工程認(rèn)證背景下儀器儀表課程設(shè)計(jì)課教學(xué)改革探索

黃彩虹 周麗春 梅小華 易定容

[摘 要]儀器儀表課程設(shè)計(jì)課的傳統(tǒng)課程體系和教學(xué)模式與工程認(rèn)證的教學(xué)需求仍有差距。為了達(dá)到工程認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，華僑大學(xué)對(duì)儀器儀表課程設(shè)計(jì)課進(jìn)行了改革和探索，以適應(yīng)工程認(rèn)證的需要。其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：與《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》相比，全面修訂教學(xué)計(jì)劃，進(jìn)行以企業(yè)需求為導(dǎo)向和產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容改革，進(jìn)行以“學(xué)生為中心”的教學(xué)方式改革。實(shí)踐結(jié)果表明，該課程改革使學(xué)生的工程能力更好地滿足了企業(yè)需求，同時(shí)學(xué)生也更積極主動(dòng)地參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中來(lái)，取得了良好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]工程認(rèn)證;教學(xué)改革;儀器儀表;課程設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] TP23;G484 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2020）10-0055-04

2017 年2 月，教育部發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》，其明確指出，新工科項(xiàng)目的開(kāi)展與實(shí)施應(yīng)當(dāng)圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系進(jìn)行，而不是簡(jiǎn)單地圍繞傳統(tǒng)工科教育專業(yè)融合或?qū)I(yè)調(diào)整[1]。在此背景下，以工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展高校工程教育改革和創(chuàng)新， 促進(jìn)工程教育質(zhì)量的全面提升， 為新經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)新工科人才迫在眉睫[2]。

儀器儀表課程設(shè)計(jì)課是自動(dòng)化專業(yè)以及測(cè)控、電氣等專業(yè)的一門重要課程，它集技術(shù)性、工程性和實(shí)踐性于一體，是一門涉及檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)原理、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)通信等多門學(xué)科的現(xiàn)代綜合課程[3]。通過(guò)儀器儀表課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，學(xué)生可以了解電子及微機(jī)工程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程，還可以掌握智能儀器儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法，并具有運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)解決工程問(wèn)題的能力和素質(zhì)。該課程的實(shí)施在一定程度上將影響自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

工程教育專業(yè)認(rèn)證是指專業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)針對(duì)高等教育機(jī)構(gòu)開(kāi)設(shè)的工程類專業(yè)教育實(shí)施的專門性認(rèn)證，是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[4]。與《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》（2015版）相比，傳統(tǒng)的儀器儀表課程設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式仍有差距。以工程認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)為指南，我校對(duì)儀器儀表課程設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了改革探索，使所培養(yǎng)學(xué)生更加符合企業(yè)的需求、社會(huì)發(fā)展的需求，以及學(xué)生國(guó)際化的需求，以更好地達(dá)到工程認(rèn)證的要求。

一、現(xiàn)有教育模式存在的不足

（一）畢業(yè)學(xué)生能力和企業(yè)需求存在斷層

盡管也有文獻(xiàn)關(guān)于成果導(dǎo)向、學(xué)生中心的若干研究，但目前我國(guó)高等院校的工程教育大多仍采用以知識(shí)為導(dǎo)向、以教師為主體的課程體系和教學(xué)方式，學(xué)生仍在被動(dòng)地接受教師的知識(shí)灌輸，并以通過(guò)課程考試作為培養(yǎng)質(zhì)量的主要評(píng)價(jià)依據(jù)[5]。我校儀器儀表課程設(shè)計(jì)課的現(xiàn)有教育模式同樣存在這個(gè)問(wèn)題。

以課程為導(dǎo)向的傳統(tǒng)教學(xué)方式使得畢業(yè)學(xué)生的能力和社會(huì)的需求之間存在著較大的斷層（見(jiàn)圖1），學(xué)生的能力與企業(yè)需求之間不能很好對(duì)接。高校的教育模式問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生在畢業(yè)后缺乏實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，所學(xué)知識(shí)與企業(yè)需求之間存在斷層，造成一方面學(xué)生就業(yè)難，另一方面企業(yè)招不到合適的員工，并且這種矛盾日益突出。這也在一定程度上反映了高校教育過(guò)于注重理論知識(shí)，缺少實(shí)踐，與實(shí)際需求脫節(jié)的問(wèn)題。

