新工科背景下測(cè)控專(zhuān)業(yè)實(shí)踐體系建設(shè)探索

李季 任遠(yuǎn) 熊飛麗

[摘 要] 新工科建設(shè)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)提出了新的要求，而實(shí)踐體系為創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供保障。根據(jù)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)的要求，針對(duì)目前國(guó)防科技大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)體系存在的問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化重構(gòu)，建立分層次、模塊化的測(cè)控專(zhuān)業(yè)實(shí)踐培養(yǎng)體系，并通過(guò)建設(shè)以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、構(gòu)建全開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)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(cè)控專(zhuān)業(yè);實(shí)踐體系;分層次;模塊化

[基金項(xiàng)目] 2018年度國(guó)防科技大學(xué)校級(jí)教育教學(xué)研究資助項(xiàng)目“強(qiáng)軍新工科背景下測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)探索與實(shí)踐”（U2018012）

[作者簡(jiǎn)介] 李 季（1979—），女，河南南陽(yáng)人，博士，國(guó)防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院智能機(jī)械與儀器系副教授，主要從事測(cè)控技術(shù)與儀器研究;任 遠(yuǎn)（1986—），男，湖南望城人，博士，國(guó)防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院智能機(jī)械與儀器系講師，主要從事智能傳感與探測(cè)研究;熊飛麗（1963—），女，湖南長(zhǎng)沙人，碩士，國(guó)防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院智能機(jī)械與儀器系高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事傳感器與測(cè)試技術(shù)研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 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(jì)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(jí)速度展開(kāi)，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(guó)工程教育發(fā)展的新思維、新方式[1，2]。我國(guó)正深入推動(dòng)實(shí)施“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”“中國(guó)制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，為在未來(lái)全球創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)戰(zhàn)略制高點(diǎn)，迫切需要培養(yǎng)大批擁有更強(qiáng)創(chuàng)新能力的新型工程科技人才。教育部組織開(kāi)展并形成的“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“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]。“新工科”呼喚新的人才培養(yǎng)方案、培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方式。而實(shí)驗(yàn)作為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)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(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生在獲取知識(shí)的基礎(chǔ)上，具有科學(xué)探究、主動(dòng)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(guò)實(shí)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(chǎng)是全國(guó)各高校都在積極開(kāi)展的一項(xiàng)工作。

本文以測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)體系為研究對(duì)象，著眼于我校培養(yǎng)“新工科”人才的需求，探討如何理順專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)課程間的關(guān)系，建立科學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)與環(huán)境，為提高學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、我校測(cè)控專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)體系現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

作為信息學(xué)科的源頭，測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)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(shí)和能力，如傳感器設(shè)計(jì)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(guò)優(yōu)化、重構(gòu)專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系，建立全過(guò)程覆蓋的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)體系，強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，是首先需要解決的問(wèn)題[6-8]。對(duì)標(biāo)“新工科”建設(shè)要求，分析我校實(shí)際情況，目前我校測(cè)控專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)體系尚存在一些問(wèn)題。

1.實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置的系統(tǒng)性不強(qiáng)，與專(zhuān)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(zhuān)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(lái)任職能力的提高。

2.專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)體系（包括課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)課程）缺少頂層設(shè)計(jì)，各環(huán)節(jié)層次不分明，課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足于某一課程的建設(shè)為目標(biāo)，缺少?gòu)膶W(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(shí)踐體系設(shè)計(jì)。而且專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)門(mén)類(lèi)多，部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重復(fù)，這就使得學(xué)生在校培養(yǎng)期間缺少對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能的總體認(rèn)知和訓(xùn)練。

3.課程實(shí)驗(yàn)體系中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多，學(xué)生容易以完成規(guī)定操作過(guò)程為目標(biāo)，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)設(shè)計(jì)好的步驟加以重復(fù)，并設(shè)法將實(shí)驗(yàn)結(jié)果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)內(nèi)容規(guī)定的結(jié)論靠攏，缺乏實(shí)踐的主動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)，不利于學(xué)生綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

