工程认证背景下仪器仪表课程设计课教学改革探索

黄彩虹 周丽春 梅小华 易定容

[摘 要]仪器仪表课程设计课的传统课程体系和教学模式与工程认证的教学需求仍有差距。为了达到工程认证的标准，华侨大学对仪器仪表课程设计课进行了改革和探索，以适应工程认证的需要。其主要体现在以下几个方面：与《工程教育认证标准》相比，全面修订教学计划，进行以企业需求为导向和产出为导向的教学内容改革，进行以“学生为中心”的教学方式改革。实践结果表明，该课程改革使学生的工程能力更好地满足了企业需求，同时学生也更积极主动地参与到学习过程中来，取得了良好的教学效果。

[关键词]工程认证;教学改革;仪器仪表;课程设计

[中图分类号] TP23;G484 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2020）10-0055-04

2017 年2 月，教育部发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，其明确指出，新工科项目的开展与实施应当围绕工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量和新体系进行，而不是简单地围绕传统工科教育专业融合或专业调整[1]。在此背景下，以工程教育认证通用标准，开展高校工程教育改革和创新， 促进工程教育质量的全面提升， 为新经济发展培养新工科人才迫在眉睫[2]。

仪器仪表课程设计课是自动化专业以及测控、电气等专业的一门重要课程，它集技术性、工程性和实践性于一体，是一门涉及检测技术、单片机原理、电子技术、自动控制、计算机通信等多门学科的现代综合课程[3]。通过仪器仪表课程设计的实践，学生可以了解电子及微机工程项目的开发过程，还可以掌握智能仪器仪表系统的设计和调试方法，并具有运用基础知识解决工程问题的能力和素质。该课程的实施在一定程度上将影响自动化专业学生工程实践能力的培养。

工程教育专业认证是指专业认证机构针对高等教育机构开设的工程类专业教育实施的专门性认证，是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[4]。与《工程教育认证标准》（2015版）相比，传统的仪器仪表课程设计教学内容、教学方法、教学模式仍有差距。以工程认证的标准为指南，我校对仪器仪表课程设计课程进行了改革探索，使所培养学生更加符合企业的需求、社会发展的需求，以及学生国际化的需求，以更好地达到工程认证的要求。

一、现有教育模式存在的不足

（一）毕业学生能力和企业需求存在断层

尽管也有文献关于成果导向、学生中心的若干研究，但目前我国高等院校的工程教育大多仍采用以知识为导向、以教师为主体的课程体系和教学方式，学生仍在被动地接受教师的知识灌输，并以通过课程考试作为培养质量的主要评价依据[5]。我校仪器仪表课程设计课的现有教育模式同样存在这个问题。

以课程为导向的传统教学方式使得毕业学生的能力和社会的需求之间存在着较大的断层（见图1），学生的能力与企业需求之间不能很好对接。高校的教育模式问题，导致学生在毕业后缺乏实践能力和创新意识，所学知识与企业需求之间存在断层，造成一方面学生就业难，另一方面企业招不到合适的员工，并且这种矛盾日益突出。这也在一定程度上反映了高校教育过于注重理论知识，缺少实践，与实际需求脱节的问题。

（二）缺乏实践教育

传统的人才培养模式主要是理论知识传授，包括自动化专业在内，在大学四年的学习中大部分时间都在学习理论知识，缺乏实际的工程实践，学生学习了一定的编程语言，例如c语言、C++、汇编等，但是从来没有运用某一程序设计语言编写过一个应用项目。

（三）缺乏真实环境

虽然自动化专业在学生临近毕业的时候会安排一些生产实习和毕业设计的实践环节，但一般是在技术院校完成或者在模拟的环境下进行的，与实际的工程应用还有一定的差距。

（四）教学内容落后

课程设计、毕业设计很多内容依然是以自我为中心，教师缺乏在实际项目当中锻炼解决实际问题的能力，关起门来办学，与企业的互动偏少，或者说企业参与办学的力度不够。同时各种社会力量对于教育的监督不够完善，没有很好地参与到教育的评价当中，不能很好地为教学改革建言献策。

（五）教学方式以教师为主导

在教学方式上，其主要以教师为主导，学生被动学习，学习积极性不高。遇到一些如软件安装、软件开发的基础问题，学生会觉得不好意思请教老师，而最终影响设计进度。

仪器仪表课程设计时间为2周，要求学生设计一个嵌入微处理器的智能仪表， 需要用到单片机、检测技术、智能仪表设计基础、计算机通信等多门课程的知识。要求学生综合运用所学知识及技能， 设计一个智能测控仪表， 使学生掌握智能仪表设计步骤、硬件设计方法和程序设计方法。

