新工科視域下應(yīng)用型工科專業(yè)實(shí)踐課程改革
——以“信號(hào)檢測(cè)技術(shù)”為例

石朝毅，高先和，張 勝

(合肥學(xué)院 先進(jìn)制造工程學(xué)院，合肥 230601)

我國實(shí)施的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國制造2025”等重大戰(zhàn)略，為產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了新機(jī)遇、注入了新動(dòng)力。2021年《政府工作報(bào)告》指出，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，加快發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，擴(kuò)大制造業(yè)設(shè)備更新和技術(shù)改造投資，提升中國制造品質(zhì)。創(chuàng)新發(fā)展、產(chǎn)業(yè)提升，對(duì)現(xiàn)代工程技術(shù)人才的能力、素質(zhì)以及視野均提出了新的要求，高等工程教育需要精準(zhǔn)把握發(fā)展大勢(shì)，超前識(shí)變、積極應(yīng)變、主動(dòng)求變，進(jìn)一步加快新工科建設(shè)[1]。通過新工科教育培養(yǎng)主動(dòng)適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的卓越工程科技人才[2-3]，為我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和社會(huì)發(fā)展提供強(qiáng)有力的人才保障和智力支撐。

合肥學(xué)院是國務(wù)院總理李克強(qiáng)和德國總理默克爾共同決定設(shè)立的中德教育合作示范基地。學(xué)校基于“地方性、應(yīng)用型、國際化”的辦學(xué)定位，契合新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)，圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)關(guān)鍵要素，開展了系統(tǒng)改革與實(shí)踐，構(gòu)建了具有鮮明特色的應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系。合肥學(xué)院電子信息工程專業(yè)是傳統(tǒng)工科專業(yè)，是智能制造、集成電路等領(lǐng)域的重要支撐學(xué)科。為了使該專業(yè)能夠更好地支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展，基于新工科教育理念對(duì)該專業(yè)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)勢(shì)在必行。綜合實(shí)踐課程是培養(yǎng)工程實(shí)踐能力的重要抓手，通過設(shè)計(jì)貼合工程應(yīng)用的實(shí)踐項(xiàng)目，采用科學(xué)合理的指導(dǎo)評(píng)價(jià)機(jī)制，能夠有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解與綜合運(yùn)用，極大提升工程實(shí)踐能力。因此，本文針對(duì)電子信息工程專業(yè)大四第一學(xué)期開設(shè)的“信號(hào)檢測(cè)技術(shù)”綜合實(shí)踐課程，開展了改革與實(shí)踐。

1 課程改革需求

“信號(hào)檢測(cè)技術(shù)”綜合實(shí)踐課程是在學(xué)生掌握了大學(xué)物理、電路原理、電子技術(shù)、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、微處理器技術(shù)、傳感器與檢測(cè)、電子測(cè)量與儀器等課程知識(shí)的基礎(chǔ)上開設(shè)的一個(gè)為期4周的綜合實(shí)踐課程。課程期間，每3個(gè)同學(xué)組成一個(gè)實(shí)踐團(tuán)隊(duì)，合作完成一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，形成設(shè)計(jì)報(bào)告并答辯。學(xué)生通過該課程學(xué)習(xí)，達(dá)到以下效果：①掌握信號(hào)檢測(cè)技術(shù)基本理論的實(shí)踐應(yīng)用，同時(shí)比較系統(tǒng)地串聯(lián)相關(guān)專業(yè)知識(shí)，完善知識(shí)體系；②熟練使用專業(yè)內(nèi)相關(guān)儀器設(shè)備，建立工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)思維，培養(yǎng)良好的工程素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和解決復(fù)雜工程問題的能力。

該實(shí)踐課程的基本思路是借助傳感器進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，采用單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示與傳輸，覆蓋了信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的全流程。傳統(tǒng)教學(xué)過程中存在的主要問題是題目大多來自教師自擬，無產(chǎn)業(yè)行業(yè)應(yīng)用背景，由此導(dǎo)致學(xué)生通過該課程僅僅完成了一個(gè)孤立的檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)，缺少應(yīng)用場(chǎng)景感受，難以建立工程應(yīng)用概念，無法提高創(chuàng)新意識(shí)和培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力。隨著新技術(shù)、新行業(yè)的飛速發(fā)展，以及新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)的提出，對(duì)“信號(hào)檢測(cè)技術(shù)”綜合實(shí)踐課程的教學(xué)提出了更新、更高的要求，因此，需要對(duì)原有培養(yǎng)模式進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以完全適應(yīng)當(dāng)前新工科高層次人才培養(yǎng)需求。

