白洁，曹建安，汤晓君，孔忻

摘  要：实验教学是工程教育认证重点关注的方向之一，是解决复杂工程问题的重要手段。文章分析了西安交通大学测控专业课程实验教学现状及存在问题，结合工程教育认证理念，从优化实验项目、丰富实验内容、重视实验过程评价等方面提出了改革与创新的方向，并且形成了持续改进的有效机制。以电气测量技术课程实验教学改革为例，叙述了改革的全过程和对课程建设起到的积极作用。

关键词：工程教育认证;实验教学改革;测控技术与仪器

中图分类号：G642       文獻标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）30-0113-04

Abstract： Experimental teaching is one of the focuses of engineering education accreditation and an important means to solve complex engineering problems. This paper analyzes the current situation and existing problems of the core course experimental teaching of measurement and control specialty in Xi'an Jiaotong University. Combined with the concept of engineering education certification， the paper puts forward the direction of reform and innovation from aspects of optimizing experimental projects， enriching experimental contents and paying attention to the evaluation of experimental process， and forms an effective mechanism for continuous improvement. Taking the experimental teaching reform of electrical measurement technology as an example， the whole process of the reform and the positive effect on the course construction are described.

Keywords： engineering education accreditation; reform of experimental teaching; measurement and control technology and instruments

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保证制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础，这关系到毕业学生的前途。其基本理念是以学生为中心（SC），成果为导向（OBE），持续改进（CQI）为机制，它已经获得了社会的普遍认可，对于全面推进专业建设，提高我国本科生毕业质量及推向国际服务市场意义重大。工程教育专业认证是培养目标、毕业要求、教学计划、教学过程和考核评价为一体的闭环体系，根据评价考核结果反馈依次逆向修改直至培养目标。西安交通大学测控技术与仪器专业的培养目标是将学生定位在智能制造、信息、能源、电气、环境、航空航天、医疗等领域， 成为从事仪器科学与技术相关的科学研究、技术开发、设计制造、工程管理等方面工作的研究型、创新型人才。这就要求学生不但要系统地掌握仪器科学与技术专业知识，将其应用于解决测控技术与仪器领域复杂工程问题的工作实践中，同时还要具有根据工程需要，设计、开发仪器和测控系统的能力、工程项目的管理能力、能相互协作、自主学习与适应发展的能力。通过对毕业学生、用人单位和行业专家的问卷调查和走访调研，发现毕业生的薄弱环节主要集中在“解决测控技术与仪器领域复杂工程问题”上，追根溯源，需要对培养方案和专业课程教学大纲进行进一步完善，归根结底要在专业课程的教学上进行改革与创新，尤其是“复杂工程问题的解决”方面，专业课程实验就要充当重要的角色[1]。

在工程教育认证这个大背景下，国内高校专业课程实践教学已经进行了有益的尝试和探索，提出了一些行之有效的方法[2]。我们对这些方法进行了分析并加以借鉴，现以电气测量技术课程为例，提出了专业课程实验的改革措施，并加以实践和总结。

一、专业课程实验教学存在的问题

随着工程教育认证理念（复杂工程）的提出，暴露出我们的课程实验教学仍存在许多问题。专业课程实验设计基本上是根据理论课程的内容要求进行设计的，为了让学生能够快速准确地完成实验，老师往往把实验内容和步骤都写得非常详细，学生只要按照实验指导书的引导，按实验步骤基本上就能顺利地完成实验，学生也能有所收获[3]。但是在整个实验过程中，学生都是按部就班地被动做实验，没有主动思考和学习的机会，无法调动学生实验的积极性。一般说来实验过程太过顺利不利于学生学习能力的培养，教师应该预想到学生实验过程中可能出现的问题，精心设计实验，制造些小的BUG，这样既能激发学生主动学习、解决问题的积极性，也能在遇到问题时不会产生无从下手的窘境。目前实验教学中的弊端包括以下4个方面。

（一）实验内容缺乏实际工程问题

原电气测量技术课程实验包括5个实验项目，其中1个为软件编程平台的学习，主要是学习数据采集和数据处理的方法;4个为设计性实验项目，包括温度、电路参数（电阻、电容和电感）、电量参数及磁测量等，这些实验内容比较传统，学生只要在实验室环境中在试验平台上测量和处理数据即可。一般说来，我们给学生提供的实验环境是理想的，而实际工程现场远远不是这样的，那里会有电磁干扰、噪声、振动与灰尘，对其处理方法也会与实验室不同。因此，我们应该引入更符合工程实际的实验项目，可将老师的科研课题与课程实验结合起来。

