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【研究生精品课程】“计量方法与误差理论”课程:匠心传承 精益求精
发布于:2023年01月03日 09:37   |   作者:[研究生院] 98858vip威尼斯办公室   |   浏览次数:2093

  “神舟”与“天宫”在太空的惊世一“吻”,创造了神奇的“中国精度”。比子弹的速度还要快8倍的飞行器,为什么能够在太空中安全可靠地交会对接?关键就在于:精确的计量。

    从日常生活到工业生产、商业贸易、科技发展等,计量在人类社会的发展进步中扮演着重要角色,也是反映一个国家发达程度的显著标志。古人云:“不以规矩,不成方圆。”没有计量,寸步难行!

    让研究生掌握计量的原理和方法,是自动化工程学院“计量方法与误差”课程的核心目标。这门课程涵盖了“时间频率计量”“电磁学计量”“电子学计量”等十大领域,是学生心目中干货满满的“金课”。

抓住重点:突出专业特色

   “计量方法与误差理论”课程是“仪器科学与技术”一级学科的研究生学位基础课,共40个学时,每年春季学期面向硕士研究生开设,旨在让学生了解计量的基本概念和典型的计量方法,了解常见计量对象的计量原理、方法和计量工具,并能分析计量误差的来源和性质,掌握减小和控制误差的估计和结果评定方法,以及具备正确、快速地对实验数据进行分析和处理的方法和能力。

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   “这门课程是同学们开展科技创新的重要工具!”课程组负责人周秀云副教授表示,“计量技术是现代科学信息获取和处理的重要手段,是从事现代计量科学研究的必备基础。由于测量过程总存在误差,离开测量数据精确度和可靠性而谈测量是没有意义的。”

     课程组希望通过这门课程让研究生具备对具体任务目标的误差进行分配的能力,对实际系统的实验测试数据进行分析和优化的能力,以及解决相关学科、行业中复杂计量问题的创新能力等。


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     然而,这门课程涉及几何量、热学量、力学量、电磁学、时间频率、无线电电子学、光学、化学、声学和电离辐射等诸多领域,内容庞杂,在既定的40个学时下,要把所有内容讲深、讲透,难度非常大。怎么办?

     为此,课程组选取了与专业紧密相关的计量内容,主要包括时间频率、电磁学、无线电电子学、光学等计量领域进行深入讲解。在“误差理论”部分,老师领学“经典误差理论”,并提供线上优质资源供同学们自学掌握,而对“现代误差理论”进行条分缕析,并与“经典误差理论”进行对比,加深学生对理论知识的理解和掌握。

    周秀云希望学生能够对一些重要的基本概念有清醒的认识,尤其是掌握对专业领域的一些基本物理量的计量方法,并能对计量结果进行数据处理。她从不要求学生死记硬背,而是倡导学生在理解的基础上灵活运用。

基于项目:实现科教融汇

    多年来,课程组一直坚持探索和创新教学方法,努力改革“以课堂为中心、课本为中心、教师为中心”的传统理念,践行“以学生为中心”的新理念,增加了知识讲授的“颗粒度”,尤其是基于项目创新开展案例教学,把科研与教学紧密结合,提升了学习的主动性、激发了学生的创造性。

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    课程组刘震教授表示,“通过不断迭代,我们强化了在线课堂教学和课外创新实践的探究性,开展基于科研项目的案例式课堂教学改革,使学生在获取知识和互动研讨的过程中学会思考、学会学习、学会创新,探索一条适合仪器学科创新人才发展的研究型教学模式。”

    尤其是,近年来课程组师资力量不断壮大,形成了一支由王厚军教授、田书林教授、刘震教授、田雨教授、付在明研究员、李力研究员、周秀云副教授等为核心成员,若干位博士研究生助教为教辅的教学与科研水平兼备的教学团队,为深入开展“基于科研项目的模块化教学”提供了充分的条件。

    李力讲解测试计量基础和电子学计量,周秀云讲光学计量,刘震讲时间频率和电磁学计量……课程组进行了合理分工,每位老师负责讲解其中的某一个内容板块,有更充沛的精力把自己的科研成果和心得融入到相应的教学板块中来,更好地实现了教研相长。

    以刘震教授为例,他长期研究电路与电子系统综合测试与诊断、故障预测与健康管理技术等领域,近年来主持国家自然科学基金面上项目等多项国家级科研项目,获国家技术发明二等奖、四川省科技进步一等奖、四川省高等教育教学成果一等奖等多项奖励。在教学中,他把科研项目与课堂教学紧密结合,让学生直观地、形象地了解到计量理论和方法的实战应用。

    课程组还通过一系列举措,鼓励老师们充分结合国家战略需求和行业发展需求,把相关科研项目中的精华内容提炼总结,使之适合在线课堂教学,引导学生进行深入思考和分析,为学生后期快速进入课题研究做好铺垫。

