工程教育專業(yè)認證背景下的測控技術與儀器專業(yè)課程體系優(yōu)化探索

王后能　卓旭升　李自成

［摘 要］該研究在工程教育專業(yè)認證的大背景下，針對測控技術與儀器專業(yè)的多學科交叉特點，研究如何進行專業(yè)課程體系的優(yōu)化才能達到工程教育專業(yè)認證的標準，并從培養(yǎng)目標、課程體系和畢業(yè)要求等角度，討論如何遵循以學生為主體、基于學習產(chǎn)出的教學理念，培養(yǎng)能夠與國際接軌的工程應用型人才。

［關鍵詞］工程教育專業(yè)認證；測控技術與儀器；課程體系

［中圖分類號］ TP13; G642.1 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）03-0022-04

引言

2006年，由教育部組織啟動了全國工程教育專業(yè)認證試點工作，2015年4月成立中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會，2016年6月正式加入國際上最具影響力的工程教育學位互認協(xié)議之一《華盛頓協(xié)議》[1]。通過這個認證協(xié)會認證的工科專業(yè)，畢業(yè)生學位可以得到《華盛頓協(xié)議》其他成員組織的認可。在經(jīng)濟全球化的大趨勢下，我國工程類人才培養(yǎng)要嚴格按照《華盛頓協(xié)議》成員組織的標準，對工程類專業(yè)畢業(yè)的學生提出具有權威性的要求，并基于此要求，在全國廣泛開展工程教育專業(yè)認證工作。

測控技術與儀器專業(yè)是由精密機械、電子、電路、光學、自動控制、計算機與信息技術等多學科互相滲透而形成的一門高新技術密集型綜合專業(yè)[2]。目前，國內(nèi)有部分高校將測控技術與儀器專業(yè)設置在機械學院，也有部分高校將其設置在電氣學院或者自動化學院。比如華中科技大學在機械科學與工程學院和人工智能與自動化學院都設置有測控技術與儀器本科專業(yè)，天津大學將其設置在精密儀器與光電子工程學院，而清華大學的精密儀器系將測控技術與儀器作為唯一的本科專業(yè)。武漢工程大學的測控技術與儀器本科專業(yè)開設在電氣信息學院，該專業(yè)最早起源于化工儀表自動化專業(yè)，于1998年改為現(xiàn)名，并開啟了寬口徑專業(yè)教育時代。該專業(yè)2004年被評為校級品牌專業(yè)，2008年成為湖北省省級品牌專業(yè)，2014年成為“湖北省戰(zhàn)略性新興（支柱）產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計劃”專業(yè)。與該專業(yè)對應的碩士研究生專業(yè)檢測技術與自動化裝置專業(yè)于2003年申報成功并開始招生，2010年獲批成為控制科學與工程一級學科碩士學位授權點，現(xiàn)為湖北省一級重點學科。

一、測控技術與儀器專業(yè)的學科背景

科學是從測量開始的，測量技術是信息技術的重要組成部分，是源頭。儀器科學與技術學科是研究信息的獲取、處理、傳輸和利用的一門綜合性學科[3]。1998年，教育部公布了普通高等學校本科專業(yè)目錄，正式把儀器儀表類的11個專業(yè)歸并為一個大專業(yè)即測控技術與儀器專業(yè)。它目前是儀器科學與技術學科唯一的本科專業(yè)[4]。

測控技術與儀器專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)符合國家發(fā)展需求，具有高度的社會責任感和良好的科學文化素養(yǎng)，能夠在傳感器、測試技術、智能儀器、測控系統(tǒng)等技術領域內(nèi)從事科學研究、技術開發(fā)、工程設計、運行管理以及教學等方面的工作，能夠跟蹤本領域新理論新技術，具有創(chuàng)新精神和國際視野的高級專業(yè)技術人才[5]。

