李季 任遠(yuǎn) 熊飛麗

[摘 要] 新工科建設(shè)對學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)提出了新的要求，而實踐體系為創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供保障。根據(jù)測控技術(shù)與儀器專業(yè)實踐能力培養(yǎng)的要求，針對目前國防科技大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)實驗體系存在的問題，對實驗教學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化重構(gòu)，建立分層次、模塊化的測控專業(yè)實踐培養(yǎng)體系，并通過建設(shè)以學(xué)生為中心的實驗教學(xué)體系、構(gòu)建全開放的實驗環(huán)境、改革考核方式等手段，為學(xué)生創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)的培養(yǎng)提供有力支撐。

[關(guān)鍵詞] 測控專業(yè);實踐體系;分層次;模塊化

[基金項目] 2018年度國防科技大學(xué)校級教育教學(xué)研究資助項目“強軍新工科背景下測控技術(shù)與儀器專業(yè)實驗體系建設(shè)探索與實踐”（U2018012）

[作者簡介] 李 季（1979—），女，河南南陽人，博士，國防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院智能機械與儀器系副教授，主要從事測控技術(shù)與儀器研究;任 遠(yuǎn)（1986—），男，湖南望城人，博士，國防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院智能機械與儀器系講師，主要從事智能傳感與探測研究;熊飛麗（1963—），女，湖南長沙人，碩士，國防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院智能機械與儀器系高級實驗師，主要從事傳感器與測試技術(shù)研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）47-0075-04? ? [收稿日期] 2021-05-08

一、引言

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的發(fā)展，以智能產(chǎn)業(yè)牽引的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命正如火如荼地進(jìn)行著，新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命正以指數(shù)級速度展開，而“新工科”是在此背景下工程教育改革的重大戰(zhàn)略選擇，是今后我國工程教育發(fā)展的新思維、新方式[1，2]。我國正深入推動實施“創(chuàng)新驅(qū)動”“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，為在未來全球創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)戰(zhàn)略制高點，迫切需要培養(yǎng)大批擁有更強創(chuàng)新能力的新型工程科技人才。教育部組織開展并形成的“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”統(tǒng)一了思想，將高等院校的發(fā)展帶入了“新工科”的全新階段[3]?！靶鹿た啤焙魡拘碌娜瞬排囵B(yǎng)方案、培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方式。而實驗作為培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神的重要手段，在“新工科”人才培養(yǎng)中占據(jù)重要地位。通過實驗使學(xué)生在獲取知識的基礎(chǔ)上，具有科學(xué)探究、主動思考、批判反思和自主創(chuàng)新的能力[4，5]。因此，在“新工科”背景下，探索如何通過實踐體系的改革，使之真正成為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主戰(zhàn)場是全國各高校都在積極開展的一項工作。

本文以測控技術(shù)與儀器專業(yè)實驗體系為研究對象，著眼于我校培養(yǎng)“新工科”人才的需求，探討如何理順專業(yè)課程實驗與實驗課程間的關(guān)系，建立科學(xué)的實驗教學(xué)體系，并結(jié)合任職需求建設(shè)以學(xué)生為中心、有利于學(xué)生創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)提升的實驗平臺與環(huán)境，為提高學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)打下堅實的基礎(chǔ)。

二、我校測控專業(yè)實驗體系現(xiàn)狀及存在的問題

作為信息學(xué)科的源頭，測控技術(shù)與儀器專業(yè)主要是培養(yǎng)學(xué)生具有信息獲取與處理方面的基本知識和能力，如傳感器設(shè)計與應(yīng)用能力和信息獲取、傳輸、控制等能力。在“新工科”建設(shè)中，如何通過優(yōu)化、重構(gòu)專業(yè)知識體系，建立全過程覆蓋的工程實踐能力培養(yǎng)體系，強化學(xué)生工程實踐能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，是首先需要解決的問題[6-8]。對標(biāo)“新工科”建設(shè)要求，分析我校實際情況，目前我校測控專業(yè)實驗體系尚存在一些問題。

1.實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置的系統(tǒng)性不強，與專業(yè)應(yīng)用結(jié)合不夠緊密，以校內(nèi)教學(xué)為主，未突出專業(yè)特色與應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)階段與工作階段存在缺乏銜接感，不利于學(xué)生未來任職能力的提高。

