机械类专业“测试技术”课程的国际化发展思考

孙裕晶 王超飞 杨建丽 陈小奇

摘要：机电一体化是工程技术发展的趋势，也是工程教育的新方向。“测试技术”课程作为实现机电一体化技术培养的主要环节之一，是机械类专业教育的重要内容。为提高我国机械类专业测试课程的教学质量和水平，笔者通过比较分析了新西兰坎特伯雷大学机械工程专业和机电工程专业测试技术课程的教学定位、目标、内容和课程考核方法，总结了坎特伯雷大学测试技术课程教学实践中的先进理念和科学经验。实践表明，“以应用实践为主线，基于项目的教学模式，重视教学过程质量控制”的教学理念在“传感器与测试仪表”课程教学中取得了显著的教学效果，是工程技术教育的先进理念，值得我们在同类课程建设和教学改革中参考和借鉴。

关键词：测试技术；工程教育；实践；主线；课程建设

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）40-0217-04

一、引言

为了适应新世纪面临的挑战和机遇，近年来工程教育与工程师职业改革受到越来越多的关注[1-3]。现代教育理念不仅重视知识内容的传授和教育投入，更重视能力和职业素质的培养[4-6]。2013年，中国加入华盛顿协议是我国工程教育发展的重要里程碑，对提高教学质量、促进我国工程师国际交流和职业发展具有深远意义。同时，如何贯彻“以结果为导向、以专业教育目标为导向”的教学理念，也给高等学校工程专业教学改革、课程建设，实现专业教育国际认证，提出了新的挑战[7-9]。

虽然只有400多万人，但是新西兰是一个高度国际化的国家，不仅体现在工业、农业和商业模式上，还表现在发达的高等教育体系中。新西兰是华盛顿协议组织首批成员国之一，奥克兰大学（University of Auckland）、奥塔哥大学（University of Otago）、坎特伯雷大学（University of Canterbury）和梅西大学（Messay University）等都有很好的国际声誉，国际留学生的比例较高。坎特博雷大学机械工程系被认为是世界上最好的工程系之一，优异的学术与工程技术水平在国际上享有盛誉。该校工程教育体系、课程教学组织和教学内容设计具有很强的系统性和连续性，一些较成熟的教育理念和组织方法值得我们借鉴和学习[10-13]。

本文结合测试技术课程教学内容和方法，分析了坎特伯雷大学机械工程专业（简称坎大机械）和吉林大学农业机械化及其自动化专业卓越工程师实验班（简称吉大农机）在课程内容设置、实践组织模式和学习效果评价方面的特点，总结了坎大工程专业课程教学的特色和经验，旨在探讨我国机械类专业测试课程教育的发展方向和改革途径。

二、课程定位

坎特伯雷大学本科教学分为两个阶段：第1学年叫过渡学年（Intermediate Year），后3年是职业教育学年，分别叫第1、第2和第3职业学年。与奥克兰大学（University of Auckland）、梅西大学（Massey University）等新西兰大学一样，坎特伯雷大学一般每学年设8门课（共修120学分），每门课15学分，学生一般每学期修60学分。近年来，各学校学分结构和标准逐渐统一，便于学生跨学校交流。在最后一个学年（Third Professional year）包括3门必修课和4门选修课。必修课包括毕业设计、机械系统设计工程管理与机械工程管理专业实践。毕业设计覆盖两个学期，占30学分。选修课包括学科模块（一般2～3门课）课程和自由选择课程。学科模块课程一般要求成组选择，自由选择课程可以在任何一个学科模块课程中选修。测试课程、控制和机器人学属于机械工程专业控制与自动化模块。

吉林大学工科本科专业学制也是4年，课程结构包括3部分：普通教育课、专业基础课和专业课。一般第1学年是普通教育课，第2学年是专业基础课，第3、4学年包括部分专业基础课和专业课。4年总学分为200学分左右，其中包括140～150学分的理论课和40～50学分左右的实践课程。平均每学年修学约50学分，每学期5～8门理论课，必修课一般2～3学分，选修课一般1～2学分。测试课是第3学年学习的必修课，属于专业基础课。

