基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的工科專業(yè)課程優(yōu)化與教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)改革研究

房澤平　但永平　賴家鑫　吳釗揚(yáng)

摘? 要 針對(duì)工科專業(yè)學(xué)生缺乏應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)和忽視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在工程設(shè)計(jì)中的作用問題，將高校的工科專業(yè)課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)。結(jié)果表明，培養(yǎng)的學(xué)生在畢業(yè)時(shí)就已經(jīng)具有應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)，符合企業(yè)招聘人才的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)提高學(xué)生的就業(yè)競爭力和人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要價(jià)值。

關(guān)鍵詞 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);工科專業(yè)課程;實(shí)踐教學(xué);DL/T 645-2007;

CAN總線;畢業(yè)設(shè)計(jì);虛擬電能采集系統(tǒng);電子控制單元

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）04-0093-03

Research on Curriculum Optimization and Teaching Content Design Reform of Engineering Specialty based on Technical Standards//FANG Zeping， DAN Yongping， LAI Jiaxin， WU Zhaoyang

Abstract Aiming at the problem that engineering students lack the?consciousness of applying technical standards and neglect the role of?technical standards in engineering design， this paper combines the?curriculum design and teaching content design of engineering majors?in colleges and universities with corresponding technical standards to cultivate students consciousness of technical standardization. The?results show that the trained students have the consciousness of app-lying technical standards at the time of graduation， which conforms to the criteria for recruiting talents for enterprises. It is of great value?to improve students employment competitiveness and the quality of personnel training.

Key words technical standards; engineering specialty curriculum; practical teaching; DL/T 645-2007; CAN bus; graduate design; vir-tual electric energy acquisition system; ECU

1 引言

高等教育要更加適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要。高等學(xué)校要以最大限度地滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所需和服務(wù)社會(huì)為首要責(zé)任擔(dān)當(dāng)。高等學(xué)校為社會(huì)輸送優(yōu)秀人才更加適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要。高等學(xué)校培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的人才，關(guān)鍵要?jiǎng)?chuàng)新高等教育人才培養(yǎng)機(jī)制。“創(chuàng)新高校人才培養(yǎng)機(jī)制，促進(jìn)高校辦出特色爭創(chuàng)一流”，是黨的十八屆三中全會(huì)對(duì)高等教育改革發(fā)展提出的最直接、最明確的要求。然而目前不少高校在人才培養(yǎng)機(jī)制上存在一些不容忽視的問題，導(dǎo)致培養(yǎng)的學(xué)生不能很好地適應(yīng)社會(huì)需要。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是指任何系列提供產(chǎn)品或流程通用設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)范。對(duì)于企業(yè)而言，當(dāng)今技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化并舉發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新通過標(biāo)準(zhǔn)化來實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化。一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)得以確立，可以說是一項(xiàng)新技術(shù)得到市場認(rèn)可而被采用，通常給企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)利益[1]。早在2006年，習(xí)近平總書記在浙江工作期間就曾提出：“加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略，是一項(xiàng)重要和緊迫的任務(wù)，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有長遠(yuǎn)的意義?！盵2]2016年9月9日，在致第39屆國際標(biāo)準(zhǔn)化組織大會(huì)的賀信中，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“中國將積極實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略，以標(biāo)準(zhǔn)助力創(chuàng)新發(fā)展、協(xié)調(diào)發(fā)展、綠色發(fā)展、開放發(fā)展、共享發(fā)展。”[3]標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)發(fā)展的技術(shù)支撐，是國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的基礎(chǔ)性制度[4]。近年來，標(biāo)準(zhǔn)之爭愈發(fā)激烈，標(biāo)準(zhǔn)已成為決定企業(yè)生死的關(guān)鍵因素，企業(yè)已從產(chǎn)品競爭轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)之爭。

隨著我國高等教育戰(zhàn)略方針的調(diào)整和用人單位對(duì)高等院校畢業(yè)生工程實(shí)踐動(dòng)手能力的高要求，應(yīng)提高本科層次上的工程實(shí)踐教育教學(xué)水平和保證學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)質(zhì)量。在高等院校的工程實(shí)踐教學(xué)過程已經(jīng)開展采用標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)方法和引入標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)的研究。2018年1月16日，教育部高教司高校實(shí)踐教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)研究項(xiàng)目“工業(yè)工程類專業(yè)本科實(shí)踐教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)及試點(diǎn)研究”西安研討會(huì)在西安交通大學(xué)管理學(xué)院召開[5]。已有研究表明，目前的實(shí)踐教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化核心內(nèi)容是形成一個(gè)統(tǒng)一的實(shí)踐教學(xué)資料、形式和過程標(biāo)準(zhǔn)化，旨在規(guī)范實(shí)踐教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化。

