基于卓越工程師培養(yǎng)的測(cè)試技術(shù)課程體系改革

宋春生　吳華春　張錦光

摘要：結(jié)合機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的要求，提出測(cè)試技術(shù)課程體系改革思路，從教學(xué)與振動(dòng)噪聲檢測(cè)與控制、光纖光柵傳感技術(shù)和回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)檢測(cè)和調(diào)窯技術(shù)等科研方向緊密結(jié)合，教學(xué)與本校建校背景的建材、汽車(chē)和交通三大行業(yè)緊密結(jié)合，教學(xué)開(kāi)拓國(guó)際化等三個(gè)方面進(jìn)行改革，提高課程的教學(xué)質(zhì)量，滿足卓越人才培養(yǎng)的要求。

關(guān)鍵詞：測(cè)試技術(shù)；課程體系；卓越工程師

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）33-0109-02

一、引言

2010年教育部實(shí)施的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”突出了工科人才的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。武漢理工大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)所在學(xué)科是國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科，也是首批參與教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的專(zhuān)業(yè)之一，在人才培養(yǎng)方面具有較強(qiáng)的特色與優(yōu)勢(shì)。

“測(cè)試技術(shù)”課程是機(jī)自專(zhuān)業(yè)必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，課程涉及眾多知識(shí)點(diǎn)，課程內(nèi)容較抽象、理論知識(shí)繁多、實(shí)踐環(huán)節(jié)要求高。武漢理工大學(xué)是較早開(kāi)設(shè)測(cè)試技術(shù)的院校之一，也是“全國(guó)高等學(xué)校測(cè)試技術(shù)研究會(huì)”的理事單位，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)建成了完整的教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)體系。然而，隨著電子、傳感、新材料、新工藝等領(lǐng)域的發(fā)展，測(cè)試技術(shù)也有了很大的發(fā)展，內(nèi)容越來(lái)越豐富，加上“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”對(duì)培養(yǎng)人才的特殊要求，現(xiàn)有課程體系越來(lái)越不能適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需求，不利于對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神等綜合素質(zhì)培養(yǎng)的需要。為了更好地反應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，適應(yīng)卓越工程師人才培養(yǎng)需要，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，進(jìn)行課程內(nèi)容體系創(chuàng)新與改革已勢(shì)在必行。

因此，針對(duì)本校機(jī)自專(zhuān)業(yè)的行業(yè)背景以及測(cè)試技術(shù)課程本身特點(diǎn)，以卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃為契機(jī)，研究測(cè)試技術(shù)課程創(chuàng)新與改革研究及實(shí)踐，提高課程的課堂教學(xué)質(zhì)量，為推進(jìn)卓越工程師培養(yǎng)提供可借鑒的方案。

二、測(cè)試技術(shù)課程定位

測(cè)試技術(shù)是機(jī)自專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主干專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是綜合應(yīng)用相關(guān)課程知識(shí)和內(nèi)容，解決科研、生產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)所面臨的工程測(cè)試問(wèn)題的課程。本課程包括理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)。

理論教學(xué)方面，主要內(nèi)容包括：（1）信號(hào)基礎(chǔ)知識(shí)：信號(hào)的分類(lèi)和描述、周期信號(hào)和非周期信號(hào)的頻譜；（2）測(cè)試系統(tǒng)的基本特性：動(dòng)靜態(tài)特性、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試不失真的條件、一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性；（3）常用傳感器：電阻、電感、磁電、壓電傳感器及新型傳感器的原理及應(yīng)用；（4）信號(hào)變換和調(diào)理：電橋電路、調(diào)制與解調(diào)、濾波器等；（5）記錄及顯示儀器：光線示波器、筆式記錄儀、磁記錄儀、數(shù)字式記錄儀；（6）信號(hào)分析與處理：采樣混疊和采樣定理、截?cái)嘈孤逗痛昂瘮?shù)、相關(guān)分析及其應(yīng)用、功率譜分析及其應(yīng)用；（7）機(jī)械振動(dòng)測(cè)試等；（8）測(cè)試技術(shù)的其他工程應(yīng)用。

實(shí)踐教學(xué)方面，1980年學(xué)校就在國(guó)內(nèi)較早地建立了測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，80年代初購(gòu)置了國(guó)產(chǎn)最先進(jìn)的激振器、各種振動(dòng)測(cè)試儀、各種信號(hào)記錄儀等儀器設(shè)備。1984年購(gòu)置了一套當(dāng)時(shí)國(guó)際最先進(jìn)的B&K振動(dòng)測(cè)試儀器，并用于本科教學(xué)。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)在相應(yīng)授課內(nèi)容完成后進(jìn)行，由7個(gè)實(shí)驗(yàn)，即典型信號(hào)分析、測(cè)力儀制作與標(biāo)定、金屬箔式應(yīng)變片構(gòu)成電橋電路特性比較、調(diào)幅與相敏檢波解調(diào)、機(jī)械振動(dòng)測(cè)試、相關(guān)分析和記錄儀動(dòng)態(tài)特性測(cè)定組成。