高校要根據(jù)自己的專業(yè)基礎和特色，在對相關區(qū)域和行業(yè)的特點以及學生畢業(yè)后的發(fā)展需求進行調(diào)研和分析的基礎上，制定本校測控技術與儀器專業(yè)更細化的有特色的培養(yǎng)目標[6]。高校所制定的培養(yǎng)目標應具有達成度的可評價性，作為設計和實施教學活動的總體指導要求。同時，要定期進行培養(yǎng)目標的達成度評價，針對評價結(jié)果修訂培養(yǎng)方案，確保培養(yǎng)目標的準確性和有效性[7]。

不同地區(qū)、不同層次的高校的定位是不一樣的，其所辦專業(yè)的培養(yǎng)目標以及質(zhì)量要求與標準也應該有所不同。武漢工程大學屬于省屬高校，其辦學定位是“立足湖北、輻射全國，服務化工行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展”。其測控技術與儀器專業(yè)是電氣信息學院測控與智能感知工程系的唯一的本科專業(yè)，以培養(yǎng)具有測量、控制和儀器等方面的理論及其應用知識與能力的工程技術人才為目標。目前，招生方面有智能檢測（感知）和工業(yè)儀器儀表兩個方向。畢業(yè)生可在機器人、語音識別、人臉識別、無人駕駛以及智能制造等方面從事軟件程序設計與開發(fā)以及硬件電路的設計等工作，也可以在傳統(tǒng)的工業(yè)領域從事電子線路設計、測控系統(tǒng)的研發(fā)與運用、計算機網(wǎng)絡技術應用、智能儀器與虛擬現(xiàn)實技術及可視化開發(fā)等工作。

二、測控技術與儀器專業(yè)課程體系的構建

開展工程教育專業(yè)認證的重要目的是引領和推動高校朝著培養(yǎng)工程型人才的方向前行。從整體上說，工程教育專業(yè)認證對專業(yè)的目標導向提出了較高的要求[3]。參加工程教育專業(yè)認證的專業(yè)應該以工程教育專業(yè)認證的標準為基礎，通過征求相關專業(yè)的專任教師以及企業(yè)同行的意見，并與畢業(yè)生和在校生進行座談及收集其建議，開展課程體系的構建。

測控技術與儀器專業(yè)根據(jù)多學科交叉的特點，針對工程教育專業(yè)認證中畢業(yè)要求的十二條標準，將測控技術與儀器專業(yè)的課程體系分為通識課程（包括人文社會科學類課程、數(shù)學和自然科學類課程）、學科基礎課程、專業(yè)核心課程、專業(yè)選修課程和實踐教學，并按照信號在一個簡單測控系統(tǒng)中流動的順序和結(jié)合閉環(huán)負反饋的特征構建課程體系框架，如圖1所示。

從一個簡單測控系統(tǒng)的框架結(jié)構中可以看出，整個測控技術與儀器專業(yè)涉及測控系統(tǒng)分析與設計的方方面面。先要對被控對象進行建模，需要學習建模與仿真方面的基礎課程；通過傳感器可以對測控系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的信號進行采集，然后通過儀表顯示；傳感器獲取的信號不是標準信號時，要對采集到的信號進行變換，所以需要信號與系統(tǒng)以及數(shù)字信號處理相關的基礎?？刂破鞑糠中枰O計控制算法對被控變量進行穩(wěn)定性或者最優(yōu)控制，涉及自動化及計算機專業(yè)的相關知識。執(zhí)行器部分的很多環(huán)節(jié)都是通過各種電機來實現(xiàn)的，所以需要有過程控制裝置以及機械專業(yè)的相關基礎。如果整個測控系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡來實現(xiàn)的，即基于現(xiàn)場總線或者基于以太網(wǎng)等方式實現(xiàn)遠程測控，那就還需要了解測控總線及網(wǎng)絡技術相關的知識。這也說明了測控技術與儀器專業(yè)是光、機、電、計一體化的交叉專業(yè)。

