基于新工科建設的《檢測技術》課程改革

任春華 顧晨煬 周大秋 劉嘉敏

摘 ?要：當前，中國新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，而這勢必需要靠工程教育提供人才支撐。在這樣的大背景下，新工科建設應運而生。因此，加快推進新工科建設，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的任務迫在眉睫，并且必須結合高校的實際教學情況開展新工科建設的探索，明確加什么新元素，怎么加新元素等一系列關鍵問題。文章主要以《檢測技術》課程為例，探索通過根據(jù)新工科內(nèi)涵重新定制教學目標，更新教學內(nèi)容與成績評定等方式來對課程進行改革，以期能為新工科課改的具體實施提供一些經(jīng)驗與思路。

關鍵詞：新工科建設;檢測技術;課程改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）20-0086-03

Abstract： At present， China's emerging industries are developing vigorously， which must rely on engineering education to provide talent support. Under such a background， the construction of new engineering emerges at the historic moment. Therefore， the task of accelerating the construction of new engineering and improving the quality of personnel training is imminent， and a series of key issues involving what new elements should be added and how to add new elements must be explored in the light of the actual teaching situation in universities. Taking the course of detection technology as an example， this paper explores how to reform the course by re-customizing the teaching objectives according to the connotation of the new engineering， updating the teaching content and performance evaluation so as to provide some experience and ideas for the specific implementation of the new engineering curriculum reform.

Keywords： new engineering construction; detection technology; the curriculum reform

引言

新工科專業(yè)根本上是由于社會不斷發(fā)展而催生了新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)，進而形成新職業(yè)，而新職業(yè)對多元人才的需求十分巨大，同時科技不斷進步引發(fā)產(chǎn)生新技術、新經(jīng)濟。新技術和新經(jīng)濟以學科交叉為特征，新產(chǎn)業(yè)和新業(yè)態(tài)以跨界融合為特征。

新工科人才培養(yǎng)要從國家社會人才需求的戰(zhàn)略高度出發(fā)，建設發(fā)展具有中國特色的工程教育培養(yǎng)模式，從微觀入手，系統(tǒng)深化，綜合分析統(tǒng)一，指導研究方向和研究內(nèi)容的開發(fā)設計，形成宏觀的發(fā)展體系[1]。專業(yè)是高等教育的基礎和載體，新工科該如何構建專業(yè)結構，如何實施專業(yè)建設，進而重構人才培養(yǎng)模式，是決定新工科改革成效的關鍵問題[2]。新工科建設實時的關鍵之一是在工科中加入哪些新的要素（元素），使其更加符合科學發(fā)展規(guī)律并適應新經(jīng)濟發(fā)展需要，這是我們思維的出發(fā)點[3]。

因此必須清醒地意識到，新工科不能脫離工科的本性，必須結合高校的實際教學情況開展新工科建設的探索，明確加什么新元素，怎么加新元素等一系列關鍵問題。在清楚新工科的內(nèi)涵與要求前提下，從細節(jié)處進行落實，逐步進行推進，進行教學改革的開展，最后能夠形成宏觀的教學體系。

新工科建設的目的是為了培養(yǎng)學科交叉型創(chuàng)新人才，但在傳統(tǒng)教育中，教學模式往往以學生被動獲得知識為核心，并且以單一的知識為主，而忽略了對學生創(chuàng)新能力，創(chuàng)新思維與綜合運用知識發(fā)現(xiàn)問題＼解決問題能力的培養(yǎng)。

《檢測技術》是在我校測控技術與儀器專業(yè)大四第一學期設置的課程，它作為一門后期的綜合性課程，起到引導學生將前期所學的光機電算等理論知識運用到實踐檢測當中，讓學生能夠針對某特定待測量（幾何量＼物理量等），綜合運用基礎理論知識、傳感技術、檢測理論等科學系統(tǒng)地分析被測參量，合理選擇檢測原理和方法， 并能夠就特定問題解釋檢測原理、設計檢測軟硬件裝置、實現(xiàn)智能檢測、遠程傳輸?shù)龋M一步理解理論的實際應用價值，從而激發(fā)學生的探索興趣，也為后期開展的畢業(yè)設計打下基礎。

綜上所述，《檢測技術》本身具有多學科交叉、綜合性、實踐性強、經(jīng)典與創(chuàng)新性突出的特點，其特點十分符合新工科課改的要求。因此，本文主要以《檢測技術》課程為例，探索通過根據(jù)新工科內(nèi)涵重新定制教學目標，更新教學內(nèi)容與成績評定等方式來對課程進行改革，以期能為新工科課改的具體實施提供一些經(jīng)驗與思路。

一、課程改革的教學指標點

根據(jù)新工科建設的內(nèi)涵與教育部下達的指導意見，課程改革需要體現(xiàn)學科的融合性和交叉型，因此重新制定了教學指標點，教學內(nèi)容的安排則圍繞它們進行。具體如下所示：

指標點1. 分析判斷力：應用數(shù)學、基礎自然科學、光學、機械、電子、計算機和信號處理等理論知識識別、表述、分析和評價典型測試和《檢測技術》應用中的各種工程問題。

