孫裕晶 王超飛 楊建麗 陳小奇
摘要:機(jī)電一體化是工程技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì),也是工程教育的新方向?!皽y(cè)試技術(shù)”課程作為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)培養(yǎng)的主要環(huán)節(jié)之一,是機(jī)械類專業(yè)教育的重要內(nèi)容。為提高我國(guó)機(jī)械類專業(yè)測(cè)試課程的教學(xué)質(zhì)量和水平,筆者通過(guò)比較分析了新西蘭坎特伯雷大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)和機(jī)電工程專業(yè)測(cè)試技術(shù)課程的教學(xué)定位、目標(biāo)、內(nèi)容和課程考核方法,總結(jié)了坎特伯雷大學(xué)測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)實(shí)踐中的先進(jìn)理念和科學(xué)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐表明,“以應(yīng)用實(shí)踐為主線,基于項(xiàng)目的教學(xué)模式,重視教學(xué)過(guò)程質(zhì)量控制”的教學(xué)理念在“傳感器與測(cè)試儀表”課程教學(xué)中取得了顯著的教學(xué)效果,是工程技術(shù)教育的先進(jìn)理念,值得我們?cè)谕愓n程建設(shè)和教學(xué)改革中參考和借鑒。
關(guān)鍵詞:測(cè)試技術(shù);工程教育;實(shí)踐;主線;課程建設(shè)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2015)40-0217-04
一、引言
為了適應(yīng)新世紀(jì)面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇,近年來(lái)工程教育與工程師職業(yè)改革受到越來(lái)越多的關(guān)注[1-3]?,F(xiàn)代教育理念不僅重視知識(shí)內(nèi)容的傳授和教育投入,更重視能力和職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)[4-6]。2013年,中國(guó)加入華盛頓協(xié)議是我國(guó)工程教育發(fā)展的重要里程碑,對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)我國(guó)工程師國(guó)際交流和職業(yè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。同時(shí),如何貫徹“以結(jié)果為導(dǎo)向、以專業(yè)教育目標(biāo)為導(dǎo)向”的教學(xué)理念,也給高等學(xué)校工程專業(yè)教學(xué)改革、課程建設(shè),實(shí)現(xiàn)專業(yè)教育國(guó)際認(rèn)證,提出了新的挑戰(zhàn)[7-9]。
雖然只有400多萬(wàn)人,但是新西蘭是一個(gè)高度國(guó)際化的國(guó)家,不僅體現(xiàn)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和商業(yè)模式上,還表現(xiàn)在發(fā)達(dá)的高等教育體系中。新西蘭是華盛頓協(xié)議組織首批成員國(guó)之一,奧克蘭大學(xué)(University of Auckland)、奧塔哥大學(xué)(University of Otago)、坎特伯雷大學(xué)(University of Canterbury)和梅西大學(xué)(Messay University)等都有很好的國(guó)際聲譽(yù),國(guó)際留學(xué)生的比例較高??蔡夭├状髮W(xué)機(jī)械工程系被認(rèn)為是世界上最好的工程系之一,優(yōu)異的學(xué)術(shù)與工程技術(shù)水平在國(guó)際上享有盛譽(yù)。該校工程教育體系、課程教學(xué)組織和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性和連續(xù)性,一些較成熟的教育理念和組織方法值得我們借鑒和學(xué)習(xí)[10-13]。
本文結(jié)合測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容和方法,分析了坎特伯雷大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)(簡(jiǎn)稱坎大機(jī)械)和吉林大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師實(shí)驗(yàn)班(簡(jiǎn)稱吉大農(nóng)機(jī))在課程內(nèi)容設(shè)置、實(shí)踐組織模式和學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方面的特點(diǎn),總結(jié)了坎大工程專業(yè)課程教學(xué)的特色和經(jīng)驗(yàn),旨在探討我國(guó)機(jī)械類專業(yè)測(cè)試課程教育的發(fā)展方向和改革途徑。
二、課程定位
坎特伯雷大學(xué)本科教學(xué)分為兩個(gè)階段:第1學(xué)年叫過(guò)渡學(xué)年(Intermediate Year),后3年是職業(yè)教育學(xué)年,分別叫第1、第2和第3職業(yè)學(xué)年。與奧克蘭大學(xué)(University of Auckland)、梅西大學(xué)(Massey University)等新西蘭大學(xué)一樣,坎特伯雷大學(xué)一般每學(xué)年設(shè)8門(mén)課(共修120學(xué)分),每門(mén)課15學(xué)分,學(xué)生一般每學(xué)期修60學(xué)分。近年來(lái),各學(xué)校學(xué)分結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)逐漸統(tǒng)一,便于學(xué)生跨學(xué)校交流。在最后一個(gè)學(xué)年(Third Professional year)包括3門(mén)必修課和4門(mén)選修課。必修課包括畢業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程管理與機(jī)械工程管理專業(yè)實(shí)踐。畢業(yè)設(shè)計(jì)覆蓋兩個(gè)學(xué)期,占30學(xué)分。選修課包括學(xué)科模塊(一般2~3門(mén)課)課程和自由選擇課程。學(xué)科模塊課程一般要求成組選擇,自由選擇課程可以在任何一個(gè)學(xué)科模塊課程中選修。測(cè)試課程、控制和機(jī)器人學(xué)屬于機(jī)械工程專業(yè)控制與自動(dòng)化模塊。