卓越工程師培養(yǎng)采用的模式為“3+1”模式，即在學(xué)校完成累計(jì)3年時(shí)間的學(xué)習(xí)任務(wù)，在企業(yè)完成累計(jì)1年時(shí)間的學(xué)習(xí)和實(shí)踐任務(wù)。現(xiàn)有課程體系越來(lái)越不能適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需求，不利于對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神等綜合素質(zhì)培養(yǎng)的需要。而卓越班畢業(yè)的學(xué)生一般分為兩種：一種是去企業(yè)就業(yè)，另外一種在國(guó)內(nèi)外高校繼續(xù)深造碩士或者博士學(xué)位。為了適合學(xué)生這種學(xué)習(xí)和后續(xù)模式，測(cè)試技術(shù)課程的部分內(nèi)容學(xué)習(xí)可以從企業(yè)和科研試驗(yàn)中完成。

三、課程體系的改革

以卓越人才教育培養(yǎng)及其后續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，改進(jìn)“測(cè)試技術(shù)”課程體系，建立教學(xué)與科研、教學(xué)與行業(yè)實(shí)踐、教學(xué)與國(guó)際化緊密結(jié)合的“測(cè)試技術(shù)”課程體系。

（一）建立教學(xué)與科研緊密結(jié)合的“測(cè)試技術(shù)”課程體系

人才培養(yǎng)與科研密切聯(lián)系，堅(jiān)持以教學(xué)帶科研、以科研促教學(xué)，使教學(xué)和科研實(shí)現(xiàn)良性互動(dòng)、協(xié)調(diào)發(fā)展，促進(jìn)教學(xué)水平的提高，讓學(xué)生在科研實(shí)例中理解深?yuàn)W的理論知識(shí)，也為學(xué)生以后繼續(xù)深造奠定良好的基礎(chǔ)。目前，本專(zhuān)業(yè)科研項(xiàng)目與測(cè)試技術(shù)這門(mén)課結(jié)合緊密的科研項(xiàng)目主要分三大方向。

1.振動(dòng)、噪聲檢測(cè)與控制方向。武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院多名教師從事振動(dòng)、噪聲檢測(cè)與控制方向研究，主持多項(xiàng)國(guó)家、省市及企業(yè)項(xiàng)目，研究對(duì)象設(shè)計(jì)船舶、汽車(chē)及重要機(jī)械裝備等，涉及到傳感、檢測(cè)、信號(hào)處理、控制等多種專(zhuān)業(yè)知識(shí)。主要設(shè)備包括：DSPACE1103實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，B&K振動(dòng)噪聲測(cè)試系統(tǒng)，LMS振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，JZK-50模態(tài)激振系統(tǒng)，AVANT噪聲振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等。主要實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)包括：磁懸浮主動(dòng)隔振試驗(yàn)臺(tái)，氣磁混合主被動(dòng)隔振試驗(yàn)臺(tái)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)等。學(xué)生可以通過(guò)這些設(shè)備和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)測(cè)試技術(shù)課程內(nèi)容中的傳感器、信號(hào)采集系統(tǒng)及其調(diào)理電路、測(cè)試系統(tǒng)特性、信號(hào)分類(lèi)及其基本特征都有深刻的理解，為知識(shí)的掌握和應(yīng)用提供良好的基礎(chǔ)。

2.光纖光柵傳感技術(shù)在機(jī)械系統(tǒng)中的應(yīng)用。光纖布喇格光柵傳感器是對(duì)布喇格反射波長(zhǎng)進(jìn)行編碼，當(dāng)光柵周?chē)拇郎y(cè)物理量如溫度、應(yīng)變等發(fā)生變化時(shí)，將導(dǎo)致光柵周期或纖芯折射率的變化，從而產(chǎn)生光柵布喇格信號(hào)的波長(zhǎng)位移，通過(guò)監(jiān)測(cè)布喇格波長(zhǎng)位移變化情況，即可獲得待測(cè)物理量的變化情況。光纖光柵傳感器具有尺寸小、質(zhì)量輕、一纖多點(diǎn)，動(dòng)態(tài)多場(chǎng)、抗電磁干擾等特點(diǎn)。通過(guò)不同的封裝可以檢測(cè)溫度、應(yīng)力/應(yīng)變、壓力、流量、位移等不同的物理量。2008年武漢理工大學(xué)獲建的光纖傳感技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，研究開(kāi)發(fā)光纖傳感新理論和關(guān)鍵技術(shù)，致力于建立基于光纖傳感技術(shù)的我國(guó)大型工程與重大裝備安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)體系和新產(chǎn)業(yè)，是目前國(guó)內(nèi)光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域規(guī)模最大的研發(fā)基地和人才培養(yǎng)基地。國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室和機(jī)電學(xué)院取得了眾多相關(guān)的研究成果，包括：各種光纖光柵傳感器的制備，光纖光柵傳感器的解調(diào)儀器與系統(tǒng)，光纖光柵傳感檢測(cè)系統(tǒng)等。這些研究成果既可作為理論教學(xué)又可以做成相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生對(duì)測(cè)試系統(tǒng)課程內(nèi)容中新型傳感器的檢測(cè)原理、封裝及采集系統(tǒng)有了深刻理解，對(duì)本課程知識(shí)的掌握和綜合科研能力的提升有很好的幫助。

