电子信息领域专业学位创新教学模式的探索与实践

[关键词]电子信息；动态系统故障诊断技术；教学改革；案例库建设[基金项目]2023年度新疆大学研究生教育教学改革研究项目“专业学位研究生实践创新能力培养研究－以新疆大学电子信息专业为例”（XJDX2023YJG33）；2023年度新疆大学研究生教学案例库建设项目“线性系统理论”（XJU-2023JG32）；2025年度新疆大学研究生教学案例库重点项目“动态系统故障诊断技术”（XJDX2025YALK18）

[作者简介]（1994—），女（回族），甘肃定西人，博士，副教授，主要从事工业系统智能运维研究；王聪（1990—），女，山东菏泽人，博士，副教授，主要从事工业系统智能控制研究；张宏立（1972—），男，湖南长沙人，博士，教授，主要从事系统智能调度研究。

[中图分类号]G642.0 [文献标识码］A [文章编号]1674-9324（2025）14-0101-04

[收稿日期］2024-04-10

引言

专业硕士研究生教育一直是高等教育体系中的重要组成部分。随着社会对高素质人才需求的不断增加，培养具有实践能力和创新精神的专业硕士研究生变得尤为重要[1-3]。案例教学通过引入真实案例，使学生置身于实际问题的情境中，培养他们分析、判断和解决问题的能力。特别是在专业硕士研究生教育中，案例教学可以帮助学生更好地理解专业知识，培养实践技能[4-5]。因此，在专业硕士研究生的课程教学中引人案例教学方法，对于提升研究生的综合能力、解决问题能力和创新能力具有重要意义[6-7]。

电子信息专业涵盖广泛，涉及电气工程、通信工程、计算机科学、机械工程等领域，该专业是典型的多学科交叉工程应用专业。因此，推进该专业学位工程案例库的建设是确保该专业课程教学与实际工程结合的有效途径。传统的以授课教师为核心的教学模式可能导致理论知识与实践脱节，教学效果偏向表面化，而专业学位案例库的建设有助于打破这一局面[8]。

结合学校“双一流”建设，依托计算机学科等一流学科专业优势，教学团队依托当前承担的各类科研项目，以“动态系统故障诊断技术”课程为例，对基于案例教学法的教学模式进行研究，结合工程实践和科研课题构建课程教学案例库，通过实际案例的分析和解决，培养专业研究生分析问题、解决问题的能力，提升他们的创新实践能力，进而提高新疆大学电子信息专业研究生的培养水平和质量。

一、课程分析

随着科技的发展，工业生产系统、电气设备、交通系统等呈现大型化、复杂化的趋势，系统的复杂性和运行环境的严苛性使其在运行期间存在潜在故障风险。系统故障可能导致生产停滞、效率下降、安全隐患等问题，影响生产运行和服务质量。随着对系统可靠性和安全性要求的提高，“动态系统故障诊断技术”的需求日益突出。得益于人工智能、机器学习等技术的进步，“动态系统故障诊断技术”得到了更广泛的应用和发展。通过故障诊断技术，可以及时发现和排除系统故障，提高系统的可靠性和稳定性。学习“动态系统故障诊断技术”可以促进学生对新技术的掌握和应用，培养学生的创新意识和能力。“动态系统故障诊断技术”课程是电子信息专业学位研究生的专业选修课程。课程要求学生具有坚实的数学和控制理论基础。本课程是目前国际自动控制界的热点研究领域之一，具有重要的理论和应用价值。本课程主要包括线性系统和非线性系统故障诊断的主要知识和研究方法。通过本课程的学习，学生将掌握“动态系统故障诊断技术”课程的基本理论和算法，并在今后的研究工作和实际工程中能够运用相关的理论、方法与算法，同时加以创新。

