費 飛 吳常鋮 楊德華 姚恩濤

南京航空航天大學自動化學院 江蘇南京 211100

從2006年起，我國開始開展工程專業(yè)教育認證試點，并于2013年加入《華盛頓協(xié)議》成為預備成員，2016年，我國成為國際本科工程學位互認協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的正式會員。通過開展專業(yè)認證工作，一方面可以幫助高校建立和改善以產(chǎn)出為導向(Outcome-Based Education，簡稱OBE)的教育管理體系；另一方面有助于促進我國的工程教育改革，提高工程教育的質(zhì)量，此外還可以進一步加強工程界和產(chǎn)業(yè)界與大學教育的聯(lián)系，提高大學生實際解決問題的能力和未來的職業(yè)適應性[1]。本文將以南京航空航天大學測控技術與儀器專業(yè)的傳感器原理課程為例，對工程專業(yè)認證要求下的傳感器相關課程的課程目標設置、教學內(nèi)容和教學方式的安排、達成度評價等方面進行分析，并提出相應的改進措施。

1 專業(yè)背景與培養(yǎng)目標

測控技術與儀器專業(yè)是一個綜合性寬口徑的專業(yè)，在能源、民航、航空、航天、軍事、工業(yè)和民用等科技領域有著廣泛的應用。其涉及傳感器技術、測量技術、電子技術、自動控制技術、信息處理技術、網(wǎng)絡控制技術、機電一體化技術等諸多領域，是一門綜合性較強的學科。其主要特點是光機電結(jié)合、軟硬件結(jié)合、元件與系統(tǒng)相結(jié)合[2]。從學校行業(yè)特點和專業(yè)特色出發(fā)，南京航空航天大學測控技術與儀器專業(yè)著重于培養(yǎng)適應社會主義現(xiàn)代化建設中航空、航天、民航和國防工業(yè)的需求，擁有扎實的數(shù)學與自然科學理論基礎和工程技術基礎，具有信息工程相關的信號、電路和系統(tǒng)的分析設計能力，掌握信息獲取、信息傳輸和信息處理的理論體系和技術框架，具有社會環(huán)境可持續(xù)發(fā)展理念、解決信息工程領域復雜工程問題能力和創(chuàng)新實踐能力，可承擔電子信息系統(tǒng)相關的工程設計、制造、研究，系統(tǒng)維護和技術管理等工作的工程技術人才。

南京航空航天大學測控技術與儀器專業(yè)的培養(yǎng)目標要求本專業(yè)學生畢業(yè)5年左右達到如下要求：(1)具有人文社會科學素養(yǎng)、職業(yè)道德和社會責任感；(2)具有融合多學科知識進行綜合分析的系統(tǒng)思維能力；(3)能夠獨立地開展復雜工程設計、開發(fā)、管理或研究工作；(4)具有團隊協(xié)作精神、國際化視野和組織管理能力；(5)能夠通過繼續(xù)教育或其他學習渠道更新知識，實現(xiàn)能力和技術水平的提升。

以往的高校課程教育注重專業(yè)知識和專業(yè)技能的培養(yǎng)，強調(diào)在本專業(yè)領域的職業(yè)發(fā)展，對非技術因素的能力培養(yǎng)不夠重視，這將使得部分學生在未來的職業(yè)發(fā)展過程中受到一些制約[3]。目前，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和專業(yè)技術的更新，用人單位對畢業(yè)生所具備的職業(yè)能力越來越看重，因此，包括傳感器原理在內(nèi)的傳感器類課程的課程設置、教學目標和評價機制都必須進行相應的調(diào)整，以提高本專業(yè)學生的社會適應能力和就業(yè)競爭力[4]。

2 專業(yè)課程體系要求

工程教育認證的12條畢業(yè)要求通用標準，要求從工程知識、問題分析、設計/開發(fā)解決方案、研究能力、學會使用現(xiàn)代工具等方向體現(xiàn)專業(yè)特色，支撐培養(yǎng)目標的達成，專業(yè)應通過評價證明畢業(yè)要求的達成。

