摘 要：為解決測控專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)存在課內和課外實踐聯(lián)系不夠緊密、缺乏激勵機制、師生合作互動度不高以及因材施教不到位等問題，提出基于OBE和虛實一體的實踐教學改革。從虛實結合、內涵建設、評價及改進等方面對實踐教學體系進行優(yōu)化。主要措施包括以學生為中心加強校企和師生共建專業(yè)，充分利用虛擬仿真和互聯(lián)網(wǎng)技術，讓學生從線上和線下、虛擬和現(xiàn)實、課內和課外的各類實踐資源中提高動手能力和激發(fā)創(chuàng)新思維。經(jīng)過實踐，學生的工程應用開發(fā)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到明顯加強，工程應用類學科競賽獲獎數(shù)以及承擔的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類項目數(shù)均顯著增加，從而證實相關改革措施的有效性。

關鍵詞：成果導向；虛實一體；測控專業(yè)；工程應用；實踐教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）21-0151-04

Abstract： In order to solve the problems of insufficient connection between in class and out of class practice， lack of incentive mechanisms， low cooperation and interaction between teachers and students， a practical teaching reform based on OBE and the integration of virtual and real is proposed. The optimization of the practical teaching system has been achieved through the combination of virtual and real， connotation construction， evaluation and improvement. The main measures include： strengthening the collaboration between schools， enterprises， and teachers and students in building majors with a student-centered approach; making full use of virtual simulation and Internet technology; enabling students to improve their hands-on abilities and stimulate innovative thinking through various practical resources， including online and offline， virtual and real， in class and out of class. It has confirmed that students' abilities in engineering application development and innovation and entrepreneurship have been significantly strengthened. The number of awards in engineering application subject competitions and the number of innovation and entrepreneurship projects undertaken have significantly increased， thus confirming the effectiveness of relevant reform measures.

Keywords： OBE; integration of the virtual and the real; Measuring and Controlling Specialty; engineering applications; practical teaching

測控技術與儀器專業(yè)是集合光、機、電和計算機技術等多個學科為一體的寬口徑專業(yè)[1]。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，各行業(yè)對測控技術與儀器專業(yè)人才的需求越來越多，對人才培養(yǎng)質量也提出了更高的要求[2]。OBE（Outcomes-based Education）教育理念起源于美國和澳大利亞，是一種以預期學習成果和學習目標為中心來組織、實施和評價教育的模式，通常稱為成果導向或目標導向模式[3]。隨著我國工程教育改革進程的加快，OBE教育理念得到了國內高校的廣泛認同，大多數(shù)專業(yè)積極參加以OBE作為教育理念的國際工程教育認證，開展基于OBE的教學改革活動。但是當前測控專業(yè)的人才培養(yǎng)體系與經(jīng)濟發(fā)展和新質生產(chǎn)力的需求并沒有完全相適應，在提高產(chǎn)出成果方面仍然缺乏足夠的實踐經(jīng)驗。參照儀器類專業(yè)認證標準，存在著落實人才培養(yǎng)目標達成的機制還有待完善，基于OBE教育理念的課程教學體系不夠完整，持續(xù)改進的貫徹情況還不夠到位，以及專業(yè)教育和創(chuàng)新教育的融合度不夠高等問題[4]。

虛實一體教學模式中的“實”指實踐操作或真實的實驗，“虛”指虛擬仿真或接近真實的模擬實驗，通過實與虛的結合能獲得提高學習效率和降低實踐成本等優(yōu)勢。2000年美國麻省理工學院實施了MIT TEAL項目，學生在實驗課程中既可以進行真實的物理實驗，也可以開展虛擬物理實驗。指導教師利用計算機仿真技術搭建虛擬的實驗環(huán)境，使學生在實踐操作和學習過程中能夠有效感受和切換各種接近真實的實驗環(huán)境，提高實驗效率，加強師生之間教與學的互動效果，增強學生對實驗內容的認知，提高學習興趣并積極參與學習[5]。2013年教育部發(fā)通知要求各高校高度重視實驗教學與信息化的深度融合，支持虛擬仿真實驗教學中心的建設工作。近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術和人工智能的快速發(fā)展也為虛實一體化的實踐教學模式帶來了更新的要求和發(fā)展契機。一些高校建設了智能化的網(wǎng)絡虛擬實驗室，借助新興的網(wǎng)絡和計算機技術將位于不同地點的師生聯(lián)系在一起完成相關實踐教學任務，這進一步加強了教師與學生之間的雙向溝通，對學習者的學習效果產(chǎn)生積極的促進作用[6]。

