劉偉玲　周圍　高楠　孫凌宇　肖艷軍

［摘 要］在新工科建設背景下，作者以“工學并舉”為引領并根據(jù)“工學并舉”新內(nèi)涵要求對測控專業(yè)的實踐教學體系進行了改革及建設。文章以河北工業(yè)大學測控專業(yè)實踐教學體系的整體框架設計為起點，從人才培養(yǎng)模式構(gòu)建、實踐教學支撐體系建設、實踐教學平臺搭建以及管理與監(jiān)控體系建設與運行機制等方面進行了詳細論述。改革實踐表明，構(gòu)建科學的實踐教學持續(xù)改進機制能夠有效確保實踐教學體系的順利實施。

［關鍵詞］新工科；實踐教學；“工學并舉”；持續(xù)改進機制；復雜工程問題

［中圖分類號］ G420 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）02-0066-05

新工科伴隨著新經(jīng)濟、高科技、大工程時代的到來，影響著高等教育的發(fā)展，對高校人才培養(yǎng)提出更高的要求[1-2]。學生能力培養(yǎng)目標的達成，需要課程及其教學環(huán)節(jié)支撐，因此做好針對解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的課程、實驗、實踐、設計各環(huán)節(jié)與體系的設計至關重要。在新工科背景下，如何抓住產(chǎn)業(yè)發(fā)展契機，提升學生的能力與素養(yǎng)，是進行教學體系優(yōu)化與迭代的第一要務。河北工業(yè)大學測控專業(yè)（以下簡稱測控專業(yè)）解決這一問題的關鍵就是以“工學并舉”為指引，秉承“勤慎忠公”的精神，構(gòu)建本專業(yè)的特色實踐體系和全面管理與監(jiān)控機制，確保實踐教學的順利實施及持續(xù)改進。本文試對測控專業(yè)“工學并舉”實踐教學持續(xù)改進機制構(gòu)建進行探究。

一、對“工學并舉”專業(yè)內(nèi)涵的解讀

河北工業(yè)大學“工學并舉”的辦學思想，自1903 年創(chuàng)辦之初就已提出。在隨后的百年發(fā)展中，“工學并舉”的內(nèi)涵不斷得到拓展、提升：先是學校創(chuàng)始人周學熙提出“工藝非學不興，學非工藝不顯”，然后是魏元光院長倡導“手腦并用，教學做合一”，再到1958年潘承孝先生主張“三基興學，產(chǎn)學研一體”。到今天，為了順應“中國制造2025”、新工科建設、世界一流學科建設、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等的發(fā)展要求，“工學并舉”的專業(yè)內(nèi)涵也在不斷發(fā)展，聚焦于培養(yǎng)能夠服務于區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，具有堅實科學基礎、較強工程能力的高素質(zhì)綜合工程人才[3]。

2018年以來，河北工業(yè)大學根據(jù)教育部關于高校改革的要求，優(yōu)化了學校組織結(jié)構(gòu)、開展了學科重組、進行了人才引進與培養(yǎng)、完善了各機構(gòu)的績效評價模式，“工學并舉”的辦學理念也被賦予了新的內(nèi)涵。學校結(jié)合國家創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)要求，在“學”的方面更側(cè)重于以創(chuàng)新意識培養(yǎng)為目標的“學”，“工”則強調(diào)結(jié)合工程應用開展實踐；通過與企業(yè)合作建立實踐基地、實施產(chǎn)學研協(xié)同育人項目、建立企業(yè)合作導師庫等措施，實現(xiàn)了專業(yè)與產(chǎn)業(yè)的連接，完成了有工業(yè)背景的產(chǎn)業(yè)化工程應用實踐。根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求進行定制化人才培養(yǎng)，在更廣的空間、更深的層面實現(xiàn)“工”與“學”的協(xié)同、共創(chuàng)及并進，以理論與實踐相結(jié)合為基礎進行辦學與立校，實現(xiàn)興工與報國的目標，這便是新時代背景下的“工學并舉”[3]。

在新的時代背景下，將“工學并舉”的內(nèi)涵應用到測控專業(yè)，則要求構(gòu)建面向現(xiàn)代制造、專業(yè)教育與工程應用密切結(jié)合、工程化人才培養(yǎng)與學科建設協(xié)同并進的專業(yè)教育體系和工程實踐體系，從而確保能達到適應時代產(chǎn)業(yè)需求的人才培養(yǎng)效果 [4]。圖1呈現(xiàn)的是測控專業(yè) “工學并舉”內(nèi)涵架構(gòu)。

