基于科研能力训练的综合实践模式研究

基于科研能力训练的综合实践模式研究

史红梅，李长春，房海蓉，孙海波

(北京交通大学，北京100044)

近几年的高校教学改革实践表明，本科生的科研训练是提高大学本科教育教学质量的重要经验之一，是培养具有创新精神和实践能力的研究型人才的有效途径。2003年我校执行新的培养计划后，为进一步培养学生的创新精神和加强实践能力，机械大类测控技术与仪器专业新增了一个实践环节——“光机电一体化系统综合实践”。该综合实践环节从2005年开始建设，2006年开始实施，经过三年建设，两年实践，初步形成了基于“科研能力训练”的综合实践模式。

1　课程设置的目的

“光机电一体化系统综合实践”是测控技术与仪器专业在学生系统地学习了专业基础课程之上的一门综合实践课程，在第六学期末的小学期执行。该环节是以传感器原理及应用、微机原理及接口技术、测控电路、自动控制原理、计算机控制技术、信号与系统、光电信息技术、智能仪器仪表技术、机械原理、机械设计、PROTEL等课程为支撑，综合以上课程所学内容，将机械知识、电子电路知识、光学知识以及微机系统的应用融合在一起的一门实践课程。其方案设计、传感器的选择、元器件的购买、信号的调理电路设计、与单片机或PC机系统的接口设计、执行机构的设计以及装置模型的机械结构设计全部由学生独立完成。该综合实践环节设置的目的有以下几点:

①使学生系统地了解和掌握进行科学研究的基本过程，包括需求分析、查阅文献、方案设计、市场调研、软硬件调试、论文撰写等环节，训练学生的基本科研能力;

②培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用测控技术及仪器专业的理论知识和现代设计工具解决具体设计问题的能力;

③使学生巩固和系统掌握测控技术及仪器专业的基本理论知识和各种现代设计工具;

④培养学生综合应用光、机、电、算等知识解决工程问题的能力;

⑤通过多人共同完成一项设计任务培养学生团队精神，以及团结协作的重要性;

⑥使学生掌握设计说明书的撰写方法及基本技能，规划论文格式，提高写作能力，为毕业设计环节奠定基础。

在“光机电一体化测控系统综合实践”中通过合适的选题能让学生将大学几年来学习的知识点“串”起来，实现多门课程的有机融合，形成完整的课程体系，同时对于学生工程意识的培养以及实践能力和创新精神的提高都有重要意义。

2　综合实践的实施模式

2．1　多种方式相结合的光机电一体化综合实践选题

选题环节是综合实践的关键环节，题目选择是否合适，直接关系到教学效果。必须认真而慎重。一般从以下几个方面考虑:

①以教学大纲为依据，涉及的基础知识要广泛，难度要适度，既不能过难，使学生产生畏难情绪，也不能过于简单，使学生得不到锻炼和提高;

②题目要有趣味性，以便激发学生的主动性和创造性;

③要考虑资源情况，让学生能查到相关的资料，以培养学生查阅资料、综合应用知识的能力;

④要考虑所选器件的通用性、实用性，以便学生深入掌握常用器件的性能、使用方法、常见故障及排除方法等，为毕业设计做准备。

在光机电一体化综合实践中，题目有几个来源:一是教师给出题目(针对大部分同学);二是竞赛题目(针对参赛学生，如CCTV机器人大赛、电子设计大赛等);三是自选题目(由教师审核是否合适)。为培养学生的创新精神，鼓励学生选用竞赛题目和自选题目。

为提高学生的兴趣和积极性，在选题方面指导教师根据测控技术与仪器专业的特点，紧密结合实际，在2006年和2007年结合动车组项目，给出了和动车组关键技术相关的题目，如列车通信网络设计-485通信、列车无线通信系统设计、动车组主控制单元(MPU)、列车牵引控制单元(TCU)、HVAC控制节点、门控制节点旅客信息系统(PIS、)WC控制节点等。

2．2　以“学生为主体，以科研能力训练为目的”的实施过程

为达到进行科研能力训练的目的，在综合实践的实施过程中充分采用了以学生为主体、教师为辅的指导模式，同时使用了软件工程中瀑布模型的方法，让学生分阶段完成目标，完成科学研究的各基本环节。

1．明确设计任务

指导教师在综合实践开始之前将设计任务书及时地下达给学生，学生明确各题目所需完成的任务和要求，自由选题、分组，完成组内任务分工。如题目“列车通信网络设计-485通信”教师给出的任务书要求为:

①设计PC机与多单片机节点(2点)的485通信硬件接口电路，建立物理层的通信通道连接;

②查阅学习串行通信协议:485协议;

③简化标准通信协议定义模型系统的数据传输协议，设计多机通信的软件，包括主机PC机通信程序、控制节点单片机的通信程序，主机程序可以采用VB编写;