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

三、測(cè)控技術(shù)與儀器模塊化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建

由于測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)課程門(mén)類(lèi)眾多，涉及光學(xué)、機(jī)械、電子、控制等多領(lǐng)域知識(shí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)通常包括課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)課程、綜合設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐等。在原來(lái)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(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容之間存在一定重復(fù)。基于此，對(duì)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案中的課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理、修改和完善，將學(xué)員創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)分為四個(gè)層次，由低到高，逐步推進(jìn)，打通實(shí)踐環(huán)節(jié)各門(mén)課程之間的聯(lián)系，并按照信息獲取、信息處理、信息傳輸、測(cè)試系統(tǒng)四個(gè)模塊重新設(shè)置實(shí)驗(yàn)體系，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容進(jìn)行改革和優(yōu)化，使實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練可以實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從基礎(chǔ)到設(shè)計(jì)應(yīng)用、從驗(yàn)證到創(chuàng)新循序的漸進(jìn)式培養(yǎng)。

根據(jù)測(cè)控專(zhuān)業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，將實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)分為四個(gè)層次。

1.基礎(chǔ)能力：主要培養(yǎng)學(xué)生具有元器件識(shí)別、簡(jiǎn)單電路分析、設(shè)計(jì)、測(cè)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(guò)電工與電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等課程實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在完成上述課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)電工電子實(shí)踐項(xiàng)目夯實(shí)基礎(chǔ)，在深入掌握電工電子基本理論和基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)踐項(xiàng)目要求、設(shè)計(jì)制作電路并解決問(wèn)題的能力。

2.專(zhuān)業(yè)技術(shù)實(shí)踐能力：主要目的是培養(yǎng)學(xué)生具有傳感器識(shí)別、設(shè)計(jì)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、調(diào)理、信息處理、傳感器特性測(cè)試、誤差分析與數(shù)據(jù)處理、光學(xué)系統(tǒng)調(diào)試、測(cè)試等專(zhuān)業(yè)基本技能。這部分主要通過(guò)傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)、誤差理論與數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)、光學(xué)測(cè)量實(shí)驗(yàn)、信號(hào)系統(tǒng)與控制實(shí)驗(yàn)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、測(cè)試系統(tǒng)與儀器實(shí)驗(yàn)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)測(cè)量技術(shù)實(shí)踐項(xiàng)目、計(jì)量技術(shù)實(shí)踐項(xiàng)目和儀器與系統(tǒng)實(shí)踐項(xiàng)目的訓(xùn)練，使學(xué)生掌握傳感器測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路和方法，培養(yǎng)基于單片機(jī)和虛擬儀器的應(yīng)用系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)能力，增強(qiáng)學(xué)員對(duì)計(jì)量技術(shù)在工程領(lǐng)域中應(yīng)用方法的把握。

3.綜合實(shí)踐能力：主要是使學(xué)生具備綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)面向?qū)嶋H應(yīng)用的測(cè)控系統(tǒng)或儀器的能力，包括需求分析與方案設(shè)計(jì)、測(cè)控電路設(shè)計(jì)、儀器設(shè)計(jì)等。這一部分是通過(guò)測(cè)控系統(tǒng)與儀器綜合實(shí)踐項(xiàng)目來(lái)實(shí)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(guò)與校外企業(yè)合作共建實(shí)習(xí)基地，構(gòu)建校企聯(lián)合培養(yǎng)面向未來(lái)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(jī)制，由企業(yè)選派工程實(shí)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(shí)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(gè)能力層次中，專(zhuān)業(yè)技術(shù)實(shí)踐能力和綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)主要依托測(cè)技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室來(lái)實(shí)現(xiàn)?；诖?，我們將相關(guān)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐課程劃分為信息獲取、信息處理、信息傳輸和測(cè)試系統(tǒng)四個(gè)模塊來(lái)進(jìn)行課程和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)。由此所形成的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置上，通過(guò)將一個(gè)大的系統(tǒng)分成上述四個(gè)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(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試、分析與改進(jìn)，專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力得到全面提升。

