基于課程建設(shè)培養(yǎng)學(xué)術(shù)研究生應(yīng)用研究能力

［摘 要］ 以“現(xiàn)代傳感技術(shù)”課程為例探討儀器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)研究生的應(yīng)用能力培養(yǎng)方法。針對該課程教學(xué)內(nèi)容寬、泛、淺，以及缺乏實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等不足，探索將教學(xué)團隊的原創(chuàng)成果“時柵位移傳感器”引入教學(xué)全過程，依托團隊科學(xué)研究及成果轉(zhuǎn)化基地作為實踐教學(xué)平臺，從儀器改造到儀器設(shè)計，再到儀器研制，分三步遞進性實施實踐教學(xué)內(nèi)容。將理論知識與實踐教學(xué)相整合，達到知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)“三位一體”，提升學(xué)術(shù)型研究生的應(yīng)用研究能力，達到良好的效果。

［關(guān)鍵詞］ 應(yīng)用研究能力；課程教學(xué)；實踐教學(xué)平臺；時柵傳感器

［基金項目］ 2024年度重慶理工大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目“提升學(xué)術(shù)研究生應(yīng)用研究能力的探索與實踐——以《現(xiàn)代傳感技術(shù)》為例”（gzljg2024315）；2021年度重慶市研究生教育教學(xué)改革研究項目“‘人工智能+智能制造’學(xué)科群交叉人才培養(yǎng)模式的探索”（yjg213121）

［作者簡介］ 鄭方燕（1972—），女，四川宣漢人，碩士，重慶理工大學(xué)機械檢測技術(shù)與裝備教育部工程研究中心副教授，主要從事智能傳感器技術(shù)教學(xué)研究；武 亮（1986—），男，山東泰安人，博士，重慶理工大學(xué)機械檢測技術(shù)與裝備教育部工程研究中心副研究員，主要從事智能傳感器及儀器教學(xué)研究；張?zhí)旌悖?973—），男，甘肅武威人，碩士，重慶理工大學(xué)機械檢測技術(shù)與裝備教育部工程研究中心工程師，主要從事測試計量技術(shù)及儀器相關(guān)研究。

［中圖分類號］ G643.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）22-0165-04 ［收稿日期］ 2023-10-10

引言

進入21世紀，建設(shè)創(chuàng)新型國家是我國的戰(zhàn)略目標，具有高層次應(yīng)用研究能力的人才是實施這一戰(zhàn)略目標的關(guān)鍵。研究生教育肩負著培養(yǎng)高層次創(chuàng)新型人才的重任，是推動國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)［1］。著力增強研究生的創(chuàng)新能力、應(yīng)用實踐能力，為建設(shè)社會主義現(xiàn)代化強國培養(yǎng)具有堅實基礎(chǔ)的創(chuàng)新應(yīng)用人才是研究生教育工作的重中之重。

我國研究生分為學(xué)術(shù)型研究生和專業(yè)型研究生兩種：學(xué)術(shù)型研究生偏重基礎(chǔ)理論，以培養(yǎng)博士研究生為目標；專業(yè)型研究生偏重于應(yīng)用，以培養(yǎng)工程應(yīng)用人才為目標。然而現(xiàn)實情況是，多數(shù)學(xué)術(shù)型研究生畢業(yè)后并沒有繼續(xù)讀博深造，也不以學(xué)術(shù)為業(yè)，而是選擇去企業(yè)的內(nèi)部研發(fā)部門等實踐性更強的崗位工作。在新的形勢下，如何培養(yǎng)學(xué)術(shù)型研究生的創(chuàng)新應(yīng)用能力，提升學(xué)術(shù)型研究生的創(chuàng)新思維和科研水平，增強他們的工作能力和專業(yè)素質(zhì)，是保證學(xué)術(shù)型研究生培養(yǎng)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)［2］。