2 改革理念與舉措

合肥學(xué)院契合培養(yǎng)高水平應(yīng)用型人才、服務(wù)地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展的定位，建立了多個(gè)應(yīng)用型產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)。其中，安徽省現(xiàn)代電子控制與檢測(cè)應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心與多家企業(yè)針對(duì)智能制造、集成電路產(chǎn)業(yè)需求建立了緊密的合作關(guān)系，組建了安徽省虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR和AR)及應(yīng)用工程實(shí)驗(yàn)室、安徽省經(jīng)濟(jì)和信息化廳指導(dǎo)的微壓差智能測(cè)控工程技術(shù)研究中心，以及集成電路測(cè)試與應(yīng)用研究室等多個(gè)聯(lián)合研發(fā)單元，承擔(dān)了大量產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，并基于產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性問題，承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金、教育部產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目、安徽省自然科學(xué)基金等縱向項(xiàng)目。

圖1 基于產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目的訓(xùn)練題目

“信號(hào)檢測(cè)技術(shù)”綜合實(shí)踐課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在新工科建設(shè)思路指導(dǎo)下，依托安徽省現(xiàn)代電子控制與檢測(cè)應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心承擔(dān)的智能制造、集成電路相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，緊跟學(xué)科前沿、產(chǎn)業(yè)和技術(shù)最新進(jìn)展，結(jié)合產(chǎn)業(yè)實(shí)際需求，開展產(chǎn)教融合驅(qū)動(dòng)[4-5]的實(shí)踐課程教學(xué)改革，探索產(chǎn)教融合驅(qū)動(dòng)下“信號(hào)檢測(cè)技術(shù)”綜合實(shí)踐課程教學(xué)新模式，在實(shí)踐內(nèi)容、指導(dǎo)機(jī)制、效果評(píng)價(jià)以及師資力量提升等方面開展了探索與實(shí)踐。

(1)產(chǎn)業(yè)出題，實(shí)戰(zhàn)實(shí)踐內(nèi)容。產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的最新需求與成果，能夠?yàn)閷?shí)踐訓(xùn)練提供大量?jī)?yōu)質(zhì)資源。針對(duì)本課程特點(diǎn)，指導(dǎo)教師將產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目分解提煉為若干實(shí)戰(zhàn)化題目，并發(fā)布給學(xué)生。部分題目如圖1所示。

將項(xiàng)目“微壓差智能控制系統(tǒng)”進(jìn)行分解提煉，發(fā)布題目“壓差檢測(cè)與顯示報(bào)警裝置”“細(xì)菌濃度檢測(cè)裝置”“空氣顆粒物粒徑測(cè)量裝置”等，不僅從關(guān)鍵器件選型、系統(tǒng)搭建與功能實(shí)現(xiàn)等方面開展訓(xùn)練，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考檢測(cè)原理，從單純的電子設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)拓展為具有跨學(xué)科思考能力的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練。

基于“集成電路測(cè)試與應(yīng)用研究室”承擔(dān)的視頻顯示芯片及工業(yè)控制芯片測(cè)試與應(yīng)用相關(guān)項(xiàng)目，凝練訓(xùn)練題目“車輛周邊圖像信息檢測(cè)與處理”“電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)與控制”“生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)采集”等，指導(dǎo)學(xué)生基于合作企業(yè)研發(fā)的視頻處理芯片、工業(yè)控制專用芯片，在圖像檢測(cè)與分析、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制等領(lǐng)域開展實(shí)踐訓(xùn)練。同時(shí)，融入集成電路設(shè)計(jì)分析，助力集成電路產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)。

依托 “藻類濃度檢測(cè)系統(tǒng)”項(xiàng)目，提煉題目“藍(lán)藻濃度檢測(cè)裝置”“微弱光信號(hào)檢測(cè)裝置”“光散射法水體濁度測(cè)量裝置”等，采用光學(xué)手段，開展藻類相關(guān)參數(shù)檢測(cè)。將光學(xué)這一具有極大發(fā)展前景的學(xué)科和技術(shù)手段引入教學(xué)過程，注重學(xué)科交叉，融入物理、生物、化學(xué)等學(xué)科相關(guān)知識(shí)，拓寬學(xué)生眼界，培養(yǎng)學(xué)生交叉融合創(chuàng)新的能力。