指標點2. 儀器系統(tǒng)設計能力與創(chuàng)新能力：根據(jù)工程應用的實際需求，并考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素，遵照測控儀器設計的一般程序，完成典型測控儀器系統(tǒng)的總體設計;分析系統(tǒng)可靠性;在設計中體現(xiàn)創(chuàng)新意識。

指標點3. 測控技術應用能力：對測控應用中的典型事物或現(xiàn)象進行描述、辨認、分類和解釋。

指標點4. 科學素養(yǎng)：基于科學原理并采用科學方法對測控技術應用問題進行分析，善于發(fā)現(xiàn)并提出問題的本質(zhì)和難點。

指標點5. 社會影響：基于工程相關背景知識進行合理分析，闡述典型測控技術應用對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。

二、課程教學改革方式

傳統(tǒng)的教與學的課堂教學方式無法覆蓋并實現(xiàn)上述的教學指標點，根據(jù)提出的新的教學指標點，我們從下述幾個方面有針對性的對《檢測技術》進行了改革與實踐探索：

（一）學科交叉與融合

交叉與融合是新工科建設的最重要特點之一，《檢測技術》課程需要將前置的傳感器技術，幾何光學，信號處理技術、計算機網(wǎng)絡技術等多門先修課程知識結合在一起，才能夠對其有更加深刻的了解，并能夠根據(jù)不同的應用背景和待檢測量，設計出切實可行的檢測方案。因此，在教學方式和課程內(nèi)容設置上，首先設置了對基礎知識鞏固環(huán)節(jié)，重點在1-2章內(nèi)容中對電學與磁學量測量，長度及線位移的測量，速度、及速度和振動測量和力、力矩和壓力的測量進行了講解學習，同時設置了案例討論環(huán)節(jié)，而案例討論環(huán)節(jié)所需具備的一系列基礎知識，如傳感器技術＼電路原理＼數(shù)據(jù)采集與處理＼信息識別與解算＼網(wǎng)絡通信等，則布置給各討論組，分別就不同案例對上述知識進行課外復習＼學習等。通過案例所涉及的多學科知識的學習和案例討論，使學科交叉與融合深入到每個學生的意識環(huán)節(jié)，成為每個學生必須理解并靈活運用的能力。

（二）創(chuàng)新意識培養(yǎng)

新工科的建設的目的之一就是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，當今世界的發(fā)展極為迅猛，只有學生具有創(chuàng)新思維＼創(chuàng)新能力才能夠掌握科技的主動權，更好地提升國家創(chuàng)新能力。創(chuàng)新意識不是憑空出現(xiàn)的，它的培養(yǎng)需要教師與學生的共同努力。為此，制定了如下四種方式進行創(chuàng)新意識的培養(yǎng)：

1. 經(jīng)典課題、熱點課題與前沿課題的結合

教師在課題設計環(huán)節(jié)對《檢測技術》課題選取進行了嚴格把控，設法將經(jīng)典的，具有繼承意義的課題與當下的前沿熱點進行有機結合，從而提煉出能夠吸引學生興趣的創(chuàng)新課題，具體課題如表1所示。

以車庫尋車裝置為例，當前私家車數(shù)量巨大，在迷宮一樣的大型車庫里找車成為車主的煩惱。為此設計了車庫尋車裝置課題，要求能夠用于目前普遍的非智能化車庫或者停車場，需要一定距離內(nèi)能夠定位汽車并引導車主找到汽車，同時考慮便捷、經(jīng)濟等問題。通過對上述具有實際意義的熱點課題進行設計，能夠激發(fā)學生的求知欲，讓學生自主地開展后續(xù)工作，以此培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

2. 文獻查閱與關鍵問題的提出

針對教師設計的創(chuàng)新課題，要求學生進行了大量的文獻查閱。通過對大量文獻的閱讀，整理與歸納，學生才能夠基本認清課題的背景，并指出完成課題設計所需要解決的關鍵問題。學生完成文獻調(diào)研后，提交了文獻綜述報告，要求參考文獻至少不少于15篇，其中，外文文獻不少于3篇。

3. 現(xiàn)有解決方案與自由解決方案突出創(chuàng)新

通過文獻的調(diào)研，學生提出了問題后需要找到解決方案，現(xiàn)有的解決方案依舊可以通過文獻調(diào)研查找到，但課題設計要求學生能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段解決方案中存在的不足，結合新技術探尋新的解決方案，以此來提高學生的自主思考與創(chuàng)新能力。學生需要進行方案論證設計，并在課堂上完成幻燈片演說展示15～20分鐘，參與課堂討論10分鐘。最后提交總體方案設計報告。

4. 專家授課

在完成課題設計后，本課程邀請了某航天單位具有豐富理論與工程經(jīng)驗的專家進行現(xiàn)場課堂教學授課，分享《檢測技術》在工程創(chuàng)新中的應用實例，讓學生能夠加深對《檢測技術》課程在工程項目中的實際應用的認識，了解在工程項目中如何實現(xiàn)創(chuàng)新，為學生畢業(yè)后的創(chuàng)新能力打下堅實的基礎。在以后的課程當中，會考慮安排各行各業(yè)的專家利用現(xiàn)代化工具進行遠程教育，讓學生了解《檢測技術》在各個領域的應用，起到更好的教學效果。

