基于卓越工程师培养的测试技术课程体系改革

宋春生　吴华春　张锦光

摘要：结合机械工程及自动化专业卓越工程师教育培养计划的要求，提出测试技术课程体系改革思路，从教学与振动噪声检测与控制、光纤光栅传感技术和回转窑动态检测和调窑技术等科研方向紧密结合，教学与本校建校背景的建材、汽车和交通三大行业紧密结合，教学开拓国际化等三个方面进行改革，提高课程的教学质量，满足卓越人才培养的要求。

关键词：测试技术；课程体系；卓越工程师

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）33-0109-02

一、引言

2010年教育部实施的“卓越工程师教育培养计划”突出了工科人才的工程实践能力与创新能力的培养。武汉理工大学机械工程及自动化专业所在学科是国家级重点学科，也是首批参与教育部卓越工程师教育培养计划的专业之一，在人才培养方面具有较强的特色与优势。

“测试技术”课程是机自专业必修的一门专业基础课，课程涉及众多知识点，课程内容较抽象、理论知识繁多、实践环节要求高。武汉理工大学是较早开设测试技术的院校之一，也是“全国高等学校测试技术研究会”的理事单位，经过多年的发展已经建成了完整的教学、实践环节的教学体系。然而，随着电子、传感、新材料、新工艺等领域的发展，测试技术也有了很大的发展，内容越来越丰富，加上“卓越工程师教育培养计划”对培养人才的特殊要求，现有课程体系越来越不能适应现实的需求，不利于对学生工程实践能力、创新能力和团队合作精神等综合素质培养的需要。为了更好地反应科学技术的发展，适应卓越工程师人才培养需要，培养高素质创新型人才，进行课程内容体系创新与改革已势在必行。

因此，针对本校机自专业的行业背景以及测试技术课程本身特点，以卓越工程师培养计划为契机，研究测试技术课程创新与改革研究及实践，提高课程的课堂教学质量，为推进卓越工程师培养提供可借鉴的方案。

二、测试技术课程定位

测试技术是机自专业的一门主干专业基础课，是综合应用相关课程知识和内容，解决科研、生产、国防建设所面临的工程测试问题的课程。本课程包括理论教学、实践教学两个环节。

理论教学方面，主要内容包括：（1）信号基础知识：信号的分类和描述、周期信号和非周期信号的频谱；（2）测试系统的基本特性：动静态特性、系统实现动态测试不失真的条件、一阶系统和二阶系统的频率响应特性；（3）常用传感器：电阻、电感、磁电、压电传感器及新型传感器的原理及应用；（4）信号变换和调理：电桥电路、调制与解调、滤波器等；（5）记录及显示仪器：光线示波器、笔式记录仪、磁记录仪、数字式记录仪；（6）信号分析与处理：采样混叠和采样定理、截断泄露和窗函数、相关分析及其应用、功率谱分析及其应用；（7）机械振动测试等；（8）测试技术的其他工程应用。

实践教学方面，1980年学校就在国内较早地建立了测试技术实验室，80年代初购置了国产最先进的激振器、各种振动测试仪、各种信号记录仪等仪器设备。1984年购置了一套当时国际最先进的B&K振动测试仪器，并用于本科教学。基础实验在相应授课内容完成后进行，由7个实验，即典型信号分析、测力仪制作与标定、金属箔式应变片构成电桥电路特性比较、调幅与相敏检波解调、机械振动测试、相关分析和记录仪动态特性测定组成。

卓越工程师培养采用的模式为“3+1”模式，即在学校完成累计3年时间的学习任务，在企业完成累计1年时间的学习和实践任务。现有课程体系越来越不能适应现实的需求，不利于对学生工程实践能力、创新能力和团队合作精神等综合素质培养的需要。而卓越班毕业的学生一般分为两种：一种是去企业就业，另外一种在国内外高校继续深造硕士或者博士学位。为了适合学生这种学习和后续模式，测试技术课程的部分内容学习可以从企业和科研试验中完成。

三、课程体系的改革

以卓越人才教育培养及其后续发展为目标，改进“测试技术”课程体系，建立教学与科研、教学与行业实践、教学与国际化紧密结合的“测试技术”课程体系。

（一）建立教学与科研紧密结合的“测试技术”课程体系

人才培养与科研密切联系，坚持以教学带科研、以科研促教学，使教学和科研实现良性互动、协调发展，促进教学水平的提高，让学生在科研实例中理解深奥的理论知识，也为学生以后继续深造奠定良好的基础。目前，本专业科研项目与测试技术这门课结合紧密的科研项目主要分三大方向。

1.振动、噪声检测与控制方向。武汉理工大学机电学院多名教师从事振动、噪声检测与控制方向研究，主持多项国家、省市及企业项目，研究对象设计船舶、汽车及重要机械装备等，涉及到传感、检测、信号处理、控制等多种专业知识。主要设备包括：DSPACE1103实时仿真系统，B&K振动噪声测试系统，LMS振动测试系统，JZK-50模态激振系统，AVANT噪声振动测试系统等。主要实验装置平台包括：磁悬浮主动隔振试验台，气磁混合主被动隔振试验台，旋转机械振动试验台等。学生可以通过这些设备和实验平台对测试技术课程内容中的传感器、信号采集系统及其调理电路、测试系统特性、信号分类及其基本特征都有深刻的理解，为知识的掌握和应用提供良好的基础。

