機械類專業“測試技術”課程的國際化發展思考

孫裕晶 王超飛 楊建麗 陳小奇

摘要：機電一體化是工程技術發展的趨勢，也是工程教育的新方向。“測試技術”課程作為實現機電一體化技術培養的主要環節之一，是機械類專業教育的重要內容。為提高我國機械類專業測試課程的教學質量和水平，筆者通過比較分析了新西蘭坎特伯雷大學機械工程專業和機電工程專業測試技術課程的教學定位、目標、內容和課程考核方法，總結了坎特伯雷大學測試技術課程教學實踐中的先進理念和科學經驗。實踐表明，“以應用實踐為主線，基于項目的教學模式，重視教學過程質量控制”的教學理念在“傳感器與測試儀表”課程教學中取得了顯著的教學效果，是工程技術教育的先進理念，值得我們在同類課程建設和教學改革中參考和借鑒。

關鍵詞：測試技術；工程教育；實踐；主線；課程建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）40-0217-04

一、引言

為了適應新世紀面臨的挑戰和機遇，近年來工程教育與工程師職業改革受到越來越多的關注[1-3]。現代教育理念不僅重視知識內容的傳授和教育投入，更重視能力和職業素質的培養[4-6]。2013年，中國加入華盛頓協議是我國工程教育發展的重要里程碑，對提高教學質量、促進我國工程師國際交流和職業發展具有深遠意義。同時，如何貫徹“以結果為導向、以專業教育目標為導向”的教學理念，也給高等學校工程專業教學改革、課程建設，實現專業教育國際認證，提出了新的挑戰[7-9]。

雖然只有400多萬人，但是新西蘭是一個高度國際化的國家，不僅體現在工業、農業和商業模式上，還表現在發達的高等教育體系中。新西蘭是華盛頓協議組織首批成員國之一，奧克蘭大學（University of Auckland）、奧塔哥大學（University of Otago）、坎特伯雷大學（University of Canterbury）和梅西大學（Messay University）等都有很好的國際聲譽，國際留學生的比例較高。坎特博雷大學機械工程系被認為是世界上最好的工程系之一，優異的學術與工程技術水平在國際上享有盛譽。該校工程教育體系、課程教學組織和教學內容設計具有很強的系統性和連續性，一些較成熟的教育理念和組織方法值得我們借鑒和學習[10-13]。

本文結合測試技術課程教學內容和方法，分析了坎特伯雷大學機械工程專業（簡稱坎大機械）和吉林大學農業機械化及其自動化專業卓越工程師實驗班（簡稱吉大農機）在課程內容設置、實踐組織模式和學習效果評價方面的特點，總結了坎大工程專業課程教學的特色和經驗，旨在探討我國機械類專業測試課程教育的發展方向和改革途徑。

二、課程定位

坎特伯雷大學本科教學分為兩個階段：第1學年叫過渡學年（Intermediate Year），后3年是職業教育學年，分別叫第1、第2和第3職業學年。與奧克蘭大學（University of Auckland）、梅西大學（Massey University）等新西蘭大學一樣，坎特伯雷大學一般每學年設8門課（共修120學分），每門課15學分，學生一般每學期修60學分。近年來，各學校學分結構和標準逐漸統一，便于學生跨學校交流。在最后一個學年（Third Professional year）包括3門必修課和4門選修課。必修課包括畢業設計、機械系統設計工程管理與機械工程管理專業實踐。畢業設計覆蓋兩個學期，占30學分。選修課包括學科模塊（一般2～3門課）課程和自由選擇課程。學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學科模塊課程中選修。測試課程、控制和機器人學屬于機械工程專業控制與自動化模塊。

吉林大學工科本科專業學制也是4年，課程結構包括3部分：普通教育課、專業基礎課和專業課。一般第1學年是普通教育課，第2學年是專業基礎課，第3、4學年包括部分專業基礎課和專業課。4年總學分為200學分左右，其中包括140～150學分的理論課和40～50學分左右的實踐課程。平均每學年修學約50學分，每學期5～8門理論課，必修課一般2～3學分，選修課一般1～2學分。測試課是第3學年學習的必修課，屬于專業基礎課。