（二）缺乏實(shí)踐教育

傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式主要是理論知識(shí)傳授，包括自動(dòng)化專業(yè)在內(nèi)，在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)中大部分時(shí)間都在學(xué)習(xí)理論知識(shí)，缺乏實(shí)際的工程實(shí)踐，學(xué)生學(xué)習(xí)了一定的編程語(yǔ)言，例如c語(yǔ)言、C++、匯編等，但是從來(lái)沒(méi)有運(yùn)用某一程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)過(guò)一個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目。

（三）缺乏真實(shí)環(huán)境

雖然自動(dòng)化專業(yè)在學(xué)生臨近畢業(yè)的時(shí)候會(huì)安排一些生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，但一般是在技術(shù)院校完成或者在模擬的環(huán)境下進(jìn)行的，與實(shí)際的工程應(yīng)用還有一定的差距。

（四）教學(xué)內(nèi)容落后

課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)很多內(nèi)容依然是以自我為中心，教師缺乏在實(shí)際項(xiàng)目當(dāng)中鍛煉解決實(shí)際問(wèn)題的能力，關(guān)起門來(lái)辦學(xué)，與企業(yè)的互動(dòng)偏少，或者說(shuō)企業(yè)參與辦學(xué)的力度不夠。同時(shí)各種社會(huì)力量對(duì)于教育的監(jiān)督不夠完善，沒(méi)有很好地參與到教育的評(píng)價(jià)當(dāng)中，不能很好地為教學(xué)改革建言獻(xiàn)策。

（五）教學(xué)方式以教師為主導(dǎo)

在教學(xué)方式上，其主要以教師為主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)積極性不高。遇到一些如軟件安裝、軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)問(wèn)題，學(xué)生會(huì)覺(jué)得不好意思請(qǐng)教老師，而最終影響設(shè)計(jì)進(jìn)度。

儀器儀表課程設(shè)計(jì)時(shí)間為2周，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)嵌入微處理器的智能儀表， 需要用到單片機(jī)、檢測(cè)技術(shù)、智能儀表設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)通信等多門課程的知識(shí)。要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)及技能， 設(shè)計(jì)一個(gè)智能測(cè)控儀表， 使學(xué)生掌握智能儀表設(shè)計(jì)步驟、硬件設(shè)計(jì)方法和程序設(shè)計(jì)方法。

如果從學(xué)生的角度出發(fā)，這兩周的課程設(shè)計(jì)時(shí)間緊、任務(wù)重，需要的是教師多方面多角度的指導(dǎo)。但以老師為主導(dǎo)的教學(xué)方式往往容易忽視學(xué)生的心理特征。

二、改革的措施

工程教育認(rèn)證的三個(gè)基本理念為：學(xué)生為中心理念、產(chǎn)出導(dǎo)向理念（Outcome Based Education，OBE）、持續(xù)改進(jìn)理念。借助新工科建設(shè)的契機(jī)，我校對(duì)儀器儀表課程設(shè)計(jì)這門課程，從教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等多方面進(jìn)行了改革，如圖1所示。

（一）以企業(yè)的實(shí)際需求為指導(dǎo)選取教學(xué)內(nèi)容

教師應(yīng)深入到校企合作的企業(yè)中，挖掘最新的企業(yè)需求，選定滿足企業(yè)發(fā)展需求的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方向。引入物聯(lián)網(wǎng)智能儀器的教學(xué)內(nèi)容，使課程設(shè)計(jì)內(nèi)容更加符合企業(yè)的實(shí)際需求。同時(shí)，讓學(xué)生理解基礎(chǔ)與前沿并重的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，同時(shí)開(kāi)闊學(xué)生視野。

（二）產(chǎn)出導(dǎo)向的課程設(shè)計(jì)改革

基于產(chǎn)出導(dǎo)向理論（OBE）的教學(xué)理念與傳統(tǒng)的教學(xué)理念有著很大的區(qū)別，更加注重學(xué)習(xí)目標(biāo)和畢業(yè)目標(biāo)的達(dá)成，以及解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力并形成持續(xù)的改進(jìn)機(jī)制[6]，因此需要對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)體系進(jìn)行更新和梳理，建立基于OBE 為目標(biāo)的教學(xué)方法和教學(xué)體系。教學(xué)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。傳統(tǒng)的儀器儀表課程設(shè)計(jì)課以教師為中心，而改革后的課程設(shè)計(jì)以結(jié)果/產(chǎn)出為導(dǎo)向，深刻思考課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及結(jié)果對(duì)工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2015版）中所提培養(yǎng)目標(biāo)，特別是畢業(yè)要求12條指標(biāo)的貢獻(xiàn)程度。畢業(yè)要求指標(biāo)分別是：1.工程知識(shí);2.問(wèn)題分析;3.設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案……12.終身學(xué)習(xí)。以產(chǎn)出為導(dǎo)向的具體措施有以下內(nèi)容：

