面向工程教育專業認證的專業課程教學改革探索與實踐

張亞，于飛，高偉

摘? 要：文章以工程教育專業認證為背景，以儀器類專業的工程專業人才培養目標與要求為根本，以精密儀器及智能化類專業課程慣性測量技術為載體，結合本校在航空航天領域的特色與優勢，并考慮具體學情和本課程的內容與特點，通過總結目前專業課程教學過程中存在的問題，對課程教學方式的改革方案進行了深入探討;此外，針對新工科專業課程中思政內容與專業課內容結合困難，以成果為導向的教學效果難以保證的問題，結合本專業典型思政案例，考慮將專業課程與課程思政緊密融合，將思想政治教育工作貫穿專業課程的教學中，在培養學生專業能力的同時，給予學生全程、全方位的能力、素質、思想和品德培養，達到以成果為導向的教學效果。

關鍵詞：慣性測量技術;工程教育專業認證;課程思政

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）30-0050-04

Abstract： This manuscript takes the engineering education accreditation as the background， based on the training objectives and requirements of engineering professionals in the instrument major， and uses the "Inertial Measurement Technology" as the carrier， which is the major course of the precision instrument and intelligent. This manuscript discussed the teaching reform plan deeply based on the problems summarized in the teaching duaration and the contents and charactertistics of the course， combining the features and advantages of Harbin Institute of Technology in aerospace area. On the other hands， in order to achieve the outcome-oriented training effect， this manuscript also combines ideological and political education with the professional course， considering the typical ideological and political examples in the professional course to achieve the goal of comprehensive and full-time training including quality， thought and character while training the students' professional ability.

Keywords： inertial measurement technology; engineering education accreditation; the ideological and political education in all courses

工程教育專業認證倡導以成果為導向，以學生為中心，以持續的教學質量改進為主線[1-3]。隨著我國教育與國際教育的并軌，工程教育專業認證的重要實踐意義得到了全國高校的普遍認可，而工程教育專業認證工作也在全國高校中陸續展開。

因此，文章以精密儀器及智能化類專業課程慣性測量技術為載體，以工程專業人才培養目標與要求為根本，結合本校在航空航天領域的特色與優勢，并考慮具體學情和本課程的內容與特點，總結了目前專業課程教學過程中存在的問題，對課程教學方式進行了改革探討，并力爭將專業課程與課程思政緊密結合，將思想政治教育工作貫穿各類學科教學中，給予學生全程、全方位的能力、素質、思想和品德培養，真正做到減少枯燥性、灌輸性和刻意性，以達到潤物無聲的課程教學效果。

一、專業課程特點及教學過程中存在的問題

專業基礎課程作為學科建設的核心支撐，在工程教育專業認證過程中發揮著支架作用。儀器科學與技術學科的專業課程具有自身獨特的特點，如知識點容量較大、知識點理論性強、知識點抽象化等，而其培養目標要求課程需要具有運用多學科交叉知識解決儀器科學與技術及相關領域復雜工程問題能力的培養。在慣性測量技術課程的具體教學實施過程中，作者發現具有以下問題[4-7]：

（一）教學內容陳舊，聯系工程實際較少

由于本學科專業基礎課程知識容量較多，因此課程的教材內容主要以基本理論、原理等為學習主線，而對具體技術如何應用于實際工程中缺乏較為詳細地介紹，也無法反映當前領域較為先進的技術、無法跟蹤最新科技前沿、無法反映實際工程遇到的新瓶頸問題。這在一定程度上阻礙了學生對教學內容的理解，限制了學生實踐能力的進一步提高。

（二）教學手段單一，課堂效果一般

由于本課程中包含較多的公式推導，例如慣導系統誤差分析、多坐標系轉換、姿態更新等，教師的教學難度較大，即便是使用多媒體進行教學，來展示各種公式推導、抽象概念等，學生聽課時也無法輕松掌握，反而減少了與老師交流討論機會，降低了學生聽課效果，限制了其自主學習能力的培養。