二、目標導向、模塊化分層實踐教學培養(yǎng)體系建構(gòu)

測控專業(yè)從本專業(yè)的培養(yǎng)目標出發(fā)，根據(jù)“工學并舉”的辦學思想，將實踐教學理念定義為在實踐教學中，以引導參與為目標、激發(fā)主動性為靶點、打牢基礎為前提，全力塑造學生的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新思維，從而實現(xiàn)學生綜合素養(yǎng)、實踐能力和科研水平的提升。測控專業(yè)根據(jù)測控學科智能化、精密化、自動化等發(fā)展特點，并結(jié)合工業(yè)4.0時代背景，以培養(yǎng)“復合型+創(chuàng)新型”專業(yè)人才為目標，結(jié)合課內(nèi)、綜合及創(chuàng)新三層次設定，將公共基礎實驗、學科基礎實驗、專業(yè)核心實驗及專業(yè)方向?qū)嶒灲?gòu)成遞進式的四大實踐模塊[5]；從需求提煉到素質(zhì)培養(yǎng)、能力塑造、知識傳授、資源配置，實現(xiàn)多環(huán)節(jié)聯(lián)動，全力服務并保障學生專業(yè)能力培養(yǎng)質(zhì)量。測控專業(yè)分層實踐教學培養(yǎng)體系如圖2所示。

測控專業(yè)實踐教學培養(yǎng)體系的知識體系構(gòu)建從核心課程群展開，通過綜合實訓或創(chuàng)新實驗將課內(nèi)基礎知識呈現(xiàn)出來，實現(xiàn)知識與應用融合以及提升方案設計與解決復雜工程問題能力，并實現(xiàn)機光電計全方位、多維度的實踐能力培養(yǎng)。學生解決復雜工程問題能力包含三個層級即工程認知、工程實踐及工程創(chuàng)新，對應這三個層級的實踐環(huán)節(jié)分別為課內(nèi)基礎實驗、綜合實踐、畢業(yè)設計。整個實踐教學體系按照“工學并舉”內(nèi)涵要求，強調(diào)服務學生發(fā)展的核心主旨，開展了教學目標體系、內(nèi)容體系、評價改進體系有機協(xié)同實踐，保障了培養(yǎng)高素質(zhì)、強能力、復合型、創(chuàng)新型技術人才目標的實現(xiàn)。

三、面向“工學并舉”的實踐教學支撐體系建設

測控專業(yè)的培養(yǎng)計劃既包含常規(guī)測控技術及應用模塊，又包含特色化的光電檢測及視覺分析模塊以及精密儀器與機械模塊，并在此基礎上結(jié)合行業(yè)發(fā)展需求，增加了學生嵌入式控制系統(tǒng)設計能力、感知與信號分析能力、精密測量儀器設計能力、專業(yè)綜合實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)計劃。為有效促進學生能力提升，測控專業(yè)針對每個能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)建有專業(yè)實驗室，比如測控綜合能力實驗室、精密儀器設計實驗室、智能感知與信息融合實驗室、嵌入式系統(tǒng)實驗室、精密系統(tǒng)與測量實驗室、光電檢測與視覺實驗室、綜合測控系統(tǒng)實驗室、測控創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗室，以實現(xiàn)對相應教學環(huán)節(jié)與實踐環(huán)節(jié)的支撐。實驗室能夠安排課程教學活動，并提供相關實驗裝置、器材、工具，同時具備光電檢測、視覺分析、精密測量、信號分析及自動控制等各類典型測控系統(tǒng)與設備。各類實踐環(huán)節(jié)都可以基于豐富的儀器與設備進行設計與調(diào)試，保障學生專業(yè)實踐能力訓練得以正常開展。

