基于卓越工程師培養的測試技術課程體系改革

宋春生　吳華春　張錦光

摘要：結合機械工程及自動化專業卓越工程師教育培養計劃的要求，提出測試技術課程體系改革思路，從教學與振動噪聲檢測與控制、光纖光柵傳感技術和回轉窯動態檢測和調窯技術等科研方向緊密結合，教學與本校建校背景的建材、汽車和交通三大行業緊密結合，教學開拓國際化等三個方面進行改革，提高課程的教學質量，滿足卓越人才培養的要求。

關鍵詞：測試技術；課程體系；卓越工程師

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）33-0109-02

一、引言

2010年教育部實施的“卓越工程師教育培養計劃”突出了工科人才的工程實踐能力與創新能力的培養。武漢理工大學機械工程及自動化專業所在學科是國家級重點學科，也是首批參與教育部卓越工程師教育培養計劃的專業之一，在人才培養方面具有較強的特色與優勢。

“測試技術”課程是機自專業必修的一門專業基礎課，課程涉及眾多知識點，課程內容較抽象、理論知識繁多、實踐環節要求高。武漢理工大學是較早開設測試技術的院校之一，也是“全國高等學校測試技術研究會”的理事單位，經過多年的發展已經建成了完整的教學、實踐環節的教學體系。然而，隨著電子、傳感、新材料、新工藝等領域的發展，測試技術也有了很大的發展，內容越來越豐富，加上“卓越工程師教育培養計劃”對培養人才的特殊要求，現有課程體系越來越不能適應現實的需求，不利于對學生工程實踐能力、創新能力和團隊合作精神等綜合素質培養的需要。為了更好地反應科學技術的發展，適應卓越工程師人才培養需要，培養高素質創新型人才，進行課程內容體系創新與改革已勢在必行。

因此，針對本校機自專業的行業背景以及測試技術課程本身特點，以卓越工程師培養計劃為契機，研究測試技術課程創新與改革研究及實踐，提高課程的課堂教學質量，為推進卓越工程師培養提供可借鑒的方案。

二、測試技術課程定位

測試技術是機自專業的一門主干專業基礎課，是綜合應用相關課程知識和內容，解決科研、生產、國防建設所面臨的工程測試問題的課程。本課程包括理論教學、實踐教學兩個環節。

理論教學方面，主要內容包括：（1）信號基礎知識：信號的分類和描述、周期信號和非周期信號的頻譜；（2）測試系統的基本特性：動靜態特性、系統實現動態測試不失真的條件、一階系統和二階系統的頻率響應特性；（3）常用傳感器：電阻、電感、磁電、壓電傳感器及新型傳感器的原理及應用；（4）信號變換和調理：電橋電路、調制與解調、濾波器等；（5）記錄及顯示儀器：光線示波器、筆式記錄儀、磁記錄儀、數字式記錄儀；（6）信號分析與處理：采樣混疊和采樣定理、截斷泄露和窗函數、相關分析及其應用、功率譜分析及其應用；（7）機械振動測試等；（8）測試技術的其他工程應用。

實踐教學方面，1980年學校就在國內較早地建立了測試技術實驗室，80年代初購置了國產最先進的激振器、各種振動測試儀、各種信號記錄儀等儀器設備。1984年購置了一套當時國際最先進的B&K振動測試儀器，并用于本科教學。基礎實驗在相應授課內容完成后進行，由7個實驗，即典型信號分析、測力儀制作與標定、金屬箔式應變片構成電橋電路特性比較、調幅與相敏檢波解調、機械振動測試、相關分析和記錄儀動態特性測定組成。

卓越工程師培養采用的模式為“3+1”模式，即在學校完成累計3年時間的學習任務，在企業完成累計1年時間的學習和實踐任務。現有課程體系越來越不能適應現實的需求，不利于對學生工程實踐能力、創新能力和團隊合作精神等綜合素質培養的需要。而卓越班畢業的學生一般分為兩種：一種是去企業就業，另外一種在國內外高校繼續深造碩士或者博士學位。為了適合學生這種學習和后續模式，測試技術課程的部分內容學習可以從企業和科研試驗中完成。

三、課程體系的改革

以卓越人才教育培養及其后續發展為目標，改進“測試技術”課程體系，建立教學與科研、教學與行業實踐、教學與國際化緊密結合的“測試技術”課程體系。

（一）建立教學與科研緊密結合的“測試技術”課程體系

人才培養與科研密切聯系，堅持以教學帶科研、以科研促教學，使教學和科研實現良性互動、協調發展，促進教學水平的提高，讓學生在科研實例中理解深奧的理論知識，也為學生以后繼續深造奠定良好的基礎。目前，本專業科研項目與測試技術這門課結合緊密的科研項目主要分三大方向。