（二）实验手段缺乏先进性

我们目前的测试方法和手段比较传统，制作试验箱作为实验平台。这样，硬件平台已经固定，学生发挥的余地就不大，学生的积极性也就不高，更不要说学生创新能力的培养，很难达到工程教育认证的要求。

（三）实验考核缺乏过程评价机制

现有的实验教学考核方式包括出勤+实验报告两部分，实验考核机制单一，从中只能看出学生做完了实验，看不到实验过程中学生思维方式以及实验的操作能力。工程教育认证中坚持以能力为导向，要以多种方式从多个角度考查学生能力[4]，这与工程教育认证中的“过程评价”和“评价-改进-再评价”的闭环管理方式不符。

（四）实验指导教师缺乏工程经验

实验指导教师常年在教育的第一线，专业知识深厚、理论基础扎实，但也存在着实际工程经验少等问题，更不要说培养学生具有解决工程实际问题的能力[5]。另一方面，大部分实验指导教师对工程教育认证理念认识不够，不能以学生为中心，所以要加强对教师及学生的工程教育认证宣传工作。

二、测控技术和仪器专业课程实验教学改革措施

针对上述问题，结合工程教育专业认证的理念，对测控技术和仪器专业课程实验教学进行了改革。

（一）梳理课程教学大纲

根据测控技术和仪器专业的培养目标要求，细化毕业要求的指标点，根据各项毕业要求指标点梳理专业课程内容，制定课程教学目标[6]。例如：电气测量技術课程的教学目标对毕业要求的支撑关系如表1所示。

（二）更新实验教学内容

为了能让学生更好地了解测控技术与仪器专业的科技前沿技术，紧跟行业潮流，对课程实验内容进行了重新梳理，尽量选取与工程实际接近的项目，可以是老师以前的科研项目，也可以将竞赛题目分解成合适的实验项目。

在原有实验平台的基础上，又自制了2台实验设备，一是高压电流测试试验台;另一个是电机转速实验平台。我们只给学生提供实验对象，提出测试指标，学生据此完成硬件调理电路以及软件编程进行全过程的数据处理，最终写出类似论文格式的实验报告。实验指导由教师协助、监督学生设计以及完成实验的各个环节。

为了培养学生的组织管理和协作能力，进行有效沟通和交流，学生一般3人为一组，每人都必须承担实验项目的部分内容，这样既锻炼了学生团队合作能力，也提升学生沟通和表达的能力。因为学生从头到尾都是自己设计硬件调理电路，在实验方法和元器件的选择等方面可以加深对测量系统组建的理解，认识到元器件选型及电路组成对整个测量系统的经济及使用性能的影响，培养学生发现问题和解决实际工程问题的能力。此外，还鼓励学生自定题目，自主设计，激发学生参与实验的积极性与主动性，这些对于其工程实践能力以及创新思维和能力的培养大有益处。

（三）改进实验教学方法

学生在实验室做实验基本上是理想环境，实际的工业现场环境要复杂的多，比如电磁辐射、噪声和振动等问题就无可避免，所以在实验方案设计和元器件的选择上都要充分考虑，将可持续发展、环保和循环再利用等理念引入实验当中，这样才能获得较为真实的工程体验。这对实验指导教师的指导水平和工程素养提出了较高的要求，可采用实验指导教师走出去，企业专家走进来的方式解决该问题。

（四）完善考核评价体系

实验考核体系是实验教学过程中不可或缺的重要环节，也是持续改进的依据，持续跟踪改进效果并收集信息用于下一步改进，形成“评价-改进-再评价”的闭环管理，这是一种质量持续不断提高的循环式上升过程[7]。

对整个实验过程进行评价，调动了学生完成实验的积极性，对学生综合能力的培养具有积极的作用。这与工程教育认证体系中所强调的过程评价也吻合。电气测量技术课程实验最终成绩采用过程评价的方式，包括：实验中的各个环节是否做到位+解决问题的能力+协作能力+沟通能力+学习能力+实验报告。

