面向工程专业认证的《检测技术与仪表》教学改革
李晓旭，高育芳
（苏州大学机电工程学院，江苏 苏州）
摘 要： 工程专业认证是促进我国工程教育改革，提高工程教育质量的重要举措。本文深入分析了检测技术与仪表课程的特点和传统教学方法存在的不足，进而以工程专业认证标准作为指导思想，针对教学目标、教学内容、教学方法和考核机制，提出了一系列的改革措施，使该课程体系符合工程专业认证的要求，为提升工程人才的培养质量奠定基础。
关键词： 检测技术与仪表； 工程教育； 专业认证；教学改革
《华盛顿协议》的宗旨是通过多边认可工程教育认证结果，实现工程学位互认，促进工程技术人员国际流动。2016年，我国成为《华盛顿协议》的第18个正式成员，标志着我国的工程教育认证体系得到国际认可[1]，这对于提高我国工程教育质量、加快工程专业学生与国际接轨、促进国际交流的进一步发展都具有重要的意义[2,3]。
对于工科专业学生的教育和培养，专业课程是实现培养目标的主要载体。检测技术与仪表是自动化专业的一门专业必修课程，在整个专业培养体系中占据重要的地位。该课程的传统的教学方法通常以教师为中心，在教学过程中平铺直叙并罗列大量的知识点，其最终取得的教学效果往往不理想。本文通过深入分析检测技术与仪表课程的特点，以工程专业认证标准作为指导思想，围绕教学目标、教学内容、教学手段和考核方法，提出了一系列的改进和优化措施，强调以学生为中心，以人才培养为导向，使该课程体系符合国际工程专业认证的要求，为我国培养优秀的工程人才提供有力保障。
一 教学目标制定
传统教学过程中，各专业课程通常各自为政，以教师的经验和课程本身的内容为基础制定教学目标，这种方式割裂了各专业课之间的联系，对人才综合素质的培养不利。在工程专业认证的框架下，强调以学生为中心，以结果输出为导向。因此，每门专业课都需纳入总的培养体系，以人才培养模型、培养目标和毕业要求指标点为导向进行顶层设计，自上而下地制定教学目标。
电气工程及其自动化专业遵从工程专业认证制的标准，重点培养学生解决复杂工程问题的能力，关注本科生毕业5年后在社会和专业领域的预期成就，并以此为基础制定相应的人才培养模型和目标。通过将培养目标进行逐条分解，最终形成12个方面的毕业要求，共35个毕业要求指标点（限于本文篇幅，只列出与检测技术相关的毕业要求指标点），并把每一项毕业要求指标点落实到具体的教学环节中，形成“毕业要求—课程体系矩阵表”。检测技术及仪表课程的教学目标正是依据对应的毕业要求而制定，共4项教学目标，如表1所示，教学目标1和3支撑毕业要求指标点1-2，教学目标2支撑毕业要求指标点4-3，教学目标4支撑毕业要求指标点5-2。可以看出，教学目标服务于总体教学规划和人才培养目标，具有指向性明确、适应性强和可操作性强等优点。
表1 毕业要求和教学目标的对应关系
二 教学内容优化
检测技术与仪表是一门集电、机、光一体，综合电子、机械、光学、物理、化学、生物、材料和计算机等多种学科于一体的专业课程[4]，具有知识点多、涉及范围广和内容体系较为松散等特点。检测技术与仪表目前流通的教材很多，且各有特色和缺陷，有的侧重仪表和检测系统，有的聚焦传感器技术，还有的以检测参数为索引对检测仪表和传感器进行罗列。总的来说，单独的一本教材已无法做到全面和准确的涵盖该课程的知识体系。
汉制的真实内核，即暴力与伦理相抗衡的结果，不是暴力的伦理化，而是伦理的暴力化。汉以后的儒学不同于先秦儒学追求平等与责善，而是将等级内化于伦理之中：不再是“君君，臣臣，父父，子子”[7](下册，P499)，而是“臣罪当诛兮，天王圣明”[14](P1158)。暴力与伦理的最终一致，是北魏孝文帝将游牧部落的绝对奴仆制规定于华夏，并在唐律中得到定型与确认。
方法论的实质是提取事物的内在联系和共性特征，找出分析和解决问题的普适性方法。这需要在教学过程中，对学生进行思维引导，同时在实践中强化训练。例如，为解决学生在学习种类繁多的传感器时的困惑，专门以表格形式制作了传感器分析模板，在表格中提取了不同种类传感器的共性特征，包括传感器的基本原理（其背后运用到的物理或化学效应）、数学模型、结构、特性参数指标、测量电路、应用领域和应用案例等。在教学过程中，首先将空白的表格模板以电子文档的形式发给所有学生，然后引导学生将学习过的传感器进行知识总结并完善表格，在填写表格的过程中，实际上系统地、有逻辑地复习了该型传感器的所有知识点。进一步，在平时的训练中让大家自己学习一种以前从未接触过的传感器，并填写表格模板。这种学习传感器的方法论受到学生的欢迎，并取得了非常好的教学效果，学生不再惧怕学习新型的传感器，大家潜移默化地认为学习传感器不过就是填写表格这样简单的过程。
