劉偉玲　周圍　高楠　孫凌宇　肖艷軍

［摘 要］在新工科建設(shè)背景下，作者以“工學并舉”為引領(lǐng)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(shè)。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(shè)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(shè)、實踐教學平臺搭建以及管理與監(jiān)控體系建設(shè)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(guān)鍵詞］新工科；實踐教學；“工學并舉”；持續(xù)改進機制；復(fù)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(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的課程、實驗、實踐、設(shè)計各環(huán)節(jié)與體系的設(shè)計至關(guān)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(wù)。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(guān)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(yīng)“中國制造2025”、新工科建設(shè)、世界一流學科建設(shè)、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(wù)于區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，具有堅實科學基礎(chǔ)、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(guān)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(yīng)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(yīng)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(chǔ)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(yīng)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(yīng)用密切結(jié)合、工程化人才培養(yǎng)與學科建設(shè)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(yīng)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(chǔ)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(fù)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(shè)定，將公共基礎(chǔ)實驗、學科基礎(chǔ)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(wù)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(chǔ)知識呈現(xiàn)出來，實現(xiàn)知識與應(yīng)用融合以及提升方案設(shè)計與解決復(fù)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(fù)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(yīng)這三個層級的實踐環(huán)節(jié)分別為課內(nèi)基礎(chǔ)實驗、綜合實踐、畢業(yè)設(shè)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(wù)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(fù)合型、創(chuàng)新型技術(shù)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(shè)

測控專業(yè)的培養(yǎng)計劃既包含常規(guī)測控技術(shù)及應(yīng)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(chǔ)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(shè)計能力、感知與信號分析能力、精密測量儀器設(shè)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(shè)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(yīng)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(guān)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(shè)備。各類實踐環(huán)節(jié)都可以基于豐富的儀器與設(shè)備進行設(shè)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(fù)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(yīng)用的有機結(jié)合，測控專業(yè)設(shè)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(shè)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(shè)計”“智能停車管理系統(tǒng)設(shè)計”“產(chǎn)品質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)設(shè)計”等各類實踐項目，融入了人工智能、機器視覺、網(wǎng)絡(luò)化及云計算等新興技術(shù)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(shè)計為依托、多種技術(shù)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(guān)實驗室及實驗設(shè)計可支撐如控制工程等多專業(yè)公共基礎(chǔ)課程，支撐儀器類的傳感器技術(shù)、測控電路、信號與系統(tǒng)等專業(yè)基礎(chǔ)課，并可支撐如嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、虛擬儀器技術(shù)、測控儀器設(shè)計等特色專業(yè)課程。各類實驗設(shè)備至少有15套，并配備有專業(yè)技術(shù)人員進行設(shè)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(shè)

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(shè)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O(shè)BE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O(shè)BE為導向，從學生實踐及培養(yǎng)解決復(fù)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(yù)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(shè)

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(wù)、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(yīng)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(guān)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(shè)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(wù)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(guān)AI與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得現(xiàn)代工程的綜合化程度高、技術(shù)難度大、運行環(huán)境復(fù)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(fù)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(fù)雜工程問題核心能力的實踐教學設(shè)計，包括解決復(fù)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(fù)雜功能硬件設(shè)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(shè)計，在由基礎(chǔ)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(fù)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(yīng)的教學要求。教學要求根據(jù)培養(yǎng)解決復(fù)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(shè)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(fù)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(yīng)指標的支撐關(guān)系圖譜，并針對相應(yīng)指標進行教學環(huán)節(jié)與教學活動設(shè)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(shù)融合的復(fù)合型且具有工程應(yīng)用實踐能力的應(yīng)用型人才作為目標。選擇以測控系統(tǒng)精度設(shè)計為主線的復(fù)雜工程問題，將測控系統(tǒng)精度設(shè)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(fù)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(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)效果。最后，制訂相應(yīng)的考核評價方法來檢驗解決復(fù)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(shè)計能力，測控系統(tǒng)電路設(shè)計能力，測控系統(tǒng)光路設(shè)計能力，虛擬儀器設(shè)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(shè)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(shè)計、增加相應(yīng)的復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)，明確相應(yīng)的知識點、教學環(huán)節(jié)、教學設(shè)計及評價方式，確保復(fù)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(guān)于解決復(fù)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(shè)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(chǔ)知識、測控基礎(chǔ)技能、綜合實踐能力、測控系統(tǒng)與儀器設(shè)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(shè)，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(shè)，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(yīng)用的復(fù)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(shè)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(shè)計、實踐教學教程，應(yīng)用新的教學技術(shù)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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