祝雪芬 宋愛(ài)國(guó) 祝學(xué)云

摘 要 目前，我國(guó)高校本科人才培養(yǎng)存在人才培養(yǎng)模式單一、面向工程實(shí)踐能力不足和創(chuàng)新能力激發(fā)不夠等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，本文結(jié)合東南大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)在本科教學(xué)改革方面的新探索，闡述理論與實(shí)踐教學(xué)新模式的創(chuàng)建、實(shí)踐教學(xué)新體系的構(gòu)建、教學(xué)新氛圍的營(yíng)造和全方位校企聯(lián)合人才培養(yǎng)的新探索，并介紹先進(jìn)實(shí)用的“遠(yuǎn)程虛擬測(cè)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”。

關(guān)鍵詞 教學(xué)改革 人才培養(yǎng) 校企聯(lián)合 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.09.015

Abstract At present， there are some problems in the cultivation of undergraduate talents in colleges and universities in China， such as the single talent training mode， the lack of engineering practice oriented ability and the insufficient stimulation of innovation ability. In view of these problems， this paper， combined with the new exploration in undergraduate teaching reform of measurement and control technology and instrument specialty of Southeast University， expounds the establishment of new mode of theoretical and practical teaching， the construction of new system of practical teaching， the creation of new teaching atmosphere and the new exploration of all-round college enterprise joint personnel training， and introduces the advanced and practical "remote virtual measurement and control experimental platform".

Keywords teaching reform; talent training; school enterprise alliance; experimental platform

自2011年漢諾威博覽會(huì)首次提出了工業(yè)4.0的概念以來(lái)，包括德國(guó)、美國(guó)、日本、法國(guó)在內(nèi)的發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛出臺(tái)了工業(yè)革命國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃，我國(guó)也隨之繪制了《中國(guó)制造2025》藍(lán)圖，其主要目的是激發(fā)創(chuàng)新能力，用創(chuàng)新推動(dòng)國(guó)家工業(yè)革命的進(jìn)程，在未來(lái)的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中能夠搶占先機(jī)。其中智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流成為新的時(shí)代主題。可以預(yù)見(jiàn)，更加先進(jìn)智能的生產(chǎn)方式將會(huì)很快替代原有的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，然而這一切都依賴于科技的快速進(jìn)步，依賴于每一個(gè)科研工作者為推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步做出的努力，因此對(duì)國(guó)內(nèi)高校的工科教育提出了新要求。以新工科人才培養(yǎng)為目的，東南大學(xué)測(cè)控專業(yè)經(jīng)過(guò)多年的探索與實(shí)踐，創(chuàng)建了“三階段，三步走，三結(jié)合”的教學(xué)新模式，構(gòu)建了“面向全程，面向工程，面向多元”的實(shí)踐教學(xué)新體系，營(yíng)造了“教依于學(xué)，學(xué)受于教”的師生高度互動(dòng)的教學(xué)新氛圍，建立了校企聯(lián)合授課、校企聯(lián)合指導(dǎo)、校企聯(lián)合設(shè)計(jì)和校企聯(lián)合攻關(guān)的“四聯(lián)合”人才培養(yǎng)新模式，建成了具有實(shí)踐性和創(chuàng)新性的 “遠(yuǎn)程虛擬測(cè)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”，對(duì)“工程教育4.0”實(shí)施了初步探索。