三、測控技術與儀器專業(yè)課程體系的分類與優(yōu)化

從測控技術與儀器專業(yè)的學科交叉性特點出發(fā)，按照測控系統(tǒng)中的信號的走向，對專業(yè)的學科基礎課程、學科主干課程、學科方向課程及實踐環(huán)節(jié)進行分類和優(yōu)化。下文以2017級測控技術與儀器專業(yè)的培養(yǎng)方案為例進行論述。

學科基礎課程全部是必修課程，包括畫法幾何、電路、電子技術基礎（含模電和數(shù)電）、工程光學、單片機原理及應用、專業(yè)概論、復變函數(shù)及積分變換等課程。

學科主干課程包括傳感器原理及應用、檢測儀表和技術、虛擬儀器設計、測控電路、可編程控制器設計、電子線路設計、誤差理論與數(shù)據(jù)處理、自動控制原理、過程控制儀表及裝置、智能儀器設計基礎、測量系統(tǒng)應用與設計等課程。

學校每四年組織一次大型的本科專業(yè)培養(yǎng)方案（簡稱培養(yǎng)方案）修訂，2015年組織過一次，所以2017級培養(yǎng)方案的調(diào)整只是在2015版的基礎上按照持續(xù)改進的需求做出微調(diào)。2019年，測控技術與儀器專業(yè)的工程教育專業(yè)認證申請書獲得受理，于是在2015版培養(yǎng)方案已經(jīng)執(zhí)行了四年的情況下再次對培養(yǎng)方案進行修訂，使其在進一步持續(xù)改進的基礎上更加契合工程教育專業(yè)認證的理念。2019版培養(yǎng)方案修訂的原則是要堅持目標導向和問題導向，致力于實現(xiàn)建設同類高校一流本科教育、一流專業(yè)的目標，認真反思以往培養(yǎng)方案中存在的問題并予以改進。修訂過程中要有行業(yè)或企業(yè)專家參與，并充分考慮學生的意見建議。對照學校“兩型兩化”人才培養(yǎng)目標總定位，著眼于培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合型、國際化、工程化這四種規(guī)格中的一個或兩個，確定專業(yè)培養(yǎng)目標并體現(xiàn)在培養(yǎng)目標表述及培養(yǎng)方案中。

就測控技術與儀器專業(yè)來說，每學年一般都會組織各屆學生開座談會。在座談的基礎上，根據(jù)學生提出的一些想法，即使學校沒有組織培養(yǎng)方案的大修訂，本專業(yè)也可以對培養(yǎng)方案做出微調(diào)，形成報告提交學校教務處審批。同時，邀請其他高校儀器學科的專家以及企業(yè)同行的代表和畢業(yè)生代表座談，針對課程設置以及畢業(yè)生的能力要求、素質(zhì)要求等提出具體的修改意見，作為再次修訂時的重要參考。

按照教育部2018年1月30日發(fā)布并于同年3月由高等教育出版社出版的《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》一書的要求將專業(yè)總學分確定為140至180個。武漢工程大學在2019版培養(yǎng)方案修訂意見中明確指出，為了繼續(xù)深化學校以“三實一創(chuàng)”為核心的“兩型兩化”人才培養(yǎng)模式改革，加快構建高水平人才培養(yǎng)體系，堅持目標導向和問題導向，落實新工科建設要求，強化課程思政。教務處明確要求理工類專業(yè)工程實踐和畢業(yè)設計（論文）學分不少于總學分的20%。實踐教學環(huán)節(jié)學分包括單獨設置的實驗課學分、各類實習實訓學分、畢業(yè)實踐學分、思想政治理論課課外學分、軍事技能訓練學分、心理健康測試學分、公益勞動學分、學術周活動學分及第二課堂活動學分。

武漢工程大學測控技術與儀器專業(yè)根據(jù)國家及學校的指導思想，結(jié)合儀器類專業(yè)教學質(zhì)量國家標準和這個專業(yè)的特點來確定學時構成，如表1所示。

