自动化专业测试技术课程群建设与实践
自动化专业测试技术课程群建设与实践 摘 要 介绍自动化专业测试技术课程群建设的背景，分 析课程群的现状及存在的问题。结合常熟理工学院教学实际 情况，围绕优化课程教学内容、建设实践教学平台、改进教 学方法与教学手段、创新课程考核与评价方式等方面的建设 与改革进行探讨，为测试技术课程群的建设提出一个较完整 的构架体系，在实践中取得良好的效果。中图分类号：G642.3 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2016）16-0053-04 Abstract In this paper， the construction background of test techno-logy 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. Key words automation specialty；
test technology courses group；
course construction；
teaching reform；
excellent engineer 1 前言 常熟理工学院自动化专业于2012年2月入选教育部第二 批“卓越工程师教育培养计划”试点专业。从2012年5月开 始，该专业以卓越工程师人才培养为目标，成立自动化专业 卓越工程师合作教育联盟，按卓越计划的教育理念进行校企 深度合作，共同探索应用型人才培养新模式。针对区域装备 制造业企业对电子电气设备检测及产品测试岗位的需求，学 校与依托企业共同制订培养方案，在该专业开设测控技术应 用方向，并在该专业方向中开设传感器原理与检测技术、测 控电路、虚拟仪器技术与柔性测试技术等课程。但是目前这 些课程的传统教学仍普遍存在相应的问题[1-4]。1）课程教学内容陈旧，课程内容的选择比较片面，跟 不上技术发展脚步。课程的实践性教学环节比较薄弱，学生 工程能力、创新能力的培养质量达不到卓越工程师的培养要 求。
2）原有的教学方法与教学手段虽然已进行许多改革， 但还没有从系统优化的角度统一研究，不足以激励学生学习 的主动性和创造性思维的发挥。
3）课程评价方式比较单一，评价的内容往往过多地局 限于书本知识的掌握，还没有从注重学生创新能力等多维角 度采取灵活多样的考核机制。
因此，如何在有限的课程学时条件下，培养出理论与实 践技能并重，能够利用工程整体观念来分析和设计测试系统 的学生，是一个需要研究并且亟待解决的问题。
针对卓越工程师的培养要求和上述课程的教学特点，近 几年来，把传感器原理与检测技术、测控电路、虚拟仪器技 术与柔性测试技术4门课程构建成测试技术课程群，按照卓 越工程师人才培养的目标，对该课程群教学不断地进行改革、 探索和实践，取得较好的成效。本文主要围绕优化课程教学内容、建设实践教学平台、改进教学方法与教学手段、创新 课程考核与评价方式等方面，介绍对自动化专业测试技术课 程群建设与实践过程中的工作与经验。
2 优化课程教学内容 测试技术课程群包括传感器原理与检测技术、测控电路、 虚拟仪器技术、柔性测试技术共4门课程，涵盖信号的获取、 信号的调理、信号的采集、测试系统集成等环节。测试技术 课程群的课程体系结构如图1所示。
测试技术课程群的传感器原理与检测技术课程主要讲 解被测信号的获取等内容，测控电路课程主要讲解传感器输 出信号的调理等内容，虚拟仪器技术课程主要讲解信号的采 集与编程实现等内容，最终通过柔性测试技术课程来讲解整 个测试系统的集成等内容。通过对构成测试技术课程群的4 门课程的教学内容进行优化，构建4门课程的主要教学任务 与教学内容如下。
传感器原理与检测技术课程的教学内容以介绍自动检 测技术及传感器原理与应用为基础，旨在使学生掌握传感器 的基本原理、特点、检测电路以及常见非电量的检测、数据 处理方法。学生通过本课程的学习，掌握传感器原理与检测 技术所必要的基本理论、基本知识、基本技能，同时熟悉过程检测仪表和自动检测中的共性技术及新发展，为从事工程 技术工作和科学研究工作奠定基础。
测控电路课程的教学任务是通过对工业生产与科学研 究中常用的检测与控制单元电路与电路系统的讲授，使学生 熟悉如何应用电子技术解决测量与控制中的实际问题。本课 程的教学内容包括工业设备开发的基本过程、线路板绘制工 具软件、实例项目讲解与实践。通过本课程的学习，使学生 在测量和控制应用与电子技术之间架起一座桥梁，通过在测 量与控制系统中合理应用电子技术，实现测量与控制的总体 要求，培养学生掌握测量与控制领域中电子技术应用的特点， 根据测量与控制系统实际应用要求合理选用与设计电路的 初步能力。