三、课程教学目标与内容

坎大机械和吉大农机专业具有共同的学科背景，测试课程的基本目标均为通过测试技术基本理论加深和扩展机械工程学科教育。坎特伯雷大学机械专业测试课程名称为“传感器与测试仪表（Instrumentation and Sensors）”，吉大农机专业测试课程为“测试与传感技术（Sensors and Measurement Technology）”。从课程设置可以反映出两个学校课程教学的不同特色，也体现出了教学理念的差异。

（一）课程目标

“传感器与测试仪表”课程的“仪表化”体现了测试技术的工业性和实践性，教学内容中包含了较多的实践教学内容。该课程包括36学时理论学习和不少于36学时的实验，还有复习和作业。另外，还有一项测试实验设计竞赛，该项目设计竞赛需要小组成员合作完成，每人工作12小时以上。修本课程的研究生还要按照学术论文格式写测试研究报告。理论课以外的自主学习（包括设计报告）和小组合作实践环节占整个学习进程的50%左右。据了解，除考试复习时间外，一般在坎大修1学分需要学生10小时的工作量，包括理论课学习、实验和完成作业、答疑、考试复习。

吉林大学“测试与传感技术（Sensors and Measurement Technology）”课程主要围绕测试系统学习测试技术的基本原理、系统功能结构、系统特性、测试方法和常用工程测试系统应用、调试和设计方法。“测试与传感技术”课程设置40课内学时，包括30学时理论学习、10学时课内实验，10学时课外开放实验和3～4次作业。自主学习时间约为20～25小时。

“测试与传感技术”课程学习目标：（1）理解测试信号的测试分析理论，熟悉测试系统主要功能结构和系统特性；（2）了解常用传感器原理与应用方法；（3）掌握基本测试仪表操作方法和建立基本测试系统的方法；（4）掌握应变片测试系统建模和关键测试部件设计方法；（5）了解现代测试理论，掌握数字化信号采集系统结构、软硬件建模方法；（6）掌握测试系统设计、试验规划与测试误差分析方法。由此可以看出，坎大机械专业“传感器与测试仪表”课程强调测试仪表运用和设计技能的培养。“知识”和“技能”训练围绕“学生进行测试仪表系统设计和应用”组织内容，实验技能训练占课程内容的50%左右。

“测试与传感技术”课程内容以工程测试系统应用技术为中心组织，培养了学生系统分析和设计的能力，知识和技术性较强。

（二）课程教学内容

为分析方便，把坎大机械工程专业“传感器与测试仪表”课程和吉大农业机械化及其自动化专业卓越工程师实验班“测试与传感技术”课程内容和时间安排整理到表2中。

表2中统计的学时未包含这两门课程安排的2学时答疑时间。除期末考试外，“传感器与测试仪表”课程还安排2小时的期中考试。（如果是硕士生选修这门课，必须完成“测试技术学术论文”）

从表2中可以看出，“传感器与测试仪表”采用以学习过程为主线的教学组织模式。教学内容不仅包括测试系统建模与测试信号处理技术，而且包含概率统计和测试误差分析方法，为系统应用和测试结果分析奠定了基础。另外在测试技术应用方面进行了机器人传感技术、生物仪表、运动伺服控制、工业传感网络和智能技术等方面的技术扩展，系统硬件结构和软件平台学习通过实验环节进行学习。课程内容围绕学生学习和运用测试技术进行实践的过程组织，涵盖了应用测试技术分析和处理工程问题的各阶段，既有较全面的知识点，又有比较深入的实践体验内容，有助于学生对测试技术的消化和吸收。

“传感器与测试仪表”课程实验内容主要围绕虚拟仪器技术平台组织，通过LED灯控制、机器视觉检测、运动测试与控制和力学测试等训练项目学习基于数字化数据采集技术和虚拟仪器软件的运用方法。训练方式包括3类：前4项实验项目（LED灯控制、机器视觉检测、铣床运动测试与控制和并行机器人控制）采用教师指导下的实验方法，属于验证性实验，在给定的例子程序的基础上进一步扩张编成已达到实验的要求；第5项实验，学生自主设计传感器模块和软件模块，是设计性实验；第6项实验是学生自主选题的研究性实验。3类实验互相配合，使学生从基本操作技能到测试系统设计和技术研究得到了全面的技术体验。实验内容结合数据采集技术和虚拟仪器软件平台，体现了技术的先进性。