一、教學(xué)現(xiàn)狀分析

我國現(xiàn)行的碩士研究生培養(yǎng)體制將培養(yǎng)過程劃分為課程學(xué)習(xí)和科研工作兩個階段，以重慶理工大學(xué)的研究生培養(yǎng)方案為例，研一階段主要為課程學(xué)習(xí)，研二階段主要為課題研究，研三階段雖也是課題研究階段，但實際基本是撰寫畢業(yè)論文、準備畢業(yè)答辯及應(yīng)聘工作的時間。課程學(xué)習(xí)與專門的科研能力訓(xùn)練時間均為一年。如何利用研一階段的課程學(xué)習(xí)，在這個階段提升學(xué)術(shù)型研究生的應(yīng)用研究能力是每門課程教學(xué)團隊需要思考的問題。目前學(xué)術(shù)型研究生課程教學(xué)存在的問題集中在以下兩個方面。

（一）教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式方面

課程教學(xué)是學(xué)術(shù)型碩士研究生培養(yǎng)必不可少的環(huán)節(jié)，是學(xué)生接受有體系學(xué)科學(xué)習(xí)的重要過程，也是學(xué)生與教師進行交流的重要場景。當前，研究生課程本科化是比較突出的問題，也是課程缺乏學(xué)術(shù)探究性的重要表現(xiàn)［3-4］。主要表現(xiàn)在課程設(shè)置與實際科技創(chuàng)造和工程應(yīng)用聯(lián)系不夠，課程內(nèi)容寬泛、缺乏深度，教學(xué)方式為自上而下的灌輸式、過程考核不被重視等方面［5］。

（二）教學(xué)條件與能力培養(yǎng)方面

目前很多高校對學(xué)術(shù)型研究生的培養(yǎng)更注重專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，缺少足夠的實踐經(jīng)歷，動手能力較差，觀察、分析實驗現(xiàn)象和解決實際問題的能力不足。產(chǎn)生這些問題的原因除了課程內(nèi)容方面不足、師資隊伍水平不高、教師責任心不強之外，主要原因還是缺乏實踐教學(xué)條件?，F(xiàn)有的教學(xué)條件基本是依靠教學(xué)團隊所在的科研平臺作為條件支撐，而教師隊伍的科研實驗條件參差不齊，有的課程教學(xué)教師壓根就沒有自己的實驗室，更談不上為課程教學(xué)提供條件了。由此導(dǎo)致研究生在課程學(xué)習(xí)階段沒有相應(yīng)的實踐鍛煉機會，嚴重影響研究生的應(yīng)用研究能力培養(yǎng)。

二、課程內(nèi)容建設(shè)與實施

針對上述學(xué)術(shù)型研究生應(yīng)用研究能力培養(yǎng)過程中課程教學(xué)存在的問題，本文以重慶理工大學(xué)儀器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)位課“現(xiàn)代傳感技術(shù)”為例，將本校特色的、團隊原創(chuàng)的時柵位移傳感器的研發(fā)全過程融入課程教學(xué)，依托已有的科研平臺探索提升學(xué)術(shù)型研究生應(yīng)用研究能力的新思路。主要包括以下幾個方面的內(nèi)容。

（一）梳理課程教學(xué)內(nèi)容與知識點——研究思維建立

為將學(xué)術(shù)型研究生培養(yǎng)成具有創(chuàng)新應(yīng)用能力的研究型人才，課程教學(xué)應(yīng)能夠達到知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的“三位一體”，根據(jù)這一目標，教學(xué)團隊重新梳理了“現(xiàn)代傳感技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建了以課程基礎(chǔ)理論為知識點，以實際案例為著力點的課程教學(xué)內(nèi)容。通過把一種新型、精密的現(xiàn)代傳感器設(shè)計的全過程融入教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)初步建立研究生創(chuàng)新思維的目標。

傳感器基礎(chǔ)理論主要包含了傳感理論、傳感器構(gòu)成方法和傳感器誤差理論三個方面的理論知識。傳感理論介紹傳感器所利用的自然定律、基礎(chǔ)物理效應(yīng)及敏感材料等，傳感器構(gòu)成方法介紹傳感器的構(gòu)成方法、信號的選擇及信息傳遞等，傳感器誤差理論介紹傳感器的標定、校準、誤差抑制及補償方法。這些內(nèi)容與傳感器的研制過程密切相關(guān)，教學(xué)團隊以時柵位移傳感器的研制作為案例融入理論知識點，以充實教學(xué)內(nèi)容。