如果从学生的角度出发，这两周的课程设计时间紧、任务重，需要的是教师多方面多角度的指导。但以老师为主导的教学方式往往容易忽视学生的心理特征。

二、改革的措施

工程教育认证的三个基本理念为：学生为中心理念、产出导向理念（Outcome Based Education，OBE）、持续改进理念。借助新工科建设的契机，我校对仪器仪表课程设计这门课程，从教学体系、教学内容、教學方式等多方面进行了改革，如图1所示。

（一）以企业的实际需求为指导选取教学内容

教师应深入到校企合作的企业中，挖掘最新的企业需求，选定满足企业发展需求的教学内容和教学方向。引入物联网智能仪器的教学内容，使课程设计内容更加符合企业的实际需求。同时，让学生理解基础与前沿并重的重要性，培养学生的创新思维能力，同时开阔学生视野。

（二）产出导向的课程设计改革

基于产出导向理论（OBE）的教学理念与传统的教学理念有着很大的区别，更加注重学习目标和毕业目标的达成，以及解决“复杂工程问题”的能力并形成持续的改进机制[6]，因此需要对教学方法和教学体系进行更新和梳理，建立基于OBE 为目标的教学方法和教学体系。教学设计流程如图1所示。传统的仪器仪表课程设计课以教师为中心，而改革后的课程设计以结果/产出为导向，深刻思考课程设计的内容及结果对工程认证标准（2015版）中所提培养目标，特别是毕业要求12条指标的贡献程度。毕业要求指标分别是：1.工程知识;2.问题分析;3.设计/开发解决方案……12.终身学习。以产出为导向的具体措施有以下内容：

首先，要以达成毕业要求和初步解决复杂工程问题等OBE理念为指导思想，打破以课程为导向、学生的毕业要求与行业需求存在断层的传统教学设计。引用工程认证标准的核心思想，强调教学设计和教学方法的实施以学生接受教育后所取得的学习成果为导向，并对照毕业生核心能力和要求来评价专业及教育教学效果，充分考虑其余的需求来制定毕业要求，根据毕业要求（由企业需求决定）来决定教学内容和教学方式，使得教学的目标更符合企业的需求。

其次，要合理考虑各个知识点的特点和对毕业要求达成度的比重，选取和知识点相关的真实工程案例进行案例式教学。具体的教学方式除了采用传统的讲授外，针对具体案例特点，采用微课、微视频、课程设计论坛等新型的线上、线下混合式的学习方法，组成一个多渠道的离线、在线的教学体系。体现教学内容和方法对毕业要求和工程素养的导向。

（三）以学生为中心的教学模式改革

工程认证的另一个核心思想是“以学生为中心”的教育理念，要实现教育理念从“以教师为中心”向“以学生为中心”转变，关键在于调整并处理好师生关系。在教育教学的过程中我们主要从以下五个方面入手：1.理解学生;2.尊重学生;3.服务学生;4.启迪学生;5.激励学生。在仪器仪表课程设计课教学过程中， 以学生为中心的教学活动改革及改革目标在表1中进行了罗列。具体改革措施主要有：

1.结合学生学习兴趣确定选题内容

对于仪器仪表课程设计教学而言，要贯彻“以学生为中心”的教学理念，课程设计选题内容至关重要。在选题过程中，传统的教学设计是老师指定设计内容，然后指导学生进行设计。经过改革，我们将企业的需求与学生基础进行综合考虑，教师先提出以物联网为目标的一系列课程设计的建议方向。然后教师引导学生根据自己的兴趣进行选题，学生可以在温度测量、水位测量、压力测量、倒车雷达甚至是机器视觉、无人机、智能小车控制器、虚拟现实（VR）等相关的仪器领域进行选题。这使得选题范围较广，充分尊重了学生的个人爱好，能很好地激发学生的学习兴趣。同时，教学本身又可使学生综合应用前期所学的理论知识，实现创新性设计;另一方面也可为学生的毕业设计以及毕业后从事自动化相关设计的开发打下基础。

2.结合“小老师”制度，拉近师生距离

传统的教学方式以教师为主导，学生被动学习，学习积极性不高，遇到问题和困难时有些学生不愿开口向老师请教，个别学生直接认为课题难度过高，自己无法完成。

我们借助“学生小老师”的中间作用，一方面增加学生的学习信心，另一方面也可以加快所有学生完成设计的进度。第一阶段，教师指导班上实践能力较强的学生先完成设计。第二阶段，由事先完成课程设计的学生来当小老师，上台授课，并全程当其余学生课程设计的指导老师，而教师成了服务于“小老师”和学生的助手。这样的教学模式，使事先完成课程设计的学生对系统的开发有了较好的掌握，同时他们的作品也让其他同学产生了兴趣，发挥了榜样的作用，增加了学生独立完成作品的自信心。