（三）實踐環節薄弱，創新性實驗較少

實踐環節是學習本學科專業基礎課程知識的重要環節，是將理論與實際相聯系、消化并理解教學內容的重要手段。目前，由于本學科專職實驗人員嚴重不足，實踐環節相對比較薄弱，且實踐課程中驗證性、演示性實驗居多，創新創造性實驗較少，導致本課程的實踐環節只能以教師設計演示、學生觀看的形式來完成，學生僅僅通過所發實驗手冊和觀看來進行實驗的話，其操作能力、創新能力根本無法得到有效的鍛煉，因此也就很難調動學生的參與度。

因此，如何提高學生的綜合素質與綜合能力，滿足我國工程教育專業認證的要求，是專業基礎課程建設過程中需要深入思考的問題。

二、面向工程教育專業認證的教學改革

本課程建設將面向工程教育專業認證，從哈爾濱工業大學儀器科學、工程學院學科發展與課程建設的實際情況出發，以人才培養為核心，以立德樹人為導向，探討滿足工程教育專業認證要求下的專業基礎課程改革模式。最終實現以專業課程促進學科發展，以學科建設提高課程質量，實現一流課程與一流學科的良性互促以及共建建設。擬從以下幾個方面開展課程改革：

（一）建設教、學、研一體化優質教學團隊

工程專業人才培養的質量取決于教學的質量，而優質的教學團隊是教學質量的保證。因此，課程首先需要建設“教、學、研”一體化高水平教學團隊。根據專業培養方案和本課程團隊的教師規模，以特色課程建設為核心目標，開展教研活動，互幫互助，不斷探討和改進教學方法。定期召開教研會議，經驗豐富的老教師“傳、幫、帶”新教師，思路活躍的年輕教師引進新方法、新思路，豐富教學手段、完善教學內容，同時教研團隊支持鼓勵教師參加、申報各項教改項目。以教學改革為途徑，以專業課程建設和精品課程申報為目標，不斷督促教師提高教學水平。此外，鼓勵教師大膽地將所承擔的各類科研項目研究中遇到的實際應用問題引入教學中，注重科研成果向教學成果的轉化，不斷豐富、充實和提升教學資源。因此，本課程團隊鼓勵教師以科研為載體，以學生為主體，將課內外知識相結合，從而在教師有效的教學維度和學生有效的學習維度兩個方面實現雙贏。

（二）突破傳統教學組織及管理形式，創新開放式、多元化教學及學習模式

“學生自由探索，是本科生活極大的樂趣和責任”，而枯燥的教學內容及單一的教學模式是阻礙學生自由探索的重要因素。符合專業教育工程認證的課程建設，其理念應該是課程教學不囿于教室，倡導課外、校外的自主學習，將課程教學融入生活、社會中;教師由傳授者向促進者轉變，再也不是學生知識來源的唯一渠道，鼓勵學生通過諸多渠道獲取專業知識，促進學習經歷的多元化，給學生留下知識的選擇權。為此，需探索建立起一套科學、合理的、可操作性強的課程教學及學習計劃，以大班授課小班研討的形式，通過創設高效學習環境，倡導自主學習，引導學生多元、自主地發現及建構知識。讓學生明確怎么學，在哪里學，在什么時間學。

（三）以問題為導向的案例教學，探討互動式、探究式的課內教學模式

專業認證中要求畢業生具有解決復雜工程問題的能力。復雜的工程問題具有多學科交叉和綜合社會知識的特點，因此要求學生具備包含分析、計算、合作、溝通、交流、文化等多方面的能力。首先，這就需要根據專業基礎課程的主要內容劃分成模塊，根據模塊收集、整理資料，將教師在科研過程中遇到的相關問題以具體案例的形式融入到課程內容的設計之中，設計出不僅理論聯系實際且又精彩具有吸引力的教學案例，例如慣性導航機械編排中的龍格庫塔法為什么選擇四階而不是二階、圓錐誤差補充算法中為什么選擇三子樣而不是五子樣等。其次，通過以具體問題為導向的實際案例教學，不斷重構課程知識結構，優化教學內容，突出課程導論、基本概念、重點和難點，講授“必需”而非“系統”的專業知識，構建互動式的教學模式，提高“教”與“學”的能力;教學案例以設計任務為主線，將重要知識串聯和并聯起來，清晰地向學生傳達為什么要學、學什么、學到什么程度等問題;通過教學案例的分析，強化課堂內的互動，達到培養創新思維的目的，使得學生通過“感知-概括-應用” 思維方式掌握課程知識的深度，提高分析和處理實際問題的能力，加深其對專業基礎知識的理解，提高研究能力。