三、課程教學目標與內容

坎大機械和吉大農機專業具有共同的學科背景，測試課程的基本目標均為通過測試技術基本理論加深和擴展機械工程學科教育。坎特伯雷大學機械專業測試課程名稱為“傳感器與測試儀表（Instrumentation and Sensors）”，吉大農機專業測試課程為“測試與傳感技術（Sensors and Measurement Technology）”。從課程設置可以反映出兩個學校課程教學的不同特色，也體現出了教學理念的差異。

（一）課程目標

“傳感器與測試儀表”課程的“儀表化”體現了測試技術的工業性和實踐性，教學內容中包含了較多的實踐教學內容。該課程包括36學時理論學習和不少于36學時的實驗，還有復習和作業。另外，還有一項測試實驗設計競賽，該項目設計競賽需要小組成員合作完成，每人工作12小時以上。修本課程的研究生還要按照學術論文格式寫測試研究報告。理論課以外的自主學習（包括設計報告）和小組合作實踐環節占整個學習進程的50%左右。據了解，除考試復習時間外，一般在坎大修1學分需要學生10小時的工作量，包括理論課學習、實驗和完成作業、答疑、考試復習。

吉林大學“測試與傳感技術（Sensors and Measurement Technology）”課程主要圍繞測試系統學習測試技術的基本原理、系統功能結構、系統特性、測試方法和常用工程測試系統應用、調試和設計方法。“測試與傳感技術”課程設置40課內學時，包括30學時理論學習、10學時課內實驗，10學時課外開放實驗和3～4次作業。自主學習時間約為20～25小時。

“測試與傳感技術”課程學習目標：（1）理解測試信號的測試分析理論，熟悉測試系統主要功能結構和系統特性；（2）了解常用傳感器原理與應用方法；（3）掌握基本測試儀表操作方法和建立基本測試系統的方法；（4）掌握應變片測試系統建模和關鍵測試部件設計方法；（5）了解現代測試理論，掌握數字化信號采集系統結構、軟硬件建模方法；（6）掌握測試系統設計、試驗規劃與測試誤差分析方法。由此可以看出，坎大機械專業“傳感器與測試儀表”課程強調測試儀表運用和設計技能的培養。“知識”和“技能”訓練圍繞“學生進行測試儀表系統設計和應用”組織內容，實驗技能訓練占課程內容的50%左右。

“測試與傳感技術”課程內容以工程測試系統應用技術為中心組織，培養了學生系統分析和設計的能力，知識和技術性較強。

（二）課程教學內容

為分析方便，把坎大機械工程專業“傳感器與測試儀表”課程和吉大農業機械化及其自動化專業卓越工程師實驗班“測試與傳感技術”課程內容和時間安排整理到表2中。

表2中統計的學時未包含這兩門課程安排的2學時答疑時間。除期末考試外，“傳感器與測試儀表”課程還安排2小時的期中考試。（如果是碩士生選修這門課，必須完成“測試技術學術論文”）

從表2中可以看出，“傳感器與測試儀表”采用以學習過程為主線的教學組織模式。教學內容不僅包括測試系統建模與測試信號處理技術，而且包含概率統計和測試誤差分析方法，為系統應用和測試結果分析奠定了基礎。另外在測試技術應用方面進行了機器人傳感技術、生物儀表、運動伺服控制、工業傳感網絡和智能技術等方面的技術擴展，系統硬件結構和軟件平臺學習通過實驗環節進行學習。課程內容圍繞學生學習和運用測試技術進行實踐的過程組織，涵蓋了應用測試技術分析和處理工程問題的各階段，既有較全面的知識點，又有比較深入的實踐體驗內容，有助于學生對測試技術的消化和吸收。

“傳感器與測試儀表”課程實驗內容主要圍繞虛擬儀器技術平臺組織，通過LED燈控制、機器視覺檢測、運動測試與控制和力學測試等訓練項目學習基于數字化數據采集技術和虛擬儀器軟件的運用方法。訓練方式包括3類：前4項實驗項目（LED燈控制、機器視覺檢測、銑床運動測試與控制和并行機器人控制）采用教師指導下的實驗方法，屬于驗證性實驗，在給定的例子程序的基礎上進一步擴張編成已達到實驗的要求；第5項實驗，學生自主設計傳感器模塊和軟件模塊，是設計性實驗；第6項實驗是學生自主選題的研究性實驗。3類實驗互相配合，使學生從基本操作技能到測試系統設計和技術研究得到了全面的技術體驗。實驗內容結合數據采集技術和虛擬儀器軟件平臺，體現了技術的先進性。

