基于“項目”的四年一貫式實踐教學模式研究

鄢志丹 華陳權 耿艷峰

摘? 要：創新人才培養模式是當前新工科戰略的重要使命，而探索連續遞進的實踐教學模式對人才培養質量具有重要意義。以新工科建設為契機，全新構建了校內外一體化實踐教學模式，重點提出基于“項目”的專業實踐課程改革方案，詳細闡述其實施過程，專業實踐課程特征及相互關系等內容。該方案立足OBE-CDIO教育理念，以“項目”為紐帶將各主干課程有機融合，使學生獲得四年一貫式的專業實踐體驗，有利于培養學生的專業綜合素質和工程能力。

關鍵詞：基于項目;四年一貫式;實踐教學;新工科;人才培養

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）15-0042-04

Abstract： It is an important mission of the emergent engineering education to innovate the talent training mode， and it is of great significance to explore the continuous progressive practice teaching system for the improvement of the training quality of the talents. Here， the integrated mode of practical teaching outside and inside the university have been innovated， The "Project-based" professional curriculum practice reform program has been strongly proposed， and the implementation process of the program， the practical characteristics and mutual relations of each professional course are introduced in detail. The program draws on the OBE-CDIO education concept， takes the project as the link， and integrates the main courses organically， then the students will receive four-year continuous professional comprehensive practical experience， which benefits to cultivate their comprehensive and engineering abilities.

Keywords： project-based; four-year continuous; practical teaching; emergent engineering; talent training

近年來，教育部高等教育司提出了新工科建設戰略[1]，特別是復旦共識、天大行動和北京指南這三大指導性文件的出臺[2-4]，為全面推進高等工程教育改革“新理念”“新結構”“新模式”“新質量”和“新體系”建設，指明了方向和奮斗目標。毫無疑問，新工科建設對人才培養目標的新要求呼喚人才培養的新模式，理論課程體系與實踐教學體系的改革隨之進入了新階段[5-7]。創新人才培養模式，提高人才培養質量，既是新工科建設的出發點，也是重要的落腳點[8-9]，尤其面對新形勢下對實踐性強、創新性強的理工科人才需求，實現實踐能力培養不斷線，使學生獲得連續遞進、有意義的專業綜合設計體驗，通過主動實踐和做中學，形成未來工程師的綜合品質和工程能力，更為實踐教學體系需要關注的熱點和改革的目標。

為踐行新工科對學生多維度培養質量的高標準要求，培養多元化、創新型人才，筆者所在測控技術與儀器專業從OBE、CDIO教育理念出發，全新構建校內校外一體化實踐教學模式，并提出一種基于“項目”的四年一貫式學生綜合實踐能力培養方案，把學生能力培養貫穿到本科全過程，強化課內外理論學習與實踐訓練，以理論知識為基礎，以“傳感技術-數據處理-儀器開發-系統設計”為主線，有目的地設計并開發出豐富多樣的儀器儀表，達到“邊學、邊做、邊會、邊用”的學習效果。希望通過具體工程項目的實施，培養學生形成持續主動學習的能力和習慣，展示學生的整體專業水平、綜合設計與創新實踐能力。

一? 校內校外一體化實踐教學模式

實踐教學與理論教學是專業培養方案的兩個重要方面。構建與理論教學相輔相成的實踐教學體系，有助于學生在更好地掌握專業理論知識的同時學以致用，提高實際動手能力，分析解決問題能力。在融合OBE-CDIO教學理念基礎之上，從注重學生自主學習、個性化培養出發，本專業構建了校內校外一體化實踐教學模式。其中，校內實踐包括基礎課程實驗、專業課程實踐以及畢業設計（校內），專業課程實踐具體包括傳感器課程設計、測控儀器課程設計、測控系統綜合設計和測控工程設計;校外實踐包括專業認識實習、專業生產實習以及部分在校外開展的畢業設計，其主要特點如下。