三、实施与效果

我们以电气测量技术课程实验教学设计为例，简述实验实施过程及效果。

（一）实验实施过程

实验设计包括2个部分的内容，教师设计实验和学生完成实验，见图1所示。

1. 教师设计实验部分

理论课程教师与实验指导教师商议共同设计实验内容，具体实验设计及考核学生整个实验过程由实验指导教师完成。

（1）实验目标

根据理论课程内容以及要求学生对复杂工程问题的解决来设计实验。要求学生搭建一个测量大电流的测试平台。对于这样的题目，学生首先要了解被测对象的特性，寻找合适的测量方法。

（2）实验内容

首先学生阅读相关文献，了解测量大电流的几种方法，找出它们之间的优劣及适用场合，根据实验要求确定合适的测量方案。

（3）测量系统组建平台方案的确定

在学生确定了大电流测量方案后，就要设计大电流测量系统的总体结构框图，了解每一环节的作用和设计方法。

（4）实验步骤

教师列出实验步骤，设计问题，让学生解决问题，引导学生完成实验内容。

因为每个学生的学习能力是不同的，有些能力好的同学很容易理解老师的意图，可以较好地完成测量方法的选择及设计实现。但有些同学不行，所以，老师就必须更加细化步骤，先让同学跟着步骤完成实验，然后再回过头来思考为什么这样做？这样做能达到什么样的目的？如果学生想通了这一切，那么他们在如何发现问题和解决问题上会有一个飞跃，同时也会具有举一反三的能力。这样手把手教学生同时不断让他们学习解决问题的方法，激发了学生自主学习的积极性，最终对于完成整个实验具有自豪感，同时增强了自信心。

2. 学生实验部分

学生根据教师设计的实验步骤，以问题驱动完成实验，具体的实验步骤见表2所示。

图2为学生绕制的240匝的罗氏线圈，因为每组学生绕制线圈的匝数不同，可让学生分析线圈大小对测试结果的影响。

图3为罗氏线圈的输出波形，该图是将罗氏线圈采集的200A、400A和800A三个不同的电流合成在一起的波形图。

（二）改革实施效果

测控81班有学生30名，70%的学生80分以上，10%的学生90分以上，其中失分最多的是调理电路设计和误差分析两部分内容，所以今后在课堂上教师要加强这两部分内容的讲解，多举实例，详细分析。同时，在实验设计上也要更加细致和有针对性，引导学生较好地完成实验。从学生实验报告中的“实验体会”可以看出，学生对这种形式的实验是比较认可的，整个实验环节都由学生自己完成，教师引导，提出问题，学生因循解决问题，完成整个实验。

四、结束语

结合工程教育认证中实践教学的理念，以学生中心、产出导向和持续改进为目标，对专业工程实践和复杂工程问题提出解决方案。以电气测量技术课程的实验教学为例，重点说明了对课程教学大纲、更新课程实验教学内容、创新实验教学方法和改进考核评价体系的改革。从最终的实施效果来看，达到了改革的目的，以学生为中心、以成果为导向、以持续改进为机制，形成“评价-改进-再评价”的闭环管理方式，使学生在工程实践中分析问题及解决问题的能力得到了提升。

参考文献：

[1]田卫新.面向工程教育专业认证的全过程教学管理理念与实践[J].大学教育，2020（7）：76-78.

[2]赵中华，温景文，齐庆会，等.产教协同的土木工程专业实践教育基地建设研究[J].高教学刊，2020（26）：58-60，64.

[3]刘海臣，高颖，霍红雁，等.生物技术专业实验教学现状及改革探索[J].现代交际，2015（10）：251-251.

[4]张幼军，孙兴伟，王洁，等.以工程教育理念为导向的工科院校专业建设[J].教育教学论坛，2019（24）：41-43.

[5]薛翠真，冯琼，乔宏霞，等.工程教育认证背景下土木工程材料实验课程教学方法探索与改革[J].大学教育，2020（11）：72-74.

[6]张明军，唐昆，李河清，等.工程教育专业认证背景下的现代制造技术课程改革初探[J].科教文匯，2017（26）：44-45.

[7]周博，王若璇，于跃.国际认证对本科教学质量监控体系的借鉴与促进——以对外经济贸易大学国际商学院为例[J].北京教育（高教版），2019（4）：80-83.