適應新工科建設的測控工程專業實踐教學體系探索

鄭玉航 宋海濤 夏朝輝 王夏復 孫鵬

摘? 要：新工科的迅速發展，促使教育學科因“工”之變引發教育學體系變革，專業實踐教學作為工程教育的關鍵環節，面臨著全新的挑戰和機遇。文章對新工科下的實踐教學體系進行總體設計，以測控工程專業為例，以培養學生創意思維、創新意識和創業能力為出發點和落腳點，從“課程實驗提升創意思維”“專業實踐培育創新意識”“綜合實習提高創業能力”三個方面提出了設計思路、實施路徑和具體措施。

關鍵詞：新工科;實踐教學;教學體系

中圖分類號：G640? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）14-0049-05

Abstract： With the rapid development of new engineering， the reform of education system caused by the change of "Engineering" has been promoted. As the key link of engineering education， professional practice teaching is facing new challenges and opportunities. In this paper， the overall design of the practical teaching system under the new engineering is carried out. Taking the measurement and control engineering specialty as an example， the starting point and foothold are to cultivate students' creative thinking， innovative consciousness and entrepreneurial ability. The design ideas， implementation paths and specific measures are put forward from three aspects of "curriculum experiment to enhance creative thinking"， "professional practice to cultivate innovative consciousness" and "comprehensive practice to improve entrepreneurial ability".

Keywords： new engineering; practice teaching; teaching system

2017年以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”，并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》。2020年5月，為推進新工科建設再深化、再拓展、再突破和再出發，教育部決定在高等學校培育建設一批未來技術學院，對新工科建設加強研究和實踐。新工科秉承創新型、綜合化、全周期和開放式的工程人才培養理念，全面踐行“學生中心、產出導向、持續改進”的質量理念，這其中一個重要問題就是創新工程教育方式與手段，實踐性是新工科建設人才培養模式的重要特征，也可以認為實踐教學作為新工科建設的落腳點，是搭建理論教學和學生就業之間的橋梁。需要圍繞專業人才培養目標，在制訂人才培養方案的過程中，對課程設置和實踐教學環節進行合理配置，從體系化的角度建立與理論教學體系相互融合的實踐教學體系。

一、現狀及問題

新工科重視培養具備創新精神的實踐型和復合型人才，在新的形勢下，專業實踐教學作為工程教育的關鍵環節，面臨著全新的挑戰和機遇。專業實踐教學體系作為支撐核心能力生成的教學內容，是培養學生創意思維、創新意識和創業能力的關鍵環節。傳統的實踐教學采用“一刀切”式的培養模式，不利于提高型和創新型學生的培養。現行的測控工程傳統專業在教學過程中仍以課堂講授為主，課堂討論和知識實踐應用較少，采取以期末考試為主的考核方式，未予以學生實踐能力和創新能力考核充分的關注度，不符合國家對高校人才培養的要求。因此，以學生為本，推行新工科背景下實踐教學培養模式的改革勢在必行。

（一）擬解決的問題

隨著人才培養目標和學生面對崗位的變化，人才培養基本定位已由理論研究向具有一定實踐能力的工程技術人才轉變，而按照新的培養定位的實踐訓練體系尚未構建形成，迫切需要完善相應的綜合實踐環節。以往的研究或注重于課程實驗、課程設計，或著重于設備使用訓練，不能從專業集成的角度進行綜合考慮，缺乏從體系設計和頂層設計的角度進行構建、組織和實施，以大系統設計和崗位任職為背景，需要運用“模塊化”訓練內容構建方法設計實踐教學訓練內容，構建專業教學綜合實踐訓練體系，建立理論到實踐再到理論這一個閉環的過程，使理論與實踐融會貫通，使學校學習的知識與工作崗位接軌，提升學生的創意創新創業能力。

擬解決的問題包括：實踐教學體系性整體設計問題，即如何從頂層設計的角度考慮實踐教學的體系性問題;實踐教學體系的相互聯系和融合問題，即如何抽象課程實踐教學的共性問題;實踐教學大專業內部融合與指技問題，即大專業內部各課程或實踐環節的共存和融合問題。

（二）研究目標

針對新工科建設背景和需求，依據測控專業課程設置和學生培養目標的指向，從頂層設計的角度考慮實踐教學，抽象實踐教學的共性問題，整合測控專業理論到測控系統實現的實踐問題，通過建立課程實驗、專業實踐和綜合實習等實踐環節，研究融合能力提升的綜合實踐教學平臺，貫穿于大學教育的全過程，構建形成接續連貫、層級上升的綜合實踐訓練體系。通過課程實驗提升學生的創意思維，通過專業實踐培育學生的創新意識，通過綜合實習提高學生的創業能力，逐步深入，分層級實施，扎實推進，合理把握“教”與“學”的關系，鼓勵實踐創新與創業，以求實現“產”與“教”的結合，探索出新工科背景下測控工程專業實踐教學改革的新路徑。