虚拟仪器技术课程是一门研究如何利用虚拟仪器技术、 数据采集卡和相应的硬件设施，解决实际测量测试问题的理 实一体化课程。课程主要以Nextboard（PCI-6221）教学硬 件和LabVIEW虚拟仪器软件作为开发平台，其主要教学内容 包括温度预警系统、交通灯控制系统、智能电子称的设计与 应用、电动自行车模拟系统、自动门控制仿真系统、数字存 储式录音系统、油门控制系统、CPU智能散热模拟系统和智 能照明系统等项目实践，每个项目从项目目标、项目分析、 相关知识、项目实践几个方面开展教学和实践。通过本课程 的教学，使学生具备运用虚拟仪器技术解决工程实践问题的基本能力。
柔性测试技术课程的教学内容包括柔性测试技术的概 念、产生及发展，柔性测试技术的基本组成，测控系统的搭 建及柔性测控系统工程项目实践等。本课程通过课堂讲解、 综合性实验、实训系统操练以及项目创新实践，培养学生的 动手能力、设计能力以及综合能力。
3 建设实践教学平台 构成测试技术课程群的4门课程均为理实一体化课程， 这些课程具有很强的应用性和实践性，只有通过相应的平台 训练，才能使学生具备与专业知识相对应的工程实践能力， 因此需要相应的实验设备与实践条件配套[5]。为培养学生 的测试技术能力，通过建立自动化卓越联盟，学校和行业企 业等合作单位共同设计确定学生工程实践能力的规格要求， 明确测试技术课程群各门课程的要求和任务，深度融合搭建 实践教学平台，引入企业中具有一定通用性的生产设备。如 与美国国家仪器公司合作建设了先进测控技术联合实训中 心，与上海泛华测控技术有限公司合作共建了测控技术应用 联合示范实训中心，为课程理实一体化教学的顺利开展提供 了良好的支撑。先进测控技术联合实训中心建设从高起点、高标准出发， 结合苏南地区区域经济发展特点和专业需求，实验室设备力 求同实际工业现场设备接轨，主要从如何构建一个实际的工 业测控系统出发，围绕信息的获取、处理、传输和控制各个 信息技术分支，通过采用被测对象、传感器、信号调理电路、 数据采集卡、计算机及相应软件，形成不同的测控系统。采 用开放式的软、硬件平台，强调实验的综合性与设计性，强 调实验室的可扩展性，可为传感器原理与检测技术、虚拟仪 器技术等课程全程采用项目教学法提供相应的软硬件条件。
通过实验，不仅可以加强学生对理论知识的感性认识，加深 对信号的采集、信号的传输、信号的处理、信号的控制与存 储的理解，而且能够培养学生的专业技能，提高实际动手与 工程设计能力[6]。
测控技术应用联合示范实训中心的建设从工程基础能 力培养、创新能力培养和工程实践能力培养三方面着手。
以上海泛华测控系统有限公司的nextpad教学软件平台、 nextboard教学硬件平台作为工程基础能力模块，该模块包 含以nextboard为核心，配以各类传感器、直流电机、步进 电机等实现信号的采集与输出，通过LabVIEW软件或nextpad 软件实现对各种信号的分析、显示；
并配备当下比较热门的 网络模块，如物联网、GPS、GPRS、GSM模块，可以通过这些模块实现组网及无线传输、控制，也可以实现对学生的创新 能力训练。
创新平台的构建包含智能四轴飞行器、智能车、机械球、 机械臂等。
工程能力提升模块引入部分应用于工业实际中的设备， 以实际生产线为模型，构建适用于高校教学并融合企业元素 的流水线，包含PCB板性能测试实训系统、机器视觉系统、 工业先进生产线实训系统、多通道数据采集实训系统、触摸 式三防信号综合仪。该实践教学平台的建设可为虚拟仪器技 术、测控电路、柔性测试技术等课程全程采用项目教学法提 供相应的软硬件条件。
测试技术课程群凭借依托企业的基础积累与技术优势， 利用依托企业的实际工程项目经验及平台，从而实现学校、 企业共同培养未来的卓越工程师人才。
4 改进教学方法与教学手段 针对测试技术课程群的四门课程具有很强的应用性和 实践性的特点，根据学生的认知规律和教学规律，课程群在 教学方法与教学手段上进行以下尝试。项目驱动法教学 测试技术课程群的4门课程教材由企 业与学校合作编写，由企业工程师主编，学校课程教师参与 编写；
由企业工程师把握教材的实用性，由学校课程教师把 握知识的全面性、知识技能的够用性，使教材符合大纲要 求；
最后由企业教师统稿以保证教材的工程实用性。教材以 行业为背景，引入企业项目，将项目分解成多个任务，各个 任务间相互独立又互相联系，同时注重知识的关联性和延续 性；
每个任务或项目的学习过程，即是企业的实际工程项目 案例的缩影。
通过共建实践教学平台和合作编写教材，构建了以实训 中心为载体，以行业为背景，强调工程实践能力的校企联合 的、互利互惠的实践教学体系。
测试技术课程群教学内容以企业实际工程项目为教学 主线，通过设计不同的教学项目，每个项目包含若干个任务， 巧妙地将知识点和技能训练融于各个项目之中，各个项目按 照知识点与技能要求循序渐进编排，形成理实一体化教学模 块。教学模块的目标明确可达，训练项目来自实际工程，项 目驱动教学法明显提高了学生学习的积极性和参与度。
