工程認證背景下儀器儀表課程設計課教學改革探索

黃彩虹 周麗春 梅小華 易定容

[摘 要]儀器儀表課程設計課的傳統課程體系和教學模式與工程認證的教學需求仍有差距。為了達到工程認證的標準，華僑大學對儀器儀表課程設計課進行了改革和探索，以適應工程認證的需要。其主要體現在以下幾個方面：與《工程教育認證標準》相比，全面修訂教學計劃，進行以企業需求為導向和產出為導向的教學內容改革，進行以“學生為中心”的教學方式改革。實踐結果表明，該課程改革使學生的工程能力更好地滿足了企業需求，同時學生也更積極主動地參與到學習過程中來，取得了良好的教學效果。

[關鍵詞]工程認證;教學改革;儀器儀表;課程設計

[中圖分類號] TP23;G484 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）10-0055-04

2017 年2 月，教育部發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，其明確指出，新工科項目的開展與實施應當圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量和新體系進行，而不是簡單地圍繞傳統工科教育專業融合或專業調整[1]。在此背景下，以工程教育認證通用標準，開展高校工程教育改革和創新， 促進工程教育質量的全面提升， 為新經濟發展培養新工科人才迫在眉睫[2]。

儀器儀表課程設計課是自動化專業以及測控、電氣等專業的一門重要課程，它集技術性、工程性和實踐性于一體，是一門涉及檢測技術、單片機原理、電子技術、自動控制、計算機通信等多門學科的現代綜合課程[3]。通過儀器儀表課程設計的實踐，學生可以了解電子及微機工程項目的開發過程，還可以掌握智能儀器儀表系統的設計和調試方法，并具有運用基礎知識解決工程問題的能力和素質。該課程的實施在一定程度上將影響自動化專業學生工程實踐能力的培養。

工程教育專業認證是指專業認證機構針對高等教育機構開設的工程類專業教育實施的專門性認證，是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[4]。與《工程教育認證標準》（2015版）相比，傳統的儀器儀表課程設計教學內容、教學方法、教學模式仍有差距。以工程認證的標準為指南，我校對儀器儀表課程設計課程進行了改革探索，使所培養學生更加符合企業的需求、社會發展的需求，以及學生國際化的需求，以更好地達到工程認證的要求。

一、現有教育模式存在的不足

（一）畢業學生能力和企業需求存在斷層

盡管也有文獻關于成果導向、學生中心的若干研究，但目前我國高等院校的工程教育大多仍采用以知識為導向、以教師為主體的課程體系和教學方式，學生仍在被動地接受教師的知識灌輸，并以通過課程考試作為培養質量的主要評價依據[5]。我校儀器儀表課程設計課的現有教育模式同樣存在這個問題。

以課程為導向的傳統教學方式使得畢業學生的能力和社會的需求之間存在著較大的斷層（見圖1），學生的能力與企業需求之間不能很好對接。高校的教育模式問題，導致學生在畢業后缺乏實踐能力和創新意識，所學知識與企業需求之間存在斷層，造成一方面學生就業難，另一方面企業招不到合適的員工，并且這種矛盾日益突出。這也在一定程度上反映了高校教育過于注重理論知識，缺少實踐，與實際需求脫節的問題。

（二）缺乏實踐教育

傳統的人才培養模式主要是理論知識傳授，包括自動化專業在內，在大學四年的學習中大部分時間都在學習理論知識，缺乏實際的工程實踐，學生學習了一定的編程語言，例如c語言、C++、匯編等，但是從來沒有運用某一程序設計語言編寫過一個應用項目。

（三）缺乏真實環境

雖然自動化專業在學生臨近畢業的時候會安排一些生產實習和畢業設計的實踐環節，但一般是在技術院校完成或者在模擬的環境下進行的，與實際的工程應用還有一定的差距。

（四）教學內容落后

課程設計、畢業設計很多內容依然是以自我為中心，教師缺乏在實際項目當中鍛煉解決實際問題的能力，關起門來辦學，與企業的互動偏少，或者說企業參與辦學的力度不夠。同時各種社會力量對于教育的監督不夠完善，沒有很好地參與到教育的評價當中，不能很好地為教學改革建言獻策。

（五）教學方式以教師為主導

在教學方式上，其主要以教師為主導，學生被動學習，學習積極性不高。遇到一些如軟件安裝、軟件開發的基礎問題，學生會覺得不好意思請教老師，而最終影響設計進度。

儀器儀表課程設計時間為2周，要求學生設計一個嵌入微處理器的智能儀表， 需要用到單片機、檢測技術、智能儀表設計基礎、計算機通信等多門課程的知識。要求學生綜合運用所學知識及技能， 設計一個智能測控儀表， 使學生掌握智能儀表設計步驟、硬件設計方法和程序設計方法。