（四）以任務為導向的項目實訓，創新主動式、合作式的課外學習模式

根據專業基礎課程目標達成度來設計綜合性的實踐項目，以任務導向的方式供學生課外自主實踐，獲得綜合性的學習經驗，為學生提供檢驗掌握課程知識、技能和價值的機會。以學生為中心，通過主動式、合作式（小組、團隊）的課外實踐活動來接受工程教育、基本技能訓練，從學習的深度走向廣度，達到教、學、做合一，從而提升學生的基本能力和綜合素質。因此，需要著重探索如何針對本課程的培養要求及課程目標設計出一些兼顧知識具有一定的深度和廣度的實訓項目。這些項目來自工程實際或能準確模擬工程環境，具有較強的工程應用性，貼近行業和產業實際發展需求;其次，這種主動式、合作式的課外實踐活動應該以學生為主導、教師輔助指導的模式進行，需要制定一套引導、指導、督促的舉措強化實踐過程，促進活動的高效開展。

（五）考核指標及評價方法多樣化，突出應用能力及適應能力培養

探索開放式、多元化及多樣化的教學形式，將以案例為導向的課內教學與以任務為導向的課外實踐高度統一融合，使教、學、做合一。在這種課程教學及學習新模式下，對于其學習成效的考核及評價，用傳統的試卷考核及成績評定辦法顯然是行不通的。因此，需要重建多指標綜合評價與考核體系：建立包括教師自評、學生互評、督導測評、企業函評等在內的開放式多元化的課程學習質量評價方法;建立多樣化的考核指標，針對課程的培養目標及專業培養要求，充分考慮“基礎知識”“專業技能”“工程實踐能力”“創新精神”及“綜合素質”等因素，注重能力的考核，從而促進學生的全面發展。

三、課程思政元素的融入方式探討

《左傳》有言“太上有立德，其次有立功，其次有立言，雖久不廢，此之謂不朽”。《管子》載有“一年之計，莫如樹谷;十年之計，莫如樹木;終身之計，莫如樹人”。“立德樹人”幾乎是我國歷代教育所共同遵循的理念[8]。習近平總書記在2016年12月全國高校思想政治工作會議上指出“高校立身之本在于立德樹人”;在2017年10月中國共產黨第十九次全國代表大會報告中指出“要全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務”;在2018年9月全國教育大會上強調“要把立德樹人融入思想道德教育、文化知識教育、社會實踐教育各環節”[9-10]。我國高校不僅承載著傳播知識、傳播思想、傳播真理的功能，還承載著塑造靈魂、塑造生命、塑造新人的重任，要堅持把立德樹人作為根本任務，而課程思政是落實立德樹人根本任務的關鍵環節。

目前課程思政在工科專業課程教學中存在一些問題：（1）工科專業課程的專業化驅使思政教育趨向邊緣化;（2）工科專業課程的實用性與思政教育的理論性相背離;（3）工科專業學生的思維慣性使思政教育的吸引力弱化;（4）工科專業課程中思政元素挖掘不夠充分;（5）思政元素的融入方式較為生硬[11-13]。

教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》中，對工學類專業課程的思政建設作出了重要解釋：工學類專業課程要通過馬克思主義觀點立場與科學精神的有機結合，從認識問題、分析問題、解決問題三個維度培養學生綜合素養，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當[14]。因此，本課程通過思政案例分析、課上課下討論等手段，教師引領和學生自主學習相結合等創新教學方法，來實現課程思政元素與工科專業課程的融入。下面以導航儀器類課程為例，設計若干典型的思政案例，樹立學生的“四個自信”，厚植學生的愛國主義情懷。

