工程教育專業認證下的測試技術課程教學研究與改革

譚偉 楊浩森 田鐵

[摘 要]工程教育專業認證是以學生為中心，以產出為導向，以持續的教學質量改進為機制的全新的教育評價體系，已成為高等教育發展的新方向。在工程教育專業認證背景下，針對測試技術課程傳統教學方式存在的弊端，課題組以工程教育專業認證為導向，積極探索符合工程教育專業認證的教學模式改革，從培養目標、課程內容、教學方法、考核評價等方面進行教學研究與改革，以提高學生分析問題與解決問題的能力，激發學生的學習興趣，真正做到學以致用，實現應用型創新人才的培養目標。

[關鍵詞]工程教育認證;測試技術課程;教學模式;教學改革措施

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）12-0058-03

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，是一種以培養目標和畢業出口要求為導向的合格性評價[1]。專業認證特別強調以學生為中心，圍繞學生達成工程教育畢業要求與適應工程技術領域素質要求，自下而上設計工程教育培養目標。因此，課程教學必須注重畢業要求和素質培養的達成，讓學生在畢業時能夠具有用人單位所需要的知識、能力和素質，使學生能夠找準定位，更快地適應工作崗位。

車輛零部件及整車在設計研發過程中，必須經過大量的試驗驗證環節，需要較多專用的試驗檢測技術和系統。因此，開設測試技術課程，培養車輛工程專業學生具備查閱資料、元器件選型、硬件系統設計、測試軟件開發于一體的綜合測試技術知識體系，具備設計、搭建、調試、分析及解決車輛工程實際問題的能力，是對工程教育專業認證中學生畢業要求的重要支撐。

一、測試技術課程教學中存在的問題

測試技術作為一門本科學生進入專業學習階段后開設的專業基礎課程，是對學生前期學習的高等數學、電工電子等基礎知識的綜合應用[2]。學生對該門課程的期望值很高，但實際情況是“學生反映難學，教師反映難教”。筆者通過總結多年的教學經驗和對比工程教育專業認證要求，發現目前測試技術課程的教學主要存在以下問題。

（一）教學內容邏輯設置不合理

目前，測試技術課程的教學內容大多數開篇即圍繞信號和測試系統特性進行講述，然后安排的是傳感器原理和應用內容，學生在還未明白為什么要測試、怎么測試的情況下，一大堆信號時頻變換的傅里葉推導公式、拉普拉斯變換公式已使學生望而生畏。對此，學生普遍反映教學內容抽象、復雜，難以實際運用，相當一部分數學基礎不好的學生容易產生畏懼情緒，從而影響后期的學習效果。

（二）與解決工程實際問題的知識結構脫節

測試技術課程內容偏重于理論，主要圍繞信號分析變換、測試系統特性、傳感器結構原理等進行理論教學。但車輛工程學科是應用型學科，學生必須具備的是傳感器選型應用、測點布置、信號的計算機采集與處理方法等解決工程實際問題的應用知識結構體系，而不是信號算法研究和設計研發傳感器。可見，目前的測試技術教學內容與解決工程實際問題的應用能力培養嚴重脫節。

（三）對學生工程應用能力的培養支撐不足

目前測試技術課程在講述完各個知識內容后，未將測試對象分析、工況設置、傳感器技術參數要求分析與選型、信號特征辨識、測試系統硬件搭建、信號采集、測試程序設計等相關知識點進行串聯講解，學生也不具有工程項目經驗，這樣學生通過知識的學習往往只見樹木而不見森林，對測試項目的工程設計和開發不能進行全局把控，只具備做題考試的能力而缺乏根據測試需求搭建測試系統的工程應用能力。

二、基于工程教育專業認證的教學模式改革

（一）以學生為中心

以學生為中心，需要把培養目標和全體學生的畢業要求達成情況作為評價的核心，培養目標應該圍繞畢業時的要求以及畢業后一段時間所具備的職業能力設定，測試技術課程的教學模式和內容要以有利于學生達到培養目標和畢業要求為導向[3]。因此，要以學生的學習過程和學習效果作為衡量標準，充分調動學生學習的主動性和能動性，以車輛工程零部件測試典型工程項目為例，教師應分解測試系統中的傳感器與執行器元器件，分別講述其工作原理和工程應用方法，引導學生積極思考問題、分析問題和解決問題。

（二）以產出為導向

產出導向強調工程教育認證應關注“教育產出”（學生學到什么），而非“教育輸入”（教師教了什么）。因此，要按照“反向設計，正向施工”的基本思路，以培養目標和畢業要求為出發點，設計科學合理的教學內容和課程大綱[4]。要以學生能分析與解決車輛工程領域測試項目具體的技術問題，能設計搭建傳感器為基礎的信號采集系統和執行器為基礎的工況模擬系統，能進行硬件系統選型設計搭建與軟件開發，具備車輛工程領域測試工程項目思維水平為導向來設計教學模式和教學內容。

