建设一流本科

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【新工科】“高峰体验课程”成果转化为全国优秀本科毕业设计论文
——高峰体验课程“高端电子测量仪器设计与应用”
文:罗莎 图:自动化工程学院 来源:新闻中心 时间:2023-09-19 3485

编者按:为推动新工科与一流本科教育的高质量发展,学校在全面建成“始于新生、贯通四年、逐级挑战”的新工科项目式课程体系基础上,实施高峰体验项目式课程建设计划。高峰体验项目式课程建设成效显现,涌现出一批典型案例,推进了科教融汇、产教融合的新工科毕业设计环节改革,提升了真实工程场景中拔尖创新人才自主培养能力。本期介绍自动化工程学院邱渡裕教授在“高端电子测量仪器设计与应用”课程上的探索与实践。

 

  自动化工程学院邱渡裕教授主持的“高端电子测量仪器设计与应用”高峰体验课程项目选题均来源于科技部重大科技专项、国家自然基金项目、企业新产品研发等实际工程前沿研究问题。张听树同学、陈可晴同学将课程学习成果转化为各自的毕业设计论文,从全国高校推荐的600篇毕业设计论文中脱颖而出,在“第二届全国仪器类专业本科生毕业设计交流会”上获优秀论文。“这种过程通常漫长、苦闷甚至无聊,但在这种沉闷的坚持下,最终解决问题的那一瞬间总会爆发出强烈的喜悦,以及如释重负的舒坦,得到了名副其实的‘高峰’体验。”

  在高原上登上高峰,当属人生一大极致体验。高峰体验,是心理学中的一个定义,指当人全身心投入一件事情后,达到更高满足感的心流状态。当“高峰”与“课程”碰撞,将会为新工科教育碰撞出怎样的火花?

  正如“没有高原,哪来高峰”,近年来,学校在本科人才培养大力推进新工科改革,在全面建成“始于新生、贯通四年、逐级挑战”的新工科项目式课程体系后,以此为“高原”基础,经系统谋划、创新设计,2022年4月,“高峰体验项目式课程”横空出世,该课程能够为高年级本科生提供整合性的设计经验,以及综合应用所学知识、原理、概念和技术解决复杂工程问题,挑战自我、激发自身内在潜能,助力学子感受攀登上“高峰”的绝佳体验,为后续的成长发展打下坚实基础。自动化学院“高端电子测量仪器设计与应用”课程,正是这一创新设计的积极践行者。

“全新文化”的浸润:培育全新的工程师

  见到课程负责人邱渡裕教授时,正值暑假尾声,他所在的自动化学院测试技术与仪器研究所里一片繁忙景象,教研室里的学生们三三两两聚在一起研讨交流或动手实验,邱渡裕不时来到同学们身旁,严谨细致地为大家作指导。

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  依托自动化学院学科特色,以个人长期从事高端电子测试仪器研究的积淀为保障,在“培育全新工程师”的理念下,“高端电子测量仪器设计与应用”课程以工程项目为基础,采取了“教练式指导,团队式协作”的教学模式,选取所承担的高端测试仪器科研项目中的关键模块,划分多个子项目,让学生分组进行分析、设计、验证。

  在课程实施过程中,学生是“高峰”学习的主体,教师团队扮演引导者和教练的角色,以观察、倾听、引导为主,为学生提供关键技术的教练式指导,让学生学会独立思考、协作创新,激发每个人的潜能,共同攻克难题。

  仪器设计涵盖的内容较多,涉及数字和模拟电路、电磁结构仿真、数据处理算法、仪器校准与标定、EMC设计及结构设计、人机交互、驻机软件、仪器驱动器等知识,具有复杂性、综合性、跨学科的特点。考虑到仪器项目的复杂性与课程的学时,课程组提取最能够代表仪器系统核心关键技术的内容作为“高峰体验课项目”,如从13GHz带宽高性能示波器项目中,以射频模拟通道、低相噪采样时钟系统和示波器高速数字系统等三个关键模块的设计为基础,设立了三个子项目,分别由三位同学承担。三位同学的项目既可以独立考核,也可以级联,形成一个大的采集系统。

  这一高峰体验项目式课程,为本科高年级同学提供了一种全新的体验,参与的同学们认为,“课程涉及模拟电路、数字电路、算法设计等多方面的知识和技能,涵盖了电子测量仪器的设计、制作和测试等环节,在按照软件、硬件、逻辑设计的分工协作中,感受到一种真实的工程场景的全面训练。”

  “当个体自我需求与期望得到最大限度的满足与实现等情况下,将进发出一种情绪高涨、欣喜若狂的情感体验,这被我们称为‘高峰体验’,从而更愿意勇攀科研创新的‘高峰’”,邱渡裕说。

创新做法:科教深度融会,促进自驱型成长

  躬耕教学多年的邱渡裕,曾参与过学校探究式小班课程、教学方法与考核方法改革示范课建设、在线开放课程、高水平科研团队“科研育人”新工程教育计划等一系列教学研究与改革,这一次,全新的“高峰体验项目式课程”怎么做、如何才能体现课程的“高峰”,是热爱教学的他向自己发出的又一次挑战。