（一）通過介紹導航儀器發展歷程，牢固樹立學生的文化自信

黨的十九大報告指出，文化自信是一個國家、一個民族發展中更基本、更深沉、更持久的力量。在平時的教學活動中，也應以具體案例為抓手，向學生滲透文化自信的理念。在導航儀器發展史的介紹中，以鄭和下西洋故事為牽引，介紹我國是世界上最先使用“磁羅經+天文”組合導航系統的國家，并在十五世紀就廣泛應用于遠洋航海領域，并成功引領鄭和船隊抵達非洲東海岸，遠早于西方的大航海時代。其中，指南針（航海領域稱為磁羅經）是我國古代四大發明之一，鄭和下西洋的時候磁羅經在中國的應用早已經非常成熟。此外，“過洋牽星術”是鄭和團隊所采用的天文導航技術。我國古代勞動人民已經能夠通過觀測星體運行規律判斷船舶方位，說明我國古代的導航技術在當時處于世界領先地位。通過上述案例，引導學生們了解我國在科技領域，特別是船用導航儀器領域，并不是全盤落后于西方發達國家的，甚至在某段特定時間內還領先于西方發達國家，使學生們牢固樹立文化自信。

（二）通過介紹我國北斗衛星導航的發展歷程，厚植學生的愛國主義情懷

習近平總書記在全國教育大會上的講話中強調，“要在厚植愛國主義情懷上下功夫，讓愛國主義精神在學生心中牢牢扎根”。在課堂教學活動中，也應“潤物細無聲”地強化學生的愛國主義情懷。以慣性測量技術課程為例，在導航系統的介紹中，GPS衛星導航系統是應用最廣泛的一種導航系統，在1991年爆發的海灣戰爭中，GPS系統初露鋒芒。自此之后各國越發重視衛星導航系統發展。此時，歐盟發起了“伽利略”全球衛星導航計劃，歐洲人主動“邀請”中方加入“伽利略”全球衛星導航系統中，不僅使“伽利略”計劃捉襟見肘的財政狀況得到極大緩解，更給“伽利略”進入中國的市場打下了基礎。然而好景不長，中國不但進不到“伽利略”計劃的決策機構，反而要擔負巨額資金投入。在此背景下，我國開始把注意力轉移到“北斗”系統上。2020年6月23日，伴隨著我國北斗三號全球衛星導航系統最后一顆組網衛星發射成功，標志著我國北斗三代衛星導航系統正式為全球用戶提供位置服務。此事件反映了中歐之間深層次的結構性矛盾和戰略利益沖突，而沖突背后，揭示了西方大國一直以來對我國所持有的傲慢和排斥心態，也使我國清楚地認識到擁有自己獨立的衛星導航系統的必要性。

（三）通過介紹慣性導航技術的發展歷程，激發學生的使命擔當與愛國熱情

在慣性導航發展史的介紹中，通過介紹陸元九院士的先進事跡，激發學生的使命擔當與愛國熱情。陸元九先生是中國科學院院士、中國工程院院士、國際宇航科學院院士，是我國著名的慣性導航及空間飛行器控制專家。陸院士考取公派留美名額，成為國際著名自動控制專家德雷伯教授在新設儀器學專業的首位博士研究生，開始探索慣性導航領域的前沿。1949年，陸元九獲得博士學位后，被麻省理工學院聘為副研究員、研究工程師，在導師的科研小組繼續從事研究工作。當時，新中國百廢待興，他一邊工作，一邊參加進步組織，積極為回國做準備。1956年，他放棄了國外優厚的待遇和先進的科研條件毅然回國。回國后，他積極參加籌建和慣性導航技術相關的研究開發工作，主持研發了單自由度液浮陀螺、大型精密離心機等慣性傳感器以及測試設備，為我國慣性導航技術的發展做出了突出貢獻。從陸院士的案例中我們不僅能夠體會到老一輩慣導人對祖國的赤誠之心，還能夠體會到陸院士對待科研事業中一絲不茍的端正態度。通過本案例的介紹，能夠進一步激發學生的使命擔當和愛國熱情。

四、結束語

文章以工程教育專業認證為背景，首先針對專業課程教學過程中存在的教學大綱內容與實際工程聯系較少、教學手段單一、課堂效果一般、實踐環節薄弱、創新性實驗較少等問題提出了解決方案;此外，針對新工科專業課程中思政內容與專業課內容結合困難，以成果為導向的教學效果難以保證等問題，結合精密儀器及智能化專業課慣性測量技術與本專業典型思政案例，考慮將專業課程與課程思政緊密融合，將思想政治教育工作貫穿專業課程的教學中，在培養學生專業能力的同時，給予學生全程、全方位的能力、素質、思想和品德培養，達到以成果為導向的教學效果。

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