基于卓越工程人才培养的“测试与传感技术”课程教学体系探索与实践

孙裕晶 王超飞 肖英奎 齐江涛 张强

摘要：本文针对传统教学模式下学生学习兴趣不高、自主学习空间不足、学生能力发展不均衡等问题，提出了“启发学生兴趣，强化实践能力，培养创新意识”的教学理念。围绕“兴趣、体验、技能和思维”四个基本点，进行“测试与传感技术”课程教学模式改革。通过教学内容模块化设计、教材建设、基于BPL的情境学习模式改革、课程网络教学平台建设和创新实践训练，构建了以“测试系统设计与应用实践”为主线的模块化多维教学体系。实践表明，提出的教学模式对提高学生的工程实践能力和创新意识具有重要作用。

关键词：卓越工程师；教学模式改革；自主学习；测试技术

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）22-0150-03

2010年，我国首批卓越工程师培养试点专业计划开始实施。卓越工程师教育计划是以培养高级职业岗位为目标的教育模式，强调科学教育、人文教育和工程教育三方面的有机统一，追求工程师知识、能力和素质三种能力的均衡发展。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，也为高等学校工程类专业教学改革和课程建设提出了新的挑战。在这种背景下，作为机械工程类专业主干基础课的“测试与传感技术”课程教学必须引入现代教育理念，调整教学模式，才能满足未来新工业革命的人才需要。为满足新形势下国际工程教育标准，迎接专业资格认证，落实农业机械化及其自动化本科专业卓越工程师培养目标，作者借鉴国外工程教育先进经验和现代教育理論，围绕“测试与传感技术”课程知识结构模块化设计、教材、课程网络教学平台和创新实践条件建设进行教学改革，以测试系统工程实践为主线构建有利于学生自主学习的模块化体系，建立了课程网络教学平台和多维创新实践途径，编著出版了2部教材，形成了系统化的卓越工程人才培养“测试与传感技术”多维课程教学体系。

一、新形势下高等教育课程教学面临的挑战

信息时代，大学本科教育环境发生了巨大的转变，在“测试与传感技术”课程教学中面临的挑战主要体现在以下方面：

1.网络化时代下，采用以老师讲解为主的“以理论为主线”的教学模式，学生自主学习的时间和空间不足，无法调动学生的主动性和学习兴趣。而零散性、非系统化的网络信息繁杂纷呈、良莠不齐，制约学生对教学内容的深入理解和创新思想形成。因此，有必要从理论和实践两方面强化学生的参与度和交互性。

2.目前机械类专业测试技术课程教学偏重传统信号分析理论和传感器原理，现代信息技术和系统建模和应用分析内容较少，工程实践性差，不能体现时代特色，无法满足教学要求。

二、“以测试系统设计与应用实践为主线”模块化教学体系的探索

结合吉林大学农业机械化及其自动化本科专业卓越工程人才培养目标，针对传统教学模式下学生能力发展不均衡和课题团队工程能力薄弱等问题，按照“启发学生兴趣，强化实践能力，培养创新意识”的教学理念，进行“测试与传感技术”课程教学内容建设、教学模式改革和课程团队建设，构建了以“测试系统设计与应用实践”为主线的模块化多维课程教学体系。“测试与传感技术”课程教学体系如图1，主要内容体现在三个方面。

1.建立基于农业工程测试案例的情境学习模式，提高学生学习兴趣。采用BPL理念进行“测试与传感技术”课程理论知识和实践技能模块化设计，建立以工程背景和测试技术应用为主线的情境化教学模式。采用“自主学习+合作学习”方法，通过设计贴近学生思维空间的主题，让学生调查分析工程和研究案例，对实例中的技术原理、方法进行报告和讨论。课堂讨论中要求学生事先拟定讨论提纲，根据讨论情况进行总结。以“问题”为中心，引导学生探究工程问题，调动学习兴趣和主动性。为了扩展学生自主学习空间，建立了课内课外相结合的“测试与传感技术”课程多维自主学习教学平台。“测试与传感技术”课程混合式自主学习平台主要内容：（1）“测试与传感技术”课程网络教学平台；（2）与超星公司合作建立了“测试与传感技术”课程学术视频网络资源；（3）按照新大纲标准建立了“测试与传感技术”课程网络考试题库；（4）建立了“测试与传感技术”课程MOOC平台。开展基于农业工程测试案例的情境学习模式改革与实践，通过工程案例研讨和合作学习，使学生了解测试技术对生产、新产品开发所起的指导作用，培养学生自学能力、信息处理能力、解决问题和分析问题的思维能力，加强团队协作能力和创新能力，提高学习效率。