本文將高等學(xué)校的工科專業(yè)課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提前引入人才培養(yǎng)中，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)。圍繞技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置課程、設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)融入課程理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)及畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，讓課程報(bào)告設(shè)計(jì)內(nèi)容是否符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為替代單純以成績?yōu)榭己藰?biāo)準(zhǔn)的新的考核標(biāo)準(zhǔn)，讓技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)成為實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化的一種方法，使得培養(yǎng)的學(xué)生在畢業(yè)時(shí)就已經(jīng)具有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)，按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)與開發(fā)產(chǎn)品，符合企業(yè)以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)衡量招聘人才的標(biāo)準(zhǔn)。與未接受技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)教育的畢業(yè)生相比，可以提高畢業(yè)時(shí)的就業(yè)競爭力。高等學(xué)校工科學(xué)生的培養(yǎng)中也應(yīng)深刻地意識(shí)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化為企業(yè)帶來的巨大利益，充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，沒有理由不將這巨大利益引入高等教育中，從而為高等學(xué)校帶來巨大的紅利。為此，正是本文提出的基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的工科專業(yè)課程設(shè)置優(yōu)化與教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)改革研究的核心內(nèi)容。

2 實(shí)施方案

研究思想? 目前，本課題以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為核心的人才培養(yǎng)方案融入理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)中，創(chuàng)新性地提出培養(yǎng)人才的方法，可以作為“雙創(chuàng)”人才培養(yǎng)的方法。

1）研究思想作為考核學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)，取代課程以成績作為是否合格、是否掌握所學(xué)內(nèi)容的考核標(biāo)準(zhǔn)。大學(xué)中給出的課程成績一定程度上不能真實(shí)地反映出學(xué)生的真實(shí)水平，考核成績高不足以表明一定適合企業(yè)的用人需要。

2）研究思想作為開發(fā)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)和設(shè)置實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)平臺(tái)。

3）課程的開展以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為主要參考資料。

4）畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)，提前培養(yǎng)符合企業(yè)用人標(biāo)準(zhǔn)的畢業(yè)生，優(yōu)先滿足企業(yè)所需，讓學(xué)生成為企業(yè)優(yōu)先選擇的對(duì)象，更好地為企業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要服務(wù)。

研究內(nèi)容? 本課題實(shí)施期間的主要研究內(nèi)容為：以電信學(xué)院的測控技術(shù)與儀器和自動(dòng)化兩個(gè)工科專業(yè)為例，給出基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方案;研究基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為考核學(xué)生教學(xué)環(huán)節(jié)方案，取代原來以分?jǐn)?shù)作為課程考核依據(jù)的方法;基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容示例。從測控技術(shù)與儀器和自動(dòng)化這兩個(gè)專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目中挑選出幾個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，要求按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)和成績考核。

預(yù)期目標(biāo)? 通過研究，以選取的工科專業(yè)為示范專業(yè)，給出基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的工科專業(yè)課程優(yōu)化和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方案，因此獲得今后在全校推廣本題目成果的先導(dǎo)性政策文件?？蛇_(dá)到的具體目標(biāo)：給出基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課程設(shè)置優(yōu)化方案，對(duì)理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行改革;研究基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)，完成仿真模型設(shè)計(jì)和HIL系統(tǒng)平臺(tái)。

3 基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的測控專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)踐

本文將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)這個(gè)標(biāo)桿貫穿于工科專業(yè)學(xué)生人才培養(yǎng)的課程設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。針對(duì)實(shí)踐教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容的研究，提出基于企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化的方案，這樣的實(shí)踐教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化可以滿足企業(yè)以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)考查畢業(yè)大學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)是否滿足該企業(yè)的用人需要。簡言之，即是以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為實(shí)踐教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化的方法，可以做到與企業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的無縫連接。為此，本文的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中引入和使用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是改革實(shí)踐的主要內(nèi)容。在2019屆測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中，課題組進(jìn)行了與相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）申請(qǐng)和指導(dǎo)工作，兩名畢業(yè)生參與完成該方向的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作。

基于DL/T 645-2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的虛擬電能采集系統(tǒng)? 該題目使用DL/T 645-2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、RS485總線標(biāo)準(zhǔn)及USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。在國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 645-2007的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)利用虛擬儀器和電表相互結(jié)合實(shí)現(xiàn)電能采集的虛擬電能采集系統(tǒng)[6]。

1）主要內(nèi)容。主要設(shè)計(jì)和研究內(nèi)容包括：解析DL/T 645-2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集協(xié)議;基于LabVIEW的多功能電表電能采集設(shè)計(jì);可視化電能采集軟件能夠顯示三相多功能電能表的三相電壓、三相電流、三相有功功率、三相無功功率、四象限無功電能、正向有功電能、反向無功電能等;對(duì)電能參數(shù)進(jìn)行分析，設(shè)置正常范圍，超出范圍報(bào)警等。

虛擬電能采集系統(tǒng)組成原理，如圖1所示。該系統(tǒng)由符合DL/T 645-2007通信規(guī)約的多個(gè)多功能電能表、RS485總線、RS485轉(zhuǎn)USB轉(zhuǎn)換器等組成。DL/T 645-2007多功能電能表將采集到的電能數(shù)值經(jīng)RS485總線傳至計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)由PC端的LabVIEW軟件進(jìn)一步處理;計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制命令通過RS485總線傳輸?shù)紻L/T 645-2007多功能電能表，從而對(duì)電能表進(jìn)行請(qǐng)求應(yīng)答，返回相應(yīng)的電能數(shù)據(jù)，完成整個(gè)電能采集系統(tǒng)的運(yùn)行。通過基于RS485總線組成通信網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)電能表電能數(shù)據(jù)采集。

