基于工程教育的電氣測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)改革探索

崔躍華　卞建鵬　劉建華

本文在長(zhǎng)期“電氣測(cè)試技術(shù)”課程實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程教育的趨勢(shì)要求，對(duì)課程實(shí)驗(yàn)的組織形式、內(nèi)容和方式方法進(jìn)行了改革探索，以期提高課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，切實(shí)提高其工程能力。

“電氣測(cè)試技術(shù)”是電氣電子類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課，在前期電路理論、電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)分析和物理學(xué)等課程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究測(cè)試系統(tǒng)中如何進(jìn)行信息提取、轉(zhuǎn)換和處理，課程的應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng)。作為非儀器儀表專(zhuān)業(yè)學(xué)生，對(duì)于“電氣測(cè)試技術(shù)”從專(zhuān)業(yè)上的要求以技術(shù)應(yīng)用為主，然而受制于課程學(xué)時(shí)和學(xué)習(xí)的規(guī)律，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要從認(rèn)知角度出發(fā)，多為驗(yàn)證性，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)機(jī)械簡(jiǎn)單地連幾根導(dǎo)線(xiàn)就完成了實(shí)驗(yàn)，至于使用傳感器的種類(lèi)、原理、測(cè)量電路等很少刨根問(wèn)底，這就導(dǎo)致做了實(shí)驗(yàn)，往往只收獲了一些測(cè)量數(shù)據(jù)，很難達(dá)到與理論相結(jié)合的目的。

隨著在高等教育中工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)日益得到重視，工程教育成為當(dāng)前教育改革研究的熱點(diǎn)。相對(duì)傳統(tǒng)教育模式，工程教育更為側(cè)重學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)科學(xué)理論和技術(shù)手段，分析解決工程問(wèn)題的能力。依托工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證關(guān)于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)?？梢詮墓こ虒?shí)踐、企業(yè)人才需求的角度對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容、方法、考核等方面進(jìn)行深入研究。因此，基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。有必要對(duì)“電氣測(cè)試技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革，以加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)行業(yè)領(lǐng)域的適應(yīng)性，從而提高學(xué)生的整體工程素養(yǎng)、工程知識(shí)、工程能力。

主要思路和措施

相比以往課程實(shí)驗(yàn)是教師為中心的做法，從當(dāng)前工程教育的角度來(lái)看，應(yīng)該轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生自主能動(dòng)為中心的方式，則相關(guān)探索中，我們注意做到以下幾點(diǎn)：

切實(shí)做到以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健８淖円酝處熑珯?quán)引導(dǎo)、學(xué)生被動(dòng)參與的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，針?duì)確定的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，充分發(fā)揮學(xué)生的自主能動(dòng)性，引導(dǎo)其自行確立并完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟等內(nèi)容。

與課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)相結(jié)合。以學(xué)生為主的方案雖然合理，但也應(yīng)該考慮其實(shí)現(xiàn)的可行性。往往在進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)時(shí)，項(xiàng)目學(xué)時(shí)有限，同時(shí)學(xué)生課程知識(shí)的掌握還不熟練，同時(shí)進(jìn)行的其它課程也使得學(xué)生無(wú)法投入足夠的精力。而課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)集中組織進(jìn)行，不存在上述問(wèn)題，可以將課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，由實(shí)驗(yàn)引出課程設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)完善實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)更好的效果。

注重考核方式的多樣化和全程化。在課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)行以操作能力為主、筆試或口試等多種形式相結(jié)合的多樣化的考核，同時(shí)通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分階段全過(guò)程的監(jiān)控考核，在考核中關(guān)注其完成的過(guò)程，而不僅僅是結(jié)果的正確性。

引入虛擬儀器工具。以學(xué)生為主的方案存在的另一缺點(diǎn)是對(duì)硬件投入要求較高，采用虛擬儀器技術(shù)可以簡(jiǎn)化硬件部分，實(shí)現(xiàn)更豐富的功能，存在的缺陷也易于修改，從而更有利于學(xué)生的發(fā)揮，在提升實(shí)驗(yàn)效果的同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的工程創(chuàng)新意識(shí)。

