)的載體,并有意識(shí)地在教學(xué)計(jì)劃中將其貫穿于不同基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的課堂和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中,引導(dǎo)學(xué)生熟悉現(xiàn)代工程問題的分析和解決過程。例如,設(shè)計(jì)涵蓋傳感器選擇、二次儀表、誤差處理、顯示環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)等測(cè)控技術(shù)核心內(nèi)容的綜合性實(shí)踐項(xiàng)目,通過目標(biāo)驅(qū)動(dòng)、問題導(dǎo)向、“做中學(xué)”等實(shí)踐模式,構(gòu)建主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐的環(huán)境氛圍。使學(xué)生在學(xué)習(xí)產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)開發(fā)技巧的同時(shí),能夠深化課程理論知識(shí)的理解和掌握,實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)的一體化培養(yǎng)。
表1 實(shí)踐教學(xué)體系中的能力構(gòu)成與培養(yǎng)方式對(duì)應(yīng)關(guān)系
以各類大學(xué)生設(shè)計(jì)與創(chuàng)新大賽為突破口,組織學(xué)生積極參加學(xué)科競(jìng)賽,在創(chuàng)新活動(dòng)中選派有豐富科研和工程經(jīng)驗(yàn)的教師加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的啟發(fā)和引導(dǎo),以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性,促進(jìn)培養(yǎng)方式由“要我做”向 “我要做” “我能做”方向轉(zhuǎn)化,培養(yǎng)學(xué)生從事創(chuàng)新活動(dòng)的自信心和創(chuàng)造能力。
加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新環(huán)境建設(shè),面向?qū)W生的創(chuàng)新活動(dòng)建立完善的實(shí)驗(yàn)室硬軟件環(huán)境,既包括能體現(xiàn)本專業(yè)學(xué)科優(yōu)勢(shì)的、先進(jìn)的傳感與電路器材、儀器設(shè)備、軟件開發(fā)平臺(tái),也包括學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理制度等??傮w形成開放的,以學(xué)生為中心的創(chuàng)新環(huán)境。
豐富多學(xué)科的校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)模式,為學(xué)生提供更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)。打破原有以教研室為依托、相對(duì)封閉、自成體系的實(shí)驗(yàn)室組織管理模式,聯(lián)合自動(dòng)控制、機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,形成跨學(xué)科的實(shí)踐教學(xué)資源群,實(shí)現(xiàn)可跨專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程選修,擴(kuò)大學(xué)生的視野,啟迪多專業(yè)多角度思維與實(shí)踐能力的培養(yǎng)。
以測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ),借助各學(xué)科科研實(shí)驗(yàn)室以及校外大型軍民用裝備制造企業(yè),整合課內(nèi)外、校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)資源,并充分利用現(xiàn)有豐富的網(wǎng)絡(luò)資源,建設(shè)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目資源庫。創(chuàng)新多種實(shí)踐教學(xué)模式,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)與先進(jìn)測(cè)控技術(shù)相結(jié)合、實(shí)踐能力訓(xùn)練與創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結(jié)合、通用工程技術(shù)實(shí)踐與專業(yè)工程技術(shù)訓(xùn)練相結(jié)合的多層次、多模式實(shí)踐能力培養(yǎng)。使學(xué)生在校期間能夠接受 “現(xiàn)場(chǎng)工程師”的完整訓(xùn)練,以提高學(xué)生應(yīng)用專業(yè)知識(shí)分析問題和解決問題的綜合能力。
國際化和全球化是高等教育發(fā)展的必然趨勢(shì)。實(shí)施學(xué)生互換項(xiàng)目、舉辦國際學(xué)術(shù)會(huì)議、開辦暑期學(xué)校等方式,加強(qiáng)學(xué)生的國際交流,著力拓寬學(xué)生國際視野,增加學(xué)生國際學(xué)習(xí)經(jīng)歷,使學(xué)生能接觸到學(xué)科領(lǐng)域的前沿,并能以國際發(fā)展的眼光了解本專業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài),從而得到真正的創(chuàng)新能力和跨文化交流能力的訓(xùn)練。參與工程教育認(rèn)證,通過認(rèn)證,可以把握國際通行的學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn),推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容的改革與創(chuàng)新,促進(jìn)課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的交流和教學(xué)資源的共享,保證本專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。
實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的提高,學(xué)員綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力培養(yǎng),不僅體現(xiàn)在實(shí)踐教學(xué)硬件條件的改善,更重要的是與硬件配套的實(shí)踐教學(xué)體系及組織方式的不斷改革與完善,使二者和諧統(tǒng)一。通過實(shí)踐教學(xué)體系的綜合設(shè)計(jì),將為系統(tǒng)的培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力提供有力的保證。
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實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)2017年6期