二、實踐教學體系探索的總體設計

建立實踐教學體系，從“課程實驗提升創意思維”“專業實踐培育創新意識”“綜合實習提高創業能力”三個方面開展研究，提升測控工程學生對實踐教學的興趣，提高實踐教學效果，逐步形成具有測控工程專業特色的實踐教學體系，探索構建專業特色鮮明，符合學生專業能力生成特點規律，科學可行的測控工程專業實踐教學模式。

（一）總體設計思路

以優秀教學方法和經驗為基礎，以新工科人才成長對實踐教學的需求為指引，探尋專業課中從理論到實踐再到理論的反饋式教學過程的控制研究。以學生的崗位需求為基礎，同時考慮學生的職業發展和長遠目標，構建實踐教學體系。整體設計思路如圖1所示。

把實踐教學體系劃分為能力素質設計、實踐階段設計、實踐條件設計和實踐過程設計四個方面。能力素質注重基礎理論、創意思維、創新意識和創業能力的培養，基礎理論關系學生的知識素養，解決學生對知識的認知問題;在此基礎上，通過課程試驗過程培養學生求職、質疑的精神，從思維層面孕育新思想的萌芽;在后續課程實踐環節上或科技創新實踐中培養學生的創新意識;在綜合實踐中增強學生的創業能力。實踐階段包括理論學習、虛擬試驗、模擬設計和創業實踐四個層次遞進并相互融合的環節，理論認知是學科基礎，是虛擬試驗的理論支撐，而虛擬試驗反過來又是對基礎理論的理解;虛擬試驗能夠增強模擬設計與分析的能力，而模擬設計是虛擬試驗在實踐環節上的拓展;創業實踐是實踐教學的綜合表現形式，是上述三個環節的進一步深化。實踐條件需要創建集教學場地、素材模型、虛擬系統、模擬設備和實踐設備于一體的綜合化實踐教學平臺。實踐過程注重考察學生的原理認知、設計分析、實驗驗證和綜合實踐能力。通過上述實踐教學體系的設計，使學生在知識體系的傳授中，能夠學得好、學得透、學得通、學得精;同時，在實踐教學的融合中，能夠到達懂原理、能設計、會使用、精管理的崗位目標，實現教學目標和崗位目標的統一。

總之，通過教師授課掌握理論知識，課程實驗提升創意思維，專業實踐培育創新意識，綜合實習提高創業能力，創業實踐驗證創意思維和創新意識，以職業勝任力模型為目標，以提高實踐能力為導向，以任務式、項目化培養模式，建立以提高實踐能力為引領的人才培養流程。

（二）總體實施路徑

統籌考慮學生的任職需求、長遠發展要求，分析崗位角色的具體需求，建立集課程教學實踐環節、專業實踐融合方法、裝備使用實踐環節和指控融合實踐于一體的實踐教學體系，構建形成接續連貫、層級上升的綜合實踐訓練體系，提高學生的創意創新創業能力。

首先研究實踐教學體系的構建原則和構建內容，其次通過建立測控工程人才的能力素質模型，完成實踐教學體系設計，最后以創意思維、創新意識和創業能力為核心進行測控專業實踐教學體系融合，構建綜合實踐平臺，學生按照創意生成、創新設計和創業實踐的模式，扮演創業過程中的一個實踐角色，完成一個完整的創業過程，以提高綜合能力素質。同時，也能實現教學目標和人才培養目標（崗位目標）的統一。

1. 研究實踐教學體系構建的原則和思路

以新工科教育為背景，面向測控專業，以大系統設計和運用為背景，運用“模塊化”訓練內容構建方法設計教學實踐訓練內容，構建專業教學綜合實踐訓練體系;從實踐教學的共性問題出發，面向課程實驗、課程設計、專業實踐、綜合實習問題，從頂層設計的角度建立實踐教學體系。

2. 構建接續連貫、層級上升的綜合實踐訓練體系

通過教師授課掌握理論知識，課程實驗提升創意思維，專業實踐培育創新意識，綜合實習提高創業能力，創業實踐驗證創意思維和創新意識，統籌考慮課程教學實驗、專業綜合實踐、綜合實習等實踐環節，并通過建立綜合實踐平臺進行融合交叉，形成實踐教學體系，解決實踐教學體系的相互聯系和融合問題。