    此外,课程组动态引入不同领域的专家和学者通过线上或线下方式进行授课,或作学术报告分享,以扩宽学生的学术视野。2018级程杰同学表示:“基于项目的案例教学,让知识更加易懂,而且,邀请校外专门从事计量的专家来分享,更加深了我们对课程内容的理解。”

翻转课堂:强化创新实践

    课程组的不断发展,也为学生的个性化学习提供了条件。周秀云说,选择这门课程的学生往往来自不同的课题组,研究的方向和问题各有不同。以前,课程组会配合教学内容为学生提供一些题目,让学生自己完成;现在,课程组让学生带着自选题目来听课,有针对性地从课程中获取需要的知识。

    一方面,课程组会布置更多的题目,让学生像吃“自助餐”一样选择自己喜欢的题目,另一方面,课程组也鼓励学生把参与科研项目时遇到的难题带到课堂中来,只要课程组审核确认该题目和计量相关,都会放手让学生去做,学生最后以研究报告的形式提交学习成果。

    周秀云认为,这种方式让教的过程更加有的放矢、让学的过程更加各取所需。据介绍,在研究生教改课题的支持下,课程组正在建设该课程的“云端问题库”,将把更丰富的题目都共享到“云端”,为学生自主选择题目提供更自主的空间。

    在考核方式上,该课程也作出了相应的改革,坚持“按需考核”的原则,以“传统的考试+完成计量检定报告”为主要形式,根据不同专业或者不同学习对象的需求,选择不同形式的成绩评定方式。

    目前,自动化学院正在大力建设一流研究生课程体系,打造核心精品课程,夯实专业看家本领。一方面,依托学科优势凝练方向,提炼共性知识,构建“核心(3门课程)+方向(X门课程)”的课程体系;另一方面,重构核心课程教学内容,突出专业特色与学科前沿性。

  “计量方法与误差”课程一直是“仪器科学与技术”方向的核心课程。课程体系重构之后,该课程与其他课程相辅相成,协同配合更加紧密,为学生强化创新实践、提升“输出能力”提供了更加坚实的支撑。


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课程思政:涵养大国匠心

    在讲解专业知识的同时,课程组还把社会主义核心价值观、人文素养、民族自豪感、爱国情怀、革命精神等“课程思政”元素有机融入教学内容当中以润物无声的方式引导学生爱国奉献、为国铸剑。

  “同学看看自己的手表或手机,大家的时间一致吗?如果时间不一致会造成什么影响?”在讲解“时间量值传递”时,课程组通过日常生活中十分常见的时间问题引入,激发学生的好奇心,并进一步追问“如果是涉及国家安全或重大经济领域,这种时间的不一致会带来什么后果?”

    随后,课程组从“银河号”货轮事件引出“时间量值传递”的知识点,讲解了如何利用卫星的接收比对进行时间量值传递,以及它在航空航天等领域的重要应用,让同学们明白“时间计量是国家科技发展的重大战略资源”,我们必须建立“北斗”这样自主可控的授时系统,才能为中华民族的伟大复兴提供有力支撑。

  “同学们知不知道,新中国成立后,光学史上有‘八大件、一个汤’?”在讲解“光学计量中几何光学的成像系统计量”时,课程组介绍了新中国光学工程奠基人王大珩科技报国的感人事迹,让学生体会到老一辈科学家的爱国情怀以及对科学的无比热爱和执著精神。

    王大珩是中国光学界的主要学术奠基人、开拓者和组织领导者,被称为“中国光学之父”。他开拓和推动了中国光学研究及光学仪器制造,并带领团队研制成功多种大型光测设备,为原子弹爆炸、导弹发射、氢弹试验、人造卫星上天等作出了重大贡献。他也是科技部“863”计划的主要倡导者。


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    通过进一步介绍“863”高科技计划的来龙去脉,课程组引导同学们感受以王大珩为代表的老一辈科学家的赤诚之心、超前意识和深邃眼光,并勉励同学们,要正视国内外科技差距,努力为攻克“打底子”和“卡脖子”难题贡献自己的智慧。

   在讲解“光学计量中的物理学计量”时,课程组通过介绍光学发展史,引入物理光学的计量对科技发展的重要性,再以同学们十分关心的光刻机为例,让学生理解基础理论研究对中国科技进步的重要意义。

  “芯片问题是一个‘卡脖子’问题,到底卡在那里?是缺少资金、缺少技术还是缺少人才,或者是其他原因?”课程组在和学生一起探讨的过程中,启发学生“抽丝剥茧”,把芯片问题与光学计量联系起来,了解“高精度激光干涉仪”等重要光学仪器的基本原理和重要意义。

  “课程思政的内涵十分丰富、形式十分多样,它既可以融入一个专题、一个专题、一个案例,也可以融入老师的一言一行!”周秀云说,“我们课程组始终坚持立德树人根本任务,将不断探索创新方式方法,引导同学们立大志、明大德、成大才、担大任!”