2.專業(yè)實驗體系（包括課程實驗和實驗課程）缺少頂層設(shè)計，各環(huán)節(jié)層次不分明，課程實驗和實驗課程的設(shè)計以滿足于某一課程的建設(shè)為目標(biāo)，缺少從學(xué)生任職需求倒逼學(xué)員能力培養(yǎng)而進(jìn)行的系統(tǒng)性實踐體系設(shè)計。而且專業(yè)實驗門類多，部分實驗內(nèi)容重復(fù)，這就使得學(xué)生在校培養(yǎng)期間缺少對專業(yè)知識和技能的總體認(rèn)知和訓(xùn)練。

3.課程實驗體系中驗證性實驗項目較多，學(xué)生容易以完成規(guī)定操作過程為目標(biāo)，按照實驗指導(dǎo)書設(shè)計好的步驟加以重復(fù)，并設(shè)法將實驗結(jié)果向?qū)嶒灲虒W(xué)內(nèi)容規(guī)定的結(jié)論靠攏，缺乏實踐的主動性和創(chuàng)新意識，不利于學(xué)生綜合實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

因此，本文根據(jù)測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)多層次的需求，探討如何通過頂層設(shè)計，打通專業(yè)實踐培養(yǎng)體系各個環(huán)節(jié)，設(shè)置符合新工科培養(yǎng)需求的專業(yè)實驗體系，并構(gòu)建服務(wù)于學(xué)生任職能力培養(yǎng)的實驗環(huán)境，以學(xué)生為中心全面培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)。

三、測控技術(shù)與儀器模塊化專業(yè)實驗體系構(gòu)建

由于測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程門類眾多，涉及光學(xué)、機械、電子、控制等多領(lǐng)域知識，實踐環(huán)節(jié)通常包括課程實驗和實驗課程、綜合設(shè)計、專業(yè)實踐等。在原來的培養(yǎng)方案中，部分課程定位不清楚，內(nèi)容陳舊，甚至不同實驗課程內(nèi)容之間存在一定重復(fù)?；诖耍瑢y控技術(shù)與儀器專業(yè)培養(yǎng)方案中的課程實驗、實驗課程、課程設(shè)計等實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理、修改和完善，將學(xué)員創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)分為四個層次，由低到高，逐步推進(jìn)，打通實踐環(huán)節(jié)各門課程之間的聯(lián)系，并按照信息獲取、信息處理、信息傳輸、測試系統(tǒng)四個模塊重新設(shè)置實驗體系，對實驗課程內(nèi)容進(jìn)行改革和優(yōu)化，使實驗課程體系的設(shè)置能夠給學(xué)生更大的自主空間，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實驗課程對學(xué)生的訓(xùn)練可以實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜、從基礎(chǔ)到設(shè)計應(yīng)用、從驗證到創(chuàng)新循序的漸進(jìn)式培養(yǎng)。

根據(jù)測控專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，將實踐環(huán)節(jié)對學(xué)生能力的培養(yǎng)分為四個層次。

1.基礎(chǔ)能力：主要培養(yǎng)學(xué)生具有元器件識別、簡單電路分析、設(shè)計、測試、故障調(diào)試、焊接等能力。這一部分主要是結(jié)合理論課程的學(xué)習(xí)，通過電工與電路基礎(chǔ)實驗、電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗、計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)實驗等課程實驗來實現(xiàn)。在完成上述課程實驗的基礎(chǔ)上，通過電工電子實踐項目夯實基礎(chǔ)，在深入掌握電工電子基本理論和基本實驗技能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)綜合運用所學(xué)知識分析實踐項目要求、設(shè)計制作電路并解決問題的能力。

2.專業(yè)技術(shù)實踐能力：主要目的是培養(yǎng)學(xué)生具有傳感器識別、設(shè)計、信號轉(zhuǎn)換、調(diào)理、信息處理、傳感器特性測試、誤差分析與數(shù)據(jù)處理、光學(xué)系統(tǒng)調(diào)試、測試等專業(yè)基本技能。這部分主要通過傳感器與檢測技術(shù)實驗、誤差理論與數(shù)據(jù)處理實驗、光學(xué)測量實驗、信號系統(tǒng)與控制實驗、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實驗、測試系統(tǒng)與儀器實驗專業(yè)實驗環(huán)節(jié)來實現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上，通過測量技術(shù)實踐項目、計量技術(shù)實踐項目和儀器與系統(tǒng)實踐項目的訓(xùn)練，使學(xué)生掌握傳感器測量系統(tǒng)設(shè)計的總體思路和方法，培養(yǎng)基于單片機和虛擬儀器的應(yīng)用系統(tǒng)分析和設(shè)計能力，增強學(xué)員對計量技術(shù)在工程領(lǐng)域中應(yīng)用方法的把握。