课程采用案例法教学，将抽象的理论知识与实际案例相结合，帮助学生更好地理解和应用故障诊断技术，学生通过解决实际问题来学习知识，培养解决问题的能力和实践能力。

二、“动态系统故障诊断技术”案例教学建设中存在的问题

随着智能制造的加速发展，设备呈现大型化、复杂化、精细化的趋势，市场对设备安全运行的要求日益增高，这对电子信息-系统故障诊断领域的人才提出了更高要求。因此，面向电子信息专业的“动态系统故障诊断技术”课程，其教学内容以及达成目标应与市场需求相匹配。“动态系统故障诊断技术”工程案例教学资源库的建设质量与电子信息专业研究生的课堂教学质量密切相关。本课程教学团队通过“动态系统故障诊断技术”的线下教学，通过问卷调查、师生交流、测评等手段，发现目前该课程工程案例库的建设还存在以下问题。

（一）案例来源单一、质量参差不齐

在课程教学中，由于任课教师专业领域的限制，教学案例来自特定行业或领域，缺乏多样性和广度，无法全面覆盖“动态系统故障诊断技术”领域的各个方面和实际应用场景。由于教学素材匮乏，任课教师依赖网络视频进行课堂分享，但视频的清晰度和内容的准确性有待提高，导致教学系统性不足。在工程案例教学中，为了更好地将理论知识与实际工程结合，教学团队引入专业技术人员进行详细讲解是必要的，这样可以帮助学生更深入地理解施工技术的知识点，提升他们的综合应用能力和实践技能。

（二）先进技术引入不足

教学团队通过对近年来教学案例进行分析，发现案例库中的案例主要是基于原有技术或常规方法，缺乏最新的“动态系统故障诊断技术”案例，无法反映行业的最新发展趋势。在案例库实践教学过程中，应紧密结合当前国家及地方产业需求，注重培养学生的实践能力，将教学、科研与就业有机融合，同时注重控制科学与工程、电子信息、电气工程、机械工程等多学科知识的深度交叉与融合。教学团队采用此类教学模式，可以提升电子信息专业研究生的培养质量，促进学校“双一流”的建设。

三、“动态系统故障诊断技术”案例教学资源库建设

本教学团队响应当前学校“双一流”加快推动专业学位研究生教学案例库建设的号召，依托目前所承担的纵向及横向的科研项目，建立了以解决工程实际问题为导向的“动态系统故障诊断技术”教学案例库，通过与研究生产学研研究基地合作，针对工业现场实际案例进行教学，形成以理论知识、实际案例分析和案例实践为主线的教学方案，如图1所示。教学团队设计了6个工程案例库，结合相应的案例实践完成相应的教学任务。教学团队采用讨论法、项目驱动法和合作探究法进行授课，培养学生分析问题、解决问题的能力，提升学生的创新意识。

（一）激发学生学习“动态系统故障诊断技术”专业课程的兴趣

“动态系统故障诊断技术”课程内容包含较多的工程技术和知识，教师要引导学生深刻记忆和融会贯通“动态系统故障诊断技术”工程知识，激发学生的学习兴趣。授课教师通过使用模型展示设备中容易发生故障的部件，例如滚动轴承、齿轮等的结构、运行原理等，从而加深学生对知识的理解。引人真实的故障诊断工程案例，让学生通过分析实际问题来应用课堂所学知识。教学团队通过案例视频更加生动地展现工程过程，激发学生的学习兴趣。例如，在信号分析方法的教学中，当教学团队讲到信号分析方法应用到故障诊断中来时，为了使学生更好地理解利用信号分析方法实现故障特征提取与诊断，教学团队采用流程化教学方式，详细讲解每一个步骤，并进行相应的Matlab仿真分析，激发学生的学习兴趣。

（二）校企合作，项目式教学案例培养学生解决问题的能力

本课程教学案例库的内容主要分为机械设备信号分析技术、基于观测器的故障检测技术、数据驱动的工业系统故障诊断技术等三个部分，针对每部分内容进行工程案例的收集和整理，完成工程案例库的建设。对于本课程教学案例库的案例资料，主要来源于教学团队教师所承担的科研项目，以及来自本学位点产学研基地对应企业生产过程中的实际案例。例如，本教学团队与金风科技公司合作，进行风电机组关键部件的故障诊断研究，教学团队依托学位点“双一流”建设，购买了风电机组故障诊断试验平台、机械设备数字孪生平台，带领学生进行故障现场模拟、分析，让学生参与故障诊断系统研发。通过这些工程案例的学习，教学团队可以使教学内容与工业系统实际运行过程紧密贴合，帮助学生更好地理解、分析与解决问题。例如，在“滚动轴承故障诊断技术”案例中，介绍了新疆是我国高比例风电接入地区，其投运的主流并网风机双馈式异步发电机的结构特点，根据新疆哈密烟墩地区两个风电场风电机组故障的统计结果，教学团队引出齿轮箱中的滚动轴承是故障频发部件。因此，针对滚动轴承故障进行有效诊断是提升风电机组运维能力、提高风电产业核心竞争力的关键。该案例在学生科研实验室机械设备故障诊断综合实验台上设置了齿轮箱中滚动轴承的典型故障，利用加速度传感器采集的相应振动信号，对其频谱特征进行分析，以达到故障诊断的目的。