以上實(shí)踐訓(xùn)練題目，將工程實(shí)踐訓(xùn)練與產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的最新需求緊密結(jié)合，且涉及到機(jī)械、物理、化學(xué)等學(xué)科。通過開展實(shí)踐項(xiàng)目，能夠強(qiáng)化學(xué)生工程設(shè)計(jì)思維與學(xué)科交叉創(chuàng)新意識(shí)[6-8]，了解產(chǎn)業(yè)發(fā)展與文化，提升解決復(fù)雜工程問題的能力。

(2)校企育人，建立協(xié)同機(jī)制。優(yōu)化實(shí)踐組織形式，突出工程教育開放融合理念，加強(qiáng)企業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)。形成“行業(yè)牽引，需求導(dǎo)向，精益求精”的協(xié)同育人機(jī)制。

學(xué)校為學(xué)生提供專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，保證充分的設(shè)計(jì)開發(fā)條件。實(shí)踐課第一周，由企業(yè)工程師針對(duì)智能制造、集成電路行業(yè)的最新進(jìn)展及需求開展講座，幫助學(xué)生了解行業(yè)動(dòng)態(tài)、建立工程意識(shí)，明確企業(yè)需求。實(shí)踐過程中，企業(yè)工程師全程參與，實(shí)踐項(xiàng)目開發(fā)過程按照企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目研發(fā)流程推進(jìn)，突出企業(yè)需求導(dǎo)向，融入企業(yè)文化。結(jié)合項(xiàng)目需求，學(xué)生可到企業(yè)開展工作，配合企業(yè)總體項(xiàng)目發(fā)展進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練。

實(shí)踐指導(dǎo)過程中，融入課程思政，注重工程倫理教育[9-10]，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

(3)行業(yè)導(dǎo)向，優(yōu)化效果評(píng)價(jià)。改進(jìn)實(shí)踐項(xiàng)目質(zhì)量評(píng)價(jià)方式，過程與結(jié)果并重，突出工程與創(chuàng)新思維評(píng)價(jià)。依據(jù)國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及企業(yè)人才標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合企業(yè)需求達(dá)成度，建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方案。

在關(guān)注結(jié)果的同時(shí)，密切跟進(jìn)設(shè)計(jì)過程，關(guān)注項(xiàng)目開發(fā)過程中學(xué)生的工程思維、創(chuàng)新思維與合作意識(shí)。課程結(jié)束，開展答辯，學(xué)生介紹設(shè)計(jì)過程與成果，回答專業(yè)技術(shù)問題。最終，從設(shè)計(jì)過程、分析和排除故障能力、聯(lián)系指導(dǎo)老師溝通情況以及陳述和演示、回答教師提問等各方面，對(duì)實(shí)踐效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。同時(shí)，結(jié)合學(xué)生整體表現(xiàn)，分析綜合實(shí)踐課程設(shè)計(jì)過程中的經(jīng)驗(yàn)及不足，在以后的教學(xué)過程中持續(xù)改進(jìn)。

(4)師資提升，加強(qiáng)工程素養(yǎng)。教師團(tuán)隊(duì)良好的工程實(shí)踐能力，是“信號(hào)檢測(cè)技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)順利開展并取得良好效果的重要保障。采取“實(shí)際干，引進(jìn)來，走出去”的措施提高教師的工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)雙師型教師：①實(shí)際干，即實(shí)踐指導(dǎo)教師參加協(xié)同創(chuàng)新中心承擔(dān)的產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，通過承擔(dān)具體項(xiàng)目，增強(qiáng)對(duì)行業(yè)企業(yè)需求的理解，加強(qiáng)工程實(shí)踐能力；②引進(jìn)來，即引入企業(yè)工程技術(shù)人員到協(xié)同中心開展合作交流，通過與企業(yè)聯(lián)合建立的工程技術(shù)研究中心、研究室等載體，指導(dǎo)教師與企業(yè)開展充分的合作交流。③走出去，即教師到合作企業(yè)開展研發(fā)工作，掌握企業(yè)研發(fā)需求，緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，目前已有2名教師在企業(yè)開展博士后研究工作，多名教師在企業(yè)開展了掛職鍛煉。