1.振動、噪聲檢測與控制方向。武漢理工大學機電學院多名教師從事振動、噪聲檢測與控制方向研究，主持多項國家、省市及企業項目，研究對象設計船舶、汽車及重要機械裝備等，涉及到傳感、檢測、信號處理、控制等多種專業知識。主要設備包括：DSPACE1103實時仿真系統，B&K振動噪聲測試系統，LMS振動測試系統，JZK-50模態激振系統，AVANT噪聲振動測試系統等。主要實驗裝置平臺包括：磁懸浮主動隔振試驗臺，氣磁混合主被動隔振試驗臺，旋轉機械振動試驗臺等。學生可以通過這些設備和實驗平臺對測試技術課程內容中的傳感器、信號采集系統及其調理電路、測試系統特性、信號分類及其基本特征都有深刻的理解，為知識的掌握和應用提供良好的基礎。

2.光纖光柵傳感技術在機械系統中的應用。光纖布喇格光柵傳感器是對布喇格反射波長進行編碼，當光柵周圍的待測物理量如溫度、應變等發生變化時，將導致光柵周期或纖芯折射率的變化，從而產生光柵布喇格信號的波長位移，通過監測布喇格波長位移變化情況，即可獲得待測物理量的變化情況。光纖光柵傳感器具有尺寸小、質量輕、一纖多點，動態多場、抗電磁干擾等特點。通過不同的封裝可以檢測溫度、應力/應變、壓力、流量、位移等不同的物理量。2008年武漢理工大學獲建的光纖傳感技術國家工程實驗室，研究開發光纖傳感新理論和關鍵技術，致力于建立基于光纖傳感技術的我國大型工程與重大裝備安全監測系統的技術體系和新產業，是目前國內光纖傳感技術領域規模最大的研發基地和人才培養基地。國家工程實驗室和機電學院取得了眾多相關的研究成果，包括：各種光纖光柵傳感器的制備，光纖光柵傳感器的解調儀器與系統，光纖光柵傳感檢測系統等。這些研究成果既可作為理論教學又可以做成相關實驗設備開展實驗，有助于學生對測試系統課程內容中新型傳感器的檢測原理、封裝及采集系統有了深刻理解，對本課程知識的掌握和綜合科研能力的提升有很好的幫助。

3.回轉窯動態檢測和調窯技術。武漢理工大學從1987年開始對此難題攻關，國家建材局在我校建立了建材行業回轉窯檢測技術中心。在國家建材工業局多項科研項目和基金項目的重點支持下，研究出對回轉窯設備進行動態檢測和調整的技術，填補了國內回轉窯動態測量技術方面的空白，并在2002年獲得了國家技術發明二等獎等一系列的科研獎勵成果，并將科研成果相繼轉化為課程的教學和實驗內容，并自主開發實驗項目及實驗設備，有助于學生對測試系統課程內容中測量原理與方法的理解和掌握，有效的培養和提高了學生工程意識。結合課程試驗教學特點，開發以“水泥回轉窯動態檢測和調整”成果為基礎的水泥回轉窯動態檢測和調整實驗臺。在此基礎，以科研項目為內容，指導學生積極參與各種創新大賽已經成為課程組老師和學生教學互動的方式之一。極大地調動了學生主動學習的熱情，提高知識綜合運用能力的同時，也提高學生協同合作的素質。

（二）創建行業特色的“測試技術”課程體系

本課程建設依托機械工程一級學科、機械制造及其自動化國家級重點學科，圍繞建材、汽車和交通三大行業，這三大行業是我們國民經濟發展的支柱性、先導性、基礎性行業，從理論教學內容的組織到實驗教學的各層次、實驗項目的開設，始終貫穿上述三大行業的具體工程測試實例。課程組教師承擔的項目中已經有一批科研成果相繼轉化為測試技術課程的教學內容中。將國家自然基金、863項目、省科技攻關計劃項目研究內容等引入課堂，包括汽車減振降噪測試平臺、機車雙質量飛輪測試平臺、船舶浮筏減振降噪系統、船用螺旋槳拖曳水池測試系統、水泥回轉窯動態檢測和調整凝煉為綜合實驗項目，讓學生結合行業背景落實測試技這門課的實用方向，也為學生以后工作應用奠定良好的基礎。

（三）開拓國際化的“測試技術”課程體系

目前武漢理工大學機電工程學院與法國卡桑工業大學、英國斯旺西大學、悉尼科技大學等建立了學術交流和科技合作關系。尤其以機電工程學院為依托，武漢理工大學與英國伯明翰大學建立智能裝備聯合實驗室，聘請英國皇家工程院院士Duc Truong Pham作為實驗室主任，極大地提高了本學科在國際的影響力，學院每學期課程中可以安排增加外國教授的講座內容，介紹當前國內外測試技術的發展和應用狀況，開拓學生的視野，同時也為學生未來的出國深造提供機會。同時本院教師在授課過程中可以借鑒國外“測試技術”課程教學先進的方法和手段，結合本專業實際，優化配置并構建穩固的教學團隊，促進師資水平和教學水平的提高。

四、總結

結合本專業的科研與行業背景以及測試技術課程本身特點，以卓越工程師培養計劃為契機，研究測試技術課程體系改革思路，從教學與科研方向緊密結合、教學與行業緊密結合、教學開拓國際化等三個方面進行改革，改善課程的教學效果，提高學生工程實踐能力，開拓學生的視野，滿足卓越人才培養的客觀要求。

參考文獻：

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