1 “三階段，三步走，三結(jié)合”的教學(xué)新模式

雖然國(guó)內(nèi)高校已日益重視學(xué)生能力教育，但傳統(tǒng)本科人才培養(yǎng)方案仍然普遍存在注重知識(shí)理論，強(qiáng)調(diào)“教”的過(guò)程，忽視了“學(xué)”的認(rèn)知和實(shí)踐過(guò)程，人才培養(yǎng)模式單一、面向工程實(shí)踐能力不足和創(chuàng)新能力激發(fā)不夠的局限。[1-2]為適應(yīng)新工科的人才培養(yǎng)要求，創(chuàng)建了“三階段，三步走，三結(jié)合”的教學(xué)新模式。（1）“三階段”的教學(xué)過(guò)程，指課前布置預(yù)習(xí)內(nèi)容，帶著問(wèn)題進(jìn)課堂，激發(fā)學(xué)生興趣，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力;課中以問(wèn)題為導(dǎo)向，采用現(xiàn)場(chǎng)演示、師生互動(dòng)教學(xué)方法，提高課堂效率;課后根據(jù)老師布置的課題，自主復(fù)習(xí)，自主訓(xùn)練，鞏固提高，培養(yǎng)自主解決問(wèn)題的能力。三階段，旨在突顯學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力，提升課堂教學(xué)的有效性。（2）“三步走”的教學(xué)方法，指在課堂教學(xué)上，形成了一套“重點(diǎn)難點(diǎn)帶著學(xué)，實(shí)際應(yīng)用看著學(xué)，拓展內(nèi)容自己學(xué)”為特點(diǎn)的教學(xué)方法。注重依據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，采用與之匹配的教學(xué)方法，將“帶著學(xué)”“看著學(xué)”“自己學(xué)”有機(jī)結(jié)合起來(lái)，強(qiáng)化課程教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和課外自學(xué)的時(shí)空接續(xù)。（3）“三結(jié)合”的教學(xué)手段，是指將“FLASH動(dòng)畫(huà)展示，基于MATLAB、JAVA仿真軟件，基于LABVIEW的虛擬儀器”三種現(xiàn)代化教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行漸進(jìn)式講授和驗(yàn)證。“三結(jié)合”充分運(yùn)用現(xiàn)代科技手段，采用動(dòng)畫(huà)、虛擬、仿真等方式，在理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)之間架起一座橋梁，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有效對(duì)接。如圖1所示。

“三階段，三步走，三結(jié)合” 教學(xué)新模式以虛擬實(shí)驗(yàn)室、示范試驗(yàn)中心為基礎(chǔ)，以教依于學(xué)，學(xué)受于教為前提，以自主學(xué)習(xí)、虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式為核心，以融合理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力為目標(biāo)，最終幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)從定性理解到定量掌握、從局部理解到全局掌握、從淺層理解到深層機(jī)理掌握的有效升華。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和教學(xué)實(shí)踐融合的新探索

為適應(yīng)“三階段，三步走，三結(jié)合” 教學(xué)新模式，在教學(xué)基礎(chǔ)上依托學(xué)科在測(cè)控技術(shù)和虛擬儀器方面的優(yōu)勢(shì)，與NI公司合作建成了具有創(chuàng)新性的、國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先的“遠(yuǎn)程虛擬測(cè)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”以用于本科教學(xué)。如圖2所示，虛擬儀器把傳統(tǒng)儀器的測(cè)試功能用形象逼真的面板控件形成軟件模塊，將測(cè)控系統(tǒng)的工作過(guò)程如動(dòng)畫(huà)般展示，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)搬進(jìn)了課堂，搬上了網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的完美融合，促進(jìn)了教學(xué)方法、手段的完善，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

尤其學(xué)生在充分熟悉“遠(yuǎn)程虛擬測(cè)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”的創(chuàng)建使用原理后，能夠針對(duì)具體項(xiàng)目自主開(kāi)發(fā)出更多的虛擬測(cè)控系統(tǒng)，極大提高其學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，充分開(kāi)拓其思維，發(fā)揮其想象力。此外，學(xué)院通過(guò)舉辦國(guó)家級(jí)虛擬儀器競(jìng)賽以鼓勵(lì)本科生參與虛擬測(cè)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，并取得優(yōu)異成績(jī)。通過(guò)該平臺(tái)，學(xué)生能不依賴于傳統(tǒng)的測(cè)量測(cè)試儀器設(shè)備，完成遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集、分析處理與控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)共享，并掌握基于虛擬儀器的測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)建方法。相比單一的實(shí)際測(cè)控教學(xué)平臺(tái)，虛擬測(cè)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有如下優(yōu)勢(shì)：（1）構(gòu)建的教學(xué)模型種類更廣，層次更豐富;（2）能夠降低學(xué)生的操作風(fēng)險(xiǎn)和失敗風(fēng)險(xiǎn)，保障課堂安全性和教學(xué)效率。因此，虛擬儀器與實(shí)物儀器的結(jié)合是“三階段，三步走，三結(jié)合” 教學(xué)新模式的基礎(chǔ)和特色。

