测控专业课程实践环节循环运行模式研究

孙红鸽，臧 义，刘建娟

（河南工业大学 电气工程学院，河南 郑州450001）

0 引言

作为高等工程教育质量保障的重要机制，工程教育专业认证对学生培养质量提出了全方面的要求。加强实践教学与理论教学相结合，培养实践能力强、能解决复杂工程问题的应用型人才已成为国家工程教育的重要任务［1，2］。在高校工程类专业教育中，实践教学是培养学生动手能力与实践精神的主要和重要环节，作为工科的测控技术与仪器专业，实践环节尤为重要［3］。本文在分析了目前普通工科高校测控专业实践环节中存在的问题后，提出了基于专业核心课程群的实践环节改进方案，对于持续提高学生实践能力、进而培养其解决复杂工程问题的能力具有积极的促进作用。

1 实践教学环节现状

美国著名教育家家本杰明·布卢姆（Benjamin S.Bloom）在教育目标中提出了认知领域的六个层次分类，目前多采用的是学者们修订后的版本，即记忆（Remember）、理解（Understand）、应用（Apply）、分析（Analyze）、评价（Evaluate）和创造（Create）［4］。工程教育认证中毕业要求完全覆盖了上述学习规律。目前我国普通高校实践环节比较注重的是前三阶段能力的培养，这种培养模式导致毕业生的能力与工程教育认证的要求还有一定差距［5］，具体表现如下。

1）学生参与不足

实践环节实施过程中，学生参与力度不够，“以学生为中心”难以实现。目前高校的实习和实践活动一般由学校统一进行安排，学生只是被动地接受和执行，实践教学效果大受影响；另外，目前大多数课内实验均以验证性为主，尽管存在综合性但大部分是多实验模块的综合。学生按照指导书完成实验仪器设备插接导线即可，但只能见到给定的测量信号和最终的转换显示结果，对于中间转换电路的组成原理及电路分析一无所知，工程实践能力提高有限。此外，一旦做实验时没有出现预期的结果，学生则认为是仪器的问题，而无寻找问题出现缘由的主动性，更谈不上分析问题、解决问题了。

2）工程实践能力培养不足

现今的实践教学模式，在学生“工程性”和“创新性”方面的培养明显不足，难以达到工程教育专业认证中提出的“解决复杂工程问题”。目前多数高校测控专业实验室的现状是：实验设备多是模块化、封装化的形式，该类模块的优点是理论电路显示清晰，实验模块较为结实耐用；缺点在于，学生看不到真实的元器件，对内部电路一无所知，不利于学生工程实践能力的培养。

3）设备故障影响实验效果

检测技术实验室实验设备利用率高，实验设备使用时间较长，设备老化、实验器材损坏等现象较为严重。为保障实验的有效开展，课题组老师利用课余时间带领部分学生对一些传感器、实验模块及实验台进行了修理。但实验室实验设备数量大，使用频率高，并且使用时间较为集中，损坏率也较高，靠教师们的个人努力很难保证所有设备完好。由于厂家维修人员调度问题，也会存在维修和更换不及时的时候，导致学生抱怨设备老化。

4）持续改进欠缺

缺少可持续的总体设计，难以满足工程教育专业认证中持续改进的要求。

为进一步把“以学生为中心、成果导向、持续改进”的理念，切实渗入测控专业人才培养中，针对目前实践教学存在的问题，结合专业实验室现状，根据测控专业课程之间的连贯性，及课程内实验环节之间的连续性，为切实提高学生的动手能力，进行了此次专业核心课程群实践环节教学模式改革研究。

2 核心课程群实践环节教学模式改革

“持续改进”是工程教育专业认证中非常重要的理念。“持续”既表现在认证过程中，促进教育教学改革的持续深化，也表现在设计课程体系、改进课程教学、为学生多样化发展提供合适的平台方面。

2.1 实践能力持续提升的培养模式设计

测控技术与仪器专业核心课程中，以信号为主线的“传感器原理”、“测控电路”、“测试与检测技术基础”三门课程具有连续性，这些课程的实验实践环节之间也具有一定的衔接，如果三门课程孤立的教学，不利于学生综合能力的培养［6］。因此，根据测控专业课程之间、课程内实验环节之间的连续性，对课程教学体系，尤其是实验环节教学的连续性进行了改革，以持续提升学生的实践能力。

本着“以学生为中心”、“成果导向”的理念，切实提高学生的实践能力，本次改革的内容贯穿大学四年，培养模式如图1所示。

图1 测控专业实践能力提升模式

大一，新生参观实验室，可以见到专用模块和学生自己制作的模块，并告知这些也是他们能够和必须完成的。通过这种直观的方式提起他们的兴趣，增加新生的信心并初步确立目标。

大二，学生学习“传感器原理”课程后，在实验时用到上届学生制作的实验模块；告知他们，大三学完测控电路课程之后他们也将制作这样的电路板，给学弟学妹使用，进一步明确学习目标并树立责任意识。

大三，学完“测控电路”课程，完成测控电路、测试与检测技术基础实验和课程设计之后，在实训环节让学生自行完成实验模块的设计、制作、调试以及分析总结。随着这种循环模式的不断完善和学生水平的不断提升，课程组指导教师会不断提高要求，最终向学生培养模式的工程化靠近。在此期间，学生可以结合所学知识，参加各类大赛，提升实战能力。