學生的創(chuàng)意思維訓練以及解決復雜工程問題能力打磨，是目標產(chǎn)出導向的核心。 為實現(xiàn)“工學并舉”，實現(xiàn)教學實踐與工程應用的有機結(jié)合，測控專業(yè)設計并實施了“五位一體”層次化多維實踐環(huán)節(jié)支撐體系，實現(xiàn)知識內(nèi)容分層遞進、實驗環(huán)節(jié)類型豐富、設計內(nèi)容綜合性強且兼有靈活性與延伸性的實驗體系。通過“智能家居系統(tǒng)設計”“智能停車管理系統(tǒng)設計”“產(chǎn)品質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)設計”等各類實踐項目，融入了人工智能、機器視覺、網(wǎng)絡化及云計算等新興技術與產(chǎn)業(yè)，實施了“以學生能力產(chǎn)出為核心、培養(yǎng)目標需求為驅(qū)動、多樣化過程設計為依托、多種技術與手段融合、能力提升為輸出結(jié)果”五位一體實踐教學支撐體系。這個體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。相關實驗室及實驗設計可支撐如控制工程等多專業(yè)公共基礎課程，支撐儀器類的傳感器技術、測控電路、信號與系統(tǒng)等專業(yè)基礎課，并可支撐如嵌入式系統(tǒng)設計、虛擬儀器技術、測控儀器設計等特色專業(yè)課程。各類實驗設備至少有15套，并配備有專業(yè)技術人員進行設備維護與管理，實驗人員與專任教師同時為學生實驗與實踐環(huán)節(jié)的開展提供保障與支持。

四、實踐教學全面管理與監(jiān)控體系建設

OBE工程教育專業(yè)認證的核心保障是專業(yè)持續(xù)改進機制。專業(yè)持續(xù)改進機制包含教學質(zhì)量內(nèi)部監(jiān)控與培養(yǎng)質(zhì)量外部評價。在河北工業(yè)大學，學校和學院通常負責教學和培養(yǎng)全過程管理、監(jiān)督和保障，專業(yè)負責實施和改進。學校、學院和專業(yè)通過企業(yè)調(diào)研、問卷調(diào)查、學生走訪等多種形式搜集來自在校生、教學督導、畢業(yè)生和社會的反饋信息，用于完善培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、課程體系、課程目標、理論教學環(huán)節(jié)及實踐教學環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)專業(yè)建設的持續(xù)改進。專業(yè)根據(jù)學校和學院的教學質(zhì)量管理制度，組織、建立并實施了完善的教學過程質(zhì)量監(jiān)控機制。專業(yè)制定了合理的教學大綱修訂制度（在每門課程的教學工作完成后）和課程體系修訂制度（每學年），建立了嚴格的教學過程質(zhì)量監(jiān)控機制，形成了明確、合理的各環(huán)節(jié)質(zhì)量評價體系，從而保障持續(xù)改進機制的有效運行，更好地促進畢業(yè)要求的達成。以上措施使得畢業(yè)要求的能力要素能切實體現(xiàn)在大綱中，使得課程體系能更加有力地支撐畢業(yè)要求，教學過程質(zhì)量監(jiān)控使得教學環(huán)節(jié)能真正達到大綱要求，質(zhì)量評價體系使教學效果得以體現(xiàn)，為持續(xù)改進提供可靠依據(jù)，最終保證了畢業(yè)要求的很好達成。

以OBE為導向，建立高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的“兩性一度”實踐教學體系，破解實踐能力培養(yǎng)難題，必須有全面管理與監(jiān)控體系。該體系以OBE為導向，從學生實踐及培養(yǎng)解決復雜工程問題能力入手，建立了實踐教學運行體系，從能力培養(yǎng)角度明確了實踐教學各個環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容及要求，進一步明確了把能力培養(yǎng)作為成果導向的核心目標。所建立的實踐教學全面管理與監(jiān)控體系，是實踐教學能夠有效運行及形成持續(xù)改進機制的重要保障，從督導、學生、教師等多角度建立了教學效果信息反饋機制，在實踐教學環(huán)節(jié)形成了完整的“論—證—改”的持續(xù)改進機制閉環(huán)。測控專業(yè)的全面管理與監(jiān)控體系，摒棄了僅僅依據(jù)實驗報告進行打分的傳統(tǒng)做法，針對各類實踐環(huán)節(jié)實行了過程化、動態(tài)化的目標達成跟蹤評價，注重過程培養(yǎng)，更強調(diào)實際動手能力、實驗完成質(zhì)量等多方面因素的綜合評價。

測控專業(yè)根據(jù)綜合實驗學習表現(xiàn)（包括理論知識學習情況、實驗報告等）與實驗成效為學生動態(tài)評分，避免重理論輕實驗。對于驗證性實驗，總成績包含實驗預習、理論學習和實驗報告；對于綜合性實驗與自選性實驗，注重實驗動手能力培養(yǎng)，適當降低實驗報告所占分數(shù)。注重提高動手能力，調(diào)動了學生自主學習積極性[6-7]。圖4所示為測控專業(yè)實踐教學全面管理與監(jiān)控體系構(gòu)成的主要內(nèi)容。

