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)量保障的重要機制，工程教育專業(yè)認證對學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量提出了全方面的要求。加強實踐教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合，培養(yǎng)實踐能力強、能解決復(fù)雜工程問題的應(yīng)用型人才已成為國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，實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動手能力與實踐精神的主要和重要環(huán)節(jié)，作為工科的測控技術(shù)與儀器專業(yè)，實踐環(huán)節(jié)尤為重要［3］。本文在分析了目前普通工科高校測控專業(yè)實踐環(huán)節(jié)中存在的問題后，提出了基于專業(yè)核心課程群的實踐環(huán)節(jié)改進方案，對于持續(xù)提高學(xué)生實踐能力、進而培養(yǎng)其解決復(fù)雜工程問題的能力具有積極的促進作用。

1 實踐教學(xué)環(huán)節(jié)現(xiàn)狀

美國著名教育家家本杰明·布盧姆（Benjamin S.Bloom）在教育目標中提出了認知領(lǐng)域的六個層次分類，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）、評價（Evaluate）和創(chuàng)造（Create）［4］。工程教育認證中畢業(yè)要求完全覆蓋了上述學(xué)習(xí)規(guī)律。目前我國普通高校實踐環(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

實踐環(huán)節(jié)實施過程中，學(xué)生參與力度不夠，“以學(xué)生為中心”難以實現(xiàn)。目前高校的實習(xí)和實踐活動一般由學(xué)校統(tǒng)一進行安排，學(xué)生只是被動地接受和執(zhí)行，實踐教學(xué)效果大受影響；另外，目前大多數(shù)課內(nèi)實驗均以驗證性為主，盡管存在綜合性但大部分是多實驗?zāi)K的綜合。學(xué)生按照指導(dǎo)書完成實驗儀器設(shè)備插接導(dǎo)線即可，但只能見到給定的測量信號和最終的轉(zhuǎn)換顯示結(jié)果，對于中間轉(zhuǎn)換電路的組成原理及電路分析一無所知，工程實踐能力提高有限。此外，一旦做實驗時沒有出現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果，學(xué)生則認為是儀器的問題，而無尋找問題出現(xiàn)緣由的主動性，更談不上分析問題、解決問題了。

2）工程實踐能力培養(yǎng)不足

現(xiàn)今的實踐教學(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，難以達到工程教育專業(yè)認證中提出的“解決復(fù)雜工程問題”。目前多數(shù)高校測控專業(yè)實驗室的現(xiàn)狀是：實驗設(shè)備多是模塊化、封裝化的形式，該類模塊的優(yōu)點是理論電路顯示清晰，實驗?zāi)K較為結(jié)實耐用；缺點在于，學(xué)生看不到真實的元器件，對內(nèi)部電路一無所知，不利于學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。

3）設(shè)備故障影響實驗效果

檢測技術(shù)實驗室實驗設(shè)備利用率高，實驗設(shè)備使用時間較長，設(shè)備老化、實驗器材損壞等現(xiàn)象較為嚴重。為保障實驗的有效開展，課題組老師利用課余時間帶領(lǐng)部分學(xué)生對一些傳感器、實驗?zāi)K及實驗臺進行了修理。但實驗室實驗設(shè)備數(shù)量大，使用頻率高，并且使用時間較為集中，損壞率也較高，靠教師們的個人努力很難保證所有設(shè)備完好。由于廠家維修人員調(diào)度問題，也會存在維修和更換不及時的時候，導(dǎo)致學(xué)生抱怨設(shè)備老化。

4）持續(xù)改進欠缺

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

為進一步把“以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進”的理念，切實滲入測控專業(yè)人才培養(yǎng)中，針對目前實踐教學(xué)存在的問題，結(jié)合專業(yè)實驗室現(xiàn)狀，根據(jù)測控專業(yè)課程之間的連貫性，及課程內(nèi)實驗環(huán)節(jié)之間的連續(xù)性，為切實提高學(xué)生的動手能力，進行了此次專業(yè)核心課程群實踐環(huán)節(jié)教學(xué)模式改革研究。

2 核心課程群實踐環(huán)節(jié)教學(xué)模式改革

“持續(xù)改進”是工程教育專業(yè)認證中非常重要的理念。“持續(xù)”既表現(xiàn)在認證過程中，促進教育教學(xué)改革的持續(xù)深化，也表現(xiàn)在設(shè)計課程體系、改進課程教學(xué)、為學(xué)生多樣化發(fā)展提供合適的平臺方面。

2.1 實踐能力持續(xù)提升的培養(yǎng)模式設(shè)計

測控技術(shù)與儀器專業(yè)核心課程中，以信號為主線的“傳感器原理”、“測控電路”、“測試與檢測技術(shù)基礎(chǔ)”三門課程具有連續(xù)性，這些課程的實驗實踐環(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)測控專業(yè)課程之間、課程內(nèi)實驗環(huán)節(jié)之間的連續(xù)性，對課程教學(xué)體系，尤其是實驗環(huán)節(jié)教學(xué)的連續(xù)性進行了改革，以持續(xù)提升學(xué)生的實踐能力。

本著“以學(xué)生為中心”、“成果導(dǎo)向”的理念，切實提高學(xué)生的實踐能力，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 測控專業(yè)實踐能力提升模式

大一，新生參觀實驗室，可以見到專用模塊和學(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。

大二，學(xué)生學(xué)習(xí)“傳感器原理”課程后，在實驗時用到上屆學(xué)生制作的實驗?zāi)K；告知他們，大三學(xué)完測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，進一步明確學(xué)習(xí)目標并樹立責任意識。