2.光纤光栅传感技术在机械系统中的应用。光纤布喇格光栅传感器是对布喇格反射波长进行编码，当光栅周围的待测物理量如温度、应变等发生变化时，将导致光栅周期或纤芯折射率的变化，从而产生光栅布喇格信号的波长位移，通过监测布喇格波长位移变化情况，即可获得待测物理量的变化情况。光纤光栅传感器具有尺寸小、质量轻、一纤多点，动态多场、抗电磁干扰等特点。通过不同的封装可以检测温度、应力/应变、压力、流量、位移等不同的物理量。2008年武汉理工大学获建的光纤传感技术国家工程实验室，研究开发光纤传感新理论和关键技术，致力于建立基于光纤传感技术的我国大型工程与重大装备安全监测系统的技术体系和新产业，是目前国内光纤传感技术领域规模最大的研发基地和人才培养基地。国家工程实验室和机电学院取得了众多相关的研究成果，包括：各种光纤光栅传感器的制备，光纤光栅传感器的解调仪器与系统，光纤光栅传感检测系统等。这些研究成果既可作为理论教学又可以做成相关实验设备开展实验，有助于学生对测试系统课程内容中新型传感器的检测原理、封装及采集系统有了深刻理解，对本课程知识的掌握和综合科研能力的提升有很好的帮助。

3.回转窑动态检测和调窑技术。武汉理工大学从1987年开始对此难题攻关，国家建材局在我校建立了建材行业回转窑检测技术中心。在国家建材工业局多项科研项目和基金项目的重点支持下，研究出对回转窑设备进行动态检测和调整的技术，填补了国内回转窑动态测量技术方面的空白，并在2002年获得了国家技术发明二等奖等一系列的科研奖励成果，并将科研成果相继转化为课程的教学和实验内容，并自主开发实验项目及实验设备，有助于学生对测试系统课程内容中测量原理与方法的理解和掌握，有效的培养和提高了学生工程意识。结合课程试验教学特点，开发以“水泥回转窑动态检测和调整”成果为基础的水泥回转窑动态检测和调整实验台。在此基础，以科研项目为内容，指导学生积极参与各种创新大赛已经成为课程组老师和学生教学互动的方式之一。极大地调动了学生主动学习的热情，提高知识综合运用能力的同时，也提高学生协同合作的素质。

（二）创建行业特色的“测试技术”课程体系

本课程建设依托机械工程一级学科、机械制造及其自动化国家级重点学科，围绕建材、汽车和交通三大行业，这三大行业是我们国民经济发展的支柱性、先导性、基础性行业，从理论教学内容的组织到实验教学的各层次、实验项目的开设，始终贯穿上述三大行业的具体工程测试实例。课程组教师承担的项目中已经有一批科研成果相继转化为测试技术课程的教学内容中。将国家自然基金、863项目、省科技攻关计划项目研究内容等引入课堂，包括汽车减振降噪测试平台、机车双质量飞轮测试平台、船舶浮筏减振降噪系统、船用螺旋桨拖曳水池测试系统、水泥回转窑动态检测和调整凝炼为综合实验项目，让学生结合行业背景落实测试技这门课的实用方向，也为学生以后工作应用奠定良好的基础。

（三）开拓国际化的“测试技术”课程体系

目前武汉理工大学机电工程学院与法国卡桑工业大学、英国斯旺西大学、悉尼科技大学等建立了学术交流和科技合作关系。尤其以机电工程学院为依托，武汉理工大学与英国伯明翰大学建立智能装备联合实验室，聘请英国皇家工程院院士Duc Truong Pham作为实验室主任，极大地提高了本学科在国际的影响力，学院每学期课程中可以安排增加外国教授的讲座内容，介绍当前国内外测试技术的发展和应用状况，开拓学生的视野，同时也为学生未来的出国深造提供机会。同时本院教师在授课过程中可以借鉴国外“测试技术”课程教学先进的方法和手段，结合本专业实际，优化配置并构建稳固的教学团队，促进师资水平和教学水平的提高。

四、总结

结合本专业的科研与行业背景以及测试技术课程本身特点，以卓越工程师培养计划为契机，研究测试技术课程体系改革思路，从教学与科研方向紧密结合、教学与行业紧密结合、教学开拓国际化等三个方面进行改革，改善课程的教学效果，提高学生工程实践能力，开拓学生的视野，满足卓越人才培养的客观要求。

参考文献：

[1]陈飒，麦云飞.基于卓越工程师培养的“机械工程测试技术”教学改革方案探讨[J].科教文汇，2014，（25）.

[2]刘玉波，赵汗青，李海燕.“测试技术”课程教学改革的研究与探索[J].中国电力教育，2012，（34）.