首先，要以達(dá)成畢業(yè)要求和初步解決復(fù)雜工程問(wèn)題等OBE理念為指導(dǎo)思想，打破以課程為導(dǎo)向、學(xué)生的畢業(yè)要求與行業(yè)需求存在斷層的傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)。引用工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的核心思想，強(qiáng)調(diào)教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法的實(shí)施以學(xué)生接受教育后所取得的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，并對(duì)照畢業(yè)生核心能力和要求來(lái)評(píng)價(jià)專業(yè)及教育教學(xué)效果，充分考慮其余的需求來(lái)制定畢業(yè)要求，根據(jù)畢業(yè)要求（由企業(yè)需求決定）來(lái)決定教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，使得教學(xué)的目標(biāo)更符合企業(yè)的需求。

其次，要合理考慮各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)和對(duì)畢業(yè)要求達(dá)成度的比重，選取和知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的真實(shí)工程案例進(jìn)行案例式教學(xué)。具體的教學(xué)方式除了采用傳統(tǒng)的講授外，針對(duì)具體案例特點(diǎn)，采用微課、微視頻、課程設(shè)計(jì)論壇等新型的線上、線下混合式的學(xué)習(xí)方法，組成一個(gè)多渠道的離線、在線的教學(xué)體系。體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和方法對(duì)畢業(yè)要求和工程素養(yǎng)的導(dǎo)向。

（三）以學(xué)生為中心的教學(xué)模式改革

工程認(rèn)證的另一個(gè)核心思想是“以學(xué)生為中心”的教育理念，要實(shí)現(xiàn)教育理念從“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變，關(guān)鍵在于調(diào)整并處理好師生關(guān)系。在教育教學(xué)的過(guò)程中我們主要從以下五個(gè)方面入手：1.理解學(xué)生;2.尊重學(xué)生;3.服務(wù)學(xué)生;4.啟迪學(xué)生;5.激勵(lì)學(xué)生。在儀器儀表課程設(shè)計(jì)課教學(xué)過(guò)程中， 以學(xué)生為中心的教學(xué)活動(dòng)改革及改革目標(biāo)在表1中進(jìn)行了羅列。具體改革措施主要有：

1.結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)興趣確定選題內(nèi)容

對(duì)于儀器儀表課程設(shè)計(jì)教學(xué)而言，要貫徹“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，課程設(shè)計(jì)選題內(nèi)容至關(guān)重要。在選題過(guò)程中，傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)是老師指定設(shè)計(jì)內(nèi)容，然后指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)改革，我們將企業(yè)的需求與學(xué)生基礎(chǔ)進(jìn)行綜合考慮，教師先提出以物聯(lián)網(wǎng)為目標(biāo)的一系列課程設(shè)計(jì)的建議方向。然后教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選題，學(xué)生可以在溫度測(cè)量、水位測(cè)量、壓力測(cè)量、倒車?yán)走_(dá)甚至是機(jī)器視覺(jué)、無(wú)人機(jī)、智能小車控制器、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等相關(guān)的儀器領(lǐng)域進(jìn)行選題。這使得選題范圍較廣，充分尊重了學(xué)生的個(gè)人愛(ài)好，能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，教學(xué)本身又可使學(xué)生綜合應(yīng)用前期所學(xué)的理論知識(shí)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性設(shè)計(jì);另一方面也可為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及畢業(yè)后從事自動(dòng)化相關(guān)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)。

2.結(jié)合“小老師”制度，拉近師生距離

傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教師為主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)積極性不高，遇到問(wèn)題和困難時(shí)有些學(xué)生不愿開(kāi)口向老師請(qǐng)教，個(gè)別學(xué)生直接認(rèn)為課題難度過(guò)高，自己無(wú)法完成。

我們借助“學(xué)生小老師”的中間作用，一方面增加學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，另一方面也可以加快所有學(xué)生完成設(shè)計(jì)的進(jìn)度。第一階段，教師指導(dǎo)班上實(shí)踐能力較強(qiáng)的學(xué)生先完成設(shè)計(jì)。第二階段，由事先完成課程設(shè)計(jì)的學(xué)生來(lái)當(dāng)小老師，上臺(tái)授課，并全程當(dāng)其余學(xué)生課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師，而教師成了服務(wù)于“小老師”和學(xué)生的助手。這樣的教學(xué)模式，使事先完成課程設(shè)計(jì)的學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)有了較好的掌握，同時(shí)他們的作品也讓其他同學(xué)產(chǎn)生了興趣，發(fā)揮了榜樣的作用，增加了學(xué)生獨(dú)立完成作品的自信心。