3.綜合實踐能力：主要是使學(xué)生具備綜合運用所學(xué)知識，設(shè)計面向?qū)嶋H應(yīng)用的測控系統(tǒng)或儀器的能力，包括需求分析與方案設(shè)計、測控電路設(shè)計、儀器設(shè)計等。這一部分是通過測控系統(tǒng)與儀器綜合實踐項目來實現(xiàn)。

4.工程應(yīng)用能力：這是學(xué)生走向任職崗位前的重要步驟，主要通過與校外企業(yè)合作共建實習(xí)基地，構(gòu)建校企聯(lián)合培養(yǎng)面向未來發(fā)展的創(chuàng)新人才的育人模式。建立校企及院系協(xié)同育人機制，由企業(yè)選派工程實踐豐富的企業(yè)技術(shù)人員為學(xué)生講課，學(xué)生在最后一學(xué)期到企業(yè)進(jìn)行實習(xí)，打通學(xué)生從學(xué)校走向任職崗位的最后一環(huán)。

在這四個能力層次中，專業(yè)技術(shù)實踐能力和綜合實踐能力的培養(yǎng)主要依托測技術(shù)與儀器專業(yè)實驗室來實現(xiàn)?；诖耍覀儗⑾嚓P(guān)實驗和實踐課程劃分為信息獲取、信息處理、信息傳輸和測試系統(tǒng)四個模塊來進(jìn)行課程和實驗環(huán)境的建設(shè)。由此所形成的專業(yè)實驗體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在實驗項目的設(shè)置上，通過將一個大的系統(tǒng)分成上述四個模塊，由學(xué)生在不同學(xué)習(xí)階段完成相應(yīng)的內(nèi)容，分層推進(jìn)，使得學(xué)生在完成專業(yè)學(xué)習(xí)的同時，實現(xiàn)一個完整系統(tǒng)的設(shè)計、測試、分析與改進(jìn)，專業(yè)實踐能力得到全面提升。

這種分層次的體系結(jié)構(gòu)緊扣測控專業(yè)學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)的核心，從點到面、從基礎(chǔ)到專業(yè)再到任職，循序漸進(jìn)、螺旋式上升，全面推進(jìn)學(xué)生實踐能力和綜合素質(zhì)的提高。而模塊化的專業(yè)實踐體系則有利于進(jìn)一步厘清各環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，在頂層設(shè)計上實現(xiàn)課程內(nèi)容統(tǒng)一布局，消除不同課程或環(huán)節(jié)之間存在的重復(fù)，從模塊到系統(tǒng)，使學(xué)生在進(jìn)階式訓(xùn)練的過程中不但使創(chuàng)新實踐能力得以提升，對專業(yè)認(rèn)知更加清晰，而且有利于任職能力的培養(yǎng)。

四、以學(xué)生為中心的實驗教學(xué)體系

“新工科”背景下的人才培養(yǎng)，要突出產(chǎn)出導(dǎo)向，在學(xué)生的培養(yǎng)上堅持“以學(xué)員為中心”，實踐環(huán)節(jié)的設(shè)置應(yīng)該從“要學(xué)生做”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生想做、學(xué)生要做”?；诖?，除了在實踐體系和課程內(nèi)容設(shè)置上引導(dǎo)學(xué)生敢于創(chuàng)新、勇于實踐之外，在教學(xué)方法與手段以及實驗室環(huán)境建設(shè)方面也要突出“以學(xué)生為中心”。（1）實踐項目設(shè)置上突出產(chǎn)出導(dǎo)向，針對培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知能力的需求，構(gòu)建復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、典型裝備測控系統(tǒng)等實驗平臺。（2）在教學(xué)方法上，將項目教學(xué)法、研究型教學(xué)法等教學(xué)方法和手段引入專業(yè)實驗課程，引導(dǎo)、鼓勵學(xué)生自行設(shè)計、自主自由完成實驗內(nèi)容。在綜合性實踐環(huán)節(jié)，除了教師建議的選題之外，鼓勵學(xué)生自主選擇感興趣的項目，并在教師指導(dǎo)下開展實驗。（3）加強實驗室的創(chuàng)新環(huán)境建設(shè)，完善實驗室軟硬件條件，引進(jìn)先進(jìn)的、能夠體現(xiàn)專業(yè)特色的儀器設(shè)備與軟件開發(fā)平臺，建設(shè)自主實驗室，并由教師進(jìn)行指導(dǎo)，實行全開放，只要學(xué)生在校園網(wǎng)上完成注冊，就可以隨時到實驗室進(jìn)行實踐，實現(xiàn)想做就做、想做能做。（4）將實踐教學(xué)與課外學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新項目等相結(jié)合，以賽促學(xué)、以賽促創(chuàng)，實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)。鼓勵學(xué)生將實踐課上的作品完善、升級，通過參加虛擬儀器設(shè)計大賽、物聯(lián)網(wǎng)大賽、大學(xué)生創(chuàng)新項目等課外實踐活動或者與畢業(yè)設(shè)計相結(jié)合，課堂內(nèi)外雙管齊下，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、勇于創(chuàng)新、敢于實踐的精神，讓創(chuàng)新能力在實際中得到進(jìn)一步的鍛煉。