五、實踐教學過程管理與監(jiān)控體系運行機制建設

實踐教學過程管理與監(jiān)控體系運行機制實現(xiàn)以教師為中心向以學生為中心的教學質(zhì)量觀轉(zhuǎn)變，形成全教學過程管理與監(jiān)控的質(zhì)量標準體系，細化監(jiān)控流程與措施，明確實施主體，落實分析反饋，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整、持續(xù)改進[8-9]。該運行機制通過訪談、教學督導、問卷調(diào)查等多種反饋渠道，及時掌握學生實踐環(huán)節(jié)的狀態(tài)和訴求；采用多元評價方法，以目標任務、過程管理、結(jié)果反饋為主要內(nèi)容，以全程化、全員化、層次化、多元化、常態(tài)化為特征，建立了實踐教學過程中學生學習狀態(tài)和實踐效果的跟蹤與反饋機制，通過對不同階段學生學習狀態(tài)及能力達成情況的跟蹤、反饋及評價，及時調(diào)整實踐體系、實踐內(nèi)容、實踐開展方式、師資配備及實踐資源，使實踐教學體系和教學過程不斷適應學生成長成才的要求。圖5所示為測控專業(yè)的實踐教學過程管理與監(jiān)控體系運行機制。

該運行機制由五個主要過程構(gòu)成，將這些過程有機聯(lián)系起來，形成了實踐教學能力培養(yǎng)過程的完整閉環(huán)。該機制從需求分析入手，針對各利益相關方反饋的學生勝任力和需求的差距進行提煉總結(jié)，形成學生畢業(yè)要求的能力目標，據(jù)此設計實踐教學的各個環(huán)節(jié)，明確實踐教學實施與管理的具體任務和要求。實踐教學在實施過程中，按照測控專業(yè)過程質(zhì)量運行機制的要求，對各類實踐環(huán)節(jié)的學習成果進行分析和評價。評價時考慮多種評價方式，并將結(jié)果進行綜合分析后形成最終的評價結(jié)論，即學生能力達成情況。對能力薄弱環(huán)節(jié)進行研討診斷，形成持續(xù)改進的措施并在下一次教學中實施。

六、實踐教學環(huán)節(jié)對專業(yè)核心能力培養(yǎng)的支撐

第四次工業(yè)革命及相關AI與網(wǎng)絡技術的發(fā)展，使得現(xiàn)代工程的綜合化程度高、技術難度大、運行環(huán)境復雜，從而導致其對經(jīng)濟、社會與環(huán)境的影響深刻且多元。如何培養(yǎng)學生能夠積極面對并解決系統(tǒng)性與復雜性交織的工程問題，是專業(yè)人才培養(yǎng)必須考慮的核心問題。為此，測控專業(yè)從行業(yè)需求出發(fā)，進行了培養(yǎng)學生解決復雜工程問題核心能力的實踐教學設計，包括解決復雜工程問題需要具備的誤差分析、精度分析、在線檢測、定位控制、復雜功能硬件設計、精密機械與儀器工藝分析等六個方面的專業(yè)核心能力，并對各項能力進行細分。結(jié)合不同課程內(nèi)容進行不同層次的實踐環(huán)節(jié)架構(gòu)設計，在由基礎到綜合的過程中實現(xiàn)對專業(yè)核心能力的培養(yǎng)，使學生具備解決復雜工程問題能力。其運行過程如圖6所示。

