大連理工-如何4個月打造課設“金課”
遵循“兩性一度”標準，傾力打造課設“金課”
2023年12月1日，“測量與控制系統課程設計A”與“機電系統測控實踐項目”答辯于機械工程國家級實驗教學示范中心（大連理工大學）圓滿落幕。機械工程學院2020級機械設計制造及其自動化專業（含機創班）207位本科生組成50個項目組參與本次答辯，同時通過全過程線上直播與線下匯報相結合的方式面向社會各界展示了該課程的項目教學成果。北京理工大學、北京航空航天大學、東北大學、加拿大Quanser公司9名外校及企業專家以及我校生物醫學工程學院、控制科學與工程學院、機械工程學院9名校內專家等合計18人組成本次結課答辯評委組，觀摩學生答辯過程，給出課設成績，并與現場師生熱烈研討，提出指導建議與意見。
此項目是由孫晶教授和尉國濱老師共同負責，測量與控制系統教學團隊適應培養方案改革新需求、新趨勢、新特征所取得的重要實驗實踐類教學建設成果，具有新工科課程建設先導示范作用。作為中心孵化的核心特色課程，該項目啟動已歷時兩年，其全方位依托國家一流本科課程“控制工程基礎”，深度改變了傳統課堂“教與學”模式，以項目制教學為手段，將機械、控制、測量等不同學期的課程內容有效嵌入大四專業課程實踐環節，尤其關注多學科交叉融合并著重引導學生掌握機械、控制、信息、智能等專業知識在工程項目中的集成運用。在歷時兩年多的課程建設過程中，教學團隊不斷吸納北京理工大學、天津大學、清華大學等高校的相關經驗和示范案例，結合學校、學院、中心及課程實際逐漸增補完善內容結構。早在今年暑假期間，教學團隊經集體備課將本次課程設計主題確定為“基于顏色識別的垃圾分揀測控系統”，并由此圍繞課程理念、教學目標、管理機制、評價考核等方面全方位推動課設改革創新。該項目以實現垃圾分揀為設計目的，要求學生在設計過程中將機械、控制、測量、建模等方面的理論知識進行有機綜合并全盤考慮，多個設計目標互相影響制約的情況在設計過程中時時處處存在，比如測量系統與機械結構方案可能會影響控制方案的選擇，因此這是一個多目標復雜工程問題。在多目標協同約束下，該課程設計提出“無限可能”的設計要求，即僅給出1頁簡單的設計要求（圖1），許多令人意想不到的機械實現方式和測量與控制方案通過最終的作品呈現了出來，這種“無限可能”的設計要求激發了學生們“無與倫比”的想象力、創造力、洞察力。
圖1 僅有1頁的設計說明給該課設提供了無限可能
此外，該課程設計采用多元化考核方式（圖2），總成績由主觀分數和客觀分數兩部分構成，主觀分數主要聚焦設計報告、答辯情況、團隊合作（分工與組內互評情況）、成本造價、設計完成度和創新性等影響參數，客觀分數則采取一定量化標準考查方案目標的完成情況和實現效果，例如參評作品1分鐘內成功分揀不同色塊的數量。
圖2 多元化的考核方式
11月13日-12月1日，207名機械工程學院大四學子、10位校內指導老師、2位企業導師（線上參與）均熱情飽滿，連續3周全身心投入到知方樓4樓實驗中心，并由此開啟了一段美妙的課設之旅。哪怕考研季已至，深夜實驗室中仍不乏大四學子們忙碌的身影、實驗過程中的認真和成功突破后的笑容（圖3、圖4）。在3周限定時長的條件約束下，各項目組完成與遞交的課設作品可謂“成就拉滿”“不拘一格”，同學們紛紛表示，如果擁有更充足的打磨、完善、調試時間，這些課設作品將會更加優秀高質（圖5：部分作品機械結構3D圖）。正如學生們所說：“從一頭霧水到一分鐘成功分揀42個，從桌面上只有兩臺qube到我們組的裝置矗立在桌面上且啪啪啪啪有序動作……三周來，我早上8點就能到4166，有時候凌晨4點才離開。我想我以后再也不怕接觸新的項目和新的任務了，這門課設讓我知道我在科研上的潛能無限，讓我敢于在未來面對任何新的挑戰。