圖2為武漢工程大學測控技術與儀器專業(yè)2019版培養(yǎng)方案的課程體系結(jié)構圖。2019版培養(yǎng)方案中的課程設置與2015版培養(yǎng)方案相比，主要對以下幾個地方做了改動：在專業(yè)核心課程中增設了精密機械設計基礎課程；針對目前人工智能和大數(shù)據(jù)的時代背景，將數(shù)字圖像處理課程從學科方向課調(diào)整為專業(yè)核心課程。信號傳遞在整個測控系統(tǒng)中非常重要，信號分析和數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容要加深，因此將信號與系統(tǒng)課程與數(shù)字信號處理課程進行了銜接，適當減少自動控制原理課程的理論教學學時、增加實踐環(huán)節(jié)的學時；將工程光學作為專業(yè)基礎課程，由第七學期調(diào)整到第四學期。

四、測控技術與儀器專業(yè)課程的教學方式建議

武漢工程大學測控技術與儀器專業(yè)的任課教師大都畢業(yè)于儀器科學與技術、機電一體化、控制科學與工程、熱能工程、檢測技術與自動化裝置或者信號與信息處理等專業(yè)，這個具有多學科背景的師資特點，為其人才的多學科交叉培養(yǎng)打下了良好的基礎。

在教學過程中，教授信號與系統(tǒng)課程的教師要和教授自動控制原理、數(shù)字圖像處理課程的教師做好教學內(nèi)容的銜接。教授傳感器原理及應用課程的教師要和教授檢測儀表與技術課程以及和過程控制儀表及裝置課程的教師做好教學內(nèi)容的銜接。

實踐類課程教學要重視增加學生的動手機會，特別是課程設計類的實踐環(huán)節(jié)，一定要貫徹OBE的理念，基于項目式的教學方式，讓學生得到更好的產(chǎn)出。通過任課教師或者教研室其他教師的縱向項目或者橫向工程，讓學生參與其中，了解工程項目的管理、實施、驗收等方面的知識與技能。

通過學科競賽鍛煉學生的科技創(chuàng)新能力和組織協(xié)調(diào)能力，主要有全國大學生電子設計競賽、“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽、全國虛擬儀器大賽、中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等。這些競賽活動吸引了全校各專業(yè)的學生來參加，使其能更好地吸收多學科的知識，為專業(yè)知識的交叉融合打下良好的基礎。

五、結(jié)語

工程教育專業(yè)認證工作是高校工科專業(yè)的重要工作，必須有符合工程教育專業(yè)認證標準的課程體系進行支撐。本文充分利用測控技術與儀器專業(yè)多學科交叉的特點，對這個專業(yè)的課程體系進行了研究與探討，并在課程之間的銜接和培養(yǎng)考核方式等方面給出了一些改進建議，其最終的目的是培養(yǎng)出更多能滿足區(qū)域發(fā)展需求的工程應用型人才。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 李作進，柏俊杰，聶玲.? 面向工程教育專業(yè)認證的測控技術與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革與實踐[J]. 工業(yè)與信息化教育，2021（2）：10-13.

[2］ 楊帆，程雯，肖貝，等. 測控技術與儀器專業(yè)“三位一體”的教學改革研究與實踐[J]. 武漢工程大學學報，2010，32（2）：98-101.

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[4］ 陳如清，楊立娜. 新工科背景下“測控技術與儀器”專業(yè)改造升級路徑探索[J]. 嘉興學院學報，2019，31（2）：140-144.

[5］ 張立新. 《測控技術與儀器》專業(yè)課程群理實一體化教學課程體系的探索與實踐[J]. 吉林工程技術師范學院學報，2019，35（4）：83-85.

[6］ 盧艷軍，徐濤. 面向工程教育專業(yè)認證的測控技術與儀器專業(yè)培養(yǎng)方案研究[J]. 大學教育，2018（5）：89-91.

[7］ 趙敏華，何波，孟月波. 基于工程教育認證的自動化類專業(yè)課程體系探究[J]. 教育教學論壇，2018（14）：219-220.

［責任編輯：龐丹丹］