大三，學(xué)完“測控電路”課程，完成測控電路、測試與檢測技術(shù)基礎(chǔ)實驗和課程設(shè)計之后，在實訓(xùn)環(huán)節(jié)讓學(xué)生自行完成實驗?zāi)K的設(shè)計、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，參加各類大賽，提升實戰(zhàn)能力。

大四，經(jīng)過之前的理論學(xué)習(xí)及實踐鍛煉，為畢業(yè)設(shè)計做了充分的準備。學(xué)生可以利用前期設(shè)計過程中掌握的知識解決畢業(yè)設(shè)計遇到的問題，也可以利用前期發(fā)現(xiàn)的問題，提出改進的電路、設(shè)計全新的實驗裝置，作為畢業(yè)設(shè)計的課題。

由上述培養(yǎng)模式可見，項目的目標是朝著“大學(xué)生全程科研訓(xùn)練計劃”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)計無縫銜接；這種方式以學(xué)生為中心，持續(xù)培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，逐步提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，能切實完成工程教育專業(yè)認證對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求。

2.2 實踐循環(huán)模式課程體系設(shè)置

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

“傳感器原理”、“測試與檢測技術(shù)基礎(chǔ)”兩門課程的實驗設(shè)置，主要是在學(xué)生理解傳感器原理的基礎(chǔ)上，通過實驗加深對傳感器和信號檢測原理的理解。通常給定測量信號，經(jīng)相應(yīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號后，利用相應(yīng)的測量轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成電壓信號。而每一種傳感器的專用“測量轉(zhuǎn)換模塊”正是“測控電路”課程的重要知識?！皽y控電路”課程中學(xué)生學(xué)習(xí)了測控電路設(shè)計的理論基礎(chǔ)，目前課內(nèi)實驗主要是驗證電路設(shè)計的理論。三門課程內(nèi)容有交叉，在實驗內(nèi)容設(shè)置上需有所側(cè)重或?qū)τ眠^的傳感器開發(fā)新用途。以振動信號的測量為例，內(nèi)容涉及到“傳感器原理”課程的差動變壓器特性實驗和“測控電路”課程的信號調(diào)制與解調(diào)實驗、信號放大實驗、信號濾波實驗等。前者重在對傳感器原理的理解，應(yīng)用差動變壓器式傳感器實現(xiàn)靜態(tài)特性位移的測量。后者使用差動變壓器式傳感器對動態(tài)振動信號進行測量；在這個實驗中它既是感測，同時也是對信號的調(diào)制，雖然是熟悉的傳感器，卻是新的用途。

此外，為了進一步提高學(xué)生的理論和實踐的結(jié)合，需要一個實際操作環(huán)節(jié)。基于以上三門課程關(guān)系的分析提出如下方案：測控專業(yè)學(xué)生在大二學(xué)習(xí)“傳感器原理”，完成相應(yīng)課內(nèi)實驗；大三上下學(xué)期分別設(shè)置“測試與檢測技術(shù)基礎(chǔ)”、“測控電路”課程，完成課程內(nèi)實驗；課程結(jié)束之后，引入一個將理論與實踐結(jié)合的“實訓(xùn)”環(huán)節(jié)，完成理論的綜合應(yīng)用和總結(jié)。各個階段的實踐要求在下節(jié)具體介紹。

3 實施情況

3.1 循環(huán)模式實施及各環(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)實驗設(shè)置完成相應(yīng)實驗項目，可以采用傳統(tǒng)專用實驗?zāi)K進行實驗，理解基本理論；同時采用上屆學(xué)生自制的、元器件裸露在外的實驗電路板（低電壓，沒有安全隱患）進行對比實驗，可以對電路模塊中各個基本單元的功能進行進一步分析，為后續(xù)“測控電路”課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。優(yōu)點還包括能看到基礎(chǔ)的元器件和電路連接，直觀、易于理解和查錯。該實踐環(huán)節(jié)邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖2 “傳感器原理”實驗兩種裝置對比操作

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

圖3 大三學(xué)生測控電路課程的理論實踐升華

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

3.2 循環(huán)模式實施效果

在此輪改革的實施過程中，根據(jù)學(xué)生要強化實踐的要求，增加了實訓(xùn)環(huán)節(jié)，通過制作實驗?zāi)K加深了學(xué)生對課程內(nèi)容的理解；以上實驗項目中提到的所有轉(zhuǎn)換模塊均由學(xué)生自己制作完成，學(xué)生的分析問題能力、動手實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學(xué)生開展實驗，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，當出現(xiàn)問題時，可以根據(jù)裸露的電路，使用相應(yīng)的儀器進行檢測，從而培養(yǎng)學(xué)生在實驗結(jié)果不理想時主動分析問題來源及原因的習(xí)慣。找到問題后，學(xué)生要主動解決問題，改掉之前出現(xiàn)問題就找老師的習(xí)慣，提高了學(xué)生分析問題解決問題的能力，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。上述實踐活動貫穿整個培養(yǎng)周期，形成了實踐環(huán)節(jié)的循環(huán)運行模式。

4 結(jié)語

此次教學(xué)模式改革結(jié)合工程教育專業(yè)認證理念，對測控技術(shù)與儀器專業(yè)核心課程群進行梳理，設(shè)計了實驗課程逐層深入的循環(huán)培養(yǎng)模式，以期持續(xù)提升學(xué)生的實踐能力。經(jīng)過近年來的逐步實施，我校測控專業(yè)學(xué)生實踐能力得到了顯著提升。開展過程中也遇到了一些問題，比如對于學(xué)生成果的考評，目前仍缺乏有效的研究。隨著項目的持續(xù)開展和完善，受益的學(xué)生將會越來越多，其優(yōu)勢會更加明顯。