2021年5月1日《西电科大报》上一篇《背馍记》让大家了解到了段学超在河南老家伏牛山区读初中时的艰苦生活,他常说:家乡革命老区(红二十五军长征时的落脚点)虽然经济落后,但是大家对教育十分重视,尤其值得感激的是那一群兢兢业业、任劳任怨的老师们,没有他们,山区的孩子们很难学习文化知识走出去看精彩的世界。对老师的最佳致敬方式,莫过于努力成为像他们一样立德树人的好老师。
2006年硕士研究生毕业后,他毫不犹豫选择留在母校担任助教,并同时攻读博士研究生。从那时起,他就与三尺讲台结下了不解之缘。从教十五年来,他坚持不懈以饱满的热情奋斗在教书育人第一线。
立德树人他争先
段学超长期奋斗在本科、研究生教学第一线,即便科研工作繁重,他仍保持着年均100课时的工作量。自从2006秋天站上讲台,给本科生上课成了他年度重头戏。每节课都要提前准备上3-4小时,他在备课中不但博采众家之长看课本、看视频,还挑重点章节进行试讲,力争做到讲授每节课时的流畅、完美。他在教学中特别注重互动,会用语速、音量变化吸引学生的注意力,并反复强调学生在课堂上要“动脑、动嘴、动手”,及时参与教师发起的各项互动,以增强学习效果。此外,每年培养硕士4-5名,除了日常例会,每周会找每位同学单独讨论,推进研究。每年毕业生的学位论文,段学超都会修改6遍以上,以至于学生都为自己的文字撰写水平惭愧不已。
本科教学是基本的“门市”工作,还有毕业设计、国创、省创项目指导。他都尽心尽责,与学生讨论方案,帮学生协调硬件加工和调试,指导他们申请专利,2017年被评为国创优秀指导教师。
教改、思政同开展
站稳讲台是基本功,段学超还注重培养教学环节的核心竞争力,积极开展课程思政和教学改革。在参与千博、过润秋教授主持的陕西省精品资源共享课期间,他作为团队青年教师主力,精心准备授课课件,录制了40多小时的授课视频,经过团队合作精心建设的课程网站,点击率始终名列前茅。
当今世界,智能手机和无线网络已经渗透到世界的每一个角落,移动互联网技术的飞速发展,使人们的生活和学习方式发生了巨大的变化。移动学习作为传统学习方式的补充,正在日益受到人们的青睐。针对自动控制理论课程系统庞大、概念众多的特点,段学超带领教改团队以微信公众号(xdAutoStudy)为移动学习的载体,创立了融课前预习、知识点巩固、拓展训练以及学习互动服务为一体的自动控制理论移动学习系统,并获得校教学改革典型案例表彰。
在传统印刷版教材的基础上,充分发挥现代互联网技术的优势,建立了在线课程网站和微信公众号移动学习平台为补充的自动控制理论立体化教材系统。针对自动控制理论数理基础要求高、课程系统庞大、概念众多的特点,发挥立体化教材各层面的优势,有效解决了学生对课前预习、课堂使用、知识点巩固、拓展训练以及课后学习互动的多方面需求。
他积极运用现代科技手段改进课堂质量,率先掌握并使用“雨课堂”工具开展本科教学,取到了良好的效果,被评为“教育部在线教育智慧教学之星”(2018),并将授课经验在陕西省新入职教师培训会及其他兄弟院校进行分享交流。
课程思政是目前教学改革的主线,段学超主持研究生课程思政教改项目1项,结合我校机械工程专业的特色是面向电子机械的机电耦合分析、设计与制造先进理论,与工程前沿技术开展研究,用并联机器人课程衔接了传统机械与电子机械两个重要领域,使得课程概念颠覆性、知识独立性和工程实践性强,是引领学生科学精神和价值理念,培养学生思维能力、学习能力、技艺能力和交流能力的良好平台。结合课程体系已经挖掘出的代表性的思政育人融入点包括:
一是从中国天眼FAST率先采用6索驱动柔性并联机器人系统开创大型天线柔性馈源定位的成功案例,提出的光机电一体化创新设计方案,开创了大跨度柔索用于馈源高精度动态定位的先河。此方案不仅使馈源及驱动系统自重由8000吨降至30吨,且实现了毫米级的动态定位精度。同时,极大降低了电磁遮挡与结构失效风险,可有效避免阿雷西博悲剧的重演。探讨机器人机构创新对结构重量、工作空间的改善效果,培养学生实事求是的科学精神、敢为人先的创新意识。