具體實施方案如圖1所示，以將各類時柵位移傳感器應(yīng)用的電磁場、電場、光場等場定律以及霍爾效應(yīng)、磁電效應(yīng)等物理效應(yīng)如何構(gòu)建時柵傳感理論的核心——運動參考系為例，具體講解時柵的傳感機理以及測量模型的建立。通過時柵結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)設(shè)計，實現(xiàn)電—磁—電、電—電、光—電、磁—電之間的變換。通過電行波的生成方法及信號接收方式實現(xiàn)位移測量。通過傳感器的宏觀結(jié)構(gòu)形式—微觀結(jié)構(gòu)形貌—宏觀測量精度三者之間的關(guān)系，分析誤差傳遞機理及補償方法，講解如何采用抗干擾措施實現(xiàn)傳感器的高精度測量。這些內(nèi)容與課程緊密相連，也與學(xué)生以后的研究工作密切相關(guān)。課程教學(xué)避免了照本宣科，同時提高了學(xué)生聽課的積極性，將空洞的理論具體化，有助于學(xué)生對理論知識的理解。

通過將時柵傳感原理融入傳感理論，將傳感器結(jié)構(gòu)融入傳感器構(gòu)成方法，將時柵的測量精度提升方法融入傳感器誤差理論等相關(guān)內(nèi)容，使課程內(nèi)容更具有前沿性和時代性，有效啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

（二）建立實踐教學(xué)體系——研究能力培養(yǎng)

研究、設(shè)計實踐教學(xué)內(nèi)容，建立初步的實踐教學(xué)體系，兼具理論性、實踐性和可操作性。通過學(xué)生自行研究、設(shè)計、制作，師生一起討論、分析、改進，帶給學(xué)生科研創(chuàng)新的啟發(fā)和體會，使教學(xué)形式具有先進性、互動性及多樣性。

本課程為一年級第一學(xué)期課程，學(xué)生本科剛畢業(yè)，一般不具備科研創(chuàng)新與科研實踐能力，且專業(yè)基礎(chǔ)欠缺、科研基礎(chǔ)較差?；诖耍瑢嵺`教學(xué)采用由淺入深，逐步加強、提升的方案，如圖2所示，整個實踐教學(xué)分為三級。一級目標：提升專業(yè)素質(zhì)。讓學(xué)生自行改造，將現(xiàn)有簡單檢測儀器設(shè)計為智能儀器，如將游標卡尺、螺旋測微儀等機械式儀器改造設(shè)計為可以實現(xiàn)數(shù)字顯示的測量儀器，以加強對傳感原理、傳感結(jié)構(gòu)的進一步理解。二級目標：提升研究能力。讓學(xué)生自行設(shè)計一款智能傳感器，包括測量原理、設(shè)計方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計、信號處理、電路軟硬件設(shè)計及測量精度提高方法等并形成報告。三級目標：提升創(chuàng)新設(shè)計能力。學(xué)生自擬課題，與導(dǎo)師交流，探討課題目標、研究內(nèi)容、技術(shù)路線、成果表現(xiàn)以及條件和人員要求等，以確定是否立項。立項后在整個研究過程包括方案論證、技術(shù)實現(xiàn)、實物調(diào)試、報告撰寫、答辯驗收等環(huán)節(jié)由教師全程指導(dǎo)。

實踐教學(xué)三步走，使內(nèi)容更具體、過程能考核，有遞進性；各知識點看得見、摸得著，兼具理論性和工程實踐性。通過此環(huán)節(jié)的培養(yǎng)，學(xué)生進入導(dǎo)師課題組后，表現(xiàn)出較高的專業(yè)素養(yǎng)和研究能力，具備快速理解導(dǎo)師課題、投入研究工作的能力。

（三）依托科研平臺打造實踐教學(xué)基地——應(yīng)用實踐能力訓(xùn)練

良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和實踐條件是研究生科研思維建立與實踐能力培養(yǎng)必不可少的條件。教學(xué)團隊基于統(tǒng)籌資源、科教融合的思想，依托科研基地構(gòu)建“理論+實踐”的課程教學(xué)模式，以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用研究型人才?！艾F(xiàn)代傳感技術(shù)”課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)利用校內(nèi)平臺和校外基地相結(jié)合的方式實施。校內(nèi)平臺為機械檢測技術(shù)與裝備教育部工程研究中心，校外基地為通用技術(shù)集團國測時柵科技有限公司，二者分別為時柵傳感器的研發(fā)平臺和產(chǎn)品轉(zhuǎn)化基地。兩個平臺擁有完善的場地設(shè)施和國內(nèi)能買到的最先進的儀器設(shè)備，非常適合做本課程的實踐教學(xué)基地。