“測試與傳感技術”課程理論教學和實驗教學內容以測試系統功能結構和設計方法展開，屬于以知識為核心的教學組織模式，包含測試體系原理和測試信號處理過程，具有完整的體系結構。實驗訓練內容包含測試部件和系統調試操作技能、測試系統設計和開放實驗。除測試技術開放實驗外，其他實驗項目訓練時間都是2學時，總實驗訓練時間比“傳感器與測試儀表”課程少20學時左右。

1.課程考核與評價。由表3可見，“傳感器與測試儀表”課程評價中實驗成績、期中測驗成績和期末成績大約各占三分之一。這種基于學習過程的評價方法更加注重平時表現和實驗室實踐效果，知識理解和動手能力訓練趨于平衡。“測試與傳感技術”課程考核以期末考試成績為主（70%），平時學習表現和實驗評價在總成績中只起輔助作用。

2.機械類專業“測試技術”課程教學的發展思考。在高等教育和職業發展日益全球化的今天，工程教育面臨的技術環境發生了巨大的變化，網絡技術和信息技術的發展改變了人們的生活習慣和學習習慣，也同樣影響著高等教育課程的教學方法。“測試技術”作為一門專業基礎核心課程，其教學目標、教學內容和教學模式都要根據時代要求不斷發展，課程設計思路和組織模式也值得深入探討。因此可以看出，“傳感器與測試儀表”課程教學中體現以下幾個特點。

（1）轉變“以教師為主體”的教學理念。現在的學生更適應網絡化的生活模式，因而在課程教學中可以把學生能了解和消化的知識內容交給學生自己去消化和吸收，提高學生的參與度和主動性。在這種情況下，對教師提出了更高的要求：需要深入分析課程內容，找出哪些內容適合學生自學以及如何保證教學內容的完整性和系統性。解決完這些問題后，在教學中需要以學生為主體，把主要精力放在幫助學生理解基本概念和學術思想上，檢驗和分析學生自學的成果，提高學生的學習興趣和教學效果。

（2）強化“以應用實踐為主線”的教學組織模式，提高教學內容的系統性。工程技術的實踐性決定了工程教育課程的出發點和終點都是實踐。在測試技術課程教學中，從測試概念理解、技術應用結構體系和教學內容組織順序上，要求突破傳統“圍繞測試技術知識教學”的模式，不僅要知道測試技術是什么，還要掌握如何應用測試技術解決工程問題。而在技術應用中涉及的技術內容比“測試技術理論”寬得多，如在測試應用中涉及到試驗設計方法、數據概率統計分析、數據誤差分析等，在教學中也需要引入相關知識的理解和應用輔導。

（3）工程技術課程教學重在“理解和體驗”。根據測試技術的實踐性特點，可以引導學生進行交互性學習和體驗性學習。應用案例教學讓學生研究測試應用案例和構建實驗模型。教學中重視中間環節的質量監督和控制，在學習中體驗、在實踐中學習，提高學生的學習興趣，由被動學習變為主動學習，加強理論和實踐聯系，提高解決實際工程問題的能力。在教學評價中轉變以期末考試為主的學習評價模式，推廣基于學習過程的評價方法可以改善學生“平時不學習，考前突擊和死記硬背”的弊端，有利于提高學生的學習積極性。

四、結語

通過對坎特伯雷大學機械工程專業和吉林大學農業機械化及其自動化專業“測試技術”課程教學模式的比較分析，總結了坎特伯雷大學“傳感器與測試儀表”課程教學定位、內容組織和實踐技能培養方面的特點。實踐表明，“以應用實踐為主線，基于項目的教學模式，強調教學過程質量控制”的教學思想在坎特伯雷大學中取得了很好的教學效果，是工程技術教育的先進理念，值得我們在今后的“測試技術”課程教學改革和專業課程建設中借鑒。

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