摘要：随着传感器技术、自动化技术、计算机科学与技术的快速发展，数据采集及处理技术课程在众多工科与工业生产中的地位越来越凸显。传统的讲授式教学模式已经不能很好地满足新时代的高等工程教育理念，学生通过课程学习难以提升专业知识与技能，无法达到预期的培养目标。文章基于高等工程教育理念，对数据采集及处理技术课程的教学改革与实践进行了研究，探讨了课程教学模式、教学内容、考核方式的改革与实践，提出了一种结合科研项目与任务的教学模式与考核方式，旨在提升学生的学习兴趣与技能及参与感，在讲授理论知识的同时注重锻炼学生分析与解决工程问题的能力，最后通过试点分析总结了课程教学改革与实践效果，为工程教育理念下相关课程的教学改革提供经验。
关键词：数据采集及处理技术；工程教育理念；教学改革；项目与任务
1引言
高等工程教育（higherengineeringeducation）概念起源于美国，历经了近百年的发展[1-2]，目前已经成为保障高等教育教学质量与提升学生能力的有效机制[3]。随着我国国民经济的大幅提升与工业生产的快速发展，社会对工程应用型人才的需求目标与理念也发生了较大的转变。近两年的中美贸易战尤其凸显了我国在工程应用与核心技术方面的短缺，很多核心领域都出现了明显的“卡脖子”现象，高精尖技术人才十分稀缺。为保障我国的高等教育教学质量，需要加强对应用型技术人才的培养，以满足工业生产对技术人才的强烈需求，因此一场符合新时代工程教育新理念的教学改革迫在眉睫[4]。数据采集及处理技术是一门涉及多学科与多领域的交叉应用型课程，是很多专业的基础课程，在工业生产中起着举足轻重的作用[5]。该课程以培养学生的工程应用能力与解决实际工程问题能力为根本，帮助学生积累丰富的实验经验与打下扎实的专业基础，培养学生的科学素养、学术思维及动手能力。工程教育强调以培养学生的能力为中心，突出学生的学习成果理念和专业的工程认证标准，明确了数据采集及处理技术课程的定位。
2传统的数据采集及处理技术课程教学现状
目前的数据采集及处理技术课程主要采用2012年再版的《数据采集与处理技术》（第三版）（马明建编著）、2008年出版的《数据采集与处理技术》（祝常红编著）以及2010年出版的《数据采集与分析技术》（第二版）（胡晓军编著）三种教材[6]，通过讲授理论知识为主、实验为辅的教学模式与试卷考查方式完成课程教学。目前，该课程教学时间为32学时，大量的理论学时、单一的教学模式与考查方式以及陈旧的教学内容难以实现新时代工程教育对应用型人才的培养目标。
2.1教学模式与考查方式单一。目前，大部分高校仍采用讲授的方式进行知识的“满堂灌”，整个课程教学以教师为中心，完全没有调动学生的学习兴趣与参与感。整个课程学习完毕，学生没有更多的收获。虽然多媒体教学已经在高校普遍使用，但教师上课基本都是照本宣科，教学内容毫无更新，应用实例与实验环节很少，学生根本无法在有限的时间内提升自己的实践经验与专业技能。此外，由于实验部分占比较少，难以充分锻炼学生的动手能力，无法培养学生解决问题的能力。考查方式仍局限于试卷考查，即使动手能力很差或毫不听课的学生最后通过刷题库也可以获得较高的分数。单一的教学模式和考查方式与本课程的培养目标以及工程教育注重应用型人才的培养理念相悖。
2.2教学内容陈旧。当前数据采集及处理技术课程主要包括模拟信号的数字化处理、模拟多路开关、测量放大器、采样/保持器、A/D转换器、D/A转换器、数字信号的采集与量化、数据采集接口卡等相关内容，涉及基本的采样定理、量化理论、模拟与数字电路、标度转换、接口卡的基本性能与电气特性等知识。这些内容为相关工科专业最基本的专业知识。整个课程教学缺乏相关的先进应用案例与理论知识，难以激发学生的学习兴趣，帮助学生构建完备的知识理论体系。此外，教学所使用的实验仪器基本都是多年前的设备，问题较多且操作复杂，与实际生产中使用的设备严重脱节，无法实时跟进工业生产的需求。课程实验不得不转变为以仿真为主，对于实际信号采集及处理实验环节少之又少，根本无法实现新时代工程教育对学生应用能力要求的培养目标。现有的教学模式、教学内容及考核方式过于单一与老旧，没有很好地结合当前的信息技术和先进产品进行教学。目前教学不能满足实际生产需求，学生通过课程学习无法获得先进的理论知识，无法获得满足生产需求的动手能力。
3数据采集及处理技术课程教学改革与实践
为提升教育教学质量，提高学生的学习兴趣与解决工程应用问题的能力，满足新时代工程教育的人才培养目标与理念，迫切需要对数据采集及处理技术课程的教学模式、教学内容及考核方式进行改革，通过课程改革使学生具备如下能力：
（1）掌握基本的数据采集与处理方法及相关硬件平台的使用，对于工程问题的物理表征具有一定的抽象能力，熟练使用相关的专业软件与编程进行相关问题的仿真与实验；
（2）掌握一定的独立发现、思考、分析、解决及总结工程问题的能力，熟悉解决工程问题的基本思路与方法，能够解决最基本的工程问题。