3 改革效果

通過“信號(hào)檢測(cè)技術(shù)”綜合實(shí)踐課程的改革與實(shí)踐，在實(shí)踐內(nèi)容、指導(dǎo)與評(píng)價(jià)方式以及教師團(tuán)隊(duì)能力提升方面取得了顯著成果。在實(shí)踐內(nèi)容方面，緊密聯(lián)系智能制造、集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新需求，形成了一批符合新工科人才培養(yǎng)需求、工作量與難度適中、融入了交叉學(xué)科思想的實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練題目。在實(shí)踐指導(dǎo)方面，建立了校企協(xié)同育人機(jī)制，形成了企業(yè)流程與需求主導(dǎo)的項(xiàng)目開發(fā)流程，學(xué)生在校內(nèi)教師與企業(yè)工程技術(shù)人員共同指導(dǎo)下，自主開發(fā)，大膽創(chuàng)新，促進(jìn)了工程與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。在評(píng)價(jià)考核機(jī)制方面，綜合職業(yè)、行業(yè)與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及學(xué)生在研發(fā)過程中的思維、實(shí)踐、協(xié)作表現(xiàn)，形成了校企共同評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，開展實(shí)踐效果科學(xué)評(píng)定。同時(shí)，注重課程思政的開展，著力提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)具有正確世界觀、人生觀和價(jià)值觀，專業(yè)技術(shù)過硬的高水平人才。在教師團(tuán)隊(duì)能力提升方面，建立了產(chǎn)教融合交流機(jī)制，通過承擔(dān)產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目、行業(yè)企業(yè)技術(shù)與師資交流，教師工程實(shí)踐能力以及實(shí)踐指導(dǎo)能力得到顯著提升。

教師團(tuán)隊(duì)成員均已通過“雙師型”教師認(rèn)定，現(xiàn)有“全國模范教師”1名，承擔(dān)安徽高校協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目1項(xiàng)，在研產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目8項(xiàng)，出版應(yīng)用型教材1部，獲得安徽省教學(xué)成果二等獎(jiǎng) 1項(xiàng)。教師團(tuán)隊(duì)與集成電路產(chǎn)業(yè)企業(yè)合肥宏晶微電子科技股份有限公司合作的產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目獲得安徽省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)聯(lián)合相關(guān)企業(yè)、高校，牽頭組建了合肥市現(xiàn)代職業(yè)教育集團(tuán)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟和應(yīng)用電子技術(shù)教師創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，參加了安徽集成電路應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)聯(lián)盟，針對(duì)智能制造、集成電路行業(yè)開展產(chǎn)教融合發(fā)展，推動(dòng)高水平應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

電子信息工程專業(yè)學(xué)生通過“信號(hào)檢測(cè)技術(shù)”綜合實(shí)踐課程所完成的訓(xùn)練題目，為企業(yè)實(shí)際問題的解決提供了重要技術(shù)參考，甚至部分直接解決了企業(yè)的實(shí)際問題。學(xué)生的工程素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和解決復(fù)雜工程問題的能力明顯提高。在科技競(jìng)賽方面，也獲得了優(yōu)異成果，培養(yǎng)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)獲全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽國家二等獎(jiǎng)、“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽全國初賽二等獎(jiǎng)，安徽省機(jī)器人大賽單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)類競(jìng)賽一等獎(jiǎng)、安徽省“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銀獎(jiǎng)、“挑戰(zhàn)杯”安徽省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽二等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)。同時(shí)，多名電子信息工程專業(yè)畢業(yè)生入職合作企業(yè)工作，能夠快速融入企業(yè)環(huán)境，解決企業(yè)實(shí)際需求，真正實(shí)現(xiàn)了由學(xué)校到企業(yè)的零距離以及學(xué)生到工程師的順利轉(zhuǎn)型。

4 結(jié)語

基于新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)應(yīng)用型工科專業(yè)實(shí)踐課程改革需求，對(duì)合肥學(xué)院電子信息工程專業(yè)“信號(hào)檢測(cè)技術(shù)”綜合實(shí)踐課程進(jìn)行了改革優(yōu)化。改革突出產(chǎn)教融合育人，結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求凝練實(shí)踐內(nèi)容，建立校企協(xié)同育人機(jī)制，推進(jìn)行業(yè)導(dǎo)向的效果評(píng)價(jià)方法，并通過多種方式提升教師工程素養(yǎng)。通過改革實(shí)踐，教師團(tuán)隊(duì)的工程實(shí)踐水平明顯提升，學(xué)生的工程應(yīng)用與創(chuàng)新能力顯著提高，改革效果良好。本文研究成果具有一定的普適性，希望能夠?yàn)橥愒盒５木C合實(shí)踐課程建設(shè)提供參考經(jīng)驗(yàn)。