（三）结合科技竞赛，提升学生的创新能力

教学团队带领学生参加了包含中国研究生创新实践大赛、中国“互联网 + ”大学生创新创业大赛、“挑战杯”等全国科技创新和学科竞赛。在授课过程中，教学团队结合科技创新和学科竞赛项目，教授学生创新方法、团队合作技巧、项目管理等相关技能。同时，参与比赛的学生会向其他同学和教师展示研究成果，提高学术交流能力和创新能力。通过以上举措的实施，教学团队可以有效提升学生的创新能力，培养他们在科技领域中的创新意识和实践能力。例如，在讲解“工业过程故障定位与溯源技术”案例时，本教学团队结合学生所参与的针对城市热网管道故障泄漏检测问题的“挑战杯”项目，讲解该项目的理论分析、算法设计、建立城市热网管道泄漏检测模型，提出相应的检测策略的全部过程，激发学生的学习兴趣。本教学团队还邀请参赛队伍主持人分享参赛感悟，包括学校所提供的资源支持、团队的协作分工、教师给予的指导等，旨在提升学生积极参与科技竞赛的信心，提升学以致用和勇于创新的动力。

四、创新人才综合素质评价体系构建

教学团队通过建立全过程化综合素质评价体系，破除依靠标准答案的单一考核方式，对学生的学习过程进行综合性评价。探索非标准答案的全过程考核方式，这是一种有趣且具有挑战性的教学方法，可以激发学生的创造力，培养学生批判性思维和解决问题的能力。以下是一些适用于这种考核方式的方法。课前：教学团队通过布置或自选工程案例，学生自发组队，针对选取的工程案例提出问题，并通过研究和实践找到答案，制作汇报PPT。课中：学生以小组汇报交流的形式对案例进行讲解，阐述如何通过团队协作解决问题，再由其他组学生进行提问点评。教师通过评估，分析小组表现、问题处理能力和课堂活跃度，综合给出考核分数。课后：教学团队按照科技论文写作规范，要求学生根据课程教学内容设立课题，撰写课程报告，培养学生的科技论文写作能力。通过以上方法的应用，教学团队可以有效推动学生的全面发展，培养其创新思维和解决问题的能力，为其未来的科研和职业发展打下坚实基础。

结语

本文通过建设以工程问题为导向的电子信息专业研究生“动态系统故障诊断技术”课程案例库，结合多个学科的理论知识，深度融合理论与实践，培养学生解决工程问题的能力，提升其实践能力。教学团队通过案例教学与理论教学相结合、构建课程工程案例、引入校企合作、结合科技竞赛和构建创新人才综合评价体系等举措，借助电子信息、机械工程、电气工程、计算机科学等学科间的知识融合和学生学习兴趣的激发，可有效提高本校“双一流”建设背景下电子信息专业学位研究生的综合能力和培养质量，更好地满足行业对人才的需求。

参考文献

[1]全靖，苏理云.专业学位研究生应用创新能力评价体系探究[J].高教学刊，2024，10（27）：70-73.

[2]刘扬，陈复生.全日制专业学位研究生培养问题及对策探讨［J].大学教育，2024（7）：110-114.

[3]李晓泉，赵伟，孔凡新.专业学位研究生培养与工程创新能力提升实践[J].教育教学论坛，2024（13）：153-156.

[4]王家忠，戈景刚，王泽河.案例教学在专业硕士研究生课程中的应用与实践[J].教育教学论坛，2021（25）：100-103.