④本组设计同学要负责将自定义的通信协议向其他小组讲解，并将通信程序模块设计成通用子函数的形式，以便于其他小组同学调用。

2．查阅有关资料

学生围绕设计题目任务查阅有关资料，学习利用网络资源和电子资源，从中了解目前的发展状况，熟悉方案设计所需的知识范畴，并为软硬件设计准备备查手册。

3．系统方案确定

在小组的讨论下，确定系统方案，进行硬件、软件的模块划分，并进一步划分组内同学任务，并提交指导教师审核。指导教师应在经费允许的情况下，尽量让各组采用不同的执行方案，以激发学生的创新性。

4．购买传感器及元器件

方案确定后，由学生自己进行市场调研，购买合适的传感器及元器件。

5．搭建硬件电路，编制软件

在此阶段负责硬件的同学，进行硬件电路的搭建、焊接、检测;负责软件部分的同学编写软件流程，划分软件模块，编写软件。在这个阶段要同学画出硬件装置方框图和软件功能模块图，硬件电路要用PROTEL画出原理图。编写代码要有注释，为写设计说明书做准备。

6．系统调试

硬软件及机械结构部分系统联调，这部分往往是学生感觉最难和花时间最多的阶段，充分培养了学生的动手能力、排查问题的能力以及团结协作的精神。

7．编写设计说明书，准备答辩

为了提高说明书的撰写质量，培养学生的规范性和写作能力，在该综合实践中强调了说明书撰写环节。指导教师给出设计说明书的撰写规范，如下所示。

1)说明书格式

说明书手写、打印均可，手写要用黑色或蓝色墨水工整书写，打印用小四号字，行间距为1．25行，B5纸，上下左右各留20 mm。

2)说明书结构及要求

①封面:封面包括题目、院系、班级、学生姓名及时间(年、月、日)。

②任务书。

③摘要和关键词。摘要是论文内容的简短陈述，一般不超过300字。关键词应为反映论文主题内容的通用技术词汇，一般为4个左右，一定要在摘要中出现。

④目录:目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是无序号的“参考文献资料”。

⑤正文:正文应按目录中编排的章节依次撰写，要求计算正确，论述清楚，文字简练通顺，插图简明，书写整洁。文中图、表及公式不能徒手绘制和书写。

⑥参考文献(资料):参考文献必须是学生在课程设计中真正阅读过和运用过的，文献按照在正文中的出现顺序排列。

2．3　多元化的综合实践成绩评定体系

“光机电一体化测控系统综合实践”采用了多元化的评分体系，即“成果演示+答辩+课程设计论文”，每一组在答辩之前先进行成果演示，然后提交设计说明进行答辩。通常一个题目可由3～4人来完成，每个学生应独立完成各自的任务，不许抄袭他人的设计成果。指导教师应随时掌握对学生的设计情况，了解学生的设计水平，最后由指导教师根据学生的全面表现评定学生的设计成绩，如基本知识掌握的程度、选定方案是否合理先进、程序设计是否最佳、电路设计和搭接是否规范、实践动手能力强弱程度、独立分析和解决问题的能力和创新精神、说明书编写的水平、答辩情况及学习态度和科学作风思想表现等，对每个学生的课程设计写出评语，成绩按优、良、中、及格、不及格分为五等。

3　取得的效果

“光机电一体化测控系统综合实践”从2005年开始建设，经过2006年、2007年两年的实施，从实施效果和学生的反馈来看，取得了预期的效果，达到了基本科研训练的目的。

学生经过这个综合实践后，基础理论更加扎实，实践能力和工程意识得到明显提高，论文撰写较规范。在学生的心得体会中写到:在这次课程设计的过程中，我们做了一次全面、较规范的设计练习，全面地温习了以前所学过的知识，巩固、加深和扩展了有关课程的知识。尤其重要的是让我们养成了科学的习惯，掌握了查阅和使用技术资料、网络、书籍以及编程、搭接硬件电路等方面的能力，同时在设计过程中学会了掌握设计进度，有计划地完成阶段性的目标，在实验过程中要注意对程序和结果的保存，树立了正确的工程设计思想，培养了独立的、科学的工程设计能力。

在2007年的本科毕业设计中体现了该综合实践对毕业设计奠定的基础，学生在查阅资料、模块化设计、论文撰写方面同往届相比有了明显的提高。

4　结论

科研训练是一种很好的实践教育手段，可以使学生熟悉基本的科研方法和流程，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养他们的创新意识，为进一步的学习和工作打下良好的基础。通过光机电一体化综合实践实现了基本的科研训练过程，提高了学生的创新精神和实践能力。

参考文献

［1］王代华．测控技术与仪器专业综合课程设计实践［J］．高等工程教育研究，2007(3)．

［2］张小光．科研训练计划对大学生创新能力的培养［J］．煤炭高等教育，2004(5)．

［3］王廷明．专业课程教学平台上的科研训练模式的探讨与实践［J］．青岛大学师范学院学报，2007(6)．