王思山,程登良,周骁,薛建云
湖北汽车工业学院，湖北，十堰，442002
摘要：本文论述了秉承“工程教育回归工程”的办学理念下的高校实验室自制设备的必要性，并着重介绍了“汽车总线技术实践平台”和“汽车传感器综合实验台”的特点、相关论理和实践教程建设。分析了自制实验设备的作用及效果，分析效果表明自制实验设备凸显了工程化教育理念和增强了汽车电子专业的专业特色。
关键词：自制实验设备；工程教育；特色专业建设
0 引言
在“新工科”的大背景下,高校更需主动服务于国家战略需求，探索创新创业实践能力培养模式，把培养创新人才作为重要目标，全面深化创新创业工程教育改革，进一步加强高校实践育人工作[1]，是全面落实党的教育方针，深入实施素质教育，是大力提高高等教育质量的必然要求。坚持理论学习、创新思维与社会实践相统一，是大学生成长成才的必由之路。
湖北汽车工业学院秉承“工程教育回归工程”的办学理念，依靠东风汽车公司大工程背景，在工程教育领域具有独特的办学理念和深厚的积淀。湖北省普通高等学校战略性新兴(支柱)产业人才培养计划项目中湖北汽车工业学院自动化专业、电子信息工程专业成功获批立项建设。电子信息工程专业是电气与信息工程学院电子信息科学与技术系下的一个具有鲜明汽车特色的校级重点建设学科，包括产业计划班和汽车电子两个本科专业方向。电子信息工程专业开设了“汽车电子控制技术”、“汽车总线应用技术”、“汽车传感技术”和“汽车电器与电路”等特色专业课程。电子信息科学与技术系开设的这些课程有一部分在国内尚属首次开设缺少成熟的实践平台，在这样的背景下，电子信息科学与技术系通过调研、讨论和分析对汽车电子相关专业的特色课程进行了大纲和教学内容规划，并在湖北汽车工业学院“自制实验仪器设备暂行管理办法”指导下进行了实践平台的自制。
1 工程教学背景下自制实验设备的必要性
实验教学在育人方面有其独特作用，不仅可以授人以知识和技术，培养学生动手能力和分析问题、解决问题的能力，而且影响人的世界观、思维方法和作风。学生在实践教学过程中可以感受、理解知识产生和发展的过程，养成科学精神和创新思维的良好习惯[2]。在 “工程教育回归工程”的办学理念下，对于汽车电子特色专业课程教学内容尤其是实践教学内容必须体现出其特色，这就需要实践教学平台，其平台必须通过自制实验设备的方式才能够实现。
自制实验设备直接推动了教学内容、教学体系及教学方法的改革，符合高校办学的具体要求[3]。而且开展实验仪器设备改造、自行设计和研制工作，是解决和完善教学、科研需要仪器设备的重要途径，也是反映学校实验教学水平，提高教师及实验技术人员业务能力的一个重要方面。
2科研与实践教学相结合的自制实验设备
在湖北汽车工业学院“自制实验仪器设备暂行管理办法”指导下，电子信息科学与技术系教师研制了 “汽车总线技术实践平台”和“汽车传感器综合实验台”等实践教学平台，并进行了批量生产，此自制实验设备项目已经通过我校有关部门的验收，并且已经应用到实际的教学中。
2.1 汽车总线技术实践平台
汽车总线技术实践平台是具有汽车CAN和LIN双总线实验、教学和科研设备，通过汽车CAN总线和LIN总线的通信模拟对汽车的车速、转速、仪表显示、灯系、收音机、车窗和网关的控制，如图1中的网络拓扑结构所示。实践平台使用汽车电子中应用较为广泛的Freescale 8Bit 单片机，具有多CPU、多节点、双总线、多种控制对象和支持高层协议等特点。汽车总线技术实践平台是面向汽车电子、车辆工程专业的实验、教学和科研平台，可用于基于CAN总线和LIN总线汽车电子相关专业课程的实践教学。
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汽车总线技术实践平台是一个综合性应用平台，如图2所示，可开设基于Freescale 单片机的基础实验、基于汽车CAN和LIN总线的网络实验和基于高层协议的通信实验。提供十个实验例程，使用成熟总线协议栈和设备驱动库，便于熟悉和掌握汽车总线技术的原理及应用。
2.2 汽车传感器综合实验台
汽车传感器综合实验台如图3所示，由DSP系统、汽车传感器、汽车工况模拟装置、 汽车仪表(东风小霸王车型)、 PC机、液晶显示、稳压电源等组成。通过DSP系统的控制，可模拟发动机转速、汽车车速、发动机水温、制动气压、油箱油量和节气门开度等工况。系统中使用到的汽车传感器是真实的汽车传感器，包括节气门、压力、油量、转速、车速和温度等汽车上常用的传感器。这些传感器在由DSP系统控制的真实的工况下工作，然后分两路信号，一路采集到PC机中使用LabVIEW进行显示，一路连接汽车仪表，实现了传感器、仪表和虚拟显示的三者数据的统一。使用LabVIEW设计的上位机不仅实现了数据的采集与曲线显示，而且可以对采集单元的工况进行工作设定，通过不同工况的改变让学生了解传感器的工作特性曲线，从而掌握传感器的工作原理及使用方法。