大四，经过之前的理论学习及实践锻炼，为毕业设计做了充分的准备。学生可以利用前期设计过程中掌握的知识解决毕业设计遇到的问题，也可以利用前期发现的问题，提出改进的电路、设计全新的实验装置，作为毕业设计的课题。

由上述培养模式可见，项目的目标是朝着“大学生全程科研训练计划”的模式发展，学生从入学开始即可接触研究并跟随大学四年，最后可以与毕业设计无缝衔接；这种方式以学生为中心，持续培养学生的工程实践能力，逐步提高学生解决复杂工程问题的能力，能切实完成工程教育专业认证对学生能力培养的要求。

2.2 实践循环模式课程体系设置

上述培养模式需要解决的关键问题在于梳理课程体系，设置各个阶段的理论或实践课程；随后结合课程的知识体系和工程实际，合理的制定各个阶段的实践项目，并且使项目的研究内容保持衔接；最后完成具体的实践指导指南，便于引导学生理解实施。

“传感器原理”、“测试与检测技术基础”两门课程的实验设置，主要是在学生理解传感器原理的基础上，通过实验加深对传感器和信号检测原理的理解。通常给定测量信号，经相应传感器转换成电信号后，利用相应的测量转换模块转换成电压信号。而每一种传感器的专用“测量转换模块”正是“测控电路”课程的重要知识。“测控电路”课程中学生学习了测控电路设计的理论基础，目前课内实验主要是验证电路设计的理论。三门课程内容有交叉，在实验内容设置上需有所侧重或对用过的传感器开发新用途。以振动信号的测量为例，内容涉及到“传感器原理”课程的差动变压器特性实验和“测控电路”课程的信号调制与解调实验、信号放大实验、信号滤波实验等。前者重在对传感器原理的理解，应用差动变压器式传感器实现静态特性位移的测量。后者使用差动变压器式传感器对动态振动信号进行测量；在这个实验中它既是感测，同时也是对信号的调制，虽然是熟悉的传感器，却是新的用途。

此外，为了进一步提高学生的理论和实践的结合，需要一个实际操作环节。基于以上三门课程关系的分析提出如下方案：测控专业学生在大二学习“传感器原理”，完成相应课内实验；大三上下学期分别设置“测试与检测技术基础”、“测控电路”课程，完成课程内实验；课程结束之后，引入一个将理论与实践结合的“实训”环节，完成理论的综合应用和总结。各个阶段的实践要求在下节具体介绍。

3 实施情况

3.1 循环模式实施及各环节要求

大二学生学习完“传感器原理”后，根据课程内实验设置完成相应实验项目，可以采用传统专用实验模块进行实验，理解基本理论；同时采用上届学生自制的、元器件裸露在外的实验电路板（低电压，没有安全隐患）进行对比实验，可以对电路模块中各个基本单元的功能进行进一步分析，为后续“测控电路”课程学习打下基础。优点还包括能看到基础的元器件和电路连接，直观、易于理解和查错。该实践环节逻辑关系如图2所示。

图2 “传感器原理”实验两种装置对比操作

大三学完“测试与检测技术基础”、“测控电路”课程，完成课程内实验之后，进入理论与实践结合的“实训”环节。在这个环节，为学生提供部分传感器原理实验中的转换模块及必须的检测仪器，供学生研究实验转换模块，绘制模块原理图并进行仿真；然后为其提供相应的器件，完成实验模块的制作、调试及对比分析。制作测试成功并经过指导老师检查合格的模块，将用于下届学生做“传感器原理”、“测控电路”和“测试与检测技术基础”实验，开展对比分析，其关系如图3所示。

图3 大三学生测控电路课程的理论实践升华

在这个阶段，学生完成理论和实践的结合，使理论实践得到升华，同时，随着学生能力的提升，设计要求可以相应提高，逐步向工程化方向发展。

3.2 循环模式实施效果

在此轮改革的实施过程中，根据学生要强化实践的要求，增加了实训环节，通过制作实验模块加深了学生对课程内容的理解；以上实验项目中提到的所有转换模块均由学生自己制作完成，学生的分析问题能力、动手实践能力均得到了锻炼；所做模块配合传统模块化的专用转换模块一同为低年级学生开展实验，将传统的模块化、封装化的电路开放化，学生可以直接看到电路元器件和连接，当出现问题时，可以根据裸露的电路，使用相应的仪器进行检测，从而培养学生在实验结果不理想时主动分析问题来源及原因的习惯。找到问题后，学生要主动解决问题，改掉之前出现问题就找老师的习惯，提高了学生分析问题解决问题的能力，变被动学习为主动学习。上述实践活动贯穿整个培养周期，形成了实践环节的循环运行模式。

4 结语

此次教学模式改革结合工程教育专业认证理念，对测控技术与仪器专业核心课程群进行梳理，设计了实验课程逐层深入的循环培养模式，以期持续提升学生的实践能力。经过近年来的逐步实施，我校测控专业学生实践能力得到了显著提升。开展过程中也遇到了一些问题，比如对于学生成果的考评，目前仍缺乏有效的研究。随着项目的持续开展和完善，受益的学生将会越来越多，其优势会更加明显。