3.1教学模式改革。将原有单一的讲授式教学转变为引导与启发式、实验与讨论式、项目与任务式等灵活的组合教学模式，充分调动学生的学习兴趣与培养学生的实践能力。
（1）引导与启发式教学。第一节课通过引经据典、应用举例等方式突出本课程的价值与意义。采用具体的应用实例对课程内容概述与典型应用进行讲解，引导学生积极思考实例中涉及的相关工程问题，启发学生的科学思维。从实例出发，让学生在很短的时间内快速提升学习兴趣及其对专业的认知度，明确课程在专业中的核心地位，使学生建立起对本课程所学知识的感性认识。（2）实验与讨论式教学。本课程所学知识直接与工程应用相关，其定位为培养学生的动手与解决工程问题的能力。因此，需要通过适当增加实验环节的占比，提升学生的参与感，增强学生解决问题的实践能力。此外，为了抽象、总结与凝练工程问题，科技写作与汇报是不可或缺的关键环节。因此，须增加一定学时的PPT汇报讨论环节，通过研讨拓展专业知识面，提升学生的课题汇报与研讨能力。
（3）项目与任务式教学。高校科研型教师都有自己的科研项目，可以结合教师的科研项目讲授课程基础知识，并让学生参与其中，让学生在感性认识的基础上有更深一步的理性认识，熟悉如何利用理论知识解决实际工程应用问题的流程。此外，以部分项目内容为具体实验对象，给学生制定相应的实验任务，提升学生的工程认知、写作与总结能力，帮助其建立基本的科研体系。
3.2教学内容改革。由于传感器技术、信息技术及自动化技术的快速发展，原有课程教学内容已不能很好地满足现代社会发展与工业生产的需求。因此，亟须引进先进的理论知识、增加工程实践环节[7]，强化学生的知识储备与实践能力，避免与工程教育理念相悖。由于数据采集及处理技术课程基本知识在其他相关专业课程中也有所涉及，故可适当减少原有课程基础内容、增加先进理论与实验，以此完成教学内容的改革。通过增加函数信号发生器输出常用类型信号的采集实验，使学生熟悉采样定理理论知识与基本应用；增加信号仿真环节，使学生熟悉峰值与相位解算、滤波降噪、傅立叶变换、相位展开等常用的处理算法；增加实际传感器测量对应物理量的实验，使学生熟悉基本的传感测量原理及标度变换原理；增加人机交互软件程序的开发与设计实验，使学生熟悉C、Lab‐VIEW、MATLAB及不同语言之间的混合编程、计量单位的正确使用、界面显示设计[8]。让学生在掌握基础知识的同时具备理论知识与应用能力，尤其是强化学生的技能培养与经验积累，使其能够更好地解决实际工程问题。
3.3考核方式改革。与实践原有依靠试卷考试的考核方式仅能测试学生的应试能力，无法客观与全面地反映学生的实践能力，与工程教育的教学理念与培养目标不符合。为了更好地发挥课程价值，提升学生相应的能力，须建立仿真与实验、汇报与讨论、项目报告及试卷考试的课程考核方式，将原有的试卷考核方式（占比超过80%）改变为仿真与实验（20%）、课程PPT汇报与讨论（20%）、项目报告（20%）及试卷考查（40%）相结合的综合考核方式。仿真与实验环节能够充分反映学生的能动性与积极性，更是学生动手能力与实践能力的外在体现；课程PPT汇报与讨论可改善学生的研讨能力与学习兴趣，通过研讨可以激发学生的思维与表达意识，能够反映学生的思维能力与兴趣；项目报告要求学生凝练与概括问题，能够反映学生思考、分析与总结问题的能力；试卷考查主要考核学生对课程关键内容与知识点的掌握情况，能够反映学生对理论知识的熟悉程度，使学生在课程结束之前始终保持积极的学习态度。教学改革后的考核方式注重在进行理论知识讲授的同时，加强对学生的工程应用能力培养，能够激发学生的学习兴趣，更好地符合新时代工程教育理念，使学生成为满足社会发展与工业生产需求的专业技术人才。具体来说，通过课程学习，部分学生将课程设计的专业知识运用于自己的课题中，并较好地解决了部分问题，进一步加深了自己对课题的宏观把控与微观了解。在课堂汇报中，通过汇报目前的课题进展，并与其他学生开展积极的讨论，明确了部分需要解决的问题，为自己的课题进展提供了新思路。对贵州大学电气工程学院2020年级电子信息专业硕士研究生进行试点分析，发现经过教学改革，学生的专业理论知识和实践应用能力都得到了更好的提升。
4结语
近年来，随着社会对专业技术人才需求的提升，国家越发重视对高等工程教育的投入，特别是对工程硕士与博士的培养。本文基于新时代工程教育理念对数据采集及处理技术课程进行了教学模式、教学内容、考查方式的改革，并通过一学期的课程教学实践，证实了引导与启发式、实验与讨论式、项目与任务式等教学改革的有效性，学生不仅提升了学习兴趣，同时增强了自身的工程实践能力。数据采集与处理技术课程涉及多学科与多领域的交叉，在许多专业应用领域与行业发挥着不可或缺的作用。高校通过对课程的教学改革与实践探索，寻找更加符合新时代工程教育理念的课程教学方法与内容及考核方式，能够弱化以教师为中心的主导地位，加强学生的主体地位，由此巩固学生的专业基础知识、提高学生的学习兴趣、锻炼学生的实践能力、提升学生的综合能力，从而为国家和社会输送新时代的工程应用型人才。
作者：杨明 杨靖 王德光 杨小柳 单位：贵州大学电气工程学院
