基于技术标准的工科专业课程优化与教学内容设计改革研究

房泽平　但永平　赖家鑫　吴钊扬

摘  要 针对工科专业学生缺乏应用技术标准意识和忽视技术标准在工程设计中的作用问题，将高校的工科专业课程设置和教学内容设计与相应技术标准相结合，培养学生的技术标准化意识。结果表明，培养的学生在畢业时就已经具有应用技术标准意识，符合企业招聘人才的标准，对提高学生的就业竞争力和人才培养质量具有重要价值。

关键词 技术标准;工科专业课程;实践教学;DL/T 645-2007;

CAN总线;毕业设计;虚拟电能采集系统;电子控制单元

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）04-0093-03

Research on Curriculum Optimization and Teaching Content Design Reform of Engineering Specialty based on Technical Standards//FANG Zeping， DAN Yongping， LAI Jiaxin， WU Zhaoyang

Abstract Aiming at the problem that engineering students lack the consciousness of applying technical standards and neglect the role of technical standards in engineering design， this paper combines the curriculum design and teaching content design of engineering majors in colleges and universities with corresponding technical standards to cultivate students consciousness of technical standardization. The results show that the trained students have the consciousness of app-lying technical standards at the time of graduation， which conforms to the criteria for recruiting talents for enterprises. It is of great value to improve students employment competitiveness and the quality of personnel training.

Key words technical standards; engineering specialty curriculum; practical teaching; DL/T 645-2007; CAN bus; graduate design; vir-tual electric energy acquisition system; ECU

1 引言

高等教育要更加适应经济社会发展需要。高等学校要以最大限度地满足经济社会发展所需和服务社会为首要责任担当。高等学校为社会输送优秀人才更加适应经济社会发展需要。高等学校培养适应经济社会发展需要的人才，关键要创新高等教育人才培养机制。“创新高校人才培养机制，促进高校办出特色争创一流”，是党的十八届三中全会对高等教育改革发展提出的最直接、最明确的要求。然而目前不少高校在人才培养机制上存在一些不容忽视的问题，导致培养的学生不能很好地适应社会需要。

技术标准是指任何系列提供产品或流程通用设计的技术规范。对于企业而言，当今技术创新和标准化并举发展，技术创新通过标准化来实现规模化、产业化。一项新标准得以确立，可以说是一项新技术得到市场认可而被采用，通常给企业带来巨大经济利益[1]。早在2006年，习近平总书记在浙江工作期间就曾提出：“加强标准化工作，实施标准化战略，是一项重要和紧迫的任务，对经济社会发展具有长远的意义。”[2]2016年9月9日，在致第39届国际标准化组织大会的贺信中，习近平总书记强调：“中国将积极实施标准化战略，以标准助力创新发展、协调发展、绿色发展、开放发展、共享发展。”[3]标准是经济活动和社会发展的技术支撑，是国家治理体系和治理能力现代化的基础性制度[4]。近年来，标准之争愈发激烈，标准已成为决定企业生死的关键因素，企业已从产品竞争转为标准之争。

随着我国高等教育战略方针的调整和用人单位对高等院校毕业生工程实践动手能力的高要求，应提高本科层次上的工程实践教育教学水平和保证学生动手能力的培养质量。在高等院校的工程实践教学过程已经开展采用标准化教学方法和引入标准化教学的研究。2018年1月16日，教育部高教司高校实践教学标准研究项目“工业工程类专业本科实践教学标准及试点研究”西安研讨会在西安交通大学管理学院召开[5]。已有研究表明，目前的实践教学标准化核心内容是形成一个统一的实践教学资料、形式和过程标准化，旨在规范实践教学的标准化。

本文将高等学校的工科专业课程设置和教学内容设计与相应技术标准相结合，将技术标准提前引入人才培养中，培养学生的技术标准化意识。围绕技术标准设置课程、设计教学内容，将技术标准融入课程理论教学、实践教学及毕业设计环节，让课程报告设计内容是否符合技术标准作为替代单纯以成绩为考核标准的新的考核标准，让技术标准成为实践教学环节标准化的一种方法，使得培养的学生在毕业时就已经具有技术标准意识，按照技术标准设计与开发产品，符合企业以企业标准衡量招聘人才的标准。与未接受技术标准教育的毕业生相比，可以提高毕业时的就业竞争力。高等学校工科学生的培养中也应深刻地意识到技术标准化为企业带来的巨大利益，充分认识到这一点，没有理由不将这巨大利益引入高等教育中，从而为高等学校带来巨大的红利。为此，正是本文提出的基于技术标准的工科专业课程设置优化与教学内容设计改革研究的核心内容。