五、測控技術(shù)與儀器專業(yè)實驗過程性考核體系

實踐能力的培養(yǎng)貫穿實踐課程的始終，實踐課程的考核不能像理論課程一樣通過一次考試一錘定音[9]。因此在測控專業(yè)實驗課程的考核中，改變以結(jié)果作為實驗成績評價標(biāo)準(zhǔn)的做法，加強對實驗過程的考察和學(xué)生綜合素質(zhì)的考評。以儀器與系統(tǒng)實踐項目課程為例，學(xué)生在選定實踐項目以后，需要根據(jù)項目要求確定整體設(shè)計方案并論證方案的可行性，然后設(shè)計硬件電路和軟件框圖，完成軟硬件的調(diào)試，根據(jù)結(jié)果撰寫實踐報告并進(jìn)行答辯。教師對課程考核的內(nèi)容及評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

從表1可以看出，過程性實驗評價體系涵蓋了對學(xué)生設(shè)計方案的能力、自主完成實驗的能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力以及對實驗結(jié)果的分析能力的考察以及科學(xué)撰寫實驗報告、團(tuán)隊合作、口頭辯述等綜合素質(zhì)的考察，能更全面地反映學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的強弱和綜合素質(zhì)的高低。

六、結(jié)語

分層次、模塊化的專業(yè)實踐體系涵蓋基礎(chǔ)實踐、專業(yè)實踐、綜合實踐、工程應(yīng)用等能力的培養(yǎng)，各環(huán)節(jié)之間的關(guān)系更加清晰，系統(tǒng)更加完善合理。同時通過構(gòu)建以學(xué)生為中心的實驗教學(xué)體系和實驗環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)知和應(yīng)用能力，幫助學(xué)生適應(yīng)從學(xué)校到工作崗位的變化，滿足學(xué)生任職需要。這一體系更有利于“新工科”下全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力和工程素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]王武東，李小文，夏建國.工程教育改革發(fā)展和新工科建設(shè)的若干問題思考[J].高等工程教育研究，2020（1）：52-55+99.

[2]仝月榮，陳江平，李翠超.面向新工科的實踐教育體系構(gòu)建——以上海交通大學(xué)學(xué)生創(chuàng)新中心為例[J].高等工程教育研究，2020（1）：56-61+122.

[3]李華，胡娜，游振聲.新工科：形態(tài)、內(nèi)涵與方向[J].高等工程教育研究，2017（4）：16-19+57.

[4]陸先亮，徐明華，江一山，等.基于“新工科”的人才培養(yǎng)實驗平臺建設(shè)研究[J].實驗技術(shù)與管理，2019，36（7）：12-14+19.

[5]肖俊生，左鴻飛.工程教育認(rèn)證背景下測控技術(shù)與儀器專業(yè)培養(yǎng)方案修訂研究[J].高教學(xué)刊，2019（6）：146-148.

[6]熊飛麗，王光明，孟祥貴，等.測控技術(shù)與儀器專業(yè)實踐教學(xué)體系的分析與設(shè)計[J].實驗科學(xué)與技術(shù)2017，15（6）：141-144+150.

[7]溫秀蘭，路紅，黃佳才，等.以專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向的測控技術(shù)與儀器專業(yè)建設(shè)與改革[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2017（1）：28-30.

[8]馮梅琳，何學(xué)文，羅小燕，等.基于CDIO理念的測控專業(yè)實踐教學(xué)創(chuàng)新體系[J].實驗室研究與探索，2014（3）：180-184.

[9]杜艷紅，于亞萍，常若葵，等.測控專業(yè)實踐教學(xué)評價體系的探究[J].實驗室科學(xué)，2014，17（2）：107-109+112.