OBE教育理念要求教師關注學生的個體差異和個性化學習需求，而虛實一體教學模式則易于通過調整教學內容的虛實比例滿足該需求，因此，它們之間存在較多的契合點。在本校測控專業(yè)實踐教學過程中，受制于實踐教學的方法和管理模式等因素，存在課內和課外實踐聯(lián)系不夠緊密、缺乏激勵機制、師生合作互動度不高以及因材施教不到位等問題，導致實踐教學與培養(yǎng)學生動手能力和激發(fā)學生創(chuàng)新思維存在一定程度的脫節(jié)，無法獲得最優(yōu)的成果產(chǎn)出。為此，本課題基于OBE理念和虛實一體模式，扎實推進實踐教學改革，結合地方經(jīng)濟發(fā)展需求、學校辦學特色和專業(yè)教學傳承，以學生為中心，以成果為導向，通過虛實結合充分利用好線上和線下、虛擬與現(xiàn)實、課內和課外的各類實踐資源，提高學生工程實踐能力培養(yǎng)質量[7]。以改革為動力推進“雙一流”和新工科建設，推動測控技術與儀器專業(yè)參與國際工程教育認證相關工作，滿足培養(yǎng)新型工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才的需要，為地方經(jīng)濟和社會發(fā)展服務。

一 改革措施

（一） 基于OBE和專業(yè)特色優(yōu)化實踐教學體系

圖1為本文提出的實踐教學體系改革優(yōu)化措施示意圖。改革優(yōu)化的基礎是專業(yè)建設、平臺建設、校企共建和師生共建等內涵建設，參考儀器類專業(yè)教學質量國家標準，按照國標關于儀器類專業(yè)核心課程的建議優(yōu)化課程體系的設置，結合區(qū)域經(jīng)濟特點和專業(yè)優(yōu)勢特色，圍繞測控技術、儀器技術的開發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈對實踐教學體系進行改革和動態(tài)調整。改革優(yōu)化的牽引力是基于OBE理念的達成評價、成果評價和持續(xù)改進，核心內容是對課內實踐、綜合實踐、創(chuàng)新實踐和競賽實踐進行優(yōu)化，具體措施如下。

1）優(yōu)化新設的儀器類專業(yè)導論課程，發(fā)揮專業(yè)負責人及專職輔導員的能動性，使得測控專業(yè)的學生在入學的第一個學期，就充分了解專業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)中有哪些應用，以及需要掌握哪些實踐技能。引導學生提前掌握C、MATLAB和LabVIEW編程，使得學生在隨后的學習生涯中擁有借助計算機對課內知識和實踐內容進行虛擬仿真的能力。

2）在開展電子測量、單片機原理及應用、信號分析與處理、自動檢測技術和智能儀器儀表設計等課程的課內實踐活動中，加強工程應用思想的融入，改革教學方法和實踐考核評價方式方法。結合虛實一體實踐教學模式，開展啟發(fā)式、模擬式、討論式、沉浸式和參與式的實踐教學，注重考查學生能力和做好思政工作，將敬業(yè)、愛崗、專注、創(chuàng)新等方面的工匠精神融入學生內心深處[8]。

3）在落實電子系統(tǒng)設計、測控系統(tǒng)設計、專業(yè)綜合設計和畢業(yè)設計等綜合實踐活動中，充分培養(yǎng)學生對測控專業(yè)基礎理論知識和基本技能的綜合運用能力，以及對復雜工程和科學問題進行系統(tǒng)分析、科學研究、工程設計和算法分析的能力。通過網(wǎng)絡交流和現(xiàn)場指導的形式，積極組織教研室老師對各門綜合實踐課程提出改革意見，交流學習取長補短，確保綜合實踐活動起到對各相關課程承前啟后、前后銜接的效果，解決課內實踐環(huán)節(jié)相互孤立的狀況，扎實提高學生的專業(yè)綜合分析水平和實踐能力[9]。

4）在實施大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、師生科研項目和校企合作項目等創(chuàng)新實踐活動中，充分利用專業(yè)教師在科研方面的經(jīng)驗，積極組織和指導學生完成各類大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，使得學生順利完成各類儀器創(chuàng)新項目的制作，發(fā)表學術論文或申請專利，使實踐能力得到充分的訓練。與行業(yè)企業(yè)之間形成良性互動關系，建立產(chǎn)教深度融合，優(yōu)化校企合作和校校合作的全面協(xié)同育人培養(yǎng)機制，與測控學科相關的企業(yè)和事業(yè)單位形成良好的產(chǎn)學合作關系。借助企業(yè)現(xiàn)有的虛擬仿真平臺和網(wǎng)絡考核技術，整合各類成熟的實踐資源，讓學生充分受益。