如果從學生的角度出發，這兩周的課程設計時間緊、任務重，需要的是教師多方面多角度的指導。但以老師為主導的教學方式往往容易忽視學生的心理特征。

二、改革的措施

工程教育認證的三個基本理念為：學生為中心理念、產出導向理念（Outcome Based Education，OBE）、持續改進理念。借助新工科建設的契機，我校對儀器儀表課程設計這門課程，從教學體系、教學內容、教學方式等多方面進行了改革，如圖1所示。

（一）以企業的實際需求為指導選取教學內容

教師應深入到校企合作的企業中，挖掘最新的企業需求，選定滿足企業發展需求的教學內容和教學方向。引入物聯網智能儀器的教學內容，使課程設計內容更加符合企業的實際需求。同時，讓學生理解基礎與前沿并重的重要性，培養學生的創新思維能力，同時開闊學生視野。

（二）產出導向的課程設計改革

基于產出導向理論（OBE）的教學理念與傳統的教學理念有著很大的區別，更加注重學習目標和畢業目標的達成，以及解決“復雜工程問題”的能力并形成持續的改進機制[6]，因此需要對教學方法和教學體系進行更新和梳理，建立基于OBE 為目標的教學方法和教學體系。教學設計流程如圖1所示。傳統的儀器儀表課程設計課以教師為中心，而改革后的課程設計以結果/產出為導向，深刻思考課程設計的內容及結果對工程認證標準（2015版）中所提培養目標，特別是畢業要求12條指標的貢獻程度。畢業要求指標分別是：1.工程知識;2.問題分析;3.設計/開發解決方案……12.終身學習。以產出為導向的具體措施有以下內容：

首先，要以達成畢業要求和初步解決復雜工程問題等OBE理念為指導思想，打破以課程為導向、學生的畢業要求與行業需求存在斷層的傳統教學設計。引用工程認證標準的核心思想，強調教學設計和教學方法的實施以學生接受教育后所取得的學習成果為導向，并對照畢業生核心能力和要求來評價專業及教育教學效果，充分考慮其余的需求來制定畢業要求，根據畢業要求（由企業需求決定）來決定教學內容和教學方式，使得教學的目標更符合企業的需求。

其次，要合理考慮各個知識點的特點和對畢業要求達成度的比重，選取和知識點相關的真實工程案例進行案例式教學。具體的教學方式除了采用傳統的講授外，針對具體案例特點，采用微課、微視頻、課程設計論壇等新型的線上、線下混合式的學習方法，組成一個多渠道的離線、在線的教學體系。體現教學內容和方法對畢業要求和工程素養的導向。

（三）以學生為中心的教學模式改革

工程認證的另一個核心思想是“以學生為中心”的教育理念，要實現教育理念從“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變，關鍵在于調整并處理好師生關系。在教育教學的過程中我們主要從以下五個方面入手：1.理解學生;2.尊重學生;3.服務學生;4.啟迪學生;5.激勵學生。在儀器儀表課程設計課教學過程中， 以學生為中心的教學活動改革及改革目標在表1中進行了羅列。具體改革措施主要有：

1.結合學生學習興趣確定選題內容

對于儀器儀表課程設計教學而言，要貫徹“以學生為中心”的教學理念，課程設計選題內容至關重要。在選題過程中，傳統的教學設計是老師指定設計內容，然后指導學生進行設計。經過改革，我們將企業的需求與學生基礎進行綜合考慮，教師先提出以物聯網為目標的一系列課程設計的建議方向。然后教師引導學生根據自己的興趣進行選題，學生可以在溫度測量、水位測量、壓力測量、倒車雷達甚至是機器視覺、無人機、智能小車控制器、虛擬現實（VR）等相關的儀器領域進行選題。這使得選題范圍較廣，充分尊重了學生的個人愛好，能很好地激發學生的學習興趣。同時，教學本身又可使學生綜合應用前期所學的理論知識，實現創新性設計;另一方面也可為學生的畢業設計以及畢業后從事自動化相關設計的開發打下基礎。

2.結合“小老師”制度，拉近師生距離

傳統的教學方式以教師為主導，學生被動學習，學習積極性不高，遇到問題和困難時有些學生不愿開口向老師請教，個別學生直接認為課題難度過高，自己無法完成。

我們借助“學生小老師”的中間作用，一方面增加學生的學習信心，另一方面也可以加快所有學生完成設計的進度。第一階段，教師指導班上實踐能力較強的學生先完成設計。第二階段，由事先完成課程設計的學生來當小老師，上臺授課，并全程當其余學生課程設計的指導老師，而教師成了服務于“小老師”和學生的助手。這樣的教學模式，使事先完成課程設計的學生對系統的開發有了較好的掌握，同時他們的作品也讓其他同學產生了興趣，發揮了榜樣的作用，增加了學生獨立完成作品的自信心。

