國(guó)際工程教育認(rèn)證背景下的測(cè)控專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教育培養(yǎng)模式探索與思考

張 樸，孔 力，劉文中

(華中科技大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院,湖北 武漢 430074)

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國(guó)際工程教育認(rèn)證背景下的測(cè)控專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教育培養(yǎng)模式探索與思考

張 樸，孔 力，劉文中

(華中科技大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院,湖北 武漢 430074)

秉承以學(xué)生為中心的理念，在實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)模式中強(qiáng)調(diào)學(xué)生的體驗(yàn)性獲得。專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)采用了“模塊化”設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使得學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)很容易理解課本知識(shí)并體驗(yàn)到知識(shí)之間的有機(jī)聯(lián)系；專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)采用了“點(diǎn)+面”的模式，不僅使學(xué)生廣泛了解了專(zhuān)業(yè)相關(guān)企業(yè)，更使學(xué)生親身體驗(yàn)了一個(gè)傳感器從最初的設(shè)計(jì)到成為合格產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)這種教學(xué)培養(yǎng)模式的改進(jìn)，很容易激發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題的興趣，從而培養(yǎng)了他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

專(zhuān)業(yè)實(shí)踐；培養(yǎng)模式；國(guó)際工程教育；測(cè)控專(zhuān)業(yè)

一、國(guó)際工程教育認(rèn)證

我國(guó)2016年6月正式成為世界上最具影響力的國(guó)際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的正式成員，這意味著通過(guò)工程教育認(rèn)證的學(xué)生可以在相關(guān)的國(guó)家或地區(qū)取得工程師執(zhí)業(yè)資格。加入?yún)f(xié)議對(duì)促進(jìn)我國(guó)工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)質(zhì)等效，提升工程教育水平和職業(yè)工程師能力水平，實(shí)現(xiàn)國(guó)家新型工業(yè)化的戰(zhàn)略目標(biāo)，提升我國(guó)工程制造業(yè)總體實(shí)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

基于《華盛頓協(xié)議》的工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的制定在理念上以學(xué)生為中心，以全體學(xué)生教育結(jié)果為導(dǎo)向，以促進(jìn)每一位學(xué)生全面發(fā)展為宗旨；在培養(yǎng)目標(biāo)上強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。而這些能力的獲取很大程度上取決于培養(yǎng)計(jì)劃中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)方案的制定與實(shí)施。

二、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教育中存在的問(wèn)題

實(shí)踐教育環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生獲取分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力、獲取技術(shù)開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，測(cè)控專(zhuān)業(yè)本科生的培養(yǎng)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，逐漸形成了以課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)為主體的五層次專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教育體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生專(zhuān)業(yè)基本技能和工程能力的培養(yǎng)。另外，通過(guò)支持本科生參與科研活動(dòng)、各種競(jìng)賽、職業(yè)資質(zhì)證書(shū)的獲得等課外實(shí)踐實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生工程設(shè)計(jì)與創(chuàng)新實(shí)踐綜合能力的培養(yǎng)。

然而在實(shí)踐教育具體實(shí)施過(guò)程中還存在如下問(wèn)題：

(1)實(shí)驗(yàn)課程大綱以理論課為中心設(shè)置。目前的專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有相當(dāng)部分強(qiáng)調(diào)的是理論課程中孤立的知識(shí)點(diǎn)，雖然也有綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，但它們所涵蓋的知識(shí)點(diǎn)較少，很難體現(xiàn)知識(shí)的系統(tǒng)性聯(lián)系。

(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)手段單調(diào)。在現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生通常不需要太多思考，按照指導(dǎo)書(shū)完成連線和數(shù)據(jù)記錄即可，無(wú)法保證學(xué)生真正理解各種基本概念及原理，更無(wú)法保證學(xué)生能靈活運(yùn)用它們解決實(shí)際問(wèn)題。

(3)生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)踐時(shí)間偏少。學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)內(nèi)容存在偏重于企業(yè)參觀、企業(yè)人員授課的形式，學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)很少。

三、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教育培養(yǎng)模式探索與思考

上述問(wèn)題反映出目前的教學(xué)依然沒(méi)有完全擺脫“以教者為中心”的模式，這種模式很難激發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題的興趣，進(jìn)而很難培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而更難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。雖然也積極鼓勵(lì)學(xué)生參與 “以學(xué)生為中心”的課外實(shí)踐活動(dòng)，然而這些活動(dòng)只能覆蓋到部分學(xué)生，無(wú)法達(dá)到認(rèn)證所要求的全員達(dá)標(biāo)要求。如何從基礎(chǔ)的專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)就開(kāi)始培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、以及系統(tǒng)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并將這種意識(shí)的強(qiáng)化和能力的提升貫穿整個(gè)本科階段的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是需要認(rèn)真思考的問(wèn)題。

1. 測(cè)控專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及知識(shí)結(jié)構(gòu)