3.回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)檢測(cè)和調(diào)窯技術(shù)。武漢理工大學(xué)從1987年開(kāi)始對(duì)此難題攻關(guān)，國(guó)家建材局在我校建立了建材行業(yè)回轉(zhuǎn)窯檢測(cè)技術(shù)中心。在國(guó)家建材工業(yè)局多項(xiàng)科研項(xiàng)目和基金項(xiàng)目的重點(diǎn)支持下，研究出對(duì)回轉(zhuǎn)窯設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)和調(diào)整的技術(shù)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)方面的空白，并在2002年獲得了國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)等一系列的科研獎(jiǎng)勵(lì)成果，并將科研成果相繼轉(zhuǎn)化為課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并自主開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及實(shí)驗(yàn)設(shè)備，有助于學(xué)生對(duì)測(cè)試系統(tǒng)課程內(nèi)容中測(cè)量原理與方法的理解和掌握，有效的培養(yǎng)和提高了學(xué)生工程意識(shí)。結(jié)合課程試驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)以“水泥回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)檢測(cè)和調(diào)整”成果為基礎(chǔ)的水泥回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)檢測(cè)和調(diào)整實(shí)驗(yàn)臺(tái)。在此基礎(chǔ)，以科研項(xiàng)目為內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生積極參與各種創(chuàng)新大賽已經(jīng)成為課程組老師和學(xué)生教學(xué)互動(dòng)的方式之一。極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，提高知識(shí)綜合運(yùn)用能力的同時(shí)，也提高學(xué)生協(xié)同合作的素質(zhì)。

（二）創(chuàng)建行業(yè)特色的“測(cè)試技術(shù)”課程體系

本課程建設(shè)依托機(jī)械工程一級(jí)學(xué)科、機(jī)械制造及其自動(dòng)化國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科，圍繞建材、汽車(chē)和交通三大行業(yè)，這三大行業(yè)是我們國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性、先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性行業(yè)，從理論教學(xué)內(nèi)容的組織到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各層次、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)設(shè)，始終貫穿上述三大行業(yè)的具體工程測(cè)試實(shí)例。課程組教師承擔(dān)的項(xiàng)目中已經(jīng)有一批科研成果相繼轉(zhuǎn)化為測(cè)試技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容中。將國(guó)家自然基金、863項(xiàng)目、省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容等引入課堂，包括汽車(chē)減振降噪測(cè)試平臺(tái)、機(jī)車(chē)雙質(zhì)量飛輪測(cè)試平臺(tái)、船舶浮筏減振降噪系統(tǒng)、船用螺旋槳拖曳水池測(cè)試系統(tǒng)、水泥回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)檢測(cè)和調(diào)整凝煉為綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生結(jié)合行業(yè)背景落實(shí)測(cè)試技這門(mén)課的實(shí)用方向，也為學(xué)生以后工作應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

（三）開(kāi)拓國(guó)際化的“測(cè)試技術(shù)”課程體系

目前武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院與法國(guó)卡桑工業(yè)大學(xué)、英國(guó)斯旺西大學(xué)、悉尼科技大學(xué)等建立了學(xué)術(shù)交流和科技合作關(guān)系。尤其以機(jī)電工程學(xué)院為依托，武漢理工大學(xué)與英國(guó)伯明翰大學(xué)建立智能裝備聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，聘請(qǐng)英國(guó)皇家工程院院士Duc Truong Pham作為實(shí)驗(yàn)室主任，極大地提高了本學(xué)科在國(guó)際的影響力，學(xué)院每學(xué)期課程中可以安排增加外國(guó)教授的講座內(nèi)容，介紹當(dāng)前國(guó)內(nèi)外測(cè)試技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用狀況，開(kāi)拓學(xué)生的視野，同時(shí)也為學(xué)生未來(lái)的出國(guó)深造提供機(jī)會(huì)。同時(shí)本院教師在授課過(guò)程中可以借鑒國(guó)外“測(cè)試技術(shù)”課程教學(xué)先進(jìn)的方法和手段，結(jié)合本專(zhuān)業(yè)實(shí)際，優(yōu)化配置并構(gòu)建穩(wěn)固的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，促進(jìn)師資水平和教學(xué)水平的提高。

四、總結(jié)

結(jié)合本專(zhuān)業(yè)的科研與行業(yè)背景以及測(cè)試技術(shù)課程本身特點(diǎn)，以卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃為契機(jī)，研究測(cè)試技術(shù)課程體系改革思路，從教學(xué)與科研方向緊密結(jié)合、教學(xué)與行業(yè)緊密結(jié)合、教學(xué)開(kāi)拓國(guó)際化等三個(gè)方面進(jìn)行改革，改善課程的教學(xué)效果，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力，開(kāi)拓學(xué)生的視野，滿足卓越人才培養(yǎng)的客觀要求。

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