各類實驗及實踐環(huán)節(jié)的指導教師在教學中嚴格執(zhí)行相應的教學要求。教學要求根據(jù)培養(yǎng)解決復雜工程問題能力這個核心目標制定，涵蓋專業(yè)知識體系、教學要求、教學過程、教學設計、教學方法及教學評價等內(nèi)容。其具體體現(xiàn)為：首先，對復雜工程問題能力支撐特征進行指標分解，構(gòu)建課程與對應指標的支撐關系圖譜，并針對相應指標進行教學環(huán)節(jié)與教學活動設計，實現(xiàn)有效、可量化、可評價的教學過程支撐，最終將這些評價數(shù)據(jù)用于學生畢業(yè)要求達成計算。其次，密切結(jié)合學校、學院及測控專業(yè)人才定位，將培養(yǎng)多技術融合的復合型且具有工程應用實踐能力的應用型人才作為目標。選擇以測控系統(tǒng)精度設計為主線的復雜工程問題，將測控系統(tǒng)精度設計分解到精密機械系統(tǒng)、光電系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)等實踐教學環(huán)節(jié)的各個子系統(tǒng)和子環(huán)節(jié)中，通過整個教學計劃來執(zhí)行。再次，根據(jù)課程教學大綱，從學生解決復雜工程問題的整個流程入手，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、梳理匯總、制訂方案、調(diào)試執(zhí)行及評估方案的核心能力。恰當運用項目式教學、啟發(fā)式教學、混合式教學等教學方法，提升學生的參與度，激發(fā)其學習熱情和優(yōu)化其學習效果，從而確保解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)效果。最后，制訂相應的考核評價方法來檢驗解決復雜工程問題能力的達成情況和存在的不足，以利于該環(huán)節(jié)的持續(xù)改進。

在專業(yè)教學中，以信息流為線索，串起學生的光、機、電信息獲取能力，精度分析和誤差模型建立能力，信息傳遞、集成能力，實踐能力，測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計能力，測控系統(tǒng)電路設計能力，測控系統(tǒng)光路設計能力，虛擬儀器設計能力，精密儀器與機械工藝分析能力，軟硬件工具使用及開發(fā)能力等，并且設計了各類實踐環(huán)節(jié)與軟硬件實驗平臺，讓學生得到充分實踐和鍛煉。在制定課程教學大綱時，從教學內(nèi)容、教學環(huán)節(jié)及考核環(huán)節(jié)中，設計、增加相應的復雜工程問題解決能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)，明確相應的知識點、教學環(huán)節(jié)、教學設計及評價方式，確保復雜工程問題解決能力培養(yǎng)目標得以有效達成。

七、達成效果分析

2019、2020年，筆者分別針對測控專業(yè)2015、2016級畢業(yè)生進行了關于解決復雜工程問題核心能力培養(yǎng)的滿意度問卷調(diào)查，共收到2015級78份、2016級125份調(diào)查問卷。根據(jù)學生對專業(yè)核心能力達成度的評價結(jié)果可知，由于各環(huán)節(jié)持續(xù)改進機制的實施，除了在線檢測能力部分，2016級學生在其他方面能力的達成效果普遍優(yōu)于2015級。在精密儀器與機械工藝分析上，學生的能力達成度略低，這就需要進一步對課程內(nèi)容、實踐內(nèi)容設計進行優(yōu)化改進，從而使學生在儀器加工與裝配工藝分析能力水平方面得到提升。通過對調(diào)查問卷得到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析可知，學生的專業(yè)基礎知識、測控基礎技能、綜合實踐能力、測控系統(tǒng)與儀器設計能力達成度都占85%左右，其人文素質(zhì)、團隊協(xié)作、溝通能力達成度也在70%以上。

八、結(jié)語

河北工業(yè)大學測控專業(yè)2018年完成了工程教育專業(yè)認證，2021年入圍國家一流專業(yè)建設，其實踐教學體系有效運行了三年，無論是專業(yè)的實踐教學體系架構(gòu)還是教學模式及持續(xù)改進機制都對學生培養(yǎng)目標達成發(fā)揮了有效作用。在“工學并舉”辦學思想的指引下，以工程能力提升為目標，構(gòu)建了富有特色的實踐教學支撐體系，并基于實驗室與實驗平臺建設，有效推動了整個實踐管理與監(jiān)控體系平穩(wěn)運行，確保專業(yè)“綜合+創(chuàng)新+應用的復合型人才”培養(yǎng)目標得以實現(xiàn)。

2021年，測控專業(yè)完成了工程教育專業(yè)認證的中期考核，在后續(xù)國家一流專業(yè)建設中，將繼續(xù)踐行“工學并舉”的辦學思想，緊跟行業(yè)與科技發(fā)展趨勢，結(jié)合社會經(jīng)濟發(fā)展需求，適時優(yōu)化實踐內(nèi)容設計、實踐教學教程，應用新的教學技術手段，加強實踐環(huán)節(jié)對能力培養(yǎng)的支撐，實現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)體系的動態(tài)化持續(xù)改進。

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［責任編輯：龐丹丹］