基于卓越工程人才培養(yǎng)的“測試與傳感技術(shù)”課程教學(xué)體系探索與實踐

孫裕晶 王超飛 肖英奎 齊江濤 張強(qiáng)

摘要：本文針對傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、自主學(xué)習(xí)空間不足、學(xué)生能力發(fā)展不均衡等問題，提出了“啟發(fā)學(xué)生興趣，強(qiáng)化實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識”的教學(xué)理念。圍繞“興趣、體驗、技能和思維”四個基本點，進(jìn)行“測試與傳感技術(shù)”課程教學(xué)模式改革。通過教學(xué)內(nèi)容模塊化設(shè)計、教材建設(shè)、基于BPL的情境學(xué)習(xí)模式改革、課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè)和創(chuàng)新實踐訓(xùn)練，構(gòu)建了以“測試系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實踐”為主線的模塊化多維教學(xué)體系。實踐表明，提出的教學(xué)模式對提高學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新意識具有重要作用。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；教學(xué)模式改革；自主學(xué)習(xí)；測試技術(shù)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）22-0150-03

2010年，我國首批卓越工程師培養(yǎng)試點專業(yè)計劃開始實施。卓越工程師教育計劃是以培養(yǎng)高級職業(yè)崗位為目標(biāo)的教育模式，強(qiáng)調(diào)科學(xué)教育、人文教育和工程教育三方面的有機(jī)統(tǒng)一，追求工程師知識、能力和素質(zhì)三種能力的均衡發(fā)展。如何貫徹“以結(jié)果為導(dǎo)向、以專業(yè)教育目標(biāo)為導(dǎo)向”的教學(xué)理念，也為高等學(xué)校工程類專業(yè)教學(xué)改革和課程建設(shè)提出了新的挑戰(zhàn)。在這種背景下，作為機(jī)械工程類專業(yè)主干基礎(chǔ)課的“測試與傳感技術(shù)”課程教學(xué)必須引入現(xiàn)代教育理念，調(diào)整教學(xué)模式，才能滿足未來新工業(yè)革命的人才需要。為滿足新形勢下國際工程教育標(biāo)準(zhǔn)，迎接專業(yè)資格認(rèn)證，落實農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化本科專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)，作者借鑒國外工程教育先進(jìn)經(jīng)驗和現(xiàn)代教育理論，圍繞“測試與傳感技術(shù)”課程知識結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計、教材、課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和創(chuàng)新實踐條件建設(shè)進(jìn)行教學(xué)改革，以測試系統(tǒng)工程實踐為主線構(gòu)建有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的模塊化體系，建立了課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和多維創(chuàng)新實踐途徑，編著出版了2部教材，形成了系統(tǒng)化的卓越工程人才培養(yǎng)“測試與傳感技術(shù)”多維課程教學(xué)體系。

一、新形勢下高等教育課程教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

信息時代，大學(xué)本科教育環(huán)境發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變，在“測試與傳感技術(shù)”課程教學(xué)中面臨的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在以下方面：

1.網(wǎng)絡(luò)化時代下，采用以老師講解為主的“以理論為主線”的教學(xué)模式，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時間和空間不足，無法調(diào)動學(xué)生的主動性和學(xué)習(xí)興趣。而零散性、非系統(tǒng)化的網(wǎng)絡(luò)信息繁雜紛呈、良莠不齊，制約學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的深入理解和創(chuàng)新思想形成。因此，有必要從理論和實踐兩方面強(qiáng)化學(xué)生的參與度和交互性。

2.目前機(jī)械類專業(yè)測試技術(shù)課程教學(xué)偏重傳統(tǒng)信號分析理論和傳感器原理，現(xiàn)代信息技術(shù)和系統(tǒng)建模和應(yīng)用分析內(nèi)容較少，工程實踐性差，不能體現(xiàn)時代特色，無法滿足教學(xué)要求。

二、“以測試系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實踐為主線”模塊化教學(xué)體系的探索

結(jié)合吉林大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化本科專業(yè)卓越工程人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生能力發(fā)展不均衡和課題團(tuán)隊工程能力薄弱等問題，按照“啟發(fā)學(xué)生興趣，強(qiáng)化實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識”的教學(xué)理念，進(jìn)行“測試與傳感技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)模式改革和課程團(tuán)隊建設(shè)，構(gòu)建了以“測試系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實踐”為主線的模塊化多維課程教學(xué)體系?！皽y試與傳感技術(shù)”課程教學(xué)體系如圖1，主要內(nèi)容體現(xiàn)在三個方面。