測(cè)控專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)是期望學(xué)生具有科學(xué)、工程和人文素養(yǎng)以及健康的身心素質(zhì)，具備電子學(xué)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及研究應(yīng)用能力、工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新意識(shí)和國(guó)際視野，能在自動(dòng)化、通訊、能源、環(huán)保、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域從事與測(cè)控技術(shù)及儀器相關(guān)的理論研究、科技開(kāi)發(fā)、組織管理等方面工作。在專(zhuān)業(yè)方面要求學(xué)生系統(tǒng)、堅(jiān)實(shí)地掌握測(cè)控技術(shù)與儀器系統(tǒng)中共存的信息獲取及處理技術(shù)、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法、并在儀器系統(tǒng)構(gòu)成等方面受到良好的工程實(shí)踐訓(xùn)練。

學(xué)生的專(zhuān)業(yè)文化知識(shí)構(gòu)成如圖1所示。根據(jù)測(cè)控及儀器系統(tǒng)中信息的獲取過(guò)程，按照信息流的方向可劃分為信號(hào)獲取、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳輸、信息利用四個(gè)階段。構(gòu)成學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的課程相應(yīng)也可劃分為傳感器與信號(hào)檢測(cè)類(lèi)課程、誤差分析與信號(hào)處理類(lèi)課程、測(cè)控總線與通信技術(shù)類(lèi)課程、儀器儀表控制類(lèi)課程四個(gè)模塊。各個(gè)模塊與學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)模塊之間有機(jī)結(jié)合構(gòu)成了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系[2，3]。

圖1 測(cè)控專(zhuān)業(yè)知識(shí)構(gòu)成圖

2.專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)計(jì)劃的模塊化設(shè)計(jì)

針對(duì)前述實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，培養(yǎng)計(jì)劃的設(shè)計(jì)在形式上將反映專(zhuān)業(yè)特色的9門(mén)課程實(shí)驗(yàn)整合形成了測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)課程。該課程安排有64個(gè)學(xué)時(shí)，分上、下兩部分，兩個(gè)學(xué)期完成。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置上采用模塊化結(jié)構(gòu)，依據(jù)測(cè)控專(zhuān)業(yè)知識(shí)構(gòu)成的銜接關(guān)系設(shè)計(jì)為傳感器技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)、控制技術(shù)、測(cè)控系統(tǒng)四個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的設(shè)計(jì)上，盡可能以實(shí)際工程為對(duì)象，采用流水化模塊設(shè)計(jì)，例如以熱電偶溫度測(cè)量為背景，對(duì)應(yīng)四個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K可設(shè)計(jì)熱電偶溫度傳感器、熱電偶測(cè)溫的誤差分析與數(shù)據(jù)處理、熱電偶溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)、水箱溫度控制四個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在項(xiàng)目?jī)?nèi)容的實(shí)施上以設(shè)計(jì)性為主，最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，例如在熱電偶溫度傳感器實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，可模擬工程需求讓學(xué)生來(lái)選擇合適類(lèi)型的熱電偶，并自行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的測(cè)量電路。學(xué)生通過(guò)此類(lèi)內(nèi)容高度關(guān)聯(lián)的工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)性體驗(yàn)，很容易就可認(rèn)識(shí)到各種知識(shí)之間的聯(lián)系，有助于提升學(xué)生系統(tǒng)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

測(cè)控專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃修訂后的課程實(shí)驗(yàn)框架如圖2所示，將關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)的若干門(mén)專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合形成了以課程群為中心的四個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步整合實(shí)驗(yàn)?zāi)K知識(shí)同時(shí)結(jié)合專(zhuān)業(yè)教師的科研項(xiàng)目，構(gòu)成了歷時(shí)3周的專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)。專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)由多個(gè)專(zhuān)項(xiàng)實(shí)驗(yàn)組成，2-3名學(xué)生構(gòu)成一個(gè)課程設(shè)計(jì)小組，每個(gè)小組選擇一個(gè)專(zhuān)項(xiàng)實(shí)驗(yàn)題目，各小組題目不重復(fù)。

3.專(zhuān)業(yè)實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)

實(shí)踐平臺(tái)是保證學(xué)生順利完成實(shí)踐教學(xué)的硬件基礎(chǔ)。本專(zhuān)業(yè)依托學(xué)院構(gòu)建了以本科專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地為中心，聯(lián)合共建實(shí)驗(yàn)室、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、校外企業(yè)為補(bǔ)充的五層級(jí)實(shí)踐平臺(tái)，以滿足不同層次需求的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)目標(biāo)。

(1)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室是開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)最重要的場(chǎng)所，將借助于NI公司廣泛的影響力，以其產(chǎn)品為基礎(chǔ)構(gòu)建虛擬儀器教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。我們的設(shè)想是期望學(xué)生能在課程實(shí)驗(yàn)、專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、就業(yè)及讀研準(zhǔn)備四個(gè)階段使用這些平臺(tái)并獲得好的效果。