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  学院主管教学的副院长刘科教授对高峰体验课的开设非常重视,多次组织研讨会,在课程服务的学生群体定位、体现专业特色的项目选题、开课内容及上课的形式等方面与老师们进行了鞭辟入里、群策群力的深入探讨。课程组在课程建设中从三方面发力:

  首先是“与时俱进、因地制宜、因材施教”。课程项目选题均来源于科技部重大科技专项、国家自然科学基金项目、企业新产品研发等实际工程前沿研究问题,涉及高性能示波器、信号源、电磁传感器等高端电子测试仪器。课程项目的覆盖范围广,涵盖硬件、软件、算法等方面,等能匹配不同学生的兴趣和特点,为大家带着兴趣做科研提供动力。

  其次是课程知识与工程实践经验深度融合。“教学过程中,我们特别强调项目设计的实物要能够‘承前启后’。‘承前’是对前序各学科的整合应用,‘启后’就是能支撑后续高水平的研究。”邱渡裕说,学生作为主体、全面参与并体会项目实践的过程,提升了个人的系统观,有利于个人的思辨、表达、协作等综合工程素养的养成。

  三是优秀的科研团队及科研平台提供保障。科研平台提供具有良好代表性和前沿性的项目来源和硬件支撑平台,同时在科研一线、工程经验丰富的优秀教师团队也是关键要素。在该课程,由一名负责教师进行教练式指导、多位辅助教师(往往就是毕业设计指导教师)通过专题讲座、课后指导等,为学子提供专业细节指导。

  以此三项为抓手,能有效激发学生“项目实践的最佳状态”,唤醒内驱力,从而实现在科研探索上的“自驱型成长”。

学子收获:经历高峰体验,不断突破自我

  “在实践中学习,于挑战中成长”。对学生而言,高峰体验课程充分挖掘了个人的创新能力和团队协作精神,更好地实现了理论与实践的结合、与前沿科技的接轨及对重要经验的积累,不断突破自我,锤炼未来的科研技能。

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  参加本课程学习的籍北同学说,传统的学习是采取听课的方式获得知识,很少将知识转化成实际成果;高峰体验课程将知识转化为实际成果,也对日后科研奠定系统性的基础,正是很好地解决了这一困扰。

  “在屏幕上看到仿真正弦波输出的一瞬间,真的是非常激动!”谈起在该课程上的收获和感受,张雷同学难掩激动之情。做数字滤波器时,他正确设置了系数但却没有正常输出,闷头尝试了几天也毫无进展,正在百思不得其解之际,经老师点拨设计重点后,改变了采样率,波形输出完全符合预期,顺利完成毕业设计,这令他相当振奋。

  实验过程中,张听树同学发现总会碰到一些稀奇古怪的bug,有些甚至超出了师兄和老师的经验范围,大家只好共同探讨定位问题。“这种过程通常漫长、苦闷甚至无聊,但在这种沉闷的坚持下,最终解决问题的那一瞬间总会爆发出强烈的喜悦,以及如释重负的舒坦,得到了名副其实的‘高峰’体验。”

  当经由“高峰”体验进入科研的大门后,张听树愈发熟练地操作实验室的仪器及软件,对教研室的相关项目课题也有了基础认识,为后续毕业设计、论文答辩乃至研究生的科研学习打下了扎实的基础;张雷表示,将继续选择有关数字滤波器方向的课题研究,非常感谢这段难忘的“高峰”经历。

  不仅仅是参加课程学习的同学经历了高峰的体验,担任助教的同学,同样收获颇大。研三学生魏铭担任本课程助教,助教期间,他不仅帮助同学们深入理解电路原理,指导PCB设计,并帮助检查设计工作中的一些易错点,在讲述原理问题、查询相关资料的过程中,他坦言,自身收获也颇大。

  “更快地掌握专业工具、接触到更多的先进仪器,学得更快一些。”在与同学们相处的过程中,他感觉高峰体验课程能很好地帮助同学们把课本中的理论知识以项目的方式进行验证,同学们后续的就业、深造等发展都有益处。

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  高峰的体验不仅仅在于课程中,参与高峰体验课程学习的部分同学,经过与团队老师们的沟通交流,将高峰体验项目课进一步拓展,转化为自己的毕业设计。其中,张听树同学、陈可晴同学的论文从全国高校推荐的600篇毕业设计论文中脱颖而出,在“第二届全国仪器类专业本科生毕业设计交流会”上获得了优秀论文。

  “高峰,永无止尽;育人,也是永无止境!”邱渡裕表示,“我们将继续优化课程设置,丰富实践项目,提升教学质量,帮助更多的同学在项目体验中得到提升。相信这门课程将为社会输送更多优秀的毕业生,继续传承实践创新精神,为我国电子测量仪器行业和科技创新事业做出贡献。”


编辑:罗莎  / 审核:罗莎  / 发布:陈伟

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