2）DL/T 645-2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議解析。參照DL/T 645-2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行通信協(xié)議解析[7]。該協(xié)議的字節(jié)傳輸序列如圖2所示。每個(gè)字節(jié)含有八位數(shù)據(jù)位、一個(gè)起始位（0）、一個(gè)偶校驗(yàn)位以及一個(gè)停止位（1），即共有11位。

基于CAN總線的多汽車ECU平臺(tái)系統(tǒng)? 該題目是基于CAN總線（技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898）的多汽車ECU平臺(tái)系統(tǒng)，其目的是利用CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多個(gè)ECU（電子控制單元）之間的實(shí)時(shí)性通信，完成各個(gè)ECU之間的信息傳遞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車控制功能。

1）功能要求。課題中MC9S12XS系列單片機(jī)作為ECU的核心芯片，基于CAN總線構(gòu)建一個(gè)由多個(gè)ECU組成的汽車平臺(tái)系統(tǒng)，包含有儀表盤ECU、報(bào)警ECU、應(yīng)急燈ECU、轉(zhuǎn)向燈ECU等多個(gè)硬件模塊。自定義用于多ECU信息交互的通信協(xié)議，編寫和實(shí)現(xiàn)基于CAN總線的多ECU通信程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。本設(shè)計(jì)主要學(xué)習(xí)和應(yīng)用CAN總線。該課題的主要設(shè)計(jì)和研究內(nèi)容包括：基于CAN總線的ECU設(shè)計(jì);基于CAN總線的ECU網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì);制定通信協(xié)議;基于CAN網(wǎng)絡(luò)的多ECU功能測試。

為測試該系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)以下功能。

①當(dāng)按下儀表盤ECU的LEFT按鍵時(shí)，儀表盤ECU發(fā)送報(bào)文到總線上，轉(zhuǎn)向燈ECU選擇接收，B口八個(gè)LED燈中最左邊的0號(hào)燈亮（左轉(zhuǎn)向燈）;當(dāng)按下RIGHT按鍵時(shí)，B口八個(gè)LED燈中最右邊的7號(hào)燈亮（右轉(zhuǎn)向燈），同時(shí)儀表盤ECU的液晶屏顯示“左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)”。

②當(dāng)按下儀表盤ECU的UP按鍵時(shí)，發(fā)送處于應(yīng)急狀態(tài)的信息，應(yīng)急燈ECU的B口八個(gè)LED燈左邊0、1號(hào)燈和右邊6號(hào)燈、7號(hào)燈亮起并且閃爍，間隔為一秒（雙閃指示燈），同時(shí)儀表盤ECU屏幕顯示“應(yīng)急”。當(dāng)按下儀表盤ECU的DOWN按鍵時(shí)，發(fā)送報(bào)警狀態(tài)信息，報(bào)警燈ECU的B口八個(gè)LED全部閃爍，并且蜂鳴器報(bào)警（故障燈），同時(shí)儀表盤ECU屏幕顯示“警報(bào)”。

2）基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；贑AN總線的多ECU的汽車平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[8]如圖3所示。基于MC9S12XEP100MAL單片機(jī)設(shè)計(jì)ECU模塊，該CPU中自帶兩個(gè)CAN總線接口。ECU硬件結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。

4 結(jié)語

為提高工科專業(yè)學(xué)生應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)和重視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在工程設(shè)計(jì)中的作用，本文將高等學(xué)校的工科專業(yè)課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提前引入人才培養(yǎng)中，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)。主要將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)融入課程理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)及畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。課題組完成了“儀器儀表總線”課程的內(nèi)容設(shè)計(jì);完成了基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基于DL/T 645-2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的虛擬電能采集系統(tǒng)和基于CAN總線的多汽車ECU平臺(tái)系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。結(jié)果表明，將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化的一種方法和考核參考依據(jù)，努力使得培養(yǎng)的學(xué)生在畢業(yè)時(shí)就已經(jīng)具有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)，按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)與開發(fā)產(chǎn)品，符合企業(yè)以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)衡量招聘人才的標(biāo)準(zhǔn)，可提高學(xué)生畢業(yè)時(shí)的就業(yè)競爭力，對(duì)高等學(xué)校培養(yǎng)符合社會(huì)需求的人才具有重要價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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項(xiàng)目來源：中原工學(xué)院第三批教育發(fā)展改革先導(dǎo)性研究課題（〔2018〕-FGCXDX-11）。

作者：房澤平，中原工學(xué)院，副教授，研究方向?yàn)橹悄芸刂?但永平，中原工學(xué)院，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榍度胧诫娮?賴家鑫、吳釗揚(yáng)，中原工學(xué)院（450007）。