5）組織好學生的競賽實踐活動，利用競賽活動把課程實驗、科技開發(fā)和創(chuàng)新實踐等實踐環(huán)節(jié)關聯(lián)起來并進行統(tǒng)籌安排。構建以成果為導向的激勵機制，根據(jù)學生的特長和愛好因材施教，分配與學生具有較高合作互動度的專業(yè)導師開展各具特色的競賽實踐活動。組織創(chuàng)新思維強的同學參加國際“互聯(lián)網(wǎng)＋”和“挑戰(zhàn)杯”等賽事，組織算法分析能力強的同學參加全國大學生數(shù)學建模競賽和人工智能設計大賽等賽事，組織電子設計能力強的同學參加全國大學生電子設計競賽和大學生機器人大賽等賽事。訓練和比賽相結合，在競賽實踐中不斷強化學生的動手能力和激發(fā)創(chuàng)新思維。

（二） 虛實一體提高實踐教學質量

本文實踐教學體系改革的目標是提高實踐教學質量，其驅動力是虛實一體教學模式，主要措施如下。

1 借助仿真軟件，實現(xiàn)虛擬仿真和實踐操作結合

在本專業(yè)實踐教學中加強使用Matlab、Simulink和LabVIEW等軟件的虛擬仿真功能，實現(xiàn)測控與儀器系統(tǒng)中信號調理、信息傳輸、通路控制和數(shù)據(jù)分析等問題的計算機仿真及結果可視化。培養(yǎng)學生對測控問題進行算法建模和仿真的能力，以及用數(shù)學建模方法解決測控技術工程應用問題的能力。提高學生對儀器技術學科的興趣，在虛實一體模式下認真聽課，深入實踐，扎實提高動手能力。在實踐過程中，深入理解測控技術相關算法，借助軟件對實際工程問題進行有效的建模和仿真，不斷提高解決復雜工程問題的能力。師生在使用企業(yè)開發(fā)的仿真平臺進行實踐訓練時，以培養(yǎng)目標為成果導向，加強互動性，及時檢驗和反饋實訓效果，不斷完善仿真條件和實踐教學方法，激發(fā)創(chuàng)新思維，結合評價和持續(xù)改進機制取得良好的實踐效果。

2 利用互聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)線上和線下結合，課內和課外結合

新型實踐教學模式充分借助互聯(lián)網(wǎng)技術構建仿真實驗相關平臺和師生互動空間，通過互聯(lián)網(wǎng)技術的優(yōu)勢，使得線上和線下、課內和課外充分結合起來，形成具有最大產(chǎn)出的教學合力。在課外活動中，課前通過QQ群、微信和網(wǎng)課平臺，提前布置測控專業(yè)實踐教學任務，讓學生提前預習和準備實踐教學相關內容；課后通過網(wǎng)絡上的課程評價手段對上課效果進行分析，利用討論區(qū)對存在的問題進行充分討論，保證實踐教學質量。在課內，除了傳統(tǒng)的授課、指導、演講示范，也使用網(wǎng)課平臺完成課內點名、課內練習和師生交互。借助先進的網(wǎng)絡平臺，積極開展MOOC/SPOC/翻轉課堂/云課堂多種教學手段的結合，提高實踐教學效果和質量。項目組成員對各自負責的實踐教學內容以產(chǎn)出為導向，整理出課程的問題和任務，充分考慮所涉及到的實踐案例的技術特點，區(qū)分出線上和線下內容，重點完成線上實踐教學資源的建設和管理。在線上提供相關學習實踐的測試和分析結果，按時公布作業(yè)和學習要求，督促學生完成虛擬實踐任務和反映在學習中遇到的困難。在線下面對面地交流中發(fā)現(xiàn)實踐環(huán)節(jié)存在的共性問題，完成具體實驗操作、論文和項目的選題、論文內容及文本格式等方面的面授指導[10]。

二 實施情況及效果

本校測控專業(yè)在推行OBE理念及虛實一體實踐模式以來取得了較好的效果。在實施過程中，受到專業(yè)特色、傳承和實際情況的影響形成了一些特色措施。在內涵建設環(huán)節(jié)中，本專業(yè)與多家企事業(yè)單位強化了產(chǎn)教融合關系，承接了多項校企聯(lián)合的教學改革和科技開發(fā)項目。在教學過程中使用企業(yè)開發(fā)的實踐教學平臺，向學生推廣使用企業(yè)開發(fā)的支持多儀器組合控制的新一代研發(fā)測試平臺。為多門專業(yè)課程建立了真實項目資源庫以及行業(yè)企業(yè)課程資源庫，將校企共建和師生共建真正結合起來，使學生獲得充分的實踐資源。