3 “面向全程，面向工程，面向多元”的實(shí)踐教學(xué)新體系

盡管對(duì)各工科專業(yè)的核心能力有所差異，在工業(yè)新時(shí)代，高校對(duì)于培養(yǎng)在校大學(xué)生的工業(yè)創(chuàng)新能力、提高其工業(yè)素養(yǎng)這一點(diǎn)是一致的。因此，在實(shí)踐教學(xué)體系上形成了“面向全程，面向工程，面向多元”的培養(yǎng)創(chuàng)新人才，提高學(xué)生實(shí)踐能力的完善體系。（1）“面向全程”是指學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)貫穿于課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、技能培訓(xùn)，以及參加科研項(xiàng)目、創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽等教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的全過(guò)程。（2）“面向工程”是指學(xué)生參與的科研項(xiàng)目的來(lái)源不能是異想天開(kāi)的，這些科研項(xiàng)目需要有實(shí)際的科研工程作為其基礎(chǔ)，學(xué)生通過(guò)參加真實(shí)的項(xiàng)目工程能夠得到更加系統(tǒng)的工程能力的訓(xùn)練。（3）“面向多元”是指課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的形式多樣，以綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)為主，輔助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，并且考慮到每一個(gè)學(xué)生的個(gè)性特征，學(xué)生本身就是多元的，因此“面向多元”還指在教學(xué)時(shí)應(yīng)當(dāng)“因材施教”。尤其地，虛擬實(shí)驗(yàn)室、示范試驗(yàn)中心等重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能，培育創(chuàng)新型人才的有效途徑，通過(guò)鼓勵(lì)學(xué)生參加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)、甚至重大前沿科研課題，既能使其得到較全面的培養(yǎng)和實(shí)踐鍛煉，又提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究素養(yǎng)（圖3）。

4 “教依于學(xué)，學(xué)受于教”的教學(xué)新氛圍

隨著新興的教育手段和教育工具的出現(xiàn)，學(xué)生比以往有了更多的渠道獲得專業(yè)知識(shí)，新教學(xué)氛圍必須正視這一特點(diǎn)，在教學(xué)中不斷發(fā)現(xiàn)新的教學(xué)方法。面對(duì)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、新能源等領(lǐng)域的不斷涌現(xiàn)，教師面臨的競(jìng)爭(zhēng)壓力很多不僅僅來(lái)自于在同一個(gè)學(xué)校中的其他老師，他們往往還需要和線上的教育資源進(jìn)行比較，在這種情形下，充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的能力，是師生同時(shí)提升的必然途徑。為此營(yíng)造了“教依于學(xué)，學(xué)受于教”的師生高度互動(dòng)的教學(xué)新氛圍?；谠摻逃砟?，教學(xué)中既強(qiáng)調(diào)老師的導(dǎo)學(xué)作用，又注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)作用，將學(xué)生自主性、探究性學(xué)習(xí)能力具體分解為敏銳發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力、有效解決問(wèn)題的能力、學(xué)以致用的能力和舉一反三的能力。從課堂互動(dòng)、課外研學(xué)互動(dòng)兩方面出發(fā)，形成師生課內(nèi)外高度互動(dòng)的教學(xué)新氛圍。這對(duì)教師隊(duì)伍提出了新要求，因此建設(shè)了一支以“課程教學(xué)+創(chuàng)新實(shí)踐指導(dǎo)+教學(xué)改革”一體化的教學(xué)隊(duì)伍。包括：（1）以學(xué)術(shù)帶頭人為引領(lǐng)，開(kāi)設(shè)了貫穿四年學(xué)程的21門(mén)研討型課程，包括4門(mén)研討型實(shí)驗(yàn)課程。（2）結(jié)合具體科研和工程技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)展課堂討論，實(shí)施問(wèn)題式、案例式教學(xué)，形成了互動(dòng)型教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。（3）以學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力培養(yǎng)為指引，鼓勵(lì)教師指導(dǎo)學(xué)生參加各類競(jìng)賽，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與運(yùn)用密切結(jié)合。（4）建立跨學(xué)科合作交流途徑，現(xiàn)代工程問(wèn)題越來(lái)越涉及多個(gè)學(xué)科，這就要求各個(gè)學(xué)科的老師和學(xué)生加強(qiáng)交流合作，密切配合，在自己的領(lǐng)域內(nèi)貢獻(xiàn)自己所學(xué)，才能一起解決復(fù)雜的科研難題。

