測(cè)控專業(yè)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)循環(huán)運(yùn)行模式研究

孫紅鴿，臧 義，劉建娟

（河南工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河南 鄭州450001）

0 引言

作為高等工程教育質(zhì)量保障的重要機(jī)制，工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量提出了全方面的要求。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合，培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、能解決復(fù)雜工程問(wèn)題的應(yīng)用型人才已成為國(guó)家工程教育的重要任務(wù)［1，2］。在高校工程類專業(yè)教育中，實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力與實(shí)踐精神的主要和重要環(huán)節(jié)，作為工科的測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，實(shí)踐環(huán)節(jié)尤為重要［3］。本文在分析了目前普通工科高校測(cè)控專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題后，提出了基于專業(yè)核心課程群的實(shí)踐環(huán)節(jié)改進(jìn)方案，對(duì)于持續(xù)提高學(xué)生實(shí)踐能力、進(jìn)而培養(yǎng)其解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力具有積極的促進(jìn)作用。

1 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)現(xiàn)狀

美國(guó)著名教育家家本杰明·布盧姆（Benjamin S.Bloom）在教育目標(biāo)中提出了認(rèn)知領(lǐng)域的六個(gè)層次分類，目前多采用的是學(xué)者們修訂后的版本，即記憶（Remember）、理解（Understand）、應(yīng)用（Apply）、分析（Analyze）、評(píng)價(jià)（Evaluate）和創(chuàng)造（Create）［4］。工程教育認(rèn)證中畢業(yè)要求完全覆蓋了上述學(xué)習(xí)規(guī)律。目前我國(guó)普通高校實(shí)踐環(huán)節(jié)比較注重的是前三階段能力的培養(yǎng)，這種培養(yǎng)模式導(dǎo)致畢業(yè)生的能力與工程教育認(rèn)證的要求還有一定差距［5］，具體表現(xiàn)如下。

1）學(xué)生參與不足

實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生參與力度不夠，“以學(xué)生為中心”難以實(shí)現(xiàn)。目前高校的實(shí)習(xí)和實(shí)踐活動(dòng)一般由學(xué)校統(tǒng)一進(jìn)行安排，學(xué)生只是被動(dòng)地接受和執(zhí)行，實(shí)踐教學(xué)效果大受影響；另外，目前大多數(shù)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)均以驗(yàn)證性為主，盡管存在綜合性但大部分是多實(shí)驗(yàn)?zāi)K的綜合。學(xué)生按照指導(dǎo)書完成實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備插接導(dǎo)線即可，但只能見(jiàn)到給定的測(cè)量信號(hào)和最終的轉(zhuǎn)換顯示結(jié)果，對(duì)于中間轉(zhuǎn)換電路的組成原理及電路分析一無(wú)所知，工程實(shí)踐能力提高有限。此外，一旦做實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果，學(xué)生則認(rèn)為是儀器的問(wèn)題，而無(wú)尋找問(wèn)題出現(xiàn)緣由的主動(dòng)性，更談不上分析問(wèn)題、解決問(wèn)題了。

2）工程實(shí)踐能力培養(yǎng)不足

現(xiàn)今的實(shí)踐教學(xué)模式，在學(xué)生“工程性”和“創(chuàng)新性”方面的培養(yǎng)明顯不足，難以達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證中提出的“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”。目前多數(shù)高校測(cè)控專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀是：實(shí)驗(yàn)設(shè)備多是模塊化、封裝化的形式，該類模塊的優(yōu)點(diǎn)是理論電路顯示清晰，實(shí)驗(yàn)?zāi)K較為結(jié)實(shí)耐用；缺點(diǎn)在于，學(xué)生看不到真實(shí)的元器件，對(duì)內(nèi)部電路一無(wú)所知，不利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

3）設(shè)備故障影響實(shí)驗(yàn)效果

檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率高，實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備老化、實(shí)驗(yàn)器材損壞等現(xiàn)象較為嚴(yán)重。為保障實(shí)驗(yàn)的有效開展，課題組老師利用課余時(shí)間帶領(lǐng)部分學(xué)生對(duì)一些傳感器、實(shí)驗(yàn)?zāi)K及實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了修理。但實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量大，使用頻率高，并且使用時(shí)間較為集中，損壞率也較高，靠教師們的個(gè)人努力很難保證所有設(shè)備完好。由于廠家維修人員調(diào)度問(wèn)題，也會(huì)存在維修和更換不及時(shí)的時(shí)候，導(dǎo)致學(xué)生抱怨設(shè)備老化。

4）持續(xù)改進(jìn)欠缺

缺少可持續(xù)的總體設(shè)計(jì)，難以滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證中持續(xù)改進(jìn)的要求。

為進(jìn)一步把“以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的理念，切實(shí)滲入測(cè)控專業(yè)人才培養(yǎng)中，針對(duì)目前實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題，結(jié)合專業(yè)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀，根據(jù)測(cè)控專業(yè)課程之間的連貫性，及課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)之間的連續(xù)性，為切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力，進(jìn)行了此次專業(yè)核心課程群實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)模式改革研究。