實(shí)施情況

上述原則和方法已經(jīng)在2016年春季學(xué)期的課程實(shí)驗(yàn)和夏季學(xué)期的課程設(shè)計(jì)中組織實(shí)施，在實(shí)施過(guò)程中，選取了“電阻應(yīng)變式傳感器特性”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目擴(kuò)展成“稱(chēng)重傳感器”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

為了配合方案的順利實(shí)施，課程教學(xué)中將專(zhuān)業(yè)工程應(yīng)用人才培養(yǎng)目標(biāo)的所應(yīng)具備的實(shí)踐技能進(jìn)行細(xì)化分解，形成“傳感器選型與匹配”、“信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)與使用”、“虛擬儀器和數(shù)據(jù)處理”等實(shí)踐能力單元，依據(jù)各實(shí)踐能力單元的要求，將課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟和方法。

考慮到課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的相互配合，課程實(shí)驗(yàn)中學(xué)生主要利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上提供的應(yīng)變式雙孔懸臂粱載荷傳感器（稱(chēng)重傳感器）和電橋測(cè)量電路以及信號(hào)放大電路來(lái)完成基本特性實(shí)驗(yàn)，掌握電阻應(yīng)變片的工作原理和應(yīng)變片測(cè)量電路；同時(shí)熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái)相關(guān)結(jié)構(gòu)，對(duì)傳感器的選型安裝、性能參數(shù)的確定調(diào)整流程和方法獲得感性理解和認(rèn)識(shí)。

課程教學(xué)之后進(jìn)行課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)則要求學(xué)生以具體的“稱(chēng)重傳感器”項(xiàng)目為導(dǎo)向，完整的進(jìn)行電子稱(chēng)的工程設(shè)計(jì)。學(xué)生以項(xiàng)目需求的角度分析稱(chēng)重傳感器，查閱相關(guān)資料，結(jié)合生產(chǎn)生活常識(shí)，確定所做電子稱(chēng)的精度、量程等參數(shù)要求。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生將整體項(xiàng)目分解為各實(shí)踐能力單元對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，各自提出設(shè)計(jì)方案并具體實(shí)施實(shí)現(xiàn)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

利用學(xué)生已通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)從而對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)硬件資源非常熟悉的優(yōu)勢(shì)，往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易出錯(cuò)的硬件部分設(shè)計(jì)（含傳感器和信號(hào)調(diào)理）由學(xué)生自主選擇相應(yīng)的模塊實(shí)現(xiàn)，提高效率的同時(shí)也減少的無(wú)謂的損失。

測(cè)量的信號(hào)不再以模擬的形式處理和顯示，而是采用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行。計(jì)算機(jī)內(nèi)的采集卡將調(diào)理后的傳感器信號(hào)采集成數(shù)字信號(hào)，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)虛擬儀器技術(shù)來(lái)處理。在虛擬儀器平臺(tái)上，學(xué)生可以根據(jù)自己感興趣的功能編制相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法，利用LabVIEW圖形界面可以進(jìn)行直觀的顯示所稱(chēng)重量，同時(shí)也可以輕松的實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)、去皮等擴(kuò)展功能。這一過(guò)程由于實(shí)現(xiàn)容易、修改方便、界面直觀，很容易激發(fā)學(xué)生的興趣，從而驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)地分析和解決問(wèn)題。

實(shí)施效果

通過(guò)實(shí)施課程實(shí)驗(yàn)改革探索的試點(diǎn)班和繼續(xù)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的普通班的對(duì)比調(diào)查，學(xué)生的收獲滿(mǎn)意率試點(diǎn)班為62.5%，普通班為53.1%；對(duì)于內(nèi)容非常感興趣的比率試點(diǎn)班為87.5%，普通班為50%；而調(diào)查顯示，無(wú)論是試點(diǎn)班還是普通班均沒(méi)有一個(gè)學(xué)生愿意只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的驗(yàn)證認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)。調(diào)查說(shuō)明改革的實(shí)施取得了較好的效果，使學(xué)生鞏固了課程知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)了工程實(shí)踐能力和自行獲取知識(shí)的能力，但方案的實(shí)施需要教師投入更多的時(shí)間和精力，也要求教師具備更高的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和學(xué)科背景來(lái)引導(dǎo)學(xué)生。