學(xué)生進到平臺后，通過熟悉、操作儀器設(shè)備，建立對儀器學(xué)科的初步認識。通過跟著導(dǎo)師一起做實驗，獲得初步的工程實踐經(jīng)驗；跟著平臺的研究人員、博士做基于PCB或玻璃的傳感器片設(shè)計和出圖工作，加強對傳感器原理及傳感器結(jié)構(gòu)的理解；跟著技術(shù)人員和工程人員從事信號處理、電路焊接、測試裝置接線、數(shù)據(jù)采集等，增強對信號提取、信號處理、誤差修正及補償相關(guān)知識的直觀理解和認識。通過實施課程內(nèi)的實踐教學(xué)內(nèi)容，與平臺教師一起討論方案、分析實驗結(jié)果、思考解決方法并實施執(zhí)行等，培養(yǎng)研究生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

利用科研平臺良好的儀器設(shè)備、合理的人員構(gòu)成，以及成熟的研究方向和研究項目優(yōu)勢，加強學(xué)生科研實踐經(jīng)歷，培養(yǎng)學(xué)術(shù)型研究生的應(yīng)用研究能力和實踐水平，同時立足我校儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科實際情況，探索出適合學(xué)術(shù)型研究生人才培養(yǎng)的課程教學(xué)方法與教學(xué)模式，將全程被動聽課模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體、教師指導(dǎo)為輔的教學(xué)模式。

（四）采用多元評價機制——全過程評價和考核

課程之前一貫采用的平時成績+考試成績的相對單一的評價方式忽視了對學(xué)生綜合能力的考核，從而影響學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，進而影響其培養(yǎng)質(zhì)量。因此，本課程建立了多元、科學(xué)、合理的評價機制，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，進而提升學(xué)生的綜合能力。

教學(xué)團隊利用工程研究中心、成果轉(zhuǎn)化基地，將教學(xué)、討論、改造實踐、工程實踐、結(jié)業(yè)考核等成績均納入課程考核內(nèi)容，形成以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用研究能力為目標的多維、科學(xué)、合理、有效的課程教學(xué)評價機制，以促進學(xué)生應(yīng)用研究能力的培養(yǎng)與提升。

課堂討論通過討論的積極性、問題的切入點及問題深度進行考核，儀器改造通過方案的可行性、科學(xué)性、合理性及改造效果進行考核，傳感器設(shè)計通過方案、進度、難度、實施情況、報告質(zhì)量進行考核，傳感系統(tǒng)研制根據(jù)小組分工任務(wù)量、任務(wù)完成度和項目總完成度等給予成績評定。前述四部分加課程結(jié)業(yè)考核共五個模塊分別按1∶1∶2∶3∶3的比例計算最終成績，實行課程全過程考核，以綜合評定學(xué)生成績。

結(jié)語

針對本校儀器科學(xué)與技術(shù)碩士點培養(yǎng)具備研究與設(shè)計開發(fā)能力，具有獨立進行理論與實驗研究能力的研究生的目標，本文以學(xué)位課程“現(xiàn)代傳感技術(shù)”為例，通過在知識講授、能力訓(xùn)練各環(huán)節(jié)融入我國原創(chuàng)發(fā)明的時柵傳感技術(shù)，在增強學(xué)生民族自豪感的同時，培養(yǎng)學(xué)術(shù)型研究生的應(yīng)用研究能力。探索提升學(xué)術(shù)研究生應(yīng)用研究能力的培養(yǎng)方法，形成一套完善的課程教學(xué)體系，以期為培養(yǎng)出本學(xué)科的高質(zhì)量研究生添磚加瓦，同時能對其他研究生課程的教學(xué)提供一種新的教學(xué)思路。最終為培養(yǎng)出具有堅實理論基礎(chǔ)和良好應(yīng)用研究能力的研究生人才，以及為打造更具應(yīng)用創(chuàng)新實踐能力的學(xué)科特色做出貢獻。

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