2 实施方案

研究思想  目前，本课题以技术标准为核心的人才培养方案融入理论教学、实践教学、课程设计、毕业设计中，创新性地提出培养人才的方法，可以作为“双创”人才培養的方法。

1）研究思想作为考核学生的标准，取代课程以成绩作为是否合格、是否掌握所学内容的考核标准。大学中给出的课程成绩一定程度上不能真实地反映出学生的真实水平，考核成绩高不足以表明一定适合企业的用人需要。

2）研究思想作为开发实践教学平台的技术标准，以技术标准开发和设置实践环节教学平台。

3）课程的开展以技术标准为主要参考资料。

4）毕业设计内容应符合技术标准，培养学生工程意识，提前培养符合企业用人标准的毕业生，优先满足企业所需，让学生成为企业优先选择的对象，更好地为企业和社会经济发展需要服务。

研究内容  本课题实施期间的主要研究内容为：以电信学院的测控技术与仪器和自动化两个工科专业为例，给出基于技术标准的课程设置及教学内容设计方案;研究基于技术标准作为考核学生教学环节方案，取代原来以分数作为课程考核依据的方法;基于技术标准的毕业设计内容示例。从测控技术与仪器和自动化这两个专业的毕业设计题目中挑选出几个毕业设计，要求按照技术标准进行毕业设计和成绩考核。

预期目标  通过研究，以选取的工科专业为示范专业，给出基于技术标准的工科专业课程优化和教学内容设计方案，因此获得今后在全校推广本题目成果的先导性政策文件。可达到的具体目标：给出基于技术标准课程设置优化方案，对理论教学、实践教学内容设计及毕业设计进行改革;研究基于技术标准的实践教学平台设计，完成仿真模型设计和HIL系统平台。

3 基于技术标准的测控专业实践教学改革实践

本文将技术标准这个标杆贯穿于工科专业学生人才培养的课程设置与教学内容设计。针对实践教学标准化内容的研究，提出基于企业技术标准的实现实践教学标准化的方案，这样的实践教学标准化可以满足企业以行业标准考查毕业大学生的实践教学是否满足该企业的用人需要。简言之，即是以技术标准作为实践教学标准化的方法，可以做到与企业行业标准的无缝连接。为此，本文的实践教学环节和毕业设计中引入和使用技术标准是改革实践的主要内容。在2019届测控技术与仪器专业毕业生的毕业设计（论文）中，课题组进行了与相关技术标准有关的毕业设计（论文）申请和指导工作，两名毕业生参与完成该方向的毕业设计（论文）工作。

基于DL/T 645-2007行业标准的虚拟电能采集系统  该题目使用DL/T 645-2007行业标准、RS485总线标准及USB 2.0标准三个标准。在国家电力行业标准DL/T 645-2007的基础上，设计一个利用虚拟仪器和电表相互结合实现电能采集的虚拟电能采集系统[6]。

1）主要内容。主要设计和研究内容包括：解析DL/T 645-2007行业标准的数据采集协议;基于LabVIEW的多功能电表电能采集设计;可视化电能采集软件能够显示三相多功能电能表的三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、四象限无功电能、正向有功电能、反向无功电能等;对电能参数进行分析，设置正常范围，超出范围报警等。

虚拟电能采集系统组成原理，如图1所示。该系统由符合DL/T 645-2007通信规约的多个多功能电能表、RS485总线、RS485转USB转换器等组成。DL/T 645-2007多功能电能表将采集到的电能数值经RS485总线传至计算机，数据由PC端的LabVIEW软件进一步处理;计算机发出的控制命令通过RS485总线传输到DL/T 645-2007多功能电能表，从而对电能表进行请求应答，返回相应的电能数据，完成整个电能采集系统的运行。通过基于RS485总线组成通信网络，该系统可以实现多个电能表电能数据采集。

2）DL/T 645-2007行业标准的通信协议解析。参照DL/T 645-2007行业标准，对其进行通信协议解析[7]。该协议的字节传输序列如图2所示。每个字节含有八位数据位、一个起始位（0）、一个偶校验位以及一个停止位（1），即共有11位。

