工程教育专业认证背景下的测控技术与仪器专业课程体系优化探索

王后能　卓旭升　李自成

［摘 要］该研究在工程教育专业认证的大背景下，针对测控技术与仪器专业的多学科交叉特点，研究如何进行专业课程体系的优化才能达到工程教育专业认证的标准，并从培养目标、课程体系和毕业要求等角度，讨论如何遵循以学生为主体、基于学习产出的教学理念，培养能够与国际接轨的工程应用型人才。

［关键词］工程教育专业认证；测控技术与仪器；课程体系

［中图分类号］ TP13; G642.1 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）03-0022-04

引言

2006年，由教育部组织启动了全国工程教育专业认证试点工作，2015年4月成立中国工程教育专业认证协会，2016年6月正式加入国际上最具影响力的工程教育学位互认协议之一《华盛顿协议》[1]。通过这个认证协会认证的工科专业，毕业生学位可以得到《华盛顿协议》其他成员组织的认可。在经济全球化的大趋势下，我国工程类人才培养要严格按照《华盛顿协议》成员组织的标准，对工程类专业毕业的学生提出具有权威性的要求，并基于此要求，在全国广泛开展工程教育专业认证工作。

测控技术与仪器专业是由精密机械、电子、电路、光学、自动控制、计算机与信息技术等多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合专业[2]。目前，国内有部分高校将测控技术与仪器专业设置在机械学院，也有部分高校将其设置在电气学院或者自动化学院。比如华中科技大学在机械科学与工程学院和人工智能与自动化学院都设置有测控技术与仪器本科专业，天津大学将其设置在精密仪器与光电子工程学院，而清华大学的精密仪器系将测控技术与仪器作为唯一的本科专业。武汉工程大学的测控技术与仪器本科专业开设在电气信息学院，该专业最早起源于化工仪表自动化专业，于1998年改为现名，并开启了宽口径专业教育时代。该专业2004年被评为校级品牌专业，2008年成为湖北省省级品牌专业，2014年成为“湖北省战略性新兴（支柱）产业人才培养计划”专业。与该专业对应的硕士研究生专业检测技术与自动化装置专业于2003年申报成功并开始招生，2010年获批成为控制科学与工程一级学科硕士学位授权点，现为湖北省一级重点学科。

一、测控技术与仪器专业的学科背景

科学是从测量开始的，测量技术是信息技术的重要组成部分，是源头。仪器科学与技术学科是研究信息的获取、处理、传输和利用的一门综合性学科[3]。1998年，教育部公布了普通高等学校本科专业目录，正式把仪器仪表类的11个专业归并为一个大专业即测控技术与仪器专业。它目前是仪器科学与技术学科唯一的本科专业[4]。

测控技术与仪器专业的培养目标是培养符合国家发展需求，具有高度的社会责任感和良好的科学文化素养，能够在传感器、测试技术、智能仪器、测控系统等技术领域内从事科学研究、技术开发、工程设计、运行管理以及教学等方面的工作，能够跟踪本领域新理论新技术，具有创新精神和国际视野的高级专业技术人才[5]。

高校要根据自己的专业基础和特色，在对相关区域和行业的特点以及学生毕业后的发展需求进行调研和分析的基础上，制定本校测控技术与仪器专业更细化的有特色的培养目标[6]。高校所制定的培养目标应具有达成度的可评价性，作为设计和实施教学活动的总体指导要求。同时，要定期進行培养目标的达成度评价，针对评价结果修订培养方案，确保培养目标的准确性和有效性[7]。

不同地区、不同层次的高校的定位是不一样的，其所办专业的培养目标以及质量要求与标准也应该有所不同。武汉工程大学属于省属高校，其办学定位是“立足湖北、辐射全国，服务化工行业和区域经济社会发展”。其测控技术与仪器专业是电气信息学院测控与智能感知工程系的唯一的本科专业，以培养具有测量、控制和仪器等方面的理论及其应用知识与能力的工程技术人才为目标。目前，招生方面有智能检测（感知）和工业仪器仪表两个方向。毕业生可在机器人、语音识别、人脸识别、无人驾驶以及智能制造等方面从事软件程序设计与开发以及硬件电路的设计等工作，也可以在传统的工业领域从事电子线路设计、测控系统的研发与运用、计算机网络技术应用、智能仪器与虚拟现实技术及可视化开发等工作。

