自動化專業測試技術課程群建設與實踐*

◆謝啟　孟翔飛　陳飛　戴梅　李鑫　徐偉

自動化專業測試技術課程群建設與實踐*

◆謝啟孟翔飛陳飛戴梅李鑫徐偉

介紹自動化專業測試技術課程群建設的背景，分析課程群的現狀及存在的問題。結合常熟理工學院教學實際情況，圍繞優化課程教學內容、建設實踐教學平臺、改進教學方法與教學手段、創新課程考核與評價方式等方面的建設與改革進行探討，為測試技術課程群的建設提出一個較完整的構架體系，在實踐中取得良好的效果。

自動化專業；測試技術課程群；課程建設；教學改革；卓越工程師

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.16.053

1　前言

常熟理工學院自動化專業于2012年2月入選教育部第二批“卓越工程師教育培養計劃”試點專業。從2012年5月開始，該專業以卓越工程師人才培養為目標，成立自動化專業卓越工程師合作教育聯盟，按卓越計劃的教育理念進行校企深度合作，共同探索應用型人才培養新模式。針對區域裝備制造業企業對電子電氣設備檢測及產品測試崗位的需求，學校與依托企業共同制訂培養方案，在該專業開設測控技術應用方向，并在該專業方向中開設傳感器原理與檢測技術、測控電路、虛擬儀器技術與柔性測試技術等課程。但是目前這些課程的傳統教學仍普遍存在相應的問題［1-4］。

1）課程教學內容陳舊，課程內容的選擇比較片面，跟不上技術發展腳步。課程的實踐性教學環節比較薄弱，學生工程能力、創新能力的培養質量達不到卓越工程師的培養要求。

2）原有的教學方法與教學手段雖然已進行許多改革，但還沒有從系統優化的角度統一研究，不足以激勵學生學習的主動性和創造性思維的發揮。

3）課程評價方式比較單一，評價的內容往往過多地局限于書本知識的掌握，還沒有從注重學生創新能力等多維角度采取靈活多樣的考核機制。

因此，如何在有限的課程學時條件下，培養出理論與實踐技能并重，能夠利用工程整體觀念來分析和設計測試系統的學生，是一個需要研究并且亟待解決的問題。

針對卓越工程師的培養要求和上述課程的教學特點，近幾年來，把傳感器原理與檢測技術、測控電路、虛擬儀器技術與柔性測試技術4門課程構建成測試技術課程群，按照卓越工程師人才培養的目標，對該課程群教學不斷地進行改革、探索和實踐，取得較好的成效。本文主要圍繞優化課程教學內容、建設實踐教學平臺、改進教學方法與教學手段、創新課程考核與評價方式等方面，介紹對自動化專業測試技術課程群建設與實踐過程中的工作與經驗。

2　優化課程教學內容

測試技術課程群包括傳感器原理與檢測技術、測控電路、虛擬儀器技術、柔性測試技術共4門課程，涵蓋信號的獲取、信號的調理、信號的采集、測試系統集成等環節。測試技術課程群的課程體系結構如圖1所示。

測試技術課程群的傳感器原理與檢測技術課程主要講解被測信號的獲取等內容，測控電路課程主要講解傳感器輸出信號的調理等內容，虛擬儀器技術課程主要講解信號的采集與編程實現等內容，最終通過柔性測試技術課程來講解整個測試系統的集成等內容。通過對構成測試技術課程群的4門課程的教學內容進行優化，構建4門課程的主要教學任務與教學內容如下。

圖1　課程體系關系圖

傳感器原理與檢測技術課程的教學內容以介紹自動檢測技術及傳感器原理與應用為基礎，旨在使學生掌握傳感器的基本原理、特點、檢測電路以及常見非電量的檢測、數據處理方法。學生通過本課程的學習，掌握傳感器原理與檢測技術所必要的基本理論、基本知識、基本技能，同時熟悉過程檢測儀表和自動檢測中的共性技術及新發展，為從事工程技術工作和科學研究工作奠定基礎。

測控電路課程的教學任務是通過對工業生產與科學研究中常用的檢測與控制單元電路與電路系統的講授，使學生熟悉如何應用電子技術解決測量與控制中的實際問題。本課程的教學內容包括工業設備開發的基本過程、線路板繪制工具軟件、實例項目講解與實踐。通過本課程的學習，使學生在測量和控制應用與電子技術之間架起一座橋梁，通過在測量與控制系統中合理應用電子技術，實現測量與控制的總體要求，培養學生掌握測量與控制領域中電子技術應用的特點，根據測量與控制系統實際應用要求合理選用與設計電路的初步能力。