3. 研究測控工程專業實踐融合問題

以測控工程專業為例，以飛行器控制系統設計為背景，設計實驗平臺，以控制理論驗證和實現為目的，面向專業背景課程，總結、抽象主干課程的實踐環節，將導航、制導、控制與測試等主干課程獲取的理論進行融合實踐，構建系統的、遞進的、開放的課程體系。通過基礎理論學習指導課程實驗、課程設計、專業實踐和綜合實習等實踐教學環節，利用這些實踐環節加深對理論學習的深刻認知，實現理論和實踐的融合與促進。其融合關系如圖2所示。

4. 基于角色扮演的創業融合實踐模式

扮演學習與就業中所具有的角色，通過教育過程對角色融入的需要，盡早進入職業角色，達到角色與任職統一。通過創建真實環境，面向首次任職培訓課程，結合未來工作編制與崗位設置，明晰所需要的能力素養和要求，透析工作中所需要的基本知識、基礎技巧，引出實踐教學應該著重訓練的內容;在實踐環境中，以項目式工程實踐為背景，學生獨自進行調查研究、文獻查閱、分析論證、方案制訂、系統設計、實驗驗證、系統調試、故障排除、優化改進和分析總結等實踐創新活動，扮演工作中真實的角色，體驗和完成該角色的任務要求，獨立或合作完成一個完整的項目或課程設計，實現創業融合實踐。

三、實踐教學體系探索的具體舉措

在實踐教學具體實施過程中，要統籌考慮學生的任職需求、長遠發展要求，既著眼現在的崗位需求，又要考慮未來的發展，建立集課程實踐教學環節、專業實踐融合方法及綜合實習于一體的實踐教學體系，構建多元背景下貫穿整個教學過程的實踐教學體系。在培養學生掌握牢固專業理論知識的基礎上，面向產業發展和行業需求，面向學生能力發展，改革現有的實踐教學體系，豐富和提升實踐教學內容和質量，創新實踐教學方法，構建以學生能力發展培養為中心的實踐教學新體系，充分鍛煉和提升學生的實踐操作能力和工程創新能力。

針對“課程實驗提升創意思維”，設計構建以鍛煉其能力發展及培養的層次化實驗教學體系，層層推進，步步強化;針對“專業實踐培育創新意識”，采用實驗法、案例法、個案研究法和調查反饋法相結合的方式，打通專業內部各課程之間的聯系，在“存疑”“存異”間培育學生的創新意識;針對“綜合實習提高創業能力”，采用個案研究法和跟蹤調查反饋法相結合的方式，將研究成果進行應用，調查、反饋、分析成果的有效性和可行性，及時發現問題、解決問題，完善實踐教學模式;同時驗證創業實踐的創意思維和創新意識，在裝備使用教學、綜合演練教學中應用和驗證該實踐教學體系。

（一）啟發探究，課程實驗提升創意思維

探究的目的是讓學生在發現“異”、產生“疑”、認真“思”和主動“行”去探究尋求解答的過程中，主動構建出相應的知識體系，通過探究的體會和經歷，逐步培養學生自主發現問題、解決問題以及學習新知識的能力，從而具備創意的思維基礎。創意思維的培育和提升主要適應于低年級本科生，研究在教學過程中如何培養學生發現“異”、產生“疑”、進而“思”的愛思、勤思和善思的思考習慣，即培養學生“見異思遷”的思維習慣，并鼓勵學生“思”“行”合一，深入探究，產生創意思維的萌芽。

因此，通過研究新工科建設背景下的實驗教學新體系改革思路，設計構建以驗證性實驗為基礎、綜合與設計性實驗為主體、創新與探索性實驗為導向的層次化實驗教學新體系，落實以學生為中心的新工科工程教育理念，重點開發系列綜合性、問題導向性及前沿探討性實驗項目，注重學生不同學習階段的能力發展培養要求，建立以學習者為中心的實驗教學新模式和多元考核機制，為新工科建設背景下測控工程專業高素質工程人才的培養提供支撐。

（二）基于課題的專業實踐，培育創新意識

基于課題或項目的專業實踐屬于任務驅動教學方法，以分析問題和解決問題為思維導向，以完成任務為主的互動式教學模式。基于課題的專業實踐是在教師指導下，在學生產生創意思維萌芽的基礎上，以學生為主體，通過課外科學研究活動，培育學生的創新意識。在該種教學方式中，學生帶著任務進行學習，始終處于一種積極主動的探究式學習狀態中，培養學生積極探索、質疑創新的意識與能力。