吉林大學(xué)工科本科專業(yè)學(xué)制也是4年,課程結(jié)構(gòu)包括3部分:普通教育課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課。一般第1學(xué)年是普通教育課,第2學(xué)年是專業(yè)基礎(chǔ)課,第3、4學(xué)年包括部分專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課。4年總學(xué)分為200學(xué)分左右,其中包括140~150學(xué)分的理論課和40~50學(xué)分左右的實(shí)踐課程。平均每學(xué)年修學(xué)約50學(xué)分,每學(xué)期5~8門(mén)理論課,必修課一般2~3學(xué)分,選修課一般1~2學(xué)分。測(cè)試課是第3學(xué)年學(xué)習(xí)的必修課,屬于專業(yè)基礎(chǔ)課。
三、課程教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容
坎大機(jī)械和吉大農(nóng)機(jī)專業(yè)具有共同的學(xué)科背景,測(cè)試課程的基本目標(biāo)均為通過(guò)測(cè)試技術(shù)基本理論加深和擴(kuò)展機(jī)械工程學(xué)科教育??蔡夭状髮W(xué)機(jī)械專業(yè)測(cè)試課程名稱為“傳感器與測(cè)試儀表(Instrumentation and Sensors)”,吉大農(nóng)機(jī)專業(yè)測(cè)試課程為“測(cè)試與傳感技術(shù)(Sensors and Measurement Technology)”。從課程設(shè)置可以反映出兩個(gè)學(xué)校課程教學(xué)的不同特色,也體現(xiàn)出了教學(xué)理念的差異。
(一)課程目標(biāo)
“傳感器與測(cè)試儀表”課程的“儀表化”體現(xiàn)了測(cè)試技術(shù)的工業(yè)性和實(shí)踐性,教學(xué)內(nèi)容中包含了較多的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。該課程包括36學(xué)時(shí)理論學(xué)習(xí)和不少于36學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn),還有復(fù)習(xí)和作業(yè)。另外,還有一項(xiàng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)競(jìng)賽,該項(xiàng)目設(shè)計(jì)競(jìng)賽需要小組成員合作完成,每人工作12小時(shí)以上。修本課程的研究生還要按照學(xué)術(shù)論文格式寫(xiě)測(cè)試研究報(bào)告。理論課以外的自主學(xué)習(xí)(包括設(shè)計(jì)報(bào)告)和小組合作實(shí)踐環(huán)節(jié)占整個(gè)學(xué)習(xí)進(jìn)程的50%左右。據(jù)了解,除考試復(fù)習(xí)時(shí)間外,一般在坎大修1學(xué)分需要學(xué)生10小時(shí)的工作量,包括理論課學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)和完成作業(yè)、答疑、考試復(fù)習(xí)。
吉林大學(xué)“測(cè)試與傳感技術(shù)(Sensors and Measurement Technology)”課程主要圍繞測(cè)試系統(tǒng)學(xué)習(xí)測(cè)試技術(shù)的基本原理、系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)特性、測(cè)試方法和常用工程測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用、調(diào)試和設(shè)計(jì)方法?!皽y(cè)試與傳感技術(shù)”課程設(shè)置40課內(nèi)學(xué)時(shí),包括30學(xué)時(shí)理論學(xué)習(xí)、10學(xué)時(shí)課內(nèi)實(shí)驗(yàn),10學(xué)時(shí)課外開(kāi)放實(shí)驗(yàn)和3~4次作業(yè)。自主學(xué)習(xí)時(shí)間約為20~25小時(shí)。
“測(cè)試與傳感技術(shù)”課程學(xué)習(xí)目標(biāo):(1)理解測(cè)試信號(hào)的測(cè)試分析理論,熟悉測(cè)試系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)特性;(2)了解常用傳感器原理與應(yīng)用方法;(3)掌握基本測(cè)試儀表操作方法和建立基本測(cè)試系統(tǒng)的方法;(4)掌握應(yīng)變片測(cè)試系統(tǒng)建模和關(guān)鍵測(cè)試部件設(shè)計(jì)方法;(5)了解現(xiàn)代測(cè)試?yán)碚摚莆諗?shù)字化信號(hào)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟硬件建模方法;(6)掌握測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)規(guī)劃與測(cè)試誤差分析方法。由此可以看出,坎大機(jī)械專業(yè)“傳感器與測(cè)試儀表”課程強(qiáng)調(diào)測(cè)試儀表運(yùn)用和設(shè)計(jì)技能的培養(yǎng)。“知識(shí)”和“技能”訓(xùn)練圍繞“學(xué)生進(jìn)行測(cè)試儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用”組織內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練占課程內(nèi)容的50%左右。
“測(cè)試與傳感技術(shù)”課程內(nèi)容以工程測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)為中心組織,培養(yǎng)了學(xué)生系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的能力,知識(shí)和技術(shù)性較強(qiáng)。