按照測控技術與儀器專業(yè)課程體系的要求，課程設計要有企業(yè)或者行業(yè)專家參與，課程體系必須包括以下幾方面。(1)與本專業(yè)畢業(yè)要求相適應的數(shù)學與自然科學類課程(至少占15%)。(2)符合本專業(yè)畢業(yè)要求的工程基礎類課程、專業(yè)基礎類課程與專業(yè)類課程(至少占30%)。工程基礎和專業(yè)基礎類課程能體現(xiàn)數(shù)學和自然科學在本專業(yè)應用能力的培養(yǎng)，專業(yè)類課程能體現(xiàn)系統(tǒng)設計和實現(xiàn)能力的培養(yǎng)。(3)工程實踐與畢業(yè)設計(論文)(至少占20%)。設置完善的實踐教學體系，并與企業(yè)合作，開展實習、實訓，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。畢業(yè)設計(論文)選題要結(jié)合本專業(yè)的工程實際問題，培養(yǎng)學生的工程意識、協(xié)作精神以及綜合應用所學知識解決實際問題的能力。對畢業(yè)設計(論文)的指導和考核有企業(yè)或行業(yè)專家參與。(4)人文社會科學類通識教育課程(至少占15%)，使學生在從事工程設計時能夠考慮經(jīng)濟、環(huán)境、法律、倫理等各種制約因素[5]。

3 傳感器原理課程分析與改進

由上可知，測控技術與儀器專業(yè)的課程設置應當通過校內(nèi)外專家論證、企業(yè)走訪和研討、應屆畢業(yè)生座談等多種形式和渠道進行，先根據(jù)畢業(yè)要求確定培養(yǎng)方向和培養(yǎng)體系，然后制訂具體的課程體系和教學計劃，本專業(yè)的學習進程如圖1所示。

圖1 測控技術與儀器專業(yè)學習進程參考圖

從圖1可以看出，傳感器原理課程是測控技術及儀器類專業(yè)的專業(yè)必修課之一。在學習本課程之前，學生需要預修大學物理、電路、模擬電子技術、數(shù)字電路與系統(tǒng)設計等基礎課程。因此本課程安排在第五學期即大三上學期，包括54學時的理論教學和8學時的實驗教學。通過本課程的學習，使學生掌握常用的傳感器工作原理、輸入輸出特性、誤差分析及補償方法、測量電路以及工程設計方法。對于一些新型的傳感器，則要求學生掌握其基本工作原理和誤差分析方法。其主要教學內(nèi)容包括傳感器的重要靜態(tài)特性和動態(tài)特性、應變式傳感器、電容式傳感器、變磁阻傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光纖傳感器等。

3.1 教學目標的改進

在以往的教學模式中，學生掌握該門課程基本概念，能夠熟練地使用相關公式進行計算，基本可以通過考試，但考慮到大部分學生還是停留在死記硬背概念的階段，對課程中的知識點沒有很好地理解，更談不上熟練應用，與儀器專業(yè)國家工程教育認證委員會的要求仍有較大的差距，因此本課程的最新課程目標修訂如下。

(1)能準確說出傳感器的常用靜態(tài)和動態(tài)特性指標的概念、測量計算方法，通過7種類型傳感器的學習，能夠說明經(jīng)典的物理理論和現(xiàn)代物理理論在傳感器技術中的作用。

(2)能夠準確掌握7種類型傳感器的機電轉(zhuǎn)換原理、轉(zhuǎn)換方程，寫出傳感器構成，進行參數(shù)設計分析、誤差分析和誤差修正，能夠利用傳感器構建基本的測試系統(tǒng)。