在虛實一體教學模式的實踐環(huán)節(jié)中，一些課程逐步形成了優(yōu)勢和特色，得到了學生的高度認可。信號分析課程完成了新版本的虛擬仿真實踐教學資料，突出舉一反三、理實虛結合、精益求精，用豐富的程序實例和詳細的分析講解讓學生在實踐中快速熟悉信號分析相關理論，提高學習興趣并且為參加算法類的學科競賽打下堅實基礎。電子技術課程構建了教、練、賽、評“四位一體”的協(xié)同教學，通過混合式教學、翻轉課堂和項目驅動教學實踐，有效調動學生的學習主動性。單片機課程以工程能力培養(yǎng)為導向貫穿于整體教學實踐環(huán)節(jié)，從實際項目入手鍛煉實踐應用能力、提升項目技能水平，為學生熟練掌握相關理論知識和參加設計類的學科競賽打好基礎。在競賽實踐活動中，通過電子創(chuàng)新實驗室、QQ群、微信群和騰訊會議讓有志參加電子競賽、數(shù)學建模競賽以及“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽的學生與經(jīng)驗豐富的指導老師緊密聯(lián)系起來，充分利用課外時間提高專業(yè)水平和競賽能力。通過資源共享和教師指導，一些較好的競賽案例也惠及了不少未參賽的學生，提高了其理論水平和實踐能力，并且在畢業(yè)設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)出來。

在評價及改進環(huán)節(jié)中，本專業(yè)不斷檢驗和完善相應的評價機制及質量監(jiān)控方法，使得教學環(huán)節(jié)的效果可評價和監(jiān)控，形成閉環(huán)持續(xù)改進。涉及的課內實踐改革措施，都依據(jù)課程目標進行達成評價，并最終和其他改革措施進行人才培養(yǎng)畢業(yè)要求達成評價。參照專業(yè)認證標準，保障測控專業(yè)的人才培養(yǎng)機制能夠有效支撐新工科人才培養(yǎng)目標的達成，推動一流本科專業(yè)建設和工程教育認證工作的開展。

由表1可知，本校測控專業(yè)在項目實施以來的三年時間內獲批的大學生創(chuàng)新項目和科技項目逐年增加，總數(shù)接近40項。學科競賽獲省級以上級別獎勵的人數(shù)占比不斷增加，超過了7%，獲獎涉及的賽事包括創(chuàng)新類的國家“互聯(lián)網(wǎng)＋”大賽、“挑戰(zhàn)杯”競賽、中華職業(yè)教育創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽及大學生工程實訓與創(chuàng)新能力大賽，算法類的數(shù)學建模競賽、數(shù)學競賽及人工智能設計大賽，設計應用類的電子設計競賽、無人機大賽和機器人大賽。其中國家級一等獎2項，國家級二等獎5項，省部級獎勵數(shù)十項。在項目實施期間，獲批省級一流專業(yè)建設，申報了國家一流專業(yè)建設和工程教育專業(yè)認證，就業(yè)率保持上升趨勢。取得眾多業(yè)績的原因是重視了成果產(chǎn)出和工程應用，且在虛實一體模式的作用下，節(jié)約了實踐的經(jīng)濟成本和時間成本，加強了師生之間以及校企之間的溝通聯(lián)系，提高了學生的學習興趣和工程應用開發(fā)能力，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到了明顯加強。

三 結束語

本文提出的實踐教學體系改革優(yōu)化措施突出虛擬仿真和實踐操作相結合，網(wǎng)絡教學和傳統(tǒng)面授相結合，課內和課外相結合，產(chǎn)學研相結合。基于OBE理念，以學生為主體，教師為主導，網(wǎng)絡平臺為依托，推進本專業(yè)學生工程實踐能力培養(yǎng)，解決了測控專業(yè)存在課內和課外實踐聯(lián)系不夠緊密、缺乏激勵機制、師生合作互動度不高以及因材施教不到位等問題，強化了學生動手能力的培養(yǎng)并能夠有效激發(fā)學生創(chuàng)新思維。改革措施推動了測控專業(yè)參與一流專業(yè)建設和國際工程教育認證相關工作，滿足培養(yǎng)新型工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才的需要，從而能夠更好地為地方經(jīng)濟和社會發(fā)展服務。

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