摘要：随着专业学位硕士研究生的招生规模日益扩大，培养研究生的实践能力和创新能力被赋予了更加核心的地位。将实际案例融入研究生课程，能够有效激发学生的学习热情，显著增强学生分析和解决复杂问题的能力。基于此，立足电子信息专业学位培养目标，融合教学与科研，将“火灾烟气环境中波的传播特性实验测量与信息处理系统”教学案例引入智能建筑传感器与信息处理课程的教学体系，有助于提高学生的科研创新能力及运用所学理论知识解决实际工程问题的能力，进一步推动电子信息专业学位研究生培养模式的改革与创新。

　　关键词：案例教学；专业学位；研究生；教学改革

　　近年来，我国研究生教育体制不断革新，专业学位硕士研究生的招生规模持续扩增[1]，标志着研究生教育模式开始从传统学术主导迈向学术与应用双轨并行，在此转型进程中，研究生实践与创新能力的培养被推向更为关键的位置[2]。鉴于此，专业学位研究生培养方式亟待深度变革，需打造更贴合其课程特性的教学手段[3-5]。案例教学作为借助典型案例开展教学的方法，正逐步引领专业学位研究生教育教学改革的新潮流，其能有效契合当前教育模式转变下对专业学位研究生培养的需求，助力构建更为实用且针对性强的教学体系，从而更好地培育适应新时代需求的专业学位研究生人才[6-7]。

　　由于建筑火灾环境下充满烟雾颗粒，能见度极低，如何实现低能见度下的可视化已成为当前消防领域研究的重点和难点[8]，受烟气影响较小的电磁波与机械波已成为国内外火场环境下新型传感器开发的研究对象[9]。对火场烟气环境下波的传播特性进行研究可以为新型智能传感器的开发提供重要的理论基础与数据支持，因此，本文引入“火灾烟气环境中波的传播特性实验测量与信息处理系统”教学案例，以期推动电子信息专业学位研究生培养模式的改革与创新。

　　一、课程特点

　　智能建筑传感器与信息处理是郑州轻工业大学电子信息专业学位研究生的核心课程，主要研究以建筑环境为平台的电气系统、控制系统和信息处理系统，基于自动控制、人工智能、云计算等技术，研究建筑设备智能控制、智慧建筑消防、建筑智慧感知与行为分析等诸多领域的科学和技术问题，为人们构建方便、舒适、安全、绿色、智慧的生产生活环境提供技术支持，是适应社会需求产生和发展的多学科交叉、工程应用型学科。

　　智能建筑传感器与信息处理课程的教学内容总共分为六章：绪论、传感器特性基础知识、常用传统传感器、建筑传感器、典型智能算法及其应用、智慧未来与物联网。课程中有大量的抽象概念、基本原理、信息处理算法，学生普遍反映学习难度较大，对知识的理解和应用缺乏感官认识，导致课堂教学与实践应用相互脱节。

　　开展教学之前对该专业研究生有关传感器与信息处理知识的学习背景进行了统计，约50%的学生在本科阶段没有学习过相关课程知识，约30%的学生学习过部分传感器相关知识，约20%的学生学习过信息处理算法相关知识。因此，面对本科专业各异、学情不同的授课对象，需结合专业学位研究生培养目标，夯实其基础知识，同时促进培养其科研创新能力。

　　二、案例教学设计

　　针对智能建筑传感器与信息处理课程内容理论性强、教学过程难以实践、学生学习积极性不高等问题，将“火灾烟气环境中波的传播特性实验测量与信息处理系统”引入整个智能建筑传感器与信息处理课程的教学体系，力求建成与国内一流院校相关专业研究方向课程接轨的教学案例，提高电子信息专业学位教学案例的质量，推动专业学位研究生培养模式的改革与创新。

　　以科研工作实例为课程案例，引导研究生学习传感器基本特征与建筑公共安全专业知识，提高学生应用新型传感器设计与智能算法的知识与技能，参与科研工作及创业活动。本课程案例包括3个科研实例，科研实例与课程知识点无缝衔接，教学案例内容框架如图1所示。教学案例结合智能建筑传感器开发实践与理论教学内容，促使学生运用自己所学的知识，通过深入细致地分析，解决实际工作中的问题，做到“做中学，学中做，教学做一体化”。

　　三、案例教学实施

　　以“新型传感器特性——火灾烟气环境中太赫兹波传播特性实验测量”为例，该案例包括基本原理、实验方法、案例分析与讨论三部分。

　　（一）基本原理

　　太赫兹波在火灾烟颗粒中的传播特性受到烟颗粒的吸收、散射作用，以及会随颗粒的粒径分布和烟气浓度的变化呈现出一定的传播规律。

　　颗粒物质的吸收和散射效应，可由Lambert-Beer（朗伯比尔）定律描述，对颗粒物造成的入射波能量的衰减进行解释，其表达式为式（1）。

　　dI(v)=-τv(z)I(v)dz（1）

　　式（1）中，I(v)是频率v处的入射光功率，τv(z)表示位置z处频率v的消光系数，即吸收和散射量的总和，dz是沿光传播方向的路径微分长度。但在Lambert-Beer定律中，仅考虑了烟颗粒对光传输吸收和散射的衰减作用，而忽略了光在烟气中传播时由于颗粒的散射作用对传播的增强效应。后来，辐射传输方程代替Lambert-Beer定律求解出射光功率，有效地解决了这一问题。