2 核心課程群實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)模式改革

“持續(xù)改進(jìn)”是工程教育專業(yè)認(rèn)證中非常重要的理念?！俺掷m(xù)”既表現(xiàn)在認(rèn)證過(guò)程中，促進(jìn)教育教學(xué)改革的持續(xù)深化，也表現(xiàn)在設(shè)計(jì)課程體系、改進(jìn)課程教學(xué)、為學(xué)生多樣化發(fā)展提供合適的平臺(tái)方面。

2.1 實(shí)踐能力持續(xù)提升的培養(yǎng)模式設(shè)計(jì)

測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)核心課程中，以信號(hào)為主線的“傳感器原理”、“測(cè)控電路”、“測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)”三門課程具有連續(xù)性，這些課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)之間也具有一定的銜接，如果三門課程孤立的教學(xué)，不利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)［6］。因此，根據(jù)測(cè)控專業(yè)課程之間、課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)之間的連續(xù)性，對(duì)課程教學(xué)體系，尤其是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)的連續(xù)性進(jìn)行了改革，以持續(xù)提升學(xué)生的實(shí)踐能力。

本著“以學(xué)生為中心”、“成果導(dǎo)向”的理念，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐能力，本次改革的內(nèi)容貫穿大學(xué)四年，培養(yǎng)模式如圖1所示。

圖1 測(cè)控專業(yè)實(shí)踐能力提升模式

大一，新生參觀實(shí)驗(yàn)室，可以見(jiàn)到專用模塊和學(xué)生自己制作的模塊，并告知這些也是他們能夠和必須完成的。通過(guò)這種直觀的方式提起他們的興趣，增加新生的信心并初步確立目標(biāo)。

大二，學(xué)生學(xué)習(xí)“傳感器原理”課程后，在實(shí)驗(yàn)時(shí)用到上屆學(xué)生制作的實(shí)驗(yàn)?zāi)K；告知他們，大三學(xué)完測(cè)控電路課程之后他們也將制作這樣的電路板，給學(xué)弟學(xué)妹使用，進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)目標(biāo)并樹立責(zé)任意識(shí)。

大三，學(xué)完“測(cè)控電路”課程，完成測(cè)控電路、測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)之后，在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)讓學(xué)生自行完成實(shí)驗(yàn)?zāi)K的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試以及分析總結(jié)。隨著這種循環(huán)模式的不斷完善和學(xué)生水平的不斷提升，課程組指導(dǎo)教師會(huì)不斷提高要求，最終向?qū)W生培養(yǎng)模式的工程化靠近。在此期間，學(xué)生可以結(jié)合所學(xué)知識(shí)，參加各類大賽，提升實(shí)戰(zhàn)能力。

大四，經(jīng)過(guò)之前的理論學(xué)習(xí)及實(shí)踐鍛煉，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做了充分的準(zhǔn)備。學(xué)生可以利用前期設(shè)計(jì)過(guò)程中掌握的知識(shí)解決畢業(yè)設(shè)計(jì)遇到的問(wèn)題，也可以利用前期發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出改進(jìn)的電路、設(shè)計(jì)全新的實(shí)驗(yàn)裝置，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題。

由上述培養(yǎng)模式可見(jiàn)，項(xiàng)目的目標(biāo)是朝著“大學(xué)生全程科研訓(xùn)練計(jì)劃”的模式發(fā)展，學(xué)生從入學(xué)開始即可接觸研究并跟隨大學(xué)四年，最后可以與畢業(yè)設(shè)計(jì)無(wú)縫銜接；這種方式以學(xué)生為中心，持續(xù)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，逐步提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，能切實(shí)完成工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求。

2.2 實(shí)踐循環(huán)模式課程體系設(shè)置

上述培養(yǎng)模式需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題在于梳理課程體系，設(shè)置各個(gè)階段的理論或?qū)嵺`課程；隨后結(jié)合課程的知識(shí)體系和工程實(shí)際，合理的制定各個(gè)階段的實(shí)踐項(xiàng)目，并且使項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容保持銜接；最后完成具體的實(shí)踐指導(dǎo)指南，便于引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)施。

“傳感器原理”、“測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)”兩門課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)置，主要是在學(xué)生理解傳感器原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)傳感器和信號(hào)檢測(cè)原理的理解。通常給定測(cè)量信號(hào)，經(jīng)相應(yīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，利用相應(yīng)的測(cè)量轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。而每一種傳感器的專用“測(cè)量轉(zhuǎn)換模塊”正是“測(cè)控電路”課程的重要知識(shí)?！皽y(cè)控電路”課程中學(xué)生學(xué)習(xí)了測(cè)控電路設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，目前課內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的理論。三門課程內(nèi)容有交叉，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上需有所側(cè)重或?qū)τ眠^(guò)的傳感器開發(fā)新用途。以振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量為例，內(nèi)容涉及到“傳感器原理”課程的差動(dòng)變壓器特性實(shí)驗(yàn)和“測(cè)控電路”課程的信號(hào)調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)、信號(hào)放大實(shí)驗(yàn)、信號(hào)濾波實(shí)驗(yàn)等。前者重在對(duì)傳感器原理的理解，應(yīng)用差動(dòng)變壓器式傳感器實(shí)現(xiàn)靜態(tài)特性位移的測(cè)量。后者使用差動(dòng)變壓器式傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量；在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中它既是感測(cè)，同時(shí)也是對(duì)信號(hào)的調(diào)制，雖然是熟悉的傳感器，卻是新的用途。