這種分層次的體系結(jié)構(gòu)緊扣測(cè)控專(zhuān)業(yè)學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的核心，從點(diǎn)到面、從基礎(chǔ)到專(zhuān)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(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的提高。而模塊化的專(zhuān)業(yè)實(shí)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(jì)上實(shí)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(guò)程中不但使創(chuàng)新實(shí)踐能力得以提升，對(duì)專(zhuān)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(shí)驗(yàn)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(jiān)持“以學(xué)員為中心”，實(shí)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(shí)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(shí)踐之外，在教學(xué)方法與手段以及實(shí)驗(yàn)室環(huán)境建設(shè)方面也要突出“以學(xué)生為中心”。（1）實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)置上突出產(chǎn)出導(dǎo)向，針對(duì)培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知能力的需求，構(gòu)建復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、典型裝備測(cè)控系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。（2）在教學(xué)方法上，將項(xiàng)目教學(xué)法、研究型教學(xué)法等教學(xué)方法和手段引入專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自主自由完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，除了教師建議的選題之外，鼓勵(lì)學(xué)生自主選擇感興趣的項(xiàng)目，并在教師指導(dǎo)下開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。（3）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新環(huán)境建設(shè)，完善實(shí)驗(yàn)室軟硬件條件，引進(jìn)先進(jìn)的、能夠體現(xiàn)專(zhuān)業(yè)特色的儀器設(shè)備與軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，建設(shè)自主實(shí)驗(yàn)室，并由教師進(jìn)行指導(dǎo)，實(shí)行全開(kāi)放，只要學(xué)生在校園網(wǎng)上完成注冊(cè)，就可以隨時(shí)到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)想做就做、想做能做。（4）將實(shí)踐教學(xué)與課外學(xué)科競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目等相結(jié)合，以賽促學(xué)、以賽促創(chuàng)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)。鼓勵(lì)學(xué)生將實(shí)踐課上的作品完善、升級(jí)，通過(guò)參加虛擬儀器設(shè)計(jì)大賽、物聯(lián)網(wǎng)大賽、大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目等課外實(shí)踐活動(dòng)或者與畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)踐的精神，讓創(chuàng)新能力在實(shí)際中得到進(jìn)一步的鍛煉。

五、測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程性考核體系

實(shí)踐能力的培養(yǎng)貫穿實(shí)踐課程的始終，實(shí)踐課程的考核不能像理論課程一樣通過(guò)一次考試一錘定音[9]。因此在測(cè)控專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的考核中，改變以結(jié)果作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的做法，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的考察和學(xué)生綜合素質(zhì)的考評(píng)。以?xún)x器與系統(tǒng)實(shí)踐項(xiàng)目課程為例，學(xué)生在選定實(shí)踐項(xiàng)目以后，需要根據(jù)項(xiàng)目要求確定整體設(shè)計(jì)方案并論證方案的可行性，然后設(shè)計(jì)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(xiě)實(shí)踐報(bào)告并進(jìn)行答辯。教師對(duì)課程考核的內(nèi)容及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

從表1可以看出，過(guò)程性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系涵蓋了對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)方案的能力、自主完成實(shí)驗(yàn)的能力、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力的考察以及科學(xué)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、團(tuán)隊(duì)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(shí)踐能力的強(qiáng)弱和綜合素質(zhì)的高低。

六、結(jié)語(yǔ)

分層次、模塊化的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐體系涵蓋基礎(chǔ)實(shí)踐、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐、綜合實(shí)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(shí)通過(guò)構(gòu)建以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專(zhuān)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(mǎn)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(shí)踐能力和工程素養(yǎng)。

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