2.以工程实践为主线组织课程体系，提高教学内容的系统性。在对比分析国外著名大学机械工程类专业“测试技术”课程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“测试与传感技术”课程在教学目标定位、内容设置、实践组织模式和学习效果评价等方面特点的基础上，总结国内外机械工程类专业测试技术课程教学的特色和经验，学习和借鉴先进教育理念和课程教育体系，加强课程教学内容和教学组织的系统性和工程实践性，提出了“以测试系统设计与应用实践为主线”的模块化教学体系。突破传统“以测试理论讲解为主”的教学模式，应用系统观念进行“测试与传感技术”课程教学内容模块化组合，从测试概念理解、功能结构和应用体系组织教学内容。不仅要让学生理解测试技术理论，还要掌握如何运用试验设计、数据统计分析、误差分析等技术解决工程问题。在教学中把测试理论和技术融入到农业工程实际问题中，引入测试系统信息流分析和数据处理技术，把农业机械化工程中应用测试技术取得的科研成果引入到测试与传感技术教学中，课程教学内容更具时代感、趣味性和实用性，使学生在本科阶段得到探索性学习训练，培养学生的科学思维和分析问题能力。在此基础上，根据专业培养方案和教学内容改革要求，补充和修订课程大纲，组织编写“测试与传感技术”课程配套教材。

3.构建课内课外结合的多维创新实践途径，培养学生创新意识和创新能力。多维创新实践方案主要实践途径包括：（1）课内实验项目；（2）开放实验项目；（3）大学生创新创业实验项目；（4）大学生创新设计竞赛；（5）参与科研项目。通过这些科研实践，提高学生的创新意识和团队协作能力。开放实验项目中，以Labview软件为基础，建立模块化数字测试系统设计平台。通过传感器模块、数据采集模块、数据采集与处理软件模块和震动测试模块等实验条件建设，引导学生根据实验目标和技术要求，利用教材和网络文献检索制定实验计划，构建测试系统，编写测试软件，进行系统调试和标定，采集和分析实验数据，撰写实验报告。通过加强系统操作技能训练内容的深度和广度，提高学生的动手能力和创造性。

针对该课程应用性强的特点，引导学生在毕业设计、大学生创新项目中使用测试技术。鼓励优秀学生参加高层次科研项目，依托项目进行测试系统应用研究。使学生在科研实践中，运用“测试与传感技术”知识，科学制定试验方案，有效处理试验数据，在实践中锻炼动手能力和解决实际工程问题的能力。同时，开阔科学视野，促进教学与科学研究的紧密结合。通过美国堪萨斯州立大学、新西兰奥克兰大学和坎特伯拉大学知名教授任我校唐敖庆讲座教授，开展国际工程教育和新技术名家讲座和技术交流，使学生了解国外大学研究前沿领域和工程师教育模式，拓展学术思维。

三、“测试与传感技术”课程创新教学体系应用实践

围绕本课程教学体系建设和改革，建立了“测试与传感技术”课程网络教学平台，建立了“测试与传感技术”课程网络考试题库，与超星公司合作建立了“测试与传感技术”课程超星学术视频网络资源，使课程的共享突破时空限制，充分发挥现代优质教学资源的最大传播优势。先后出版教材3部，发表教学研究论文5篇，建立开放性创新实验项目4项。课程改革成果获得省部级以上奖励6项（国家级教学奖2项，省级教学奖励4项）。《农业工程测试系统设计与技术》和《农业工程测试系统设计与应用》强调测试系统设计方法、系统分析和应用。教材用于吉林大学农业机械化及其自动化专业“测试与传感技术”课程和农业机械化工程专业硕士、农业电气化专业硕士“测试系统设计和应用”课程教学中，并推广到佳木斯大学、吉林农业大学和中国一拖集团、黑龙江农业机械化科学研究院等单位本科生和研究生教学与科研中。2010年以来，指导本科生参与省部级以上科研项目5项，承担大学生创新实验项目15项（其中国家级项目3项），发表研究论文5篇，申请专利5项（均已授权）。获吉林大学“互联网+”大学生创新创业大赛银奖1项，吉林省“互联网+”大学生创新创业大赛银奖1项；指导大学生参加全国大学生智能农业装备创新大赛，获得一等奖1项，二等奖2项，优秀奖1项。

四、结束语

吉林大学“测试与传感技术”课程，采用基于案例的情境学习模式，课内实验和课外实验相结合的方式进行实验教学，经过多年的教学改革实踐，提高了学生学习自主性和学习效果。坚持工程问题为导向的情境学习、科研项目实践和现代教学手段相结合教学模式，可以促进学生的均衡发展。加强科学思维、实践技能和创新意识，将素质教育融入课程教学，也是工程人才教育改革的方向。

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