基于CAN总线的多汽车ECU平台系统  该题目是基于CAN总线（技术标准ISO 11898）的多汽车ECU平台系统，其目的是利用CAN网络实现多个ECU（电子控制单元）之间的实时性通信，完成各个ECU之间的信息传递，从而实现对汽车控制功能。

1）功能要求。课题中MC9S12XS系列单片机作为ECU的核心芯片，基于CAN总线构建一个由多个ECU组成的汽车平台系统，包含有仪表盘ECU、报警ECU、应急灯ECU、转向灯ECU等多个硬件模块。自定义用于多ECU信息交互的通信协议，编写和实现基于CAN总线的多ECU通信程序，实现相应的功能。本设计主要学习和应用CAN总线。该课题的主要设计和研究内容包括：基于CAN总线的ECU设计;基于CAN总线的ECU网络系统设计;制定通信协议;基于CAN网络的多ECU功能测试。

为测试该系统，要求实现以下功能。

①当按下仪表盘ECU的LEFT按键时，仪表盘ECU发送报文到总线上，转向灯ECU选择接收，B口八个LED灯中最左边的0号灯亮（左转向灯）;当按下RIGHT按键时，B口八个LED灯中最右边的7号灯亮（右转向灯），同时仪表盘ECU的液晶屏显示“左转/右转”。

②当按下仪表盘ECU的UP按键时，发送处于应急状态的信息，应急灯ECU的B口八个LED灯左边0、1号灯和右边6号灯、7号灯亮起并且闪烁，间隔为一秒（双闪指示灯），同时仪表盘ECU屏幕显示“应急”。当按下仪表盘ECU的DOWN按键时，发送报警状态信息，报警灯ECU的B口八个LED全部闪烁，并且蜂鸣器报警（故障灯），同时仪表盘ECU屏幕显示“警报”。

2）基于CAN总线的网络结构。基于CAN总线的多ECU的汽车平台系统结构图[8]如图3所示。基于MC9S12XEP100MAL單片机设计ECU模块，该CPU中自带两个CAN总线接口。ECU硬件结构组成如图4所示。

4 结语

为提高工科专业学生应用技术标准意识和重视技术标准在工程设计中的作用，本文将高等学校的工科专业课程设置和教学内容设计与相应技术标准相结合，将技术标准提前引入人才培养中，培养学生的技术标准化意识。主要将技术标准融入课程理论教学、实践教学及毕业设计环节。课题组完成了“仪器仪表总线”课程的内容设计;完成了基于技术标准的基于DL/T 645-2007行业标准的虚拟电能采集系统和基于CAN总线的多汽车ECU平台系统的毕业设计（论文）。结果表明，将技术标准作为实践教学环节标准化的一种方法和考核参考依据，努力使得培养的学生在毕业时就已经具有技术标准意识，按照技术标准设计与开发产品，符合企业以企业标准衡量招聘人才的标准，可提高学生毕业时的就业竞争力，对高等学校培养符合社会需求的人才具有重要价值。

参考文献

[1]白少元，解庆林，游少鸿，等.培养学生工程思维提高毕业设计质量及就业竞争力[J].大学教育，2017（6）：121-122，127.

[2]郭占恒.习近平标准化战略思想与浙江实践[J].人民论坛·学术前沿，2016（2）：78-83.

[3]“实施标准化战略 践行新发展理念”高端研讨会在京召开”[EB/OL].[2016-10-12].http：//dangjian.people.com.cn/n1/2016/1012/c385773-28773787.html.

[4]李艳华，崔文岳.技术标准形成过程中的企业间博弈分析及政策设计[J].科技管理研究，2018，38（8）：66-71.

[5]“工业工程类专业本科实践教学标准及试点研究”研讨会在管理学院召开[EB/OL].[2018-01-22].http：//news.xjtu.edu.cn/info/1007/86848.htm.

[6]牛斗，党德玉.利用虚拟仪器开发平台LabVIEW开发电力系统仪表[J].东北电力学院学报，2002（2）：18-23.

[7]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T645-2007多功能电能表通信协议[S].北京：中国电力出版社，2007.

[8]曾锐利，肖云魁.基于CAN总线技术的汽车ECU设计[M]//2008中国仪器仪表与测控技术报告大会论文集.2008.

项目来源：中原工学院第三批教育发展改革先导性研究课题（〔2018〕-FGCXDX-11）。

作者：房泽平，中原工学院，副教授，研究方向为智能控制;但永平，中原工学院，副教授，硕士生导师，研究方向为嵌入式电子;赖家鑫、吴钊扬，中原工学院（450007）。