5 校企“四聯(lián)合”的人才培養(yǎng)新模式

作為新工科學(xué)生核心能力的評(píng)價(jià)認(rèn)可，企業(yè)是檢驗(yàn)測(cè)控專業(yè)本科人才培養(yǎng)效果的試金石，也是人才培養(yǎng)的重要基地。因此建立了全方位的校企合作培養(yǎng)的新機(jī)制，構(gòu)建了校企聯(lián)合授課、校企聯(lián)合指導(dǎo)、校企聯(lián)合設(shè)計(jì)和校企聯(lián)合攻關(guān)的“四聯(lián)合”人才培養(yǎng)新模式。在培養(yǎng)方案制訂、開(kāi)設(shè)工程類課程、探究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)、在校內(nèi)建設(shè)探究性實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)生科研訓(xùn)練基地、在企業(yè)建設(shè)工程實(shí)踐教育基地、指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面開(kāi)展全方位的校企合作。依據(jù)科技發(fā)展和企業(yè)需求，改革電類基礎(chǔ)課程體系和專業(yè)課程體系，建設(shè)工程實(shí)踐與創(chuàng)新設(shè)計(jì)類系列課程，強(qiáng)化實(shí)踐課程、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、專業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)與設(shè)計(jì)和科研實(shí)踐等“五實(shí)”環(huán)節(jié)。積極探索和深化“產(chǎn)、學(xué)、研合作教育”新途徑，以校企間的科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)合作項(xiàng)目為支撐，以校企聯(lián)合授課、校企聯(lián)合指導(dǎo)、校企聯(lián)合設(shè)計(jì)和校企聯(lián)合攻關(guān)為內(nèi)容，合作培養(yǎng)測(cè)控專業(yè)本科生工程實(shí)踐、工程設(shè)計(jì)和工程創(chuàng)新能力。深化校企合作，是工程人才培養(yǎng)的需要，同時(shí)，“四聯(lián)合”能更多地通過(guò)校企合作了解企業(yè)對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力培養(yǎng)等意見(jiàn)和建議，為深入教學(xué)改革提供參考與動(dòng)力，形成培養(yǎng)工程人才教學(xué)改革的閉環(huán)系統(tǒng)。校企“四聯(lián)合”的優(yōu)勢(shì)在于既能發(fā)揮企業(yè)優(yōu)勢(shì)，保持設(shè)備技術(shù)更新，技術(shù)落地，又能發(fā)揮學(xué)校優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化理論基礎(chǔ)，培育全面的測(cè)控專業(yè)本科人才。

6 新工科視域下的教學(xué)改革新探索成果

經(jīng)過(guò)上述一系列理論與實(shí)踐教學(xué)改革的探索，學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量普遍提高。就新工科實(shí)踐能力而言，近6年測(cè)控專業(yè)30%以上本科生在如“挑戰(zhàn)杯”等重要競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)140余項(xiàng)，授權(quán)專利31項(xiàng)，在國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物和會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文62篇，申報(bào)立項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省級(jí)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目46項(xiàng)。就新工科創(chuàng)新能力而言，近3年本科生連續(xù)獲“中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)獎(jiǎng)學(xué)金”一等獎(jiǎng)，本科畢業(yè)生讀研率在50%以上，出國(guó)讀研率在15%以上。就新工科人才培養(yǎng)效果而言，測(cè)控專業(yè)畢業(yè)生進(jìn)入世界前500 強(qiáng)企業(yè)的占總就業(yè)人數(shù)的60%以上，因此在新工科視域下取得了教學(xué)改革新探索初步成果，以期為國(guó)內(nèi)工科兄弟院校提供借鑒和參考。

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