3.借助“微课”和论坛进行教学

微课的定义是以视频为主要手段，展示教师讲解某个知识点或精炼浓缩的教学过程[7]。本次教学改革，教师采用了录屏编辑软件，对课程设计软件开发过程中编译环境的搭建、示例工程的导入和解析、云端的开发步骤等内容进行录制然后分享给学生。对于一些硬件开发过程中常见问题的解决办法也拍摄成微视频分享给学生。学生在课程设计过程中，可以按照视频指导边学边做。视频资源作为一种可以有效呈现教学内容的教学媒体形式，将有助于学生在长达两周的课程设计过程中根据自己的进度循序渐进地学习。学生在课程设计过程中根据微视频指导进行课程设计的部分学习过程如图2所示。

另外，根据大学生心理的特点，总存在一些学生不敢当面向老师反映或咨询问题等现象，由此，我们创建了课程设计师生微信群，大家在一个匿名的群里，针对实验现象进行讨论，学生就能大胆地说出遇到的问题，教师学生群策群力共同解决问题，就不会发生因为遇到问题不能解决而轻易放弃的情况。

4.借助设备云平台存储学生实践数据

OneNet是由中国移动打造的PaaS物联网开放平台，该平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署。同时为每一个接入设备指定唯一的设备ID，使得学生所开发的系统具有唯一的识别号。其可以培养学生独立思考和解决问题的能力。学生在一定压力和动力的驱动下，能更好地锻炼能力。

5.考虑创新性和个人提升性系数的考核方式

教师不能单纯以设计结果的优劣为考核依据，而是要充分尊重学生之间的差异，只要学生在本次课程设计过程中尽自己所能，获得了一定成果，对自己而言有所进步，就予以成绩上的肯定。在课程设計前期和后期我们对学生进行随堂测试，考查其对相关知识和设计的理解和掌握程度，而后判断其进步程度。同时在课程设计过程中，对于每个实践单元，都要从学习态度到学习能力等多个角度评价学生， 全面考查学生对设计课题的理解能力、调研及查阅资料的能力、实践动手能力、分析问题及解决问题的能力，以及整体设计方案的可行性和创新性，通过以上各项考查给出过程考核成绩。让学生更加深信有付出就会有收获的考核体制。

三、结语

我们将工程认证的以学生为中心、以产出为导向、注重企业需求等教育理念应用于仪器仪表课程设计课的教学过程中，学生通过该课程设计初步掌握了基于物联网的智能仪器仪表开发的基本流程、方法，能根据设计指标编写程序，设计硬件系统，并解决项目开发过程中遇到的问题。课程设计过程培养了学生实事求是的科学态度，使其逐步形成了正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的工作作风，提高了自主学习能力，初步具备了综合运用所学知识独立解决实际工程问题的能力。

基于工程认证的课程改革对提高学生的工程素养，主要体现在以下几个方面：（1）学生能更好地解决工程知识问题，（2）学生更愿意学习和享受本课程。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 肖荣辉，王爱景，孔佩伊. 新工科建设背景下“三创”教育体系构建与实施[J]. 教育探索，2019（2）：69-73.

[2] 邓春燕，周治国，陈娟，等.工程教育认证背景下程序设计基础课程设计教学改革与实践[J].计算机教育，2019（5）：68-72.

[3] 黎钢钊.《智能化仪器仪表原理及应用》模块化教学改革研究与实践[J]. 科技经济市场，2017（1）：124-125.

[4] 李勇峰，侯江华，苏建修，等.面向工程认证的机制专业人才培养模式改革实践[J].大学教育，2019（1）：10-12+16.

[5] 唐光义，高俊锋，张宏国.基于“卓越计划”的工程应用型人才培养模式研究：以哈尔滨理工大学软件工程专业为例[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2016（3）：73-74.

[6] 李汉广，周秋香，余晓斌，等.以企业需求为引导的药剂学教学内容与方法改革初探[J].教育教学论坛，2014（45）：24-26.

[7] 李金玲. 开发微视频对物理课堂教学效率提升的研究[C].《教师教学能力发展研究》科研成果集（第十五卷），2018：47-49.

[责任编辑：刘凤华]