1.建立基于農(nóng)業(yè)工程測試案例的情境學(xué)習(xí)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。采用BPL理念進(jìn)行“測試與傳感技術(shù)”課程理論知識和實踐技能模塊化設(shè)計，建立以工程背景和測試技術(shù)應(yīng)用為主線的情境化教學(xué)模式。采用“自主學(xué)習(xí)+合作學(xué)習(xí)”方法，通過設(shè)計貼近學(xué)生思維空間的主題，讓學(xué)生調(diào)查分析工程和研究案例，對實例中的技術(shù)原理、方法進(jìn)行報告和討論。課堂討論中要求學(xué)生事先擬定討論提綱，根據(jù)討論情況進(jìn)行總結(jié)。以“問題”為中心，引導(dǎo)學(xué)生探究工程問題，調(diào)動學(xué)習(xí)興趣和主動性。為了擴(kuò)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)空間，建立了課內(nèi)課外相結(jié)合的“測試與傳感技術(shù)”課程多維自主學(xué)習(xí)教學(xué)平臺?！皽y試與傳感技術(shù)”課程混合式自主學(xué)習(xí)平臺主要內(nèi)容：（1）“測試與傳感技術(shù)”課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺；（2）與超星公司合作建立了“測試與傳感技術(shù)”課程學(xué)術(shù)視頻網(wǎng)絡(luò)資源；（3）按照新大綱標(biāo)準(zhǔn)建立了“測試與傳感技術(shù)”課程網(wǎng)絡(luò)考試題庫；（4）建立了“測試與傳感技術(shù)”課程MOOC平臺。開展基于農(nóng)業(yè)工程測試案例的情境學(xué)習(xí)模式改革與實踐，通過工程案例研討和合作學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解測試技術(shù)對生產(chǎn)、新產(chǎn)品開發(fā)所起的指導(dǎo)作用，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、信息處理能力、解決問題和分析問題的思維能力，加強(qiáng)團(tuán)隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)習(xí)效率。

2.以工程實踐為主線組織課程體系，提高教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性。在對比分析國外著名大學(xué)機(jī)械工程類專業(yè)“測試技術(shù)”課程和吉林大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化專業(yè)卓越工程師實驗班“測試與傳感技術(shù)”課程在教學(xué)目標(biāo)定位、內(nèi)容設(shè)置、實踐組織模式和學(xué)習(xí)效果評價等方面特點的基礎(chǔ)上，總結(jié)國內(nèi)外機(jī)械工程類專業(yè)測試技術(shù)課程教學(xué)的特色和經(jīng)驗，學(xué)習(xí)和借鑒先進(jìn)教育理念和課程教育體系，加強(qiáng)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)組織的系統(tǒng)性和工程實踐性，提出了“以測試系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實踐為主線”的模塊化教學(xué)體系。突破傳統(tǒng)“以測試?yán)碚撝v解為主”的教學(xué)模式，應(yīng)用系統(tǒng)觀念進(jìn)行“測試與傳感技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容模塊化組合，從測試概念理解、功能結(jié)構(gòu)和應(yīng)用體系組織教學(xué)內(nèi)容。不僅要讓學(xué)生理解測試技術(shù)理論，還要掌握如何運用試驗設(shè)計、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、誤差分析等技術(shù)解決工程問題。在教學(xué)中把測試?yán)碚摵图夹g(shù)融入到農(nóng)業(yè)工程實際問題中，引入測試系統(tǒng)信息流分析和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，把農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程中應(yīng)用測試技術(shù)取得的科研成果引入到測試與傳感技術(shù)教學(xué)中，課程教學(xué)內(nèi)容更具時代感、趣味性和實用性，使學(xué)生在本科階段得到探索性學(xué)習(xí)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和分析問題能力。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)內(nèi)容改革要求，補(bǔ)充和修訂課程大綱，組織編寫“測試與傳感技術(shù)”課程配套教材。