(3)針對工程領域的測試問題，能夠應用傳感器的使用原理和技巧，能夠比較不同測量原理的優(yōu)劣，考慮環(huán)境污染、測試成本等，制訂理想方案。

(4)能夠運用電路分析和仿真等方法設計分析傳感器的調(diào)理電路，如放大、濾波、變壓器電路、相敏檢波、零點跟蹤等。

(5)在傳感器實驗平臺上，針對具體測試要求，能夠選擇合適的傳感器構建測試系統(tǒng)，并進行實驗驗證、分析實驗結(jié)果。

通過在上述課程目標的修訂，對學生知識點的考核更注重設計和分析以及傳感器設計方案的能力，而不是單純知識點的記憶，更有利于學生理解和掌握相關知識點，提高學習興趣。

3.2 教學內(nèi)容與教學方式的改進

傳感器原理課程理論性較強，所涉及的概念和知識范圍比較廣泛。以《光纖傳感器》這一章節(jié)為例，與《電容傳感器》和《壓電傳感器》等章節(jié)不同，不僅需要學生具備一定的電路分析和信號處理知識，還需要具備一定的光學知識。大部分學生對光纖的理解仍然停留在概念階段，因此應該鼓勵學生充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡公開課資源對將要學習的課程進行預習。在講解偏振態(tài)調(diào)制光纖電流傳感器時，授課教師應該更注重基本概念的邏輯關系，先講解如何通過起偏器產(chǎn)生偏振光以及如何通過檢偏器接受偏振光，然后再講解磁場對光束的偏轉(zhuǎn)效應。另外在授課過程中靈活應用動畫和視頻等多媒體教學手段，形象化地講解復雜的概念和應用實例，結(jié)合市場現(xiàn)有的產(chǎn)品以及工程案例，例如在隨堂測試中要求學生利用課堂中學習到的光纖傳感器知識測量風洞中的氣流流速，增加學生課堂學習的參與感，開拓學生的創(chuàng)新思維。

在實驗內(nèi)容設置方面，由于實驗學時和實驗設備的限制，以往的實驗教學大都以單一驗證性實驗為主，缺乏系統(tǒng)性和綜合性實驗。大部分學生都是按照實驗指導手冊按部就班完成實驗步驟，不利于培養(yǎng)學生的主動學習和思考能力。因此可以考慮與其他專業(yè)課程的實驗內(nèi)容進行合理銜接，如同一學期開設的單片機和嵌入式系統(tǒng)、航空測試系統(tǒng)課程等，引入案例式的教學模式課程設計，讓學生組成團隊開發(fā)基于壓電振動傳感器的飛機發(fā)動機健康監(jiān)測系統(tǒng)，從前期發(fā)動機測振技術調(diào)研、傳感器選擇到后期電路板設計和制作、單片機軟硬件開發(fā)、系統(tǒng)調(diào)試和故障排除等，讓學生結(jié)合理論知識進行實際應用，增強學生的學習興趣，提高學生的動手能力。

3.3 課程目標評價機制的改進

評價方式是衡量教學效果的重要指標和因素，在國際工程教育認證的背景下，需要從原有的單純依靠卷面分數(shù)考核向考查學生掌握知識和靈活運用知識的方式轉(zhuǎn)變。

課程目標達成度的評價是課程體系設置的核心環(huán)節(jié)，也是持續(xù)改進的必要環(huán)節(jié)，因此需要由學院教學督導部門按照傳感器原理課程教學大綱要求，對試卷分析、成績分布以及實驗實踐內(nèi)容進行審核評價，并通過督導組聽課、學生評教等多種評價方式對課程質(zhì)量進行監(jiān)督，保證課程目標達成。課程目標達成度評價主要包括以下幾點。

(1)考核內(nèi)容是否完整體現(xiàn)了對相應畢業(yè)要求指標點的考核。

(2)考核的形式是否合理，是否考核了學生獲取該條指標點所列能力。

(3)分析未達到目標課程的具體情況，找出教學環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題，進行持續(xù)改進。

考慮到本課程和應用實踐聯(lián)系較緊密，因此在原有的實驗教學的基礎上另外增加了課程設計環(huán)節(jié)，考核內(nèi)容應當包括試卷、作業(yè)、課程設計和實驗報告等。在期末試卷的試題中，棄用原有的選擇題和填空題類型，結(jié)合大學生科創(chuàng)競賽和工程訓練實踐項目，全部采用分析題、論述題和設計題等開放性命題形式，部分考題答案并不唯一，需要學生發(fā)揮創(chuàng)新性思維進行解答。在課程實驗中增加了實驗誤差分析和實驗方法設計環(huán)節(jié)，要求學生對實驗中可能產(chǎn)生的誤差進行分析，并鼓勵學生基于現(xiàn)有的實驗設備提出新的實驗內(nèi)容，提高學生參與課程的積極性，形成以實踐應用為目標、以課堂理論知識考核為基礎的評價導向機制。

4 結(jié)語

本文以南京航空航天大學測控技術與儀器專業(yè)傳感器原理為例，針對國際工程教育認證儀器學科的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，對課程體系進行了分析，從課程目標設置、課程教學方式、課程目標達成評價等方面提出了改進意見，論述了理論教學與實踐教學相結(jié)合以及引入企業(yè)和行業(yè)專家參與教學計劃和教學大綱評定的重要性，對測控專業(yè)工程認證工作以及傳感器課程體系的建立都具有一定的借鑒意義。