案例分析法教学 充分利用先进测控技术，联合实训中 心、测控技术应用联合示范实训中心和教师科研平台，采用研究性教学方法中的案例教学法和基于问题解决的学习方 法，注重实践、科研和工程实际紧密结合，注重对学生理论 知识应用能力的培养，以工程案例为主线，通过理论与实践 相结合的教学方法，将科研成果引入课程教学，创设与现实 相近的教学情境。
在教师的指导下，根据教学目标，将教学与工程实践中 的真实项目案例加以典型化处理，组织学生对案例进行思考、 分析、讨论，引导他们进行自主探究性学习，培养独立思考 和主动学习的能力。采用案例教学法充分调动学生的学习积 极性，使学生的思维空间得到开拓，提高学习兴趣；
同时使 学生学会用所学的理论知识，分析和解决实际工程问题。
理论与实践一体化教学 测试技术课程群的4门课程 依托企业工程技术人员担任兼职专业课教师来校授课，学校 选派1名专业教师全程辅助教学和管理。
对现有的理论教学和实验教学进行改革，把理论教学与 实验教学环节整合在一起实施理论实践一体化教学。理论实 践一体化教学在实践教学平台进行，教学过程中转变教师与 学生的角色关系，强调充分发挥教师的主导作用和学生的主 体地位，通过设定教学目标和教学任务，让师生双方边教、 边学、边做、边讨论，丰富课堂教学和实践教学环节，提高 教学质量。
5 创新课程考核与评价方式考核是检验教学效果的手段，评价是对学生学习的促进。
为了实现对学生的工程基础能力、创新能力和工程实践能力 的培养，测试技术课程群的4门课程的考核评价体系主要建 立在对学生参与课题、完成训练项目情况、创新能力等方面 的考核，改变原有笔试为主的考核方式，将考核重心从试卷 的理论知识转移到实际操作。课程的考核分为理论知识掌握 程度、工程项目训练和测试系统设计三部分。
推进教师辅导和学生自主学习相结合的课程学习方式。
为了进一步激发学生兴趣和创新潜能，培育更多优秀的学生 创新训练项目和科技作品，测试技术课程群推出课程抵修和 自主学习方式的考核标准，鼓励学生在参加相关竞赛和创新 项目的基础上，自主设计实际作品，通过现场答辩和成果展 示的方式证明达到规定的考核标准，即可获得本课程的学分。
如选拔优秀学生进驻先进测控技术联合实训中心进行 自主学习，要求他们按先进测控技术联合实训中心常驻学生 专业知识与能力一体化训练大纲要求，设计实际作品对虚拟 仪器技术课程进行学分抵修。考核方式以提交设计作品和设 计报告的形式体现，学生所提交的作品要涵盖该课程知识点 的60%以上（由答辩教师认定），并且应接受该课程建设小 组的现场答辩，给出的成绩作为其该课程的最终成绩。
先进测控技术联合实训中心常驻学生必须在本课程开 课学期前，结合先进测控技术联合实训中心提供的设备，设 计与提交一个包含课程主要训练内容的系统作品的详细实施方案（作品名称与形式可以自拟，但不能包括游戏类作 品；
所提供的材料包括15页以上的设计报告与软件），方能 抵修本门课程。系统功能实现必须涵盖本门课程常规教学大 纲要求的主要知识点。
近3年来，来自先进测控技术联合实训中心的40位学生 通过在实训中心1年多的自主学习与创新，已熟练掌握虚拟 仪器技术课程教学大纲中要求的知识，最终在现场作品演示 与介绍环节里，分别提供温度采集与控制、基于LabVIEW的 多功能点菜机、多功能智能电梯、基于LabVIEW的虚拟触摸 屏设计、基于LabVIEW的实验室考勤管理系统等优秀创新成 果，获得专家评委与现场学生的高度评价，最后经过现场提 问答辩等环节，由专家评委打分，顺利获得虚拟仪器技术课 程的学分。
6 结束语 测试技术课程群按照卓越工程师人才培养的标准，以使 学生形成完整的知识体系、具有实际应用能力为目标。本文 以工程实践能力、创新能力和自主学习能力培养为核心，分 别从优化课程教学内容、建设实践教学平台、改进教学方法 与教学手段、创新课程考核与评价方式等4个方面，对该课 程群进行建设和实践。优化后的测试技术课程群理论教学与 实践能力培养结合更紧密，教学内容得到很好的优化，能够 使学生形成完整的知识体系并具有一定的实践与创新能力。
随着理实一体化教学模式和项目教学法的采用，学生学习的积极性和主动性大大增强。实践平台的开放和贴近工程 实际的测控对象的引入，给学生提供了很好的工程实践平台， 学生的工程设计与应用能力得到很大提高；
形式多样、客观、 灵活的考核和评价机制，促进学生个性和创新能力的发展。
目前，这些成果正逐步应用于实际教学，并取得很好的效果。
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