3.構(gòu)建課內(nèi)課外結(jié)合的多維創(chuàng)新實踐途徑，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。多維創(chuàng)新實踐方案主要實踐途徑包括：（1）課內(nèi)實驗項目；（2）開放實驗項目；（3）大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗項目；（4）大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計競賽；（5）參與科研項目。通過這些科研實踐，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和團(tuán)隊協(xié)作能力。開放實驗項目中，以Labview軟件為基礎(chǔ)，建立模塊化數(shù)字測試系統(tǒng)設(shè)計平臺。通過傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)采集與處理軟件模塊和震動測試模塊等實驗條件建設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)繕?biāo)和技術(shù)要求，利用教材和網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)檢索制定實驗計劃，構(gòu)建測試系統(tǒng)，編寫測試軟件，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和標(biāo)定，采集和分析實驗數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告。通過加強(qiáng)系統(tǒng)操作技能訓(xùn)練內(nèi)容的深度和廣度，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)造性。

針對該課程應(yīng)用性強(qiáng)的特點，引導(dǎo)學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計、大學(xué)生創(chuàng)新項目中使用測試技術(shù)。鼓勵優(yōu)秀學(xué)生參加高層次科研項目，依托項目進(jìn)行測試系統(tǒng)應(yīng)用研究。使學(xué)生在科研實踐中，運用“測試與傳感技術(shù)”知識，科學(xué)制定試驗方案，有效處理試驗數(shù)據(jù)，在實踐中鍛煉動手能力和解決實際工程問題的能力。同時，開闊科學(xué)視野，促進(jìn)教學(xué)與科學(xué)研究的緊密結(jié)合。通過美國堪薩斯州立大學(xué)、新西蘭奧克蘭大學(xué)和坎特伯拉大學(xué)知名教授任我校唐敖慶講座教授，開展國際工程教育和新技術(shù)名家講座和技術(shù)交流，使學(xué)生了解國外大學(xué)研究前沿領(lǐng)域和工程師教育模式，拓展學(xué)術(shù)思維。

三、“測試與傳感技術(shù)”課程創(chuàng)新教學(xué)體系應(yīng)用實踐

圍繞本課程教學(xué)體系建設(shè)和改革，建立了“測試與傳感技術(shù)”課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，建立了“測試與傳感技術(shù)”課程網(wǎng)絡(luò)考試題庫，與超星公司合作建立了“測試與傳感技術(shù)”課程超星學(xué)術(shù)視頻網(wǎng)絡(luò)資源，使課程的共享突破時空限制，充分發(fā)揮現(xiàn)代優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的最大傳播優(yōu)勢。先后出版教材3部，發(fā)表教學(xué)研究論文5篇，建立開放性創(chuàng)新實驗項目4項。課程改革成果獲得省部級以上獎勵6項（國家級教學(xué)獎2項，省級教學(xué)獎勵4項）?！掇r(nóng)業(yè)工程測試系統(tǒng)設(shè)計與技術(shù)》和《農(nóng)業(yè)工程測試系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》強(qiáng)調(diào)測試系統(tǒng)設(shè)計方法、系統(tǒng)分析和應(yīng)用。教材用于吉林大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化專業(yè)“測試與傳感技術(shù)”課程和農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程專業(yè)碩士、農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)碩士“測試系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用”課程教學(xué)中，并推廣到佳木斯大學(xué)、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國一拖集團(tuán)、黑龍江農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院等單位本科生和研究生教學(xué)與科研中。2010年以來，指導(dǎo)本科生參與省部級以上科研項目5項，承擔(dān)大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目15項（其中國家級項目3項），發(fā)表研究論文5篇，申請專利5項（均已授權(quán)）。獲吉林大學(xué)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銀獎1項，吉林省“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銀獎1項；指導(dǎo)大學(xué)生參加全國大學(xué)生智能農(nóng)業(yè)裝備創(chuàng)新大賽，獲得一等獎1項，二等獎2項，優(yōu)秀獎1項。

四、結(jié)束語

吉林大學(xué)“測試與傳感技術(shù)”課程，采用基于案例的情境學(xué)習(xí)模式，課內(nèi)實驗和課外實驗相結(jié)合的方式進(jìn)行實驗教學(xué)，經(jīng)過多年的教學(xué)改革實踐，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和學(xué)習(xí)效果。堅持工程問題為導(dǎo)向的情境學(xué)習(xí)、科研項目實踐和現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合教學(xué)模式，可以促進(jìn)學(xué)生的均衡發(fā)展。加強(qiáng)科學(xué)思維、實踐技能和創(chuàng)新意識，將素質(zhì)教育融入課程教學(xué)，也是工程人才教育改革的方向。

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