通过分析数据可以看出，有些青少年即使知道毒品的危害，但在受挫折、空虚的时候还是会忍不住通过吸毒来获得精神支持，在骗子或者是朋友的鼓吹下也很容易动摇自己的决心。这是青少年本身没有独立的人格，没有形成独立的自我认知的表现。而一些把吸毒当成炫耀的方式，认为非常酷，是高端人士才能做的事情，就是三观不正的表现了。因此，在预防吸毒的时候，青少年需要形成自己独立的人格，不受他人的鼓吹，有自己独立的判断，还需要抛弃贪图享乐、热衷炫耀等不良的价值观。
为避免事态进一步恶化，军方宣布 “自3 月 9 日 24 时起实施军队巡逻。 凡破坏公共秩序和妨碍市内正常生活者,一律扣留,并送民警局追究责任。”[6](P212)3 月10 —11 日,军队在市内加强了巡逻；各级党组织纷纷召开维稳大会；各工厂企业安排了夜间值班；部分破坏者和挑唆者陆续被克格勃抓捕。这些“组合拳”式的措施采取之后，市内秩序逐渐趋于稳定。[6](P210)
三 学方法改进
（一） 从点到面，以方法论代替知识点
虽然从长期来看，社会会自动通过创设新的工作岗位来实现社会劳动岗位的更迭，但短期仍然会出现减少岗位的问题，我们必须采取措施，如提高劳动者受教育水平和技能储备、做好再就业培训等，确保人工智能带来的优势被广泛人群公平分享。
教学内容必须以教学目标为基础进行制定，应体现教学目标的思想和精髓，但教学内容不能仅仅是教学目标的细化和相关知识点的排列，而应该具有完善的框架结构、清晰的逻辑体系和生动的表现形式。一种优选的解决方案是选择一本最贴近电气工程及其自动化专业的教材[5]作为知识体系的主线，并辅以2-3本参考教材作为延伸，将相关的内容按照清晰的体系架构制作成课件，在讲授的过程中，明确标示哪些内容需要进行延伸阅读。
试验饲料以鱼粉及豆粕为主要蛋白源，共设计7组蛋白水平饲料，蛋白含量分别为35%、38%、41%、44%、47%、50%、53%（分别记作组别P1、P2、P3、P4、P5、P6和 P7），饲料主要营养成分见表 1。试验鱼为顺昌县兆兴鱼种养殖有限公司利用野生大刺鳅自繁育的同批次子一代苗种，经浮游动物、水蚯蚓、鳗鲡配合饲料系列饵料培育至幼鱼[平均体重和全长分别为(5.21±0.15)g和(11.62±0.91)cm]。挑选外表正常，健康的个体暂养于直径1.5 m的玻璃纤维桶中超过2周，鱼体稳定摄食后移至150 L玻璃缸中进行正式试验。
本文在教学内容的选取上，以明确架构、突出共性、重视基础、主抓典型、兼顾深度和广度为基本原则，将整体内容分为三大部分：(1)共性基础知识，主要包括检测技术的基本概念、分类方法、行业地位和发展趋势；误差分析方法和数据的科学处理方法；传感与检测系统的静态特性和动态特性参数；自动检测系统的通用架构和基本原理。(2)传感器技术，主要包括典型传感器的基本原理、结构和信号调理电路；掌握典型传感器的特性指标、应用领域和使用方法。(3)系统理念和工程应用，主要包括实际工程环境的分析和传感器选型方法；检测系统的抗干扰技术和可靠性设计原理；传感和自动检测系统的设计和经典应用案例剖析。
检测技术与仪表课程内容繁杂，涉及学科及应用范围极广，特别是传感器种类繁多，其具体型号更是数不胜数，如果对传感器或检测仪表的众多知识点进行逐一介绍，将会导致授课课时长、容量低、结构松散[6]，学生听课时感觉枯燥乏味而不得要领，造成授课效果极差，严重影响教学目标的实现。因此，应强调学习的方法论，培养学生的自我学习、知识归纳和举一反三的能力，这与工程专业认证中的使学生具备终身学习能力和自我完善能力的思想高度契合。
（二） 跟踪前沿，强化信息搜集与甄别能力