“测试与传感技术”课程理论教学和实验教学内容以测试系统功能结构和设计方法展开，属于以知识为核心的教学组织模式，包含测试体系原理和测试信号处理过程，具有完整的体系结构。实验训练内容包含测试部件和系统调试操作技能、测试系统设计和开放实验。除测试技术开放实验外，其他实验项目训练时间都是2学时，总实验训练时间比“传感器与测试仪表”课程少20学时左右。

1.课程考核与评价。由表3可见，“传感器与测试仪表”课程评价中实验成绩、期中测验成绩和期末成绩大约各占三分之一。这种基于学习过程的评价方法更加注重平时表现和实验室实践效果，知识理解和动手能力训练趋于平衡。“测试与传感技术”课程考核以期末考试成绩为主（70%），平时学习表现和实验评价在总成绩中只起辅助作用。

2.机械类专业“测试技术”课程教学的发展思考。在高等教育和职业发展日益全球化的今天，工程教育面临的技术环境发生了巨大的变化，网络技术和信息技术的发展改变了人们的生活习惯和学习习惯，也同样影响着高等教育课程的教学方法。“测试技术”作为一门专业基础核心课程，其教学目标、教学内容和教学模式都要根据时代要求不断发展，课程设计思路和组织模式也值得深入探讨。因此可以看出，“传感器与测试仪表”课程教学中体现以下几个特点。

（1）转变“以教师为主体”的教学理念。现在的学生更适应网络化的生活模式，因而在课程教学中可以把学生能了解和消化的知识内容交给学生自己去消化和吸收，提高学生的参与度和主动性。在这种情况下，对教师提出了更高的要求：需要深入分析课程内容，找出哪些内容适合学生自学以及如何保证教学内容的完整性和系统性。解决完这些问题后，在教学中需要以学生为主体，把主要精力放在帮助学生理解基本概念和学术思想上，检验和分析学生自学的成果，提高学生的学习兴趣和教学效果。

（2）强化“以应用实践为主线”的教学组织模式，提高教学内容的系统性。工程技术的实践性决定了工程教育课程的出发点和终点都是实践。在测试技术课程教学中，从测试概念理解、技术应用结构体系和教学内容组织顺序上，要求突破传统“围绕测试技术知识教学”的模式，不仅要知道测试技术是什么，还要掌握如何应用测试技术解决工程问题。而在技术应用中涉及的技术内容比“测试技术理论”宽得多，如在测试应用中涉及到试验设计方法、数据概率统计分析、数据误差分析等，在教学中也需要引入相关知识的理解和应用辅导。

（3）工程技术课程教学重在“理解和体验”。根据测试技术的实践性特点，可以引导学生进行交互性学习和体验性学习。应用案例教学让学生研究测试应用案例和构建实验模型。教学中重视中间环节的质量监督和控制，在学习中体验、在实践中学习，提高学生的学习兴趣，由被动学习变为主动学习，加强理论和实践联系，提高解决实际工程问题的能力。在教学评价中转变以期末考试为主的学习评价模式，推广基于学习过程的评价方法可以改善学生“平时不学习，考前突击和死记硬背”的弊端，有利于提高学生的学习积极性。

四、结语

通过对坎特伯雷大学机械工程专业和吉林大学农业机械化及其自动化专业“测试技术”课程教学模式的比较分析，总结了坎特伯雷大学“传感器与测试仪表”课程教学定位、内容组织和实践技能培养方面的特点。实践表明，“以应用实践为主线，基于项目的教学模式，强调教学过程质量控制”的教学思想在坎特伯雷大学中取得了很好的教学效果，是工程技术教育的先进理念，值得我们在今后的“测试技术”课程教学改革和专业课程建设中借鉴。

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