圖3 夜已深，知方樓4166依舊人頭攢動
圖4 團隊成員精誠合作為課設交付貢獻力量
圖5 部分課設作品3D圖
經過啟動、破題、立題、分工、論證、設計、建模、制造、安裝、外協、調試等不同環節之后，50組實物作品均高質量達到預期設計要求并于12月1日進入結課答辯環節。
為發現問題，也為課設的后續迭代提供專家反饋，課程團隊邀請由北京理工大學、北京航空航天大學、東北大學、加拿大Quanser公司等9名外校和企業專家以及我校生物醫學工程學院、控制科學與工程學院、機械工程學院等9名校內專家組成18人答辯委員會，并由北京理工大學地面機動裝備國家級實驗教學示范中心主任李忠新老師與北京理工大學自動化實驗教學中心李怡然老師分別擔任組長。各項目組在答辯過程中著重圍繞總體方案、輔助機構、控制模型的設計以及遇到的問題、解決方法等內容向評委和觀眾展開闡述與匯報，并就評委提出的系統誤差累計、PID算法應用、視覺系統改進方法等問題進行詳細解釋與回答，體現出多目標設計的巧思與用心。各位評審專家細致觀察作品、嚴謹提出質詢，圍繞作品的方案原理、關鍵技術運用、創新性、可行性分析等多個角度提出深入且專業的問題、建議和意見（圖6）。評委和學生的互動不僅考驗了學生們的即興應變能力，也展現了他們對該課設項目的深刻理解。這場課設答辯匯報成為了一個展示前沿技術、激發創新思維，并將理論與實踐完美結合的實踐創新平臺。
圖6 緊張又輕松的答辯現場
為以賽促教、以賽促學，答辯結束后，由18名評委共同遴選出11組優秀作品，并進行了一場別開生面的終極battle——速度賽與創意賽（圖7）。經過評委們耐心細致的綜合評審，“我說的都不隊”和“精靈副將馬國成隊”以其1分鐘分揀118個色塊、超過預期設計要求近5倍的成績并列速度賽金獎，“啦啦隊”憑借獨特的設計和高效的功能獲得創意賽金獎，“大聰明隊”和“我說的都不隊”獲得創意賽銀獎，其余隊伍獲得銅獎（圖8）。
為了充分鼓勵各組在課設期間所體現的協作精神、傾聽態度、鉆研熱情、內驅動力，全體參賽同學均獲得了一份由18名評委聯袂簽名的獲獎證書以及加拿大Quanser公司贊助的獎品。課程團隊與Quanser公司還為全體207名參加此次課設的同學們準備了印有隊名及每個同學姓名的專屬定制款可樂，為緊張的課設與比賽增添了輕松、快樂、甜美的氣氛（圖9）。全體師生在作品、證書、獎品、可樂共同烘托出的溫暖家庭氛圍中合影留念。
圖7 緊張激烈的比賽現場
圖8 巔峰battle獲獎小組與評委老師合影
圖9 由全部評委聯袂簽名的獲獎證書及加拿大Quanser公司提供的課程獎品
“測量與控制系統課程設計A/機電系統測控實踐項目”高度聚焦同學們在學習中普遍面臨的知識碎片化與關聯性不夠、求知被動化與參與度不高、實踐套路化與獲得感不強等普遍難題，注重激發學生的專業興趣、探究精神、科研動力，從課程參與主體、客體和形式等不同角度克服了以往實驗實踐項目的高階性不足、創新性不強和挑戰度不高等問題，遵循了課程設計類教學環節“兩性一度”的建設思路，獲得了同學們的如潮好評。本次課設是“機械+控制+測量”多學科交叉融合下課程設計類教學環節的首次原創嘗試，未來還將逐步查找問題、剖析成因、總結經驗，進一步為學院新工科人才培養模式探新路、開新局、闖新關。
——校外答辯評委對本次課設的點評——
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