当今互联网时代，知识传播的途径不断拓展，人们获取信息的方式和手段越来越多。但是，大量的信息库和数据源也带来一个问题，使用任何一个关键词进行搜索都可得到海量的信息，这其中绝大部分是无效的。因此，应着重培养学生高效地搜索并甄别出有用信息的能力。首先，我们对有效数据库进行了归纳整理，向学生推荐了传感器和检测技术领域的学术期刊、杂志、论坛和专业网站，同时列出了国内外著名的传感器和检测仪表生产商。其次，通过开放性的题目进行实践训练，强化学生的能力。例如，提出一种具体的检测需求和场景，要求选型一种合适的传感器建立自动检测系统，并以小组为单位随机抽取学生进行课堂汇报。实践证明，学生对这种训练方法的接受度和参与度高，有的小组的表现甚至超出了预期，不仅给出了较好的选型方案、设计框架、工作原理和实现方法，还主动向供应商致电询价，以计算整个检测系统的成本。
现代科技发展迅猛，随着电子、材料、半导体工艺、微纳制造、嵌入式和计算机等技术的高速发展，传感器和检测技术也发生了日新月异的变化。现有的教材必然无法将最新的技术传授给学生，造成学生知识体系陈旧，与现代工程应用脱节。解决上述问题的核心是摒弃仅仅灌输学生知识的传统方法，而采取重点以能力培养为导向的新思路。要让学生跟上传感器和检测技术的发展步伐，必须培养和强化学生的信息搜集能力和信息甄别能力。
（三） 阐明原理，强调工程数学的地位
检测技术与仪表课程涉及较多的物理化学效应、数学模型和公式推导，讲解这些知识的过程通常比较枯燥，学生觉得索然无味，从而无法集中精力听讲。有些教师认为，该课程属于偏实践的学科，应重点关注自动检测系统和传感器的应用，理论和数学部分可以简略带过或不讲。国际工程专业认证体系明确给出了复杂工程问题的特征[7]，包括：(1)必须运用深入的工程原理经过分析才可能得到解决；需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性。因此，在国际工程专业认证的背景下，应强调原理的重要性和工程数学的重要地位，并贯穿教学过程的始终。
教学过程中主要需解决的问题是，消除学生对原理和数学类知识的抵触心里，提高学生的学生兴趣和积极性。在讲授的过程中不能仅以教师为中心，要提高学生的参与度。通过积极和正确的引导，学生发现，原来在大一和大二年级学习的较为抽象的微积分、概率与统计等数学知识与实践应用联系如此紧密，有了学以致用的感觉，从而提高了积极性。例如，在讲解变极距式电容传感器之前，先让大家复习了高等数学中的泰勒级数的相关知识，学生一开始很疑惑，但在讲授的过程中了解到，泰勒级数（包括麦克劳林级数）可把具有非线性特性的传感器进行局部线性化，并且这种方法在工程实践中被广泛使用时，学生感觉到打开了一扇新的大门，瞬间被调动了积极性。
（四） 面向实践，培养系统思维
锻炼学生的实践能力和培养学生的系统思维是该课程必不可少的环节。首先，本课程安排了9学时的实践教学环节，实验内容涵盖了电桥测量电路及应变片传感器、电感式传感器、电容式传感器、霍尔传感器、压电传感器、热电偶和热电阻和光电传感器等。实验课由任课教师和实验老师共同指导，实验过程中会对学生提出问题，引导学生探究实验现象背后的工程原理。其次，设立自动检测系统的课外设计项目，着重培养学生的系统设计能力和自主开发能力。项目面向全体同学开放，学生可自由组队并申报设计制作项目，审批通过后可获得资助用于购买元件，包括单片机最小系统、电子元器件、传感器模块和显示屏等。目前学生自主完成的制作有超声波测距系统、电涡流接近开关、热电阻测温系统、基于角编码器的转速测量系统等。
四 考核机制及持续改进
课程考核的目的是检验教学的效果，并据此评估毕业要求指标的完成程度。在工程专业认证的背景下，课程考核内容应完全覆盖教学目标所提出的要求，同时应具有清晰的指向性，即每一项考核内容（具体到一个考题、或一次平时作业）都须明确地支撑某一项教学目标。本课程的考核分成平时考核（20%）、实验考核（20%）、期中考核（20%）和期末考核（40%）四个部分。综合各项考核结果并进行非常详尽的课程总结和试卷分析，计算每一项教学目标对应考核内容的平均得分率，进而计算毕业要求指标点的最终达成度，表2给出了毕业要求指标达成度定量评价的示例。根据毕业要求指标点的达成情况，详细总结每一个学期教学的得失，如果某项指标达成度过低，需要专门召开教研小组会议，研讨和分析原因，有针对性地改进教学方法、强化短板知识以及优化考核内容的难易程度等。另外，每一年的毕业要求指标点达成度要与前两年的结果进行比较分析，总结得失，以此为依据进行持续改进和优化。
