工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的測控技術(shù)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(rèn)證的大背景下，針對測控技術(shù)與儀器專業(yè)的多學(xué)科交叉特點(diǎn)，研究如何進(jìn)行專業(yè)課程體系的優(yōu)化才能達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，并從培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系和畢業(yè)要求等角度，討論如何遵循以學(xué)生為主體、基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教學(xué)理念，培養(yǎng)能夠與國際接軌的工程應(yīng)用型人才。

［關(guān)鍵詞］工程教育專業(yè)認(rèn)證；測控技術(shù)與儀器；課程體系

［中圖分類號］ TP13; G642.1 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）03-0022-04

引言

2006年，由教育部組織啟動(dòng)了全國工程教育專業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)工作，2015年4月成立中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)，2016年6月正式加入國際上最具影響力的工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議之一《華盛頓協(xié)議》[1]。通過這個(gè)認(rèn)證協(xié)會(huì)認(rèn)證的工科專業(yè)，畢業(yè)生學(xué)位可以得到《華盛頓協(xié)議》其他成員組織的認(rèn)可。在經(jīng)濟(jì)全球化的大趨勢下，我國工程類人才培養(yǎng)要嚴(yán)格按照《華盛頓協(xié)議》成員組織的標(biāo)準(zhǔn)，對工程類專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生提出具有權(quán)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(rèn)證工作。

測控技術(shù)與儀器專業(yè)是由精密機(jī)械、電子、電路、光學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)等多學(xué)科互相滲透而形成的一門高新技術(shù)密集型綜合專業(yè)[2]。目前，國內(nèi)有部分高校將測控技術(shù)與儀器專業(yè)設(shè)置在機(jī)械學(xué)院，也有部分高校將其設(shè)置在電氣學(xué)院或者自動(dòng)化學(xué)院。比如華中科技大學(xué)在機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院和人工智能與自動(dòng)化學(xué)院都設(shè)置有測控技術(shù)與儀器本科專業(yè)，天津大學(xué)將其設(shè)置在精密儀器與光電子工程學(xué)院，而清華大學(xué)的精密儀器系將測控技術(shù)與儀器作為唯一的本科專業(yè)。武漢工程大學(xué)的測控技術(shù)與儀器本科專業(yè)開設(shè)在電氣信息學(xué)院，該專業(yè)最早起源于化工儀表自動(dòng)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(shí)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(jì)劃”專業(yè)。與該專業(yè)對應(yīng)的碩士研究生專業(yè)檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置專業(yè)于2003年申報(bào)成功并開始招生，2010年獲批成為控制科學(xué)與工程一級學(xué)科碩士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)，現(xiàn)為湖北省一級重點(diǎn)學(xué)科。

一、測控技術(shù)與儀器專業(yè)的學(xué)科背景

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

測控技術(shù)與儀器專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)符合國家發(fā)展需求，具有高度的社會(huì)責(zé)任感和良好的科學(xué)文化素養(yǎng)，能夠在傳感器、測試技術(shù)、智能儀器、測控系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)從事科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理以及教學(xué)等方面的工作，能夠跟蹤本領(lǐng)域新理論新技術(shù)，具有創(chuàng)新精神和國際視野的高級專業(yè)技術(shù)人才[5]。