二、测控技术与仪器专业课程体系的构建

开展工程教育专业认证的重要目的是引领和推动高校朝着培养工程型人才的方向前行。从整体上说，工程教育专业认证对专业的目标导向提出了较高的要求[3]。参加工程教育专业认证的专业应该以工程教育专业认证的标准为基础，通过征求相关专业的专任教师以及企业同行的意见，并与毕业生和在校生进行座谈及收集其建议，开展课程体系的构建。

测控技术与仪器专业根据多学科交叉的特点，针对工程教育专业认证中毕业要求的十二条标准，将测控技术与仪器专业的课程体系分为通识课程（包括人文社会科学类课程、数学和自然科学类课程）、学科基础课程、专业核心课程、专业选修课程和实践教学，并按照信号在一个简单测控系统中流动的顺序和结合闭环负反馈的特征构建课程体系框架，如图1所示。

从一个简单测控系统的框架结构中可以看出，整个测控技术与仪器专业涉及测控系统分析与设计的方方面面。先要对被控对象进行建模，需要学习建模与仿真方面的基础课程；通过传感器可以对测控系统各个环节的信号进行采集，然后通过仪表显示；传感器获取的信号不是标准信号时，要对采集到的信号进行变换，所以需要信号与系统以及数字信号处理相关的基础。控制器部分需要设计控制算法对被控变量进行稳定性或者最优控制，涉及自动化及计算机专业的相关知识。执行器部分的很多环节都是通过各种电机来实现的，所以需要有过程控制装置以及机械专业的相关基础。如果整个测控系统是通过网络来实现的，即基于现场总线或者基于以太网等方式实现远程测控，那就还需要了解测控总线及网络技术相关的知识。这也说明了测控技术与仪器专业是光、机、电、计一体化的交叉专业。

三、测控技术与仪器专业课程体系的分类与优化

从测控技术与仪器专业的学科交叉性特点出发，按照测控系统中的信号的走向，对专业的学科基础课程、学科主干课程、学科方向课程及实践环节进行分类和优化。下文以2017级测控技术与仪器专业的培养方案为例进行论述。

学科基础课程全部是必修课程，包括画法几何、电路、电子技术基础（含模电和数电）、工程光学、单片机原理及应用、专业概论、复变函数及积分变换等课程。

学科主干课程包括传感器原理及应用、检测仪表和技术、虚拟仪器设计、测控电路、可编程控制器设计、电子线路设计、误差理论与数据处理、自动控制原理、过程控制仪表及装置、智能仪器设计基础、测量系统应用与设计等课程。

学校每四年组织一次大型的本科专业培养方案（简称培养方案）修订，2015年组织过一次，所以2017级培养方案的调整只是在2015版的基础上按照持续改进的需求做出微调。2019年，测控技术与仪器专业的工程教育专业认证申请书获得受理，于是在2015版培养方案已经执行了四年的情况下再次对培养方案进行修订，使其在进一步持续改进的基础上更加契合工程教育专业认证的理念。2019版培养方案修订的原则是要坚持目标导向和问题导向，致力于实现建设同类高校一流本科教育、一流专业的目标，认真反思以往培养方案中存在的问题并予以改进。修订过程中要有行业或企业专家参与，并充分考虑学生的意见建议。对照学校“两型两化”人才培养目标总定位，着眼于培养创新型、复合型、国际化、工程化这四种规格中的一个或两个，确定专业培养目标并体现在培养目标表述及培养方案中。

就测控技术与仪器专业来说，每学年一般都会组织各届学生开座谈会。在座谈的基础上，根据学生提出的一些想法，即使学校没有组织培养方案的大修订，本专业也可以对培养方案做出微调，形成报告提交学校教务处审批。同时，邀请其他高校仪器学科的专家以及企业同行的代表和毕业生代表座谈，针对课程设置以及毕业生的能力要求、素质要求等提出具体的修改意见，作为再次修订时的重要参考。