(二)課程教學(xué)內(nèi)容
為分析方便,把坎大機(jī)械工程專業(yè)“傳感器與測(cè)試儀表”課程和吉大農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師實(shí)驗(yàn)班“測(cè)試與傳感技術(shù)”課程內(nèi)容和時(shí)間安排整理到表2中。
表2中統(tǒng)計(jì)的學(xué)時(shí)未包含這兩門(mén)課程安排的2學(xué)時(shí)答疑時(shí)間。除期末考試外,“傳感器與測(cè)試儀表”課程還安排2小時(shí)的期中考試。(如果是碩士生選修這門(mén)課,必須完成“測(cè)試技術(shù)學(xué)術(shù)論文”)
從表2中可以看出,“傳感器與測(cè)試儀表”采用以學(xué)習(xí)過(guò)程為主線的教學(xué)組織模式。教學(xué)內(nèi)容不僅包括測(cè)試系統(tǒng)建模與測(cè)試信號(hào)處理技術(shù),而且包含概率統(tǒng)計(jì)和測(cè)試誤差分析方法,為系統(tǒng)應(yīng)用和測(cè)試結(jié)果分析奠定了基礎(chǔ)。另外在測(cè)試技術(shù)應(yīng)用方面進(jìn)行了機(jī)器人傳感技術(shù)、生物儀表、運(yùn)動(dòng)伺服控制、工業(yè)傳感網(wǎng)絡(luò)和智能技術(shù)等方面的技術(shù)擴(kuò)展,系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件平臺(tái)學(xué)習(xí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)。課程內(nèi)容圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)和運(yùn)用測(cè)試技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程組織,涵蓋了應(yīng)用測(cè)試技術(shù)分析和處理工程問(wèn)題的各階段,既有較全面的知識(shí)點(diǎn),又有比較深入的實(shí)踐體驗(yàn)內(nèi)容,有助于學(xué)生對(duì)測(cè)試技術(shù)的消化和吸收。
“傳感器與測(cè)試儀表”課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要圍繞虛擬儀器技術(shù)平臺(tái)組織,通過(guò)LED燈控制、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)測(cè)試與控制和力學(xué)測(cè)試等訓(xùn)練項(xiàng)目學(xué)習(xí)基于數(shù)字化數(shù)據(jù)采集技術(shù)和虛擬儀器軟件的運(yùn)用方法。訓(xùn)練方式包括3類:前4項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(LED燈控制、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)、銑床運(yùn)動(dòng)測(cè)試與控制和并行機(jī)器人控制)采用教師指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)方法,屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),在給定的例子程序的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)張編成已達(dá)到實(shí)驗(yàn)的要求;第5項(xiàng)實(shí)驗(yàn),學(xué)生自主設(shè)計(jì)傳感器模塊和軟件模塊,是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn);第6項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生自主選題的研究性實(shí)驗(yàn)。3類實(shí)驗(yàn)互相配合,使學(xué)生從基本操作技能到測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)和技術(shù)研究得到了全面的技術(shù)體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)和虛擬儀器軟件平臺(tái),體現(xiàn)了技術(shù)的先進(jìn)性。
“測(cè)試與傳感技術(shù)”課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以測(cè)試系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法展開(kāi),屬于以知識(shí)為核心的教學(xué)組織模式,包含測(cè)試體系原理和測(cè)試信號(hào)處理過(guò)程,具有完整的體系結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練內(nèi)容包含測(cè)試部件和系統(tǒng)調(diào)試操作技能、測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)放實(shí)驗(yàn)。除測(cè)試技術(shù)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)外,其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練時(shí)間都是2學(xué)時(shí),總實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練時(shí)間比“傳感器與測(cè)試儀表”課程少20學(xué)時(shí)左右。
1.課程考核與評(píng)價(jià)。由表3可見(jiàn),“傳感器與測(cè)試儀表”課程評(píng)價(jià)中實(shí)驗(yàn)成績(jī)、期中測(cè)驗(yàn)成績(jī)和期末成績(jī)大約各占三分之一。這種基于學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)方法更加注重平時(shí)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐效果,知識(shí)理解和動(dòng)手能力訓(xùn)練趨于平衡?!皽y(cè)試與傳感技術(shù)”課程考核以期末考試成績(jī)?yōu)橹鳎?0%),平時(shí)學(xué)習(xí)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)在總成績(jī)中只起輔助作用。
