基于技術標準的工科專業課程優化與教學內容設計改革研究

房澤平　但永平　賴家鑫　吳釗揚

摘? 要 針對工科專業學生缺乏應用技術標準意識和忽視技術標準在工程設計中的作用問題，將高校的工科專業課程設置和教學內容設計與相應技術標準相結合，培養學生的技術標準化意識。結果表明，培養的學生在畢業時就已經具有應用技術標準意識，符合企業招聘人才的標準，對提高學生的就業競爭力和人才培養質量具有重要價值。

關鍵詞 技術標準;工科專業課程;實踐教學;DL/T 645-2007;

CAN總線;畢業設計;虛擬電能采集系統;電子控制單元

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：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

高等教育要更加適應經濟社會發展需要。高等學校要以最大限度地滿足經濟社會發展所需和服務社會為首要責任擔當。高等學校為社會輸送優秀人才更加適應經濟社會發展需要。高等學校培養適應經濟社會發展需要的人才，關鍵要創新高等教育人才培養機制。“創新高校人才培養機制，促進高校辦出特色爭創一流”，是黨的十八屆三中全會對高等教育改革發展提出的最直接、最明確的要求。然而目前不少高校在人才培養機制上存在一些不容忽視的問題，導致培養的學生不能很好地適應社會需要。

技術標準是指任何系列提供產品或流程通用設計的技術規范。對于企業而言，當今技術創新和標準化并舉發展，技術創新通過標準化來實現規模化、產業化。一項新標準得以確立，可以說是一項新技術得到市場認可而被采用，通常給企業帶來巨大經濟利益[1]。早在2006年，習近平總書記在浙江工作期間就曾提出：“加強標準化工作，實施標準化戰略，是一項重要和緊迫的任務，對經濟社會發展具有長遠的意義。”[2]2016年9月9日，在致第39屆國際標準化組織大會的賀信中，習近平總書記強調：“中國將積極實施標準化戰略，以標準助力創新發展、協調發展、綠色發展、開放發展、共享發展。”[3]標準是經濟活動和社會發展的技術支撐，是國家治理體系和治理能力現代化的基礎性制度[4]。近年來，標準之爭愈發激烈，標準已成為決定企業生死的關鍵因素，企業已從產品競爭轉為標準之爭。

隨著我國高等教育戰略方針的調整和用人單位對高等院校畢業生工程實踐動手能力的高要求，應提高本科層次上的工程實踐教育教學水平和保證學生動手能力的培養質量。在高等院校的工程實踐教學過程已經開展采用標準化教學方法和引入標準化教學的研究。2018年1月16日，教育部高教司高校實踐教學標準研究項目“工業工程類專業本科實踐教學標準及試點研究”西安研討會在西安交通大學管理學院召開[5]。已有研究表明，目前的實踐教學標準化核心內容是形成一個統一的實踐教學資料、形式和過程標準化，旨在規范實踐教學的標準化。

本文將高等學校的工科專業課程設置和教學內容設計與相應技術標準相結合，將技術標準提前引入人才培養中，培養學生的技術標準化意識。圍繞技術標準設置課程、設計教學內容，將技術標準融入課程理論教學、實踐教學及畢業設計環節，讓課程報告設計內容是否符合技術標準作為替代單純以成績為考核標準的新的考核標準，讓技術標準成為實踐教學環節標準化的一種方法，使得培養的學生在畢業時就已經具有技術標準意識，按照技術標準設計與開發產品，符合企業以企業標準衡量招聘人才的標準。與未接受技術標準教育的畢業生相比，可以提高畢業時的就業競爭力。高等學校工科學生的培養中也應深刻地意識到技術標準化為企業帶來的巨大利益，充分認識到這一點，沒有理由不將這巨大利益引入高等教育中，從而為高等學校帶來巨大的紅利。為此，正是本文提出的基于技術標準的工科專業課程設置優化與教學內容設計改革研究的核心內容。

2 實施方案

研究思想? 目前，本課題以技術標準為核心的人才培養方案融入理論教學、實踐教學、課程設計、畢業設計中，創新性地提出培養人才的方法，可以作為“雙創”人才培養的方法。

1）研究思想作為考核學生的標準，取代課程以成績作為是否合格、是否掌握所學內容的考核標準。大學中給出的課程成績一定程度上不能真實地反映出學生的真實水平，考核成績高不足以表明一定適合企業的用人需要。