按照教育部2018年1月30日发布并于同年3月由高等教育出版社出版的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》一书的要求将专业总学分确定为140至180个。武汉工程大学在2019版培养方案修订意见中明确指出，为了继续深化学校以“三实一创”为核心的“两型两化”人才培养模式改革，加快构建高水平人才培养体系，坚持目标导向和问题导向，落實新工科建设要求，强化课程思政。教务处明确要求理工类专业工程实践和毕业设计（论文）学分不少于总学分的20%。实践教学环节学分包括单独设置的实验课学分、各类实习实训学分、毕业实践学分、思想政治理论课课外学分、军事技能训练学分、心理健康测试学分、公益劳动学分、学术周活动学分及第二课堂活动学分。

武汉工程大学测控技术与仪器专业根据国家及学校的指导思想，结合仪器类专业教学质量国家标准和这个专业的特点来确定学时构成，如表1所示。

图2为武汉工程大学测控技术与仪器专业2019版培养方案的课程体系结构图。2019版培养方案中的课程设置与2015版培养方案相比，主要对以下几个地方做了改动：在专业核心课程中增设了精密机械设计基础课程；针对目前人工智能和大数据的时代背景，将数字图像处理课程从学科方向课调整为专业核心课程。信号传递在整个测控系统中非常重要，信号分析和数据处理的内容要加深，因此将信号与系统课程与数字信号处理课程进行了衔接，适当减少自动控制原理课程的理论教学学时、增加实践环节的学时；将工程光学作为专业基础课程，由第七学期调整到第四学期。

四、测控技术与仪器专业课程的教学方式建议

武汉工程大学测控技术与仪器专业的任课教师大都毕业于仪器科学与技术、机电一体化、控制科学与工程、热能工程、检测技术与自动化装置或者信号与信息处理等专业，这个具有多学科背景的师资特点，为其人才的多学科交叉培养打下了良好的基础。

在教学过程中，教授信号与系统课程的教师要和教授自动控制原理、数字图像处理课程的教师做好教学内容的衔接。教授传感器原理及应用课程的教师要和教授检测仪表与技术课程以及和过程控制仪表及装置课程的教师做好教学内容的衔接。

实践类课程教学要重视增加学生的动手机会，特别是课程设计类的实践环节，一定要贯彻OBE的理念，基于项目式的教学方式，让学生得到更好的产出。通过任课教师或者教研室其他教师的纵向项目或者横向工程，让学生参与其中，了解工程项目的管理、实施、验收等方面的知识与技能。

通过学科竞赛锻炼学生的科技创新能力和组织协调能力，主要有全国大学生电子设计竞赛、“西门子杯”中国智能制造挑战赛、全国虚拟仪器大赛、中国“互联网+”大学生创新创业大赛等。这些竞赛活动吸引了全校各专业的学生来参加，使其能更好地吸收多学科的知识，为专业知识的交叉融合打下良好的基础。

五、结语

工程教育专业认证工作是高校工科专业的重要工作，必须有符合工程教育专业认证标准的课程体系进行支撑。本文充分利用测控技术与仪器专业多学科交叉的特点，对这个专业的课程体系进行了研究与探讨，并在课程之间的衔接和培养考核方式等方面给出了一些改进建议，其最终的目的是培养出更多能满足区域发展需求的工程应用型人才。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 李作进，柏俊杰，聂玲.  面向工程教育专业认证的测控技术与仪器专业人才培养模式改革与实践[J]. 工业与信息化教育，2021（2）：10-13.

[2］ 杨帆，程雯，肖贝，等. 测控技术与仪器专业“三位一体”的教学改革研究与实践[J]. 武汉工程大学学报，2010，32（2）：98-101.

[3］ 蒋文波，谢维成，郑萍. 国际工程教育专业认证背景下省属高校测控技术与仪器专业培养模式探索与思考[J]. 大学教育，2015（3）：30-31.

[4］ 陈如清，杨立娜. 新工科背景下“测控技术与仪器”专业改造升级路径探索[J]. 嘉兴学院学报，2019，31（2）：140-144.

[5］ 张立新. 《测控技术与仪器》专业课程群理实一体化教学课程体系的探索与实践[J]. 吉林工程技术师范学院学报，2019，35（4）：83-85.

[6］ 卢艳军，徐涛. 面向工程教育专业认证的测控技术与仪器专业培养方案研究[J]. 大学教育，2018（5）：89-91.

[7］ 赵敏华，何波，孟月波. 基于工程教育认证的自动化类专业课程体系探究[J]. 教育教学论坛，2018（14）：219-220.

［责任编辑：庞丹丹］