2.機(jī)械類專業(yè)“測(cè)試技術(shù)”課程教學(xué)的發(fā)展思考。在高等教育和職業(yè)發(fā)展日益全球化的今天,工程教育面臨的技術(shù)環(huán)境發(fā)生了巨大的變化,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展改變了人們的生活習(xí)慣和學(xué)習(xí)習(xí)慣,也同樣影響著高等教育課程的教學(xué)方法?!皽y(cè)試技術(shù)”作為一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)核心課程,其教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式都要根據(jù)時(shí)代要求不斷發(fā)展,課程設(shè)計(jì)思路和組織模式也值得深入探討。因此可以看出,“傳感器與測(cè)試儀表”課程教學(xué)中體現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)。
(1)轉(zhuǎn)變“以教師為主體”的教學(xué)理念?,F(xiàn)在的學(xué)生更適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化的生活模式,因而在課程教學(xué)中可以把學(xué)生能了解和消化的知識(shí)內(nèi)容交給學(xué)生自己去消化和吸收,提高學(xué)生的參與度和主動(dòng)性。在這種情況下,對(duì)教師提出了更高的要求:需要深入分析課程內(nèi)容,找出哪些內(nèi)容適合學(xué)生自學(xué)以及如何保證教學(xué)內(nèi)容的完整性和系統(tǒng)性。解決完這些問(wèn)題后,在教學(xué)中需要以學(xué)生為主體,把主要精力放在幫助學(xué)生理解基本概念和學(xué)術(shù)思想上,檢驗(yàn)和分析學(xué)生自學(xué)的成果,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。
(2)強(qiáng)化“以應(yīng)用實(shí)踐為主線”的教學(xué)組織模式,提高教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性。工程技術(shù)的實(shí)踐性決定了工程教育課程的出發(fā)點(diǎn)和終點(diǎn)都是實(shí)踐。在測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)中,從測(cè)試概念理解、技術(shù)應(yīng)用結(jié)構(gòu)體系和教學(xué)內(nèi)容組織順序上,要求突破傳統(tǒng)“圍繞測(cè)試技術(shù)知識(shí)教學(xué)”的模式,不僅要知道測(cè)試技術(shù)是什么,還要掌握如何應(yīng)用測(cè)試技術(shù)解決工程問(wèn)題。而在技術(shù)應(yīng)用中涉及的技術(shù)內(nèi)容比“測(cè)試技術(shù)理論”寬得多,如在測(cè)試應(yīng)用中涉及到試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、數(shù)據(jù)概率統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)誤差分析等,在教學(xué)中也需要引入相關(guān)知識(shí)的理解和應(yīng)用輔導(dǎo)。
(3)工程技術(shù)課程教學(xué)重在“理解和體驗(yàn)”。根據(jù)測(cè)試技術(shù)的實(shí)踐性特點(diǎn),可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行交互性學(xué)習(xí)和體驗(yàn)性學(xué)習(xí)。應(yīng)用案例教學(xué)讓學(xué)生研究測(cè)試應(yīng)用案例和構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)P?。教學(xué)中重視中間環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)督和控制,在學(xué)習(xí)中體驗(yàn)、在實(shí)踐中學(xué)習(xí),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí),加強(qiáng)理論和實(shí)踐聯(lián)系,提高解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。在教學(xué)評(píng)價(jià)中轉(zhuǎn)變以期末考試為主的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)模式,推廣基于學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)方法可以改善學(xué)生“平時(shí)不學(xué)習(xí),考前突擊和死記硬背”的弊端,有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
四、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)坎特伯雷大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)和吉林大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)“測(cè)試技術(shù)”課程教學(xué)模式的比較分析,總結(jié)了坎特伯雷大學(xué)“傳感器與測(cè)試儀表”課程教學(xué)定位、內(nèi)容組織和實(shí)踐技能培養(yǎng)方面的特點(diǎn)。實(shí)踐表明,“以應(yīng)用實(shí)踐為主線,基于項(xiàng)目的教學(xué)模式,強(qiáng)調(diào)教學(xué)過(guò)程質(zhì)量控制”的教學(xué)思想在坎特伯雷大學(xué)中取得了很好的教學(xué)效果,是工程技術(shù)教育的先進(jìn)理念,值得我們?cè)诮窈蟮摹皽y(cè)試技術(shù)”課程教學(xué)改革和專業(yè)課程建設(shè)中借鑒。
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