高校要根據(jù)自己的專業(yè)基礎(chǔ)和特色，在對相關(guān)區(qū)域和行業(yè)的特點(diǎn)以及學(xué)生畢業(yè)后的發(fā)展需求進(jìn)行調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，制定本校測控技術(shù)與儀器專業(yè)更細(xì)化的有特色的培養(yǎng)目標(biāo)[6]。高校所制定的培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)具有達(dá)成度的可評價(jià)性，作為設(shè)計(jì)和實(shí)施教學(xué)活動(dòng)的總體指導(dǎo)要求。同時(shí)，要定期進(jìn)行培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成度評價(jià)，針對評價(jià)結(jié)果修訂培養(yǎng)方案，確保培養(yǎng)目標(biāo)的準(zhǔn)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(biāo)以及質(zhì)量要求與標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該有所不同。武漢工程大學(xué)屬于省屬高校，其辦學(xué)定位是“立足湖北、輻射全國，服務(wù)化工行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展”。其測控技術(shù)與儀器專業(yè)是電氣信息學(xué)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(yīng)用知識(shí)與能力的工程技術(shù)人才為目標(biāo)。目前，招生方面有智能檢測（感知）和工業(yè)儀器儀表兩個(gè)方向。畢業(yè)生可在機(jī)器人、語音識(shí)別、人臉識(shí)別、無人駕駛以及智能制造等方面從事軟件程序設(shè)計(jì)與開發(fā)以及硬件電路的設(shè)計(jì)等工作，也可以在傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域從事電子線路設(shè)計(jì)、測控系統(tǒng)的研發(fā)與運(yùn)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用、智能儀器與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及可視化開發(fā)等工作。

二、測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程體系的構(gòu)建

開展工程教育專業(yè)認(rèn)證的重要目的是引領(lǐng)和推動(dòng)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(rèn)證對專業(yè)的目標(biāo)導(dǎo)向提出了較高的要求[3]。參加工程教育專業(yè)認(rèn)證的專業(yè)應(yīng)該以工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，通過征求相關(guān)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(jìn)行座談及收集其建議，開展課程體系的構(gòu)建。

測控技術(shù)與儀器專業(yè)根據(jù)多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，針對工程教育專業(yè)認(rèn)證中畢業(yè)要求的十二條標(biāo)準(zhǔn)，將測控技術(shù)與儀器專業(yè)的課程體系分為通識(shí)課程（包括人文社會(huì)科學(xué)類課程、數(shù)學(xué)和自然科學(xué)類課程）、學(xué)科基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程、專業(yè)選修課程和實(shí)踐教學(xué)，并按照信號在一個(gè)簡單測控系統(tǒng)中流動(dòng)的順序和結(jié)合閉環(huán)負(fù)反饋的特征構(gòu)建課程體系框架，如圖1所示。

從一個(gè)簡單測控系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)中可以看出，整個(gè)測控技術(shù)與儀器專業(yè)涉及測控系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的方方面面。先要對被控對象進(jìn)行建模，需要學(xué)習(xí)建模與仿真方面的基礎(chǔ)課程；通過傳感器可以對測控系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的信號進(jìn)行采集，然后通過儀表顯示；傳感器獲取的信號不是標(biāo)準(zhǔn)信號時(shí)，要對采集到的信號進(jìn)行變換，所以需要信號與系統(tǒng)以及數(shù)字信號處理相關(guān)的基礎(chǔ)?？刂破鞑糠中枰O(shè)計(jì)控制算法對被控變量進(jìn)行穩(wěn)定性或者最優(yōu)控制，涉及自動(dòng)化及計(jì)算機(jī)專業(yè)的相關(guān)知識(shí)。執(zhí)行器部分的很多環(huán)節(jié)都是通過各種電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，所以需要有過程控制裝置以及機(jī)械專業(yè)的相關(guān)基礎(chǔ)。如果整個(gè)測控系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的，即基于現(xiàn)場總線或者基于以太網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測控，那就還需要了解測控總線及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)的知識(shí)。這也說明了測控技術(shù)與儀器專業(yè)是光、機(jī)、電、計(jì)一體化的交叉專業(yè)。

三、測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程體系的分類與優(yōu)化

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

學(xué)科基礎(chǔ)課程全部是必修課程，包括畫法幾何、電路、電子技術(shù)基礎(chǔ)（含模電和數(shù)電）、工程光學(xué)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、專業(yè)概論、復(fù)變函數(shù)及積分變換等課程。