3.借助“微課”和論壇進(jìn)行教學(xué)

微課的定義是以視頻為主要手段，展示教師講解某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或精煉濃縮的教學(xué)過(guò)程[7]。本次教學(xué)改革，教師采用了錄屏編輯軟件，對(duì)課程設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中編譯環(huán)境的搭建、示例工程的導(dǎo)入和解析、云端的開(kāi)發(fā)步驟等內(nèi)容進(jìn)行錄制然后分享給學(xué)生。對(duì)于一些硬件開(kāi)發(fā)過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題的解決辦法也拍攝成微視頻分享給學(xué)生。學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以按照視頻指導(dǎo)邊學(xué)邊做。視頻資源作為一種可以有效呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)媒體形式，將有助于學(xué)生在長(zhǎng)達(dá)兩周的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)自己的進(jìn)度循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)。學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)微視頻指導(dǎo)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的部分學(xué)習(xí)過(guò)程如圖2所示。

另外，根據(jù)大學(xué)生心理的特點(diǎn)，總存在一些學(xué)生不敢當(dāng)面向老師反映或咨詢問(wèn)題等現(xiàn)象，由此，我們創(chuàng)建了課程設(shè)計(jì)師生微信群，大家在一個(gè)匿名的群里，針對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行討論，學(xué)生就能大膽地說(shuō)出遇到的問(wèn)題，教師學(xué)生群策群力共同解決問(wèn)題，就不會(huì)發(fā)生因?yàn)橛龅絾?wèn)題不能解決而輕易放棄的情況。

4.借助設(shè)備云平臺(tái)存儲(chǔ)學(xué)生實(shí)踐數(shù)據(jù)

OneNet是由中國(guó)移動(dòng)打造的PaaS物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)，該平臺(tái)能夠幫助開(kāi)發(fā)者輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)備接入與設(shè)備連接，快速完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部署。同時(shí)為每一個(gè)接入設(shè)備指定唯一的設(shè)備ID，使得學(xué)生所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)具有唯一的識(shí)別號(hào)。其可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。學(xué)生在一定壓力和動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下，能更好地鍛煉能力。

5.考慮創(chuàng)新性和個(gè)人提升性系數(shù)的考核方式

教師不能單純以設(shè)計(jì)結(jié)果的優(yōu)劣為考核依據(jù)，而是要充分尊重學(xué)生之間的差異，只要學(xué)生在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中盡自己所能，獲得了一定成果，對(duì)自己而言有所進(jìn)步，就予以成績(jī)上的肯定。在課程設(shè)計(jì)前期和后期我們對(duì)學(xué)生進(jìn)行隨堂測(cè)試，考查其對(duì)相關(guān)知識(shí)和設(shè)計(jì)的理解和掌握程度，而后判斷其進(jìn)步程度。同時(shí)在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于每個(gè)實(shí)踐單元，都要從學(xué)習(xí)態(tài)度到學(xué)習(xí)能力等多個(gè)角度評(píng)價(jià)學(xué)生， 全面考查學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)課題的理解能力、調(diào)研及查閱資料的能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，以及整體設(shè)計(jì)方案的可行性和創(chuàng)新性，通過(guò)以上各項(xiàng)考查給出過(guò)程考核成績(jī)。讓學(xué)生更加深信有付出就會(huì)有收獲的考核體制。

三、結(jié)語(yǔ)

我們將工程認(rèn)證的以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向、注重企業(yè)需求等教育理念應(yīng)用于儀器儀表課程設(shè)計(jì)課的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)該課程設(shè)計(jì)初步掌握了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能儀器儀表開(kāi)發(fā)的基本流程、方法，能根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)編寫(xiě)程序，設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，并解決項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。課程設(shè)計(jì)過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，使其逐步形成了正確的設(shè)計(jì)思想、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的工作作風(fēng)，提高了自主學(xué)習(xí)能力，初步具備了綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

基于工程認(rèn)證的課程改革對(duì)提高學(xué)生的工程素養(yǎng)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）學(xué)生能更好地解決工程知識(shí)問(wèn)題，（2）學(xué)生更愿意學(xué)習(xí)和享受本課程。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：劉鳳華]