虛擬儀器技術課程是一門研究如何利用虛擬儀器技術、數據采集卡和相應的硬件設施，解決實際測量測試問題的理實一體化課程。課程主要以Nextboard（PCI-6221）教學硬件和LabVIEW虛擬儀器軟件作為開發平臺，其主要教學內容包括溫度預警系統、交通燈控制系統、智能電子稱的設計與應用、電動自行車模擬系統、自動門控制仿真系統、數字存儲式錄音系統、油門控制系統、CPU智能散熱模擬系統和智能照明系統等項目實踐，每個項目從項目目標、項目分析、相關知識、項目實踐幾個方面開展教學和實踐。通過本課程的教學，使學生具備運用虛擬儀器技術解決工程實踐問題的基本能力。

柔性測試技術課程的教學內容包括柔性測試技術的概念、產生及發展，柔性測試技術的基本組成，測控系統的搭建及柔性測控系統工程項目實踐等。本課程通過課堂講解、綜合性實驗、實訓系統操練以及項目創新實踐，培養學生的動手能力、設計能力以及綜合能力。

3　建設實踐教學平臺

構成測試技術課程群的4門課程均為理實一體化課程，這些課程具有很強的應用性和實踐性，只有通過相應的平臺訓練，才能使學生具備與專業知識相對應的工程實踐能力，因此需要相應的實驗設備與實踐條件配套［5］。為培養學生的測試技術能力，通過建立自動化卓越聯盟，學校和行業企業等合作單位共同設計確定學生工程實踐能力的規格要求，明確測試技術課程群各門課程的要求和任務，深度融合搭建實踐教學平臺，引入企業中具有一定通用性的生產設備。如與美國國家儀器公司合作建設了先進測控技術聯合實訓中心，與上海泛華測控技術有限公司合作共建了測控技術應用聯合示范實訓中心，為課程理實一體化教學的順利開展提供了良好的支撐。

先進測控技術聯合實訓中心建設從高起點、高標準出發，結合蘇南地區區域經濟發展特點和專業需求，實驗室設備力求同實際工業現場設備接軌，主要從如何構建一個實際的工業測控系統出發，圍繞信息的獲取、處理、傳輸和控制各個信息技術分支，通過采用被測對象、傳感器、信號調理電路、數據采集卡、計算機及相應軟件，形成不同的測控系統。采用開放式的軟、硬件平臺，強調實驗的綜合性與設計性，強調實驗室的可擴展性，可為傳感器原理與檢測技術、虛擬儀器技術等課程全程采用項目教學法提供相應的軟硬件條件。通過實驗，不僅可以加強學生對理論知識的感性認識，加深對信號的采集、信號的傳輸、信號的處理、信號的控制與存儲的理解，而且能夠培養學生的專業技能，提高實際動手與工程設計能力［6］。

測控技術應用聯合示范實訓中心的建設從工程基礎能力培養、創新能力培養和工程實踐能力培養三方面著手。

以上海泛華測控系統有限公司的nextpad教學軟件平臺、nextboard教學硬件平臺作為工程基礎能力模塊，該模塊包含以nextboard為核心，配以各類傳感器、直流電機、步進電機等實現信號的采集與輸出，通過LabVIEW軟件或nextpad軟件實現對各種信號的分析、顯示；并配備當下比較熱門的網絡模塊，如物聯網、GPS、GPRS、GSM模塊，可以通過這些模塊實現組網及無線傳輸、控制，也可以實現對學生的創新能力訓練。

創新平臺的構建包含智能四軸飛行器、智能車、機械球、機械臂等。

工程能力提升模塊引入部分應用于工業實際中的設備，以實際生產線為模型，構建適用于高校教學并融合企業元素的流水線，包含PCB板性能測試實訓系統、機器視覺系統、工業先進生產線實訓系統、多通道數據采集實訓系統、觸摸式三防信號綜合儀。該實踐教學平臺的建設可為虛擬儀器技術、測控電路、柔性測試技術等課程全程采用項目教學法提供相應的軟硬件條件。