（三）持續改進

認證標準要求課程必須有明確可行的改進機制和措施，能持續跟蹤改進效果并收集信息用于下一步改進，形成“評價—改進—再評價”的閉環管理[5]，這是一種質量持續不斷提高的循環式上升過程。因此，課程教學內容的設置必須緊密結合車輛工程領域前沿測試技術，及時更新工程項目教學案例，同時，在教學過程中建立完整的質量監控體制。另外，還要實時跟蹤教師教學及學生學習過程，評估學生的階段學習效果，根據學生的學習情況及時調整教學內容和進度。

三、測試技術課程教學改革措施

（一）培養目標

為滿足工程教育專業認證要求，測試技術課程的培養目標要定位于培養學生在車輛工程領域，具備測試對象分析、工況模擬設置、傳感器技術參數要求分析與選型、信號特征辨識、測試系統硬件搭建、信號采集、測試程序設計等解決工程實際問題的測試知識體系，具備分析和解決車輛零部件及整車測試系統開發等復雜工程問題與終身學習的能力。

（二）課程內容

測試技術課程以培養學生在車輛工程領域的測試工程應用能力為主。而目前關于測試技術課程的教材普遍存在理論性偏重，千篇一律，絕大部分內容講述傳感器的原理、數學理論公式等理論內容，不能體現工程實際應用的特點。由于工程教育專業認證要求學生具備的是解決工程實際問題的能力，因此需要引導學生建設一個測試工程項目整體解決方案和選型設計等技術實際應用方面的知識體系，使學生通過學習能完成測試系統的整體搭建。若教學內容缺少元器件選型、安裝、電氣連接、計算機信號采集與處理、計算機控制、測控程序設計等一系列的工程應用知識，會使得學生的知識結構體系始終停留在書本理論階段，只具備做題考試的能力，這會導致其在該領域科研環節的工程應用能力非常薄弱，與企業實際需求嚴重脫節。

因此，測試技術課程內容應以實際車輛零部件測試項目的設計開發為基礎，采用總—分—總的形式安排課程內容，如圖1所示。

首先，通過工程案例講述某類車輛零部件測試需求、測試系統所需的傳感器和執行器等主要組成部分、測試系統技術方案等;然后通過技術分解，開展溫度采集、振動采集、轉速轉矩采集等傳感器使用方法和變頻器控制、伺服控制、工業通信等執行器使用方法的教學，教學內容涵蓋實際工程應用中的信號采集和執行控制基礎知識，包括傳感器與執行器的選型、機械工裝設計、電氣原理設計、信號采集、信號控制、計算機程序設計等，使學生學習和掌握“怎么選、怎么連、怎么用”的工程應用知識;最后，將所學知識用于開發其他車輛零部件的測試系統，并通過工程應用訓練，使學生的工程應用能力得到較大的提升。從已畢業的學生參加工作后的反饋情況來看，該方面的工程應用知識的掌握使其在實際工作中具有較好的發展潛力。

（三）教學方法

1.結合實際工程應用的認知教育

根據目前的教學經驗，測試技術課程中傳感器和執行器部分教學很大程度上還停留在單純的理論教學層面，諸如車輛工程測試領域常用的加速度、溫度、轉速及扭矩傳感器，電機變頻控制器、伺服作動控制器的基本結構和工作原理。實際上，隨著工業傳感和控制技術的發展，即便是同一種傳感器，由于不同的生產廠商，其具體構型也存在多種不同的形式，輸入輸出接口技術參數也不同，單純的基本原理介紹已經不能滿足學生對實際傳感器與執行器認識的需要。基于工程教育專業認證的教學改革，需要結合目前已有的工程項目需求引導學生對工程常用的傳感器的不同構型和使用方法進行現場認知，還需要結合教師的現場講解和實際操作讓學生從工程實際的角度正確理解各類傳感器執行器的安裝及電氣連接流程，從而達到深入淺出地闡述測試技術課程中重難點理論的目的。

2.以工程項目為導向的集成教學

測試技術課程教學的另一個難點是如何引導學生從實際工程需求出發進行測試系統總體方案的設計，并正確地選擇滿足要求的具體硬件系統元器件和進行測控分析軟件設計以及信號分析，在這個過程中需要培養學生綜合實際工況、現場安裝條件、系統實際元器件、成本控制、可靠性等因素進行測試系統開發的能力。所以，需要依托具體的車輛工程測試領域的工程項目，選擇目前已有的汽車動力總成性能測試系統、變速器性能試驗系統、選換擋性能試驗系統等一些工程項目測試開發平臺，引導學生針對實際工程項目的測試需求，設計測試系統總體方案。這樣，使學生能夠根據某種特定測試技術要求和指標，選擇正確的信號采集傳感器和工況模擬執行器，并擬定合理的信號采集分析系統方案和執行器控制方案，進行傳感器系統和執行器系統的詳細技術設計，探索理論知識與實際工程應用之間的聯系，提升實際工程應用能力。