2）研究思想作為開發實踐教學平臺的技術標準，以技術標準開發和設置實踐環節教學平臺。

3）課程的開展以技術標準為主要參考資料。

4）畢業設計內容應符合技術標準，培養學生工程意識，提前培養符合企業用人標準的畢業生，優先滿足企業所需，讓學生成為企業優先選擇的對象，更好地為企業和社會經濟發展需要服務。

研究內容? 本課題實施期間的主要研究內容為：以電信學院的測控技術與儀器和自動化兩個工科專業為例，給出基于技術標準的課程設置及教學內容設計方案;研究基于技術標準作為考核學生教學環節方案，取代原來以分數作為課程考核依據的方法;基于技術標準的畢業設計內容示例。從測控技術與儀器和自動化這兩個專業的畢業設計題目中挑選出幾個畢業設計，要求按照技術標準進行畢業設計和成績考核。

預期目標? 通過研究，以選取的工科專業為示范專業，給出基于技術標準的工科專業課程優化和教學內容設計方案，因此獲得今后在全校推廣本題目成果的先導性政策文件。可達到的具體目標：給出基于技術標準課程設置優化方案，對理論教學、實踐教學內容設計及畢業設計進行改革;研究基于技術標準的實踐教學平臺設計，完成仿真模型設計和HIL系統平臺。

3 基于技術標準的測控專業實踐教學改革實踐

本文將技術標準這個標桿貫穿于工科專業學生人才培養的課程設置與教學內容設計。針對實踐教學標準化內容的研究，提出基于企業技術標準的實現實踐教學標準化的方案，這樣的實踐教學標準化可以滿足企業以行業標準考查畢業大學生的實踐教學是否滿足該企業的用人需要。簡言之，即是以技術標準作為實踐教學標準化的方法，可以做到與企業行業標準的無縫連接。為此，本文的實踐教學環節和畢業設計中引入和使用技術標準是改革實踐的主要內容。在2019屆測控技術與儀器專業畢業生的畢業設計（論文）中，課題組進行了與相關技術標準有關的畢業設計（論文）申請和指導工作，兩名畢業生參與完成該方向的畢業設計（論文）工作。

基于DL/T 645-2007行業標準的虛擬電能采集系統? 該題目使用DL/T 645-2007行業標準、RS485總線標準及USB 2.0標準三個標準。在國家電力行業標準DL/T 645-2007的基礎上，設計一個利用虛擬儀器和電表相互結合實現電能采集的虛擬電能采集系統[6]。

1）主要內容。主要設計和研究內容包括：解析DL/T 645-2007行業標準的數據采集協議;基于LabVIEW的多功能電表電能采集設計;可視化電能采集軟件能夠顯示三相多功能電能表的三相電壓、三相電流、三相有功功率、三相無功功率、四象限無功電能、正向有功電能、反向無功電能等;對電能參數進行分析，設置正常范圍，超出范圍報警等。

虛擬電能采集系統組成原理，如圖1所示。該系統由符合DL/T 645-2007通信規約的多個多功能電能表、RS485總線、RS485轉USB轉換器等組成。DL/T 645-2007多功能電能表將采集到的電能數值經RS485總線傳至計算機，數據由PC端的LabVIEW軟件進一步處理;計算機發出的控制命令通過RS485總線傳輸到DL/T 645-2007多功能電能表，從而對電能表進行請求應答，返回相應的電能數據，完成整個電能采集系統的運行。通過基于RS485總線組成通信網絡，該系統可以實現多個電能表電能數據采集。

2）DL/T 645-2007行業標準的通信協議解析。參照DL/T 645-2007行業標準，對其進行通信協議解析[7]。該協議的字節傳輸序列如圖2所示。每個字節含有八位數據位、一個起始位（0）、一個偶校驗位以及一個停止位（1），即共有11位。

基于CAN總線的多汽車ECU平臺系統? 該題目是基于CAN總線（技術標準ISO 11898）的多汽車ECU平臺系統，其目的是利用CAN網絡實現多個ECU（電子控制單元）之間的實時性通信，完成各個ECU之間的信息傳遞，從而實現對汽車控制功能。