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

學(xué)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(chǔ)上按照持續(xù)改進(jìn)的需求做出微調(diào)。2019年，測控技術(shù)與儀器專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)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(jìn)行修訂，使其在進(jìn)一步持續(xù)改進(jìn)的基礎(chǔ)上更加契合工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念。2019版培養(yǎng)方案修訂的原則是要堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向和問題導(dǎo)向，致力于實(shí)現(xiàn)建設(shè)同類高校一流本科教育、一流專業(yè)的目標(biāo)，認(rèn)真反思以往培養(yǎng)方案中存在的問題并予以改進(jìn)。修訂過程中要有行業(yè)或企業(yè)專家參與，并充分考慮學(xué)生的意見建議。對照學(xué)校“兩型兩化”人才培養(yǎng)目標(biāo)總定位，著眼于培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、國際化、工程化這四種規(guī)格中的一個(gè)或兩個(gè)，確定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)并體現(xiàn)在培養(yǎng)目標(biāo)表述及培養(yǎng)方案中。

就測控技術(shù)與儀器專業(yè)來說，每學(xué)年一般都會(huì)組織各屆學(xué)生開座談會(huì)。在座談的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生提出的一些想法，即使學(xué)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(bào)告提交學(xué)校教務(wù)處審批。同時(shí)，邀請其他高校儀器學(xué)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(shè)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(shí)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(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》一書的要求將專業(yè)總學(xué)分確定為140至180個(gè)。武漢工程大學(xué)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(xué)校以“三實(shí)一創(chuàng)”為核心的“兩型兩化”人才培養(yǎng)模式改革，加快構(gòu)建高水平人才培養(yǎng)體系，堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向和問題導(dǎo)向，落實(shí)新工科建設(shè)要求，強(qiáng)化課程思政。教務(wù)處明確要求理工類專業(yè)工程實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)分不少于總學(xué)分的20%。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)分包括單獨(dú)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課學(xué)分、各類實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)學(xué)分、畢業(yè)實(shí)踐學(xué)分、思想政治理論課課外學(xué)分、軍事技能訓(xùn)練學(xué)分、心理健康測試學(xué)分、公益勞動(dòng)學(xué)分、學(xué)術(shù)周活動(dòng)學(xué)分及第二課堂活動(dòng)學(xué)分。

武漢工程大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)根據(jù)國家及學(xué)校的指導(dǎo)思想，結(jié)合儀器類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)和這個(gè)專業(yè)的特點(diǎn)來確定學(xué)時(shí)構(gòu)成，如表1所示。

圖2為武漢工程大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)2019版培養(yǎng)方案的課程體系結(jié)構(gòu)圖。2019版培養(yǎng)方案中的課程設(shè)置與2015版培養(yǎng)方案相比，主要對以下幾個(gè)地方做了改動(dòng)：在專業(yè)核心課程中增設(shè)了精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程；針對目前人工智能和大數(shù)據(jù)的時(shí)代背景，將數(shù)字圖像處理課程從學(xué)科方向課調(diào)整為專業(yè)核心課程。信號傳遞在整個(gè)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(jìn)行了銜接，適當(dāng)減少自動(dòng)控制原理課程的理論教學(xué)學(xué)時(shí)、增加實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)；將工程光學(xué)作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，由第七學(xué)期調(diào)整到第四學(xué)期。

四、測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程的教學(xué)方式建議

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

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

實(shí)踐類課程教學(xué)要重視增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)，特別是課程設(shè)計(jì)類的實(shí)踐環(huán)節(jié)，一定要貫徹OBE的理念，基于項(xiàng)目式的教學(xué)方式，讓學(xué)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(xiàng)目或者橫向工程，讓學(xué)生參與其中，了解工程項(xiàng)目的管理、實(shí)施、驗(yàn)收等方面的知識(shí)與技能。

通過學(xué)科競賽鍛煉學(xué)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(xué)生電子設(shè)計(jì)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(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等。這些競賽活動(dòng)吸引了全校各專業(yè)的學(xué)生來參加，使其能更好地吸收多學(xué)科的知識(shí)，為專業(yè)知識(shí)的交叉融合打下良好的基礎(chǔ)。

五、結(jié)語

工程教育專業(yè)認(rèn)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(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的課程體系進(jìn)行支撐。本文充分利用測控技術(shù)與儀器專業(yè)多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，對這個(gè)專業(yè)的課程體系進(jìn)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(jìn)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(yīng)用型人才。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：龐丹丹］