參加的對象主要是高年級本科學生，這部分學生基礎理論扎實，學習能力強，喜歡鉆研，學有余力，已經具有了一定的知識和能力儲備，具備了獨立開展研究訓練的條件。教師首先給出合適的課題，難度要適中，不能太難，太難會使學生望而生畏，無從下手;也不能太簡單，太簡單沒有挑戰性。這種基于課題的專業實踐實行指導教師和學生雙向選擇，指導教師可以從自己熟悉的學生中選擇優秀的學生，學生可以根據自己的情況選擇課題。教師給出的課題涉及的知識領域非常廣泛，在完成課題的過程中，需要學生充分發揮主觀能動性去獨自完成這個課題，有利于培養學生獨立思考和敢于懷疑的明辨性思維，在此基礎上，產生創新意識。在對課題的研究訓練中，學生能夠“以我為主”獨自進行調查研究、文獻查閱、分析論證、方案制訂、系統設計、實驗驗證、系統調試、故障排除、優化改進和分析總結等實踐創新活動，指導教師主要發揮其主導作用。

（三）角色扮演，綜合實踐提升創業能力

在該階段，學生通過扮演不同角色進行訓練。以學生在畢業走向工作崗位后可能遇到的第一任職所要求的基本知識和基本能力為出發點，在教學中創建真實的工作環境，或者組織學生到企業等實踐單位，以項目實踐的形式組織學生對工作后可能遇到的問題進行分析，并且扮演其中的崗位角色，嘗試用不同的方法解決工作中的問題，著眼滿足于第一個工作崗位需要的知識和技能來進行的教學過程。其核心在于學生扮演的角色是以后可能從事的工作，是一種真實的角色，并非情境中創建的虛擬角色。這有助于通過營造逼真的情境，使學生通過對案例的閱讀、分析，在角色扮演和實踐中找出問題癥結所在，尋求解決的對策，使其在處理問題的過程中提高解決現實問題的能力，在綜合實踐中提升創業能力。

學生在創業實踐環境中，以項目實現為背景，結合崗位設置，根據計劃書或任務書，通過綜合實踐平臺，按照項目設置需求，以角色扮演的方式，擔任不同的崗位，面對崗位的具體要求，達成創業實踐的目的。比如，在教學實施過程中，學生體驗的角色有學生、操作員、工程師和管理員。學生主要進行基本理論的學習和認知，深入理解和把握基本知識與技能;操作員主要進行操作能力與操作水平的訓練，提升實際的操作環境與條件下的操作能力與判斷能力;工程師主要運用工作原理和設計原理進行仿真和運算，具備理論分析與設計的能力;管理員主要進行項目管理與組織能力的訓練，進行工作流程的統籌與協調，具備對整個生產活動的組織能力。

同時，“課程實驗提升創意思維”“專業實踐培育創新意識”“綜合實習提高創業能力”這幾個方面不是割裂的，是相輔相成的，通過各個環節的協調組織與實施，能夠提升學生的創意創新創業能力。

四、結束語

新設計的測控工程專業實踐教學體系，能夠以新工科背景下用人單位的需要為出發點，理論聯系實際，課堂教學與實踐教學相結合，通過教師授課掌握理論知識，課程實驗提升創意思維，專業實踐培育創新意識，綜合實習提高創業能力，創業實踐驗證創意思維和創新意識。該實踐教學體系，以提升學生的創意創新創業能力為出發點，與工作崗位的實際情況相結合，與職業需求和外來發展相結合，做到角色與任職統一，使學生盡早融入工作崗位角色，具有很強的針對性、實踐性，極大促進學生創意創新創業能力培養。

該研究能夠依據新工科背景下課程設置和學生培養目標的需求，以學生成才需要和首次任職需求為導向，以提高創意創新創業能力為目標，通過對實踐教學體系的改革研究，探索構建專業特色鮮明，符合學生專業能力生成特點規律，科學可行的測控工程專業實踐教學模式。

該研究能夠從體系設計和頂層設計的角度考慮實踐教學，抽象課程教學實踐的共性問題，整合測控工程專業理論到測控系統實現的實踐問題，通過建立裝備使用與實踐環節，研究融合能力提升的綜合實踐教學平臺，構建形成接續連貫、層級上升的綜合實踐訓練體系，提高學生的崗位任職能力。該研究成果適合新工科背景下教育的特點，對于相關院校的實踐教學改革，具有一定的借鑒意義。

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基金項目：火箭軍工程大學教育教學理論研究課題“培育創意思維，培養創新意識，提高任職能力——實踐教學模式的改革與探索”

（HJJKT2020015，主持人為鄭玉航）

作者簡介：鄭玉航（1974-），男，漢族，山東臨沂人，博士，副教授，研究方向為故障診斷、自動化測試和教育教學理論。