圖2 測(cè)控專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)構(gòu)成框架

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)框架如圖3所示。儀器平臺(tái)是核心，主要由控制器、數(shù)采卡、顯示器、LABVIEW軟件構(gòu)成，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、信號(hào)輸出、人機(jī)交互等功能，可構(gòu)成各種功能的虛擬儀器。敏感元件和調(diào)理電路組合構(gòu)成了傳感器，調(diào)理電路既可以是完整的模塊，也可由學(xué)生自行設(shè)計(jì)制作。自行設(shè)計(jì)制作將更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，但需花費(fèi)較多的時(shí)間，教師可根據(jù)教學(xué)需求和學(xué)時(shí)數(shù)靈活安排。傳感器模塊也可直接從市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)，與儀器平臺(tái)、執(zhí)行器、信號(hào)源、嵌入式系統(tǒng)模塊靈活組合，可方便地構(gòu)成各種測(cè)試與控制系統(tǒng)，使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)能完成獨(dú)具特色的項(xiàng)目設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建可滿足本科教學(xué)中不同層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。

圖3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)框架

(2)實(shí)習(xí)基地建設(shè)

生產(chǎn)實(shí)習(xí)是學(xué)生實(shí)踐教育的重要環(huán)節(jié)，然而市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，很難找到合適的接收企業(yè)。大型企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，但學(xué)生難以獲得實(shí)際操作的體驗(yàn)；小企業(yè)雖然能夠給學(xué)生提供實(shí)際操作的體驗(yàn)，但它們通常產(chǎn)品類(lèi)型較少，只能覆蓋測(cè)控儀器系統(tǒng)較少的環(huán)節(jié)。我們的設(shè)想是構(gòu)建“點(diǎn)+面”的生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái)。選擇一個(gè)能夠提供充分實(shí)踐機(jī)會(huì)的企業(yè)作為“點(diǎn)”，以使學(xué)生能實(shí)際體驗(yàn)一個(gè)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到走

向市場(chǎng)所需要經(jīng)歷的各個(gè)環(huán)節(jié)。選擇多個(gè)專(zhuān)業(yè)企業(yè)作為“面”，以學(xué)生參觀為主，開(kāi)闊視野。我們選擇的“點(diǎn)”是一個(gè)以生產(chǎn)小型互感器為主的企業(yè)，學(xué)生進(jìn)入車(chē)間親身體驗(yàn)了產(chǎn)品生產(chǎn)的所有工序，實(shí)習(xí)結(jié)束后每位學(xué)生都擁有一個(gè)自己設(shè)計(jì)和制作的互感器。

四、總結(jié)

專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)采用了“模塊化”設(shè)計(jì)模式，更進(jìn)一步在具體內(nèi)容的設(shè)計(jì)上采用了“流水模塊”設(shè)計(jì)方法，使得學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)很容易就可認(rèn)識(shí)到課本知識(shí)之間的聯(lián)系，將有助于強(qiáng)化學(xué)生系統(tǒng)分析和解決問(wèn)題的能力。而專(zhuān)業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)則采用了“點(diǎn)+面”的模式，不僅使學(xué)生廣泛了解了專(zhuān)業(yè)相關(guān)企業(yè)的現(xiàn)狀，更使學(xué)生親身體驗(yàn)了一個(gè)傳感器從最初的設(shè)計(jì)到成為合格產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)。已有兩屆學(xué)生經(jīng)歷了新的生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式，學(xué)生反映非常滿意。

(責(zé)任編輯：徐建平)

[1]趙亦希，陳佳妮，陳關(guān)龍. 以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向是工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的基本準(zhǔn)則[J].上海教育評(píng)估研究, 2014(12)：5-7.

[2]陳青山，董明利，祝連慶. 工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證背景下的精密測(cè)量技術(shù)課程建設(shè)[J].學(xué)園, 2015(4)：10-11.

[3]王莉,牛群峰,吳才章,等. 測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐[J]. 大學(xué)教育, 2014(6)：97-99.

Specialty Practice Training Mode for Measurement & Control Technology and Instrumentation in the Background of International Engineering Education Accreditation

ZHANG Pu,KONG Li,LIU Wen-zhong

(Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China)

Adhering to the student-centered philosophy, teaching training mode emphasis on student experience of the harvest in engineering practice. Pnefessional curriculum experiment using a "modular" design structure, so that the students are easy to understand textbook knowledge and experience to the organic link between knowledge. Engineering internship using the "dot + plane" mode, which not only enable students to understand a wide range of professional-related enterprises, but also enable students to experience a sensor from the initial design to become aqualified in all aspects of the product. By improving this training mode, it is easy to stimulate students' interest in thinking, and thus cultivate their practical ability and innovation.

specialty practice；training mode；international engineering education；specialty in measurement & control technology and instrumentation

張樸(1966-)，女，江蘇江陰人，博士，副教授，研究方向?yàn)闇y(cè)控技術(shù)與儀器。

2016-09-03

2016-09-28

G642

A

1671-9719(2016)12-0025-03

湖北省教學(xué)研究項(xiàng)目“工程教育認(rèn)證背景下的測(cè)控專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃研究與修訂”(2014074)。