1）功能要求。課題中MC9S12XS系列單片機作為ECU的核心芯片，基于CAN總線構建一個由多個ECU組成的汽車平臺系統，包含有儀表盤ECU、報警ECU、應急燈ECU、轉向燈ECU等多個硬件模塊。自定義用于多ECU信息交互的通信協議，編寫和實現基于CAN總線的多ECU通信程序，實現相應的功能。本設計主要學習和應用CAN總線。該課題的主要設計和研究內容包括：基于CAN總線的ECU設計;基于CAN總線的ECU網絡系統設計;制定通信協議;基于CAN網絡的多ECU功能測試。

為測試該系統，要求實現以下功能。

①當按下儀表盤ECU的LEFT按鍵時，儀表盤ECU發送報文到總線上，轉向燈ECU選擇接收，B口八個LED燈中最左邊的0號燈亮（左轉向燈）;當按下RIGHT按鍵時，B口八個LED燈中最右邊的7號燈亮（右轉向燈），同時儀表盤ECU的液晶屏顯示“左轉/右轉”。

②當按下儀表盤ECU的UP按鍵時，發送處于應急狀態的信息，應急燈ECU的B口八個LED燈左邊0、1號燈和右邊6號燈、7號燈亮起并且閃爍，間隔為一秒（雙閃指示燈），同時儀表盤ECU屏幕顯示“應急”。當按下儀表盤ECU的DOWN按鍵時，發送報警狀態信息，報警燈ECU的B口八個LED全部閃爍，并且蜂鳴器報警（故障燈），同時儀表盤ECU屏幕顯示“警報”。

2）基于CAN總線的網絡結構。基于CAN總線的多ECU的汽車平臺系統結構圖[8]如圖3所示。基于MC9S12XEP100MAL單片機設計ECU模塊，該CPU中自帶兩個CAN總線接口。ECU硬件結構組成如圖4所示。

4 結語

為提高工科專業學生應用技術標準意識和重視技術標準在工程設計中的作用，本文將高等學校的工科專業課程設置和教學內容設計與相應技術標準相結合，將技術標準提前引入人才培養中，培養學生的技術標準化意識。主要將技術標準融入課程理論教學、實踐教學及畢業設計環節。課題組完成了“儀器儀表總線”課程的內容設計;完成了基于技術標準的基于DL/T 645-2007行業標準的虛擬電能采集系統和基于CAN總線的多汽車ECU平臺系統的畢業設計（論文）。結果表明，將技術標準作為實踐教學環節標準化的一種方法和考核參考依據，努力使得培養的學生在畢業時就已經具有技術標準意識，按照技術標準設計與開發產品，符合企業以企業標準衡量招聘人才的標準，可提高學生畢業時的就業競爭力，對高等學校培養符合社會需求的人才具有重要價值。

參考文獻

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[3]“實施標準化戰略 踐行新發展理念”高端研討會在京召開”[EB/OL].[2016-10-12].http：//dangjian.people.com.cn/n1/2016/1012/c385773-28773787.html.

[4]李艷華，崔文岳.技術標準形成過程中的企業間博弈分析及政策設計[J].科技管理研究，2018，38（8）：66-71.

[5]“工業工程類專業本科實踐教學標準及試點研究”研討會在管理學院召開[EB/OL].[2018-01-22].http：//news.xjtu.edu.cn/info/1007/86848.htm.

[6]牛斗，黨德玉.利用虛擬儀器開發平臺LabVIEW開發電力系統儀表[J].東北電力學院學報，2002（2）：18-23.

[7]中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T645-2007多功能電能表通信協議[S].北京：中國電力出版社，2007.

[8]曾銳利，肖云魁.基于CAN總線技術的汽車ECU設計[M]//2008中國儀器儀表與測控技術報告大會論文集.2008.

項目來源：中原工學院第三批教育發展改革先導性研究課題（〔2018〕-FGCXDX-11）。

作者：房澤平，中原工學院，副教授，研究方向為智能控制;但永平，中原工學院，副教授，碩士生導師，研究方向為嵌入式電子;賴家鑫、吳釗揚，中原工學院（450007）。