此外，為了進(jìn)一步提高學(xué)生的理論和實(shí)踐的結(jié)合，需要一個(gè)實(shí)際操作環(huán)節(jié)?；谝陨先T課程關(guān)系的分析提出如下方案：測(cè)控專業(yè)學(xué)生在大二學(xué)習(xí)“傳感器原理”，完成相應(yīng)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)；大三上下學(xué)期分別設(shè)置“測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)”、“測(cè)控電路”課程，完成課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)；課程結(jié)束之后，引入一個(gè)將理論與實(shí)踐結(jié)合的“實(shí)訓(xùn)”環(huán)節(jié)，完成理論的綜合應(yīng)用和總結(jié)。各個(gè)階段的實(shí)踐要求在下節(jié)具體介紹。

3 實(shí)施情況

3.1 循環(huán)模式實(shí)施及各環(huán)節(jié)要求

大二學(xué)生學(xué)習(xí)完“傳感器原理”后，根據(jù)課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)置完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以采用傳統(tǒng)專用實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，理解基本理論；同時(shí)采用上屆學(xué)生自制的、元器件裸露在外的實(shí)驗(yàn)電路板（低電壓，沒(méi)有安全隱患）進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，可以對(duì)電路模塊中各個(gè)基本單元的功能進(jìn)行進(jìn)一步分析，為后續(xù)“測(cè)控電路”課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)還包括能看到基礎(chǔ)的元器件和電路連接，直觀、易于理解和查錯(cuò)。該實(shí)踐環(huán)節(jié)邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖2 “傳感器原理”實(shí)驗(yàn)兩種裝置對(duì)比操作

大三學(xué)完“測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)”、“測(cè)控電路”課程，完成課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)之后，進(jìn)入理論與實(shí)踐結(jié)合的“實(shí)訓(xùn)”環(huán)節(jié)。在這個(gè)環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供部分傳感器原理實(shí)驗(yàn)中的轉(zhuǎn)換模塊及必須的檢測(cè)儀器，供學(xué)生研究實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換模塊，繪制模塊原理圖并進(jìn)行仿真；然后為其提供相應(yīng)的器件，完成實(shí)驗(yàn)?zāi)K的制作、調(diào)試及對(duì)比分析。制作測(cè)試成功并經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師檢查合格的模塊，將用于下屆學(xué)生做“傳感器原理”、“測(cè)控電路”和“測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)，開展對(duì)比分析，其關(guān)系如圖3所示。

圖3 大三學(xué)生測(cè)控電路課程的理論實(shí)踐升華

在這個(gè)階段，學(xué)生完成理論和實(shí)踐的結(jié)合，使理論實(shí)踐得到升華，同時(shí)，隨著學(xué)生能力的提升，設(shè)計(jì)要求可以相應(yīng)提高，逐步向工程化方向發(fā)展。

3.2 循環(huán)模式實(shí)施效果

在此輪改革的實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)學(xué)生要強(qiáng)化實(shí)踐的要求，增加了實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，通過(guò)制作實(shí)驗(yàn)?zāi)K加深了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解；以上實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中提到的所有轉(zhuǎn)換模塊均由學(xué)生自己制作完成，學(xué)生的分析問(wèn)題能力、動(dòng)手實(shí)踐能力均得到了鍛煉；所做模塊配合傳統(tǒng)模塊化的專用轉(zhuǎn)換模塊一同為低年級(jí)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)，將傳統(tǒng)的模塊化、封裝化的電路開放化，學(xué)生可以直接看到電路元器件和連接，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以根據(jù)裸露的電路，使用相應(yīng)的儀器進(jìn)行檢測(cè)，從而培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想時(shí)主動(dòng)分析問(wèn)題來(lái)源及原因的習(xí)慣。找到問(wèn)題后，學(xué)生要主動(dòng)解決問(wèn)題，改掉之前出現(xiàn)問(wèn)題就找老師的習(xí)慣，提高了學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。上述實(shí)踐活動(dòng)貫穿整個(gè)培養(yǎng)周期，形成了實(shí)踐環(huán)節(jié)的循環(huán)運(yùn)行模式。

4 結(jié)語(yǔ)

此次教學(xué)模式改革結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，對(duì)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)核心課程群進(jìn)行梳理，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)課程逐層深入的循環(huán)培養(yǎng)模式，以期持續(xù)提升學(xué)生的實(shí)踐能力。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的逐步實(shí)施，我校測(cè)控專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力得到了顯著提升。開展過(guò)程中也遇到了一些問(wèn)題，比如對(duì)于學(xué)生成果的考評(píng)，目前仍缺乏有效的研究。隨著項(xiàng)目的持續(xù)開展和完善，受益的學(xué)生將會(huì)越來(lái)越多，其優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。