表2 毕业要求指标点达成度量化计算表
五 结束语
本文以工程专业认证的理念为基础，从教学目标、教学内容、教学手段和考核机制几个面对检测技术与仪表课程进行了教学改革和优化，在教学过程中尽量以学生为中心，以培养学生具备解决复杂工程问题的能力为结果导向，对考核结果进行量化和反馈，以此为依据进行持续改进和优化，形成闭环反馈式的教学培养模型。实践证明，这次教学改革提升了学生对于检测技术与仪表课程的理解深度和广度，提高学生学习的积极性，使学生具备了一定的工程实践能力。进一步，该课程的改革措施是在整个教学课程体系改革的框架下完成的，在苏州大学机电工程学院电气工程及其自动化专业申请和通过国际工程专业认证的过程中发挥了积极的作用。
参考文献
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[7] 胡正平,吴培良,许成谦,李英伟.从专业认证角度谈如何带好工科毕业设计[J].教学研究,2016,39(2):103-106.
Teaching Reforms on“Measurement technology and instruments”based on Professional Certification for Engineering Education
LI Xiao-xu , GAO Yu-fang
(School of Mechanical and Electrical Engineering, Soochow University, Suzhou, Jiangsu, China)
Abstract: Professional certification for engineering education is an important measure for promoting the reform of engineering education and improving the quality of engineering education. In this work, the characteristics of measuring technology and instruments was deeply analyzed. Improvement and optimization methods related to teaching goals, teaching contents, teaching means, and evaluation mechanisms were presented and guided by the standards of professional certification for engineering education. The purpose of the teaching reform is to improve the talent training quality and make the course satisfy the requirements of professional certification for engineering education.
Key words: Measuring technology and instruments； Engineering education； Professional certification； Teaching reform
本文引用格式： 李晓旭 等.面向工程专业认证的《检测技术与仪表》教学改革[J]. 教育现代化，2019，6（72）：81-84.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.72.030
作者简介： 李晓旭，男，重庆潼南人，副教授，博士研究生。研究方向：现代科学仪器关键技术研究、仪器研发及应用。
通讯作者： 李晓旭。
标签：检测技术与仪表论文; 工程教育论文; 专业认证论文; 教学改革论文; 苏州大学机电工程学院论文;