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图3 汽车传感器综合实验台
汽车传感器综合实验台不仅对学生是一个了解传感器特性的实践平台，同时对学生和教师也是一个很好的科研平台。实验台支持LabVIEW或者C#等高级语言和工具的二次开发，可进行如汽车虚拟仪表等主题的开发项目。
2.3 自制设备项目管理措施
自制设备使用的资金来源于学校的专项经费，在项目实施的过程中需进行风险控制，采取有效的程序和文档管理，切实按照时间节点汇报和使用成熟的技术等方法进行项目管理。不仅有效地控制了项目的风险，能够按照项目时间节点完成分部工作，而且在实施过程中保留了大量的图纸、讨论稿、文档和测试程序，这些资料对自制设备的维护和应用有较高的价值。
3 自制实验设备完善特色课程建设
具有特色的专业只有用高质量的特色课程做支撑才具生命力，从某种意义上讲，就是彰显学校特色，提升学校内涵的过程[4]。
3.1 汽车电子相关专业课程建设
在自制实验设备的同时，为了使理论和实践教学内容达到较高地统一，我系对汽车电子相关专业课程进行了内容调整。针对相关课程的教学目标在理论教学中加入部分内容，使得学生能够在实践教学过程中较快地使用设备，并对理论教学过程中的理论、相关概念和编程动手能力有了进一步的提升，达到实践教学过程工程化的教育目的。
3.2 特色实践教学教材建设
自制实验设备要有完善的教学资料才能发挥其作用，在自制实验设备研制过程中，我系注重第一手资料的归档与保存，为撰写实践教学教程提供了直接资料。实践教学教程包括设备说明、设备特征介绍、设备结构介绍、设备应用方法和实践指导书等方面的内容，将设备的所有特征与特性及应用方法都写入到教程中，不仅让学生更加直接地了解设备的使用方法，而且对于其结构和特征也能够有较好地认识，大大提高了学生的工程能力。在撰写实践教学教程中，采取先让学生试做在试做过程中遇到的问题再次记录到实践教学教程中，反复几次修改自制实验设备教程就能够涵盖几乎所有的使用问题和注意事项，多次修正实验流程，使学生对理论知识的理解和动手能力都有了进一步的提升。
4 自制实验设备的效果
（1）有利于提升理论任课教师和实验技术人员的业务素质。对自制实验设备的用途和技术性能等进行整体设计以及方案论证时，教师、 实验技术人员自身的知识和能力得以充分发挥，积累实践经验的同时，将理论和实践有机结合起来，并能够发挥实验技术人员的主观能动性。
（2）凸显工程化教育背景，提升专业特色。工程背景下的特色专业的产生是伴随着一定的时代背景的，它的出现赋予学校教育更多的激情和活力，给予教师更多专业发展的特色化思考，提供学生和教师更多的个性发展的空间。
（3）提高了学生综合设计及应用研究能力。自制实验设备，除了依靠教师和实验技术人员外，还适当吸收部分本科生参加。学生结合实验室开放或毕业设计等实践环节参与研制实验设备，加强了工程实践能力的锻炼与培养。
（4）节省经费，也有利于设备的维护。自制实验设备总费用是市场估价的三分之一左右，为学校节省了大量的经费。因实验技术人员也是设备的参研人员，日常的设备维护和升级实验技术人员完全可以独立进行，不仅有力地保障了教学，而且对减少了日常维护经费。
5 结束语
在我校秉承“工程教育回归工程”的办学理念下，为保障教学的顺利开展和凸显汽车电子专业特色，在学校的大力支持下，我系投入大量一线教师参与多台自制设备的研制及文档撰写工作。从近两年的使用效果来分析，我系研制的特色专业课程设备从方法、结构和对学生的锻炼等几个方面都处于国内都领先水平。在自制实验设备和教学方面我们虽然取得了一定的成绩，但是不断提高学生的工程化教育是将来一段时间内的研究主题，我们还将进一步努力探索。
参考文献
[1]费翔.新工科建设背景下高校工程人才培养刍论[J].教育评论,2017(12):17-22.
[2]周燕,曹荣平,王文峰.在教学和互动中成长:外语教师发展条件与过程研究[J].外语研究,2008(03):51-55.
[3]楼建明,傅越千,安鹏,鲍淑娣.基于能力培养自制实验仪器设备[J].实验技术与管理,2014,31(09):81-86.
[4]王继华. 高等学校内涵式发展路径研究[D].长沙理工大学,2015.
作者简介：王思山(1980-)，男，实验师，硕士，主要从事汽车电子和嵌入式系统等方面的教学与科研工作。
项目资助：湖北省高等学校省级教学研究项目（2018290）资助