　　光在烟气环境中传播时，烟颗粒会对光造成吸收和散射影响，对光的吸收并不会改变其传播方向，但对光的散射会使其向四周扩散，改变方向的光到达其他粒子再次发生吸收和散射，造成多散射效应。多散射效应会增加入射光的强度，对出射光功率的计算造成影响。

　　（二）实验方法

　　实验采用一套配备有太赫兹波发射器与接收相机的装置，发射器的主要功能是发出太赫兹电磁波，这些波在穿透烟气层后，由接收相机进行捕获。通过观测太赫兹波在烟气环境下的能量损耗情况，能够深入分析其传播行为，并据此评估其在火灾应急响应场景中的应用潜力。

　　实验过程中火焰区域和烟气区域相分离，提高对烟气的检测有效性，同时有效保护太赫兹设备。在构建均匀烟气实验环境时，选择燃烧材料和浓度作为核心控制变量，以确保实验结果的准确性和可重复性。为了全面揭示太赫兹成像在烟气环境中的变化规律，采用光学烟密度测量与太赫兹波检测同步进行的方法，能够实时跟踪烟气密度的动态变化，并将其与太赫兹成像的变化相对应，便于与模拟研究数据进行对比分析。

　　在实验火源的选择上，严格遵循GB4715—2005标准实验用火规范，选取棉绳阴燃火、正庚烷明火和聚氨酯明火作为实验用火。这些火源在点火时均被放置在专用的点火箱内，并且在火源底部加设隔热板，以确保实验过程的安全。在棉绳阴燃火实验中，采用直接点燃棉绳并迅速熄灭的方法，因此该实验过程中不存在明显的热解阶段。

　　整个实验过程被划分为准备阶段、燃烧阶段和燃烧结束阶段三个阶段进行详细的观察和研究。每组实验都是进行16分钟记录，三个阶段中准备阶段60秒，燃烧阶段600秒，燃烧结束后继续进行300秒观察实验。每一种标准实验火源都进行多组实验，验证实验的可靠性。

　　（三）案例分析与讨论

　　案例教学的核心目标在于激发研究生积极主动地开展独立思考，借助已有的理论知识储备，对各类问题加以剖析与解决。并且在此过程中，引导学生从多元视角挖掘具体现象深处潜藏的科学、技术或者工程相关问题，全方位锤炼研究生独立思考、深入分析及妥善解决问题的综合素养。而这一教学流程能否收获预期效果，与教师所设计问题的质量高低紧密相连。案例教学中的问题设定，不但要全面覆盖案例背后的理论要点，还需适度突破课程既定范畴，以此推动研究生进一步拓展思维边界，提升发散思维的水平与能力。

　　以本案例为例，在案例展示中提出问题：第一，不同燃料燃烧产生的烟气对太赫兹传播特性的影响是否一样；第二，应用太赫兹成像设备能否实现火焰的检测；第三，对火灾烟气环境中太赫兹波的传播特性实验数据进行误差分析。在案例分析与讨论环节结束之后，需要研究生通过论文撰写、课堂陈述等方式予以汇报展示，旨在促进研究生创新思维发挥，锻炼其应变、写作及表达等多种能力。上述与案例相互关联的三个问题，不仅将先前的部分理论知识巧妙地应用于实际分析场景之中，而且从整体上锻炼了研究生独立思考、问题察觉及问题解决的各项能力。

　　总体而言，案例教学与电子信息专业学位研究生的智能建筑传感器与信息处理课程的教学适配度极高，能够收获较为理想的教学成效。科学合理的教学设计及品质优良的案例教学资源，不仅可以有效提升研究生的学习热情，增强研究生对所学专业的归属感与认同感，还能切实推动电子信息专业学位研究生创新能力的提升与发展。

　参考文献：

　　[1]郭磊,范方宇,王德新,等.“双一流”背景下拔尖创新型研究生培养模式探索:以食品加工与安全专业人才培养为例[J].食品工业,2024(11):193-196.

　　[2]朱明明,李慧杰,焦凌霞,等.案例教学在专业学位研究生食品加工与贮运专题课程中的应用[J].农产品加工,2024(18):138-141,145.

　　[3]权金娥,毕会涛,王艳梅.基于案例教学法的林业研究生实践教学模式创新与探索[J].科学咨询(教育科研),2024(9):17-20.

　　[4]伍微,李保国,杨鹏.基于OBE的电子信息新工科案例教学模式探究[J].创新创业理论研究与实践,2024(16):149-151.

　　[5]李新利,徐盼盼,皇涛,等.基于案例库教学的创新与实践[J].河南化工,2024(8):62-65.

　　[6]朱彩霞,王聪民.建筑环境设备系统设计与分析案例库建设研究与探索[J].中国教育技术装备,2024(15):49-51.

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　　[9]李森,梁晓歌,冯春勇,等.超声波测距技术在火场侦测中的应用研究[J].消防科学与技术,2018(8):1133-1135.