測試技術課程群憑借依托企業的基礎積累與技術優勢，利用依托企業的實際工程項目經驗及平臺，從而實現學校、企業共同培養未來的卓越工程師人才。

4　改進教學方法與教學手段

針對測試技術課程群的四門課程具有很強的應用性和實踐性的特點，根據學生的認知規律和教學規律，課程群在教學方法與教學手段上進行以下嘗試。

項目驅動法教學測試技術課程群的4門課程教材由企業與學校合作編寫，由企業工程師主編，學校課程教師參與編寫；由企業工程師把握教材的實用性，由學校課程教師把握知識的全面性、知識技能的夠用性，使教材符合大綱要求；最后由企業教師統稿以保證教材的工程實用性。教材以行業為背景，引入企業項目，將項目分解成多個任務，各個任務間相互獨立又互相聯系，同時注重知識的關聯性和延續性；每個任務或項目的學習過程，即是企業的實際工程項目案例的縮影。

通過共建實踐教學平臺和合作編寫教材，構建了以實訓中心為載體，以行業為背景，強調工程實踐能力的校企聯合的、互利互惠的實踐教學體系。

測試技術課程群教學內容以企業實際工程項目為教學主線，通過設計不同的教學項目，每個項目包含若干個任務，巧妙地將知識點和技能訓練融于各個項目之中，各個項目按照知識點與技能要求循序漸進編排，形成理實一體化教學模塊。教學模塊的目標明確可達，訓練項目來自實際工程，項目驅動教學法明顯提高了學生學習的積極性和參與度。

案例分析法教學充分利用先進測控技術，聯合實訓中心、測控技術應用聯合示范實訓中心和教師科研平臺，采用研究性教學方法中的案例教學法和基于問題解決的學習方法，注重實踐、科研和工程實際緊密結合，注重對學生理論知識應用能力的培養，以工程案例為主線，通過理論與實踐相結合的教學方法，將科研成果引入課程教學，創設與現實相近的教學情境。

在教師的指導下，根據教學目標，將教學與工程實踐中的真實項目案例加以典型化處理，組織學生對案例進行思考、分析、討論，引導他們進行自主探究性學習，培養獨立思考和主動學習的能力。采用案例教學法充分調動學生的學習積極性，使學生的思維空間得到開拓，提高學習興趣；同時使學生學會用所學的理論知識，分析和解決實際工程問題。

理論與實踐一體化教學測試技術課程群的4門課程依托企業工程技術人員擔任兼職專業課教師來校授課，學校選派1名專業教師全程輔助教學和管理。

對現有的理論教學和實驗教學進行改革，把理論教學與實驗教學環節整合在一起實施理論實踐一體化教學。理論實踐一體化教學在實踐教學平臺進行，教學過程中轉變教師與學生的角色關系，強調充分發揮教師的主導作用和學生的主體地位，通過設定教學目標和教學任務，讓師生雙方邊教、邊學、邊做、邊討論，豐富課堂教學和實踐教學環節，提高教學質量。

5　創新課程考核與評價方式

考核是檢驗教學效果的手段，評價是對學生學習的促進。為了實現對學生的工程基礎能力、創新能力和工程實踐能力的培養，測試技術課程群的4門課程的考核評價體系主要建立在對學生參與課題、完成訓練項目情況、創新能力等方面的考核，改變原有筆試為主的考核方式，將考核重心從試卷的理論知識轉移到實際操作。課程的考核分為理論知識掌握程度、工程項目訓練和測試系統設計三部分。

推進教師輔導和學生自主學習相結合的課程學習方式。為了進一步激發學生興趣和創新潛能，培育更多優秀的學生創新訓練項目和科技作品，測試技術課程群推出課程抵修和自主學習方式的考核標準，鼓勵學生在參加相關競賽和創新項目的基礎上，自主設計實際作品，通過現場答辯和成果展示的方式證明達到規定的考核標準，即可獲得本課程的學分。

如選拔優秀學生進駐先進測控技術聯合實訓中心進行自主學習，要求他們按先進測控技術聯合實訓中心常駐學生專業知識與能力一體化訓練大綱要求，設計實際作品對虛擬儀器技術課程進行學分抵修。考核方式以提交設計作品和設計報告的形式體現，學生所提交的作品要涵蓋該課程知識點的60%以上（由答辯教師認定），并且應接受該課程建設小組的現場答辯，給出的成績作為其該課程的最終成績。