3.結合工程實際的實驗演示教學

在測試技術課程教學中，采用課件形式只能夠滿足測試理論基礎的要求，但對于搭建測試系統所需的硬件連接、軟件設計等實際操作的講解缺乏生動性，學生對信號采集傳輸和執行器控制的主觀感受不強。因此，可結合不同測試和工況控制需求，提煉共性技術，開發制作課堂上可以實際進行操作演示的小型測試系統，讓測試技術課程“動起來”。例如采集緩變溫度信號的傳感器系統、采集瞬變波形的振動聲音傳感器系統、模擬車輛動力系統的變頻控制系統、模擬駕駛時選換擋過程的伺服作動控制系統等。在教學過程中，在講述完相關理論基礎知識后，進行上述系統的電氣連接和計算機通信連接，并將傳感器系統和執行器系統的通信組態、測控程序設計等進行軟件程序開發操作演示。這樣可使學生直觀地理解和掌握測試系統元器件“怎么選、怎么連、怎么用”的工程應用知識，從而提高學生的學習興趣，讓枯燥乏味的理論知識生動起來，同時也培養了學生的工程實踐能力。

（四）考核評價

在測試技術課程教學中，課程內容涉及的知識點多而雜，應針對學生前期具備的基礎知識進行綜合應用能力培養[6]。為反映學生的真實學習情況，充分發揮評價在教學中的作用，構建科學合理的教學評價方案至關重要。

基于工程教育專業認證中注重學生學習過程教育的要求，本課程的教學評價和考核區別于傳統考試課程，對學生參與教學過程的參與度和應用能力進行評價[7]。采用大作業的形式，在緩變點信號采集分析、瞬變波形信號采集分析、變頻控制、伺服控制4個主要教學內容模塊中分別布置一次傳感器系統或執行器系統的設計作業，包括硬件系統元器件選型、電氣電路設計和軟件程序設計，每次15分，占比60%，考核指標為系統設計方案的合理性和詳細技術設計的正確性;課程結束后以課程論文形式提交汽車某類零部件測試系統的技術設計方案，占比40%，考核指標為技術方案的系統性、規范性、正確性、合理性等。

近兩年來的測試技術課程教學效果表明，學生學習的目的性明確，學習興趣明顯提高，課程成績合格率超過97%。同時，學生在大學生方程式等各級科技賽事中取得了很好的成績，實現了創新人才的培養，教學取得了顯著成效。

四、結語

結合車輛工程專業工程教育專業認證背景，課題組針對當前測試技術課程傳統教學中普遍存在的理論脫離工程應用實際的問題，以學生為中心，以產出為導向，以持續改進為措施，開展工程教育專業認證下的測試技術課程教學研究與改革，通過車輛零部件典型測試系統構建測試技術工程應用教學內容。該課程的教學改革與實踐，符合工程教育專業認證要求，提高了測試技術課程的教學質量，增強了學生的學習興趣，提升了學生綜合應用基礎知識的能力和解決工程問題的能力。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 滕薇. 工程認證背景下“高級語言程序設計”實驗課程教學改革探索[J].科技與創新，2020（9）：58-59+62.

[2] 齊子姝，陳傲雪，遲明書，等.工程教育專業認證下創新應用型人才培養與實驗教學改革研究[J].教育現代化，2019（36）：6-8.

[3] 袁時金，施博，穆斌，等. “數據庫課程設計”課程的實踐教學方法探索[J].工業和信息化教育，2020（3）：43-48.

[4] 謝建宏.基于項目驅動的傳感器原理課程教學改革研究[J].實驗室研究與探索，2018（10）：216-218+261.

[5] 謝永華，趙麗花.工程專業認證背景下的項目教學法在實踐教學改革中的探索研究[J]. 科教文匯（中旬刊），2019（9）：78-79.

[6] 趙月容，陳良.工程專業認證背景下基于創新項目的傳感器與檢測技術課程教學改革探索[J]. 黑龍江教育（理論與實踐），2019（6）：16-17.

[7] 張建國，李穎，蔡光躍. 產學研結合的測試技術課程教學研究[J]. 大學教育，2019（7）：18-20.

[責任編輯：鐘 嵐]

[收稿時間]2020-07-01

[基金項目]重慶理工大學高等教育研究項目（2019YB15）;重慶市教委科學技術研究重點項目（KJZD-K201901103）。

[作者簡介]譚偉（1981-），男，重慶巴南人，博士，副教授，研究方向：車輛工程測試技術。楊浩森（1988-），男，重慶合川人，博士，講師，研究方向：車輛工程測試技術。田鐵（1982-），男，湖北武漢人，博士，講師，研究方向：汽車故障診斷。