（三）系統(tǒng)設計能力培養(yǎng)

新工科意在培養(yǎng)多元化人才，而系統(tǒng)的設計本身就體現(xiàn)了多元化，它由多個元（模塊）所組成，它不僅需要考慮單個模塊工作的可靠性，還需要明確每個模塊之間是如何銜接的。系統(tǒng)設計能力通過課題設計，實驗以及后續(xù)畢業(yè)設計相結合的方式來進行培養(yǎng)。

課題設計讓學生從理論上進行系統(tǒng)設計，以車庫尋車裝置為例，其包含zigbee，陀螺儀等多個不同子模塊，并且涉及到信號采集，數(shù)據(jù)處理等多方面的知識，學生需要了解每個模塊的工作原理以及它們之間的連接方式以完成理論系統(tǒng)設計。

實驗部分包含基礎驗證類實驗與創(chuàng)新設計類實驗。基礎驗證類實驗是為了讓學生明確單個檢測模塊的原理與應用方式，創(chuàng)新設計類實驗主要為了讓學生掌握系統(tǒng)設計的方法，明確如何使各個模塊之間具有有效的連接。前者是后者的基礎，通過上述實驗的訓練，學生的系統(tǒng)設計能力會得到培養(yǎng)。此外，針對性地設計了與課題相關的畢業(yè)設計，以便于愿意對相關問題進行繼續(xù)深入的學生進行后續(xù)系統(tǒng)的實物設計。上述培養(yǎng)方式構成一套完整的系統(tǒng)，從課堂教學走到畢業(yè)設計，對學生能力進行了全方位的培養(yǎng)。

（四）評價形式

在評價形式上，摒棄了傳統(tǒng)的平時成績+期末成績的方式，將課堂表現(xiàn)、分組課題設計、課后作業(yè)、實驗報告等教學過程按照一定的權重比例納入平時成績考核范圍，明確具體要求。課程結束后，按照實驗成績（滿分25）+分組課題設計（滿分25）-考勤扣分（每次3分）+0.5×期末考試（卷面滿分100分）這樣的方式計算學生成績。教學目標也通過該種方式，按照一定的分數(shù)比例體現(xiàn)出來，讓每一個指標都做到有據(jù)可依，真正做到對課程教學的細化。教學目標的具體體現(xiàn)如表2所示。

它準確詳細地給出了打分的依據(jù)，而這些依據(jù)與學生最終的畢業(yè)要求指標息息相關，通過課程的學習，讓學生自主地向畢業(yè)要求靠攏，讓學生能夠在知識的融合，團隊協(xié)作，表達能力等各個方面均得到較好的提升，這也符合“新工科”的建設理念。而且打分采用的是小組之間互評的方式，這樣更能夠加深學生對其他小組想法的認識，能夠從他人的思路中得到參考與借鑒，再綜合個人的想法，從而得到最優(yōu)的設計思路。

通過上述課程評定方式的改革，課程的教學被一一分解為多個指標點，建立了及時反饋和持續(xù)改進的有效機制，能幫助教師更好地了解學生所存在的問題，可以及時掌握學生的學習效果，充分調(diào)動學生學習的主動性，推動人才培養(yǎng)質(zhì)量不斷提升。

三、課程改革效果及結論

上文提到的《檢測技術》教學改革方式已在2018年秋季學期在重慶大學光電工程學院的《檢測技術》課程中開展實施，在課程結束后，以調(diào)查問卷的形式讓學生進行反饋。

如圖1、圖2所示，在2018《檢測技術》課程改革之后，學生對各項指標的認同程度同比2017年均有所提升，其中學生對指標點一，指標點二與指標點三的認同程度大幅度提升，表明學生認為經(jīng)過課程改革他們的分析，應用與創(chuàng)新能力均得到了較好的培養(yǎng)，且其余指標點也有小幅度增長，說明大部分學生對課程改革的總體效果反饋良好，能夠從中獲益，也說明課程改革初現(xiàn)成效。

四、結束語

在新工科建設的大背景下，教師必須結合高校的實際教學情況開展新工科建設的探索，明確加什么新元素，怎么加新元素，通過教學改革加強對學生能力的培養(yǎng)，尤其對工科學生而言，增強其理論結合實踐的能力和創(chuàng)新能力十分重要，課堂上的案例分析與課下的實驗均為十分重要的學習方式，且其潛力巨大，有待進一步開發(fā)。課程改革不是一件一蹴而就的事，要做好打長期戰(zhàn)斗的準備，新時代對新工科人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，因此必須要持續(xù)推進教學改革的實行，形成閉環(huán)反饋，做到對人才培養(yǎng)的進一步優(yōu)化。

參考文獻：

[1]張錦.基于國際工程教育視域的新工科人才培養(yǎng)模式研究[J].高教學刊，2017（06）：143-145.

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[3]李華.新工科：形態(tài)、內(nèi)涵與方向[J].高等工程教育研究，2017（04）：16-19+57.