先進測控技術聯合實訓中心常駐學生必須在本課程開課學期前，結合先進測控技術聯合實訓中心提供的設備，設計與提交一個包含課程主要訓練內容的系統作品的詳細實施方案（作品名稱與形式可以自擬，但不能包括游戲類作品；所提供的材料包括15頁以上的設計報告與軟件），方能抵修本門課程。系統功能實現必須涵蓋本門課程常規教學大綱要求的主要知識點。

近3年來，來自先進測控技術聯合實訓中心的40位學生通過在實訓中心1年多的自主學習與創新，已熟練掌握虛擬儀器技術課程教學大綱中要求的知識，最終在現場作品演示與介紹環節里，分別提供溫度采集與控制、基于LabVIEW的多功能點菜機、多功能智能電梯、基于LabVIEW的虛擬觸摸屏設計、基于LabVIEW的實驗室考勤管理系統等優秀創新成果，獲得專家評委與現場學生的高度評價，最后經過現場提問答辯等環節，由專家評委打分，順利獲得虛擬儀器技術課程的學分。

6　結束語

測試技術課程群按照卓越工程師人才培養的標準，以使學生形成完整的知識體系、具有實際應用能力為目標。本文以工程實踐能力、創新能力和自主學習能力培養為核心，分別從優化課程教學內容、建設實踐教學平臺、改進教學方法與教學手段、創新課程考核與評價方式等4個方面，對該課程群進行建設和實踐。優化后的測試技術課程群理論教學與實踐能力培養結合更緊密，教學內容得到很好的優化，能夠使學生形成完整的知識體系并具有一定的實踐與創新能力。

隨著理實一體化教學模式和項目教學法的采用，學生學習的積極性和主動性大大增強。實踐平臺的開放和貼近工程實際的測控對象的引入，給學生提供了很好的工程實踐平臺，學生的工程設計與應用能力得到很大提高；形式多樣、客觀、靈活的考核和評價機制，促進學生個性和創新能力的發展。目前，這些成果正逐步應用于實際教學，并取得很好的效果。

［1］朱維斌.測控技術與儀器專業傳感器系列課程的研究與實踐［J］.高教論壇，2009（7）：82-83，126.

［2］張紅.傳感器課程教學現狀分析與改革對策［J］.中國現代教育裝備，2010（23）：112-114.

［3］劉淑聰，宋燕星，程麗娜.《測控電路》課程教學改革研究與探索［J］.科技創新導報，2013（28）：121-122.

［4］吳愛華，茅靖峰，華亮，等.虛擬儀器技術課程教學的探索與實踐［J］.中國教育技術裝備，2009（15）：30-31.

［5］劉燕，徐本連，謝啟，等.建立多元化的工程實踐訓練體系推進自動化專業實踐教學改革［J］.實驗室科學，2013，16（6）：168-170.

［6］謝啟，徐本連，戴梅，等.先進測控技術聯合實訓中心建設探索與實踐［J］.實驗科學與技術，2014，12（1）：128-132.

Construction and Practice of Test technology Courses Group for Automation Specialty

//XIE Qi， MENG Xiangfei， CHEN Fei， DAI Mei， LI Xin， XU Wei

In this paper， the construction background of test technology courses group for the Automation specialty is described and current situation and existed problems for courses group is analyzed. Aiming at the characteristic of test technology courses group， we have made some teaching reform and researches combing with the teaching practice of our school， such as optimizing the teaching content， constructing practice teaching platform， enriching teaching methods and teaching means， innovating assessment and evaluation methods etc. The integrated frame system for the construction of test technology courses group is put forward， the favorable effect has been obtained in the practice teaching.

automation specialty； test technology courses group；course construction； teaching reform； excellent engineer

G642.3

B

1671-489X（2016）16-0053-04

江蘇省高校實驗室研究會立項研究項目（GS2013YB01）；常熟理工學院教學團隊培育立項項目（jxnh2014100）；常熟理工學院特色課程立項項目（jxnh2015086）。

作者：謝啟，常熟理工學院電氣與自動化工程學院副教授，主要從事計算機先進控制技術與先進檢測技術等方面的教學與科研工作；孟翔飛、陳飛、戴梅、李鑫、徐偉，常熟理工學院電氣與自動化工程學院（215500）。