二是深入探讨机器人的串并联对偶原理,串、并联机器人作为两种最常见的机器人构型,数代人的研究成果表明:凡是串联机器人的优点(工作空间大、正解唯一且计算量小)就一定是并联机器人的缺点,反过来,凡是串联机器人的缺点(有关节累积误差、逆解不唯一且计算量浩繁)就一定是并联机器人的优点,“此两者,同出而异名,同谓之玄。玄之又玄,众妙之门。”两者互为补充,为人类改造自然,推动社会进步共同发挥机器人科技的积极作用,进而引导学生掌握唯物辩证法开展学术研究。
三是在并联机器人优化设计相关内容讲授过程中,通过多波束天线自举升并联机器人座架研制案例,反复推敲优化模型的建立原则、目标函数的选取准则和具体形式,经过多轮迭代,最终综合出一套能够满足工程需求、颠覆人们对并联机器人工作空间狭小一贯认知的设计参数,实现了自举升并联机器人机构的创新目标,培养学生敢想敢试、知行合一的开拓创高新精神。
四是以FAST模型样机研制过程中,馈源舱支撑系统控制板卡软硬件开发,以及馈源精调平台复合控制程序设计和现场调试过程为例,分享基于C++编写自制板卡的驱动程序、图形用户界面程序,开发精调平台的运动控制与位姿检测程序等亲身经历,培养学生软硬结合、胸怀科技报国、“钉钉子”式的实践精神。
目前负责陕西省一流本科课程(简称“金课”)一门(自动控制理论),承担省级教改项目1项,主编教材1部,获省级教学成果二等奖1项,2018年被评为“教育部在线教育智慧教学之星”,2020年陕西省师德建设示范团队负责人。
科创习新促发展
段学超长期开展面向先进电子装备的柔性支撑六自由度并联机器人机构学理论、动力学建模与控制以及冗余驱动六自由度并联机器人研究。优化设计的六自由度并联机器人精调平台在FAST50米模型中成功应用;实现了基于冗余驱动并联机器人的大型相控阵天线平面度控制,获得国家自然科学基金资助;提出了基于并联机器人机构的无人机隔振致稳方案获得了陕西省自然科学研究计划资助;针对中国电子科技集团某研究所的多波束天线座架提出了并联机构设计方案已经投入使用;所提出的大型天线并联式驱动座架获美国发明专利1项。
融合柔顺机构学理论和数字测量技术,提出了一种基于柔顺滑移铰的力位一体传感器设计方案;基于六自由度并联机构学理论设计并实现了一种空间六自由度位姿测量系统,发表论文10余篇,其中2篇被SCI检索,1篇被EI检索。
注重历练提升研究水平和学术交流,参加了ReMAR2015、AISM2015、ICFDM2016、ICFDM2018、第二届中国机构学发展中青年学者论坛等重要学术会议,担任国家自然科学基金项目通讯评阅人,多个国际学术期刊通讯评阅人,现为中国机械工程学会高级会员,英国工程技术学会(IET)会员、中国电子学会会员。
近年来主持国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、装备预研等项目10余项。作为主要成员(排名前3)参与科研项目6项。获国家科技进步一等奖1项(排12),获陕西省科学技术二等奖1项,获陕西高等学校科学技术一等奖1项,中航工业科学技术奖1项。科研成果有效反哺教学,促进了人才培养和技术创新的良性循环。
多维服务求全面
段学超长期担任机械工程国家一级博士点学科秘书,积极参与学科建设和第五轮学科评估。2016年7月受学校邀请参与了古巴信息科技大学校长代表团的接待工作,做“机电一体化与机器人”的学术报告,深化了双方的交流效果。2019年挂职担任西安市科技局副局长,全面服务西安科技创新和高校成果转化,为我校成果推介、重点实验室建设提供了全方位服务和支持。最近两学期深入西电附小家长课堂,为全年级讲述《中国天眼》《自动控制的故事》等科普课程,为宝鸡中学、高新一中、铁一中中学生做FAST实验场参观讲解,服务我校本科招生宣传工作。
担任机电所党支部书记、副所长并分管教工作以来,段学超策划了由所领导、老教师课程负责人亲自带队的“送青年教师上讲台”活动,在为青年教师增强授课自信的同时,通过现场听课敦促青年教师精进教学水平、及时收集学生意见、畅通课堂教学质量反馈机制,深受师生的欢迎。