3.借助“微課”和論壇進行教學

微課的定義是以視頻為主要手段，展示教師講解某個知識點或精煉濃縮的教學過程[7]。本次教學改革，教師采用了錄屏編輯軟件，對課程設計軟件開發過程中編譯環境的搭建、示例工程的導入和解析、云端的開發步驟等內容進行錄制然后分享給學生。對于一些硬件開發過程中常見問題的解決辦法也拍攝成微視頻分享給學生。學生在課程設計過程中，可以按照視頻指導邊學邊做。視頻資源作為一種可以有效呈現教學內容的教學媒體形式，將有助于學生在長達兩周的課程設計過程中根據自己的進度循序漸進地學習。學生在課程設計過程中根據微視頻指導進行課程設計的部分學習過程如圖2所示。

另外，根據大學生心理的特點，總存在一些學生不敢當面向老師反映或咨詢問題等現象，由此，我們創建了課程設計師生微信群，大家在一個匿名的群里，針對實驗現象進行討論，學生就能大膽地說出遇到的問題，教師學生群策群力共同解決問題，就不會發生因為遇到問題不能解決而輕易放棄的情況。

4.借助設備云平臺存儲學生實踐數據

OneNet是由中國移動打造的PaaS物聯網開放平臺，該平臺能夠幫助開發者輕松實現設備接入與設備連接，快速完成產品開發部署。同時為每一個接入設備指定唯一的設備ID，使得學生所開發的系統具有唯一的識別號。其可以培養學生獨立思考和解決問題的能力。學生在一定壓力和動力的驅動下，能更好地鍛煉能力。

5.考慮創新性和個人提升性系數的考核方式

教師不能單純以設計結果的優劣為考核依據，而是要充分尊重學生之間的差異，只要學生在本次課程設計過程中盡自己所能，獲得了一定成果，對自己而言有所進步，就予以成績上的肯定。在課程設計前期和后期我們對學生進行隨堂測試，考查其對相關知識和設計的理解和掌握程度，而后判斷其進步程度。同時在課程設計過程中，對于每個實踐單元，都要從學習態度到學習能力等多個角度評價學生， 全面考查學生對設計課題的理解能力、調研及查閱資料的能力、實踐動手能力、分析問題及解決問題的能力，以及整體設計方案的可行性和創新性，通過以上各項考查給出過程考核成績。讓學生更加深信有付出就會有收獲的考核體制。

三、結語

我們將工程認證的以學生為中心、以產出為導向、注重企業需求等教育理念應用于儀器儀表課程設計課的教學過程中，學生通過該課程設計初步掌握了基于物聯網的智能儀器儀表開發的基本流程、方法，能根據設計指標編寫程序，設計硬件系統，并解決項目開發過程中遇到的問題。課程設計過程培養了學生實事求是的科學態度，使其逐步形成了正確的設計思想、經濟觀點和嚴謹、認真的工作作風，提高了自主學習能力，初步具備了綜合運用所學知識獨立解決實際工程問題的能力。

基于工程認證的課程改革對提高學生的工程素養，主要體現在以下幾個方面：（1）學生能更好地解決工程知識問題，（2）學生更愿意學習和享受本課程。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 肖榮輝，王愛景，孔佩伊. 新工科建設背景下“三創”教育體系構建與實施[J]. 教育探索，2019（2）：69-73.

[2] 鄧春燕，周治國，陳娟，等.工程教育認證背景下程序設計基礎課程設計教學改革與實踐[J].計算機教育，2019（5）：68-72.

[3] 黎鋼釗.《智能化儀器儀表原理及應用》模塊化教學改革研究與實踐[J]. 科技經濟市場，2017（1）：124-125.

[4] 李勇峰，侯江華，蘇建修，等.面向工程認證的機制專業人才培養模式改革實踐[J].大學教育，2019（1）：10-12+16.

[5] 唐光義，高俊鋒，張宏國.基于“卓越計劃”的工程應用型人才培養模式研究：以哈爾濱理工大學軟件工程專業為例[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2016（3）：73-74.

[6] 李漢廣，周秋香，余曉斌，等.以企業需求為引導的藥劑學教學內容與方法改革初探[J].教育教學論壇，2014（45）：24-26.

[7] 李金玲. 開發微視頻對物理課堂教學效率提升的研究[C].《教師教學能力發展研究》科研成果集（第十五卷），2018：47-49.

[責任編輯：劉鳳華]