1）基礎課程實驗與相應課題緊密結合，以驗證性實驗為主，設計性實驗為輔，采用課內實驗教學的方式，旨在讓學生更深刻地掌握關鍵知識點，搞清其間蘊含的科學原理。

2）專業課程實踐是一系列實踐內容的集合，也是當前課程改革的重點，將在第二節做具體闡述。

3）專業認識實習主要內容是調研科技企業，了解產業線上的測控技術與儀器。目前聯系的有山東思達特測控設備有限公司、山東石大勝華化工集團和山東石大科技集團有限公司等。通過專業認識實習，可有效提高學生對本專業及相關行業的業務性質、組織結構、發展狀況等方面的認識，感受專業技術發展，增強學習和應用自動化和測控技術與儀器專業知識的主動性和積極性，培養專業認同感和興趣點，促進學生了解社會，明確學習方向，為后續課程學習及項目實踐提供感性認識，奠定學習基礎。

4）專業生產實習則是帶領學生去校外的實習基地，如江蘇杰士德精密工業有限公司、上海恩德斯豪斯自動化設備有限公司、艾默生過程控制有限公司、上海自動化儀表有限公司和上海辰竹儀表有限公司等進行生產操作。專業生產實習旨在引導學生以實際技術人員的身份，直接參與到生產過程之中，運用已有的知識技能，近距離接觸儀器儀表類企業的先進技術及生產運行管理并完成一定的生產任務，學習實際生產技術知識或管理知識，掌握生產技能，鞏固、豐富與提高專業水平，為即將步入社會承擔專業工作做前期準備。

5）畢業設計是專業實踐能力培養的最后一學里，也是校內、校外學生實踐能力培養的融合點和關鍵環節。畢業設計內容依據指導老師出題范圍的不同，可以是“項目”內容的延續，也可以是指導老師自身科研項目的分解，或者是與企業導師共同指導、與生產過程相聯系的校外課題。為使學生做好畢業設計，一方面開展畢業設計前的思想動員工作，使學生認識到畢業設計的重要性，提高積極性;另一方面完善畢業設計監督和管理，從開題報告、中期檢查、結題審核到畢業答辯等各個環節，從設計態度、設計過程的精力投入、課題完成效果、非技術因素等方面進行綜合性評定，強化過程監控，嚴把考核關。通過規范化的教學管理，保證質量，提高畢業設計水平。

需要指出的是，校內實踐是培養學生個體專業能力和團隊精神的重要場所，通過基礎課程實驗、專業課程實踐及畢業設計的層級式訓練，使學生具備必要的專業知識和工程技能;為更好地踐行個性化培養方案，提高學生自主學習、系統學習能力，采用基于“項目”的方式，將原本相對獨立的各專業課程進行實踐體系化改革，使每名學生主動實踐，獲得連續遞進的、有意義的專業綜合設計體驗。校外實踐是根據專業特色組織安排的實習過程和內容，與校內實踐有機結合，優勢互補，可以調動學生的學習熱情和積極性，拓展學生專業視野，加深專業認同，增強法律、環保等社會責任意識，有助于形成未來工程師的綜合品質和工程能力。

二? 基于“項目”的專業課程實踐改革方案

（一）? 實踐方案及實施過程

如圖1所示，基于“項目”的專業課程綜合實踐以“傳感技術-數據處理-儀器開發-系統設計”為主線，與理論教學相輔相成、有機結合，貫穿本科學習全過程。實驗教學內容設置不再單純以任務為基礎，而是以項目為基礎，以復雜工程問題為切入點，可以是教師的科研教學命題，或者是學生的自主開發，但要包含多個層次（原理性、設計性和綜合性），多個內容（傳感器技術、數據處理算法、智能儀器功能、測控功能和網絡功能），具有明確可實現目標，涵蓋傳感器原理、測試信號分析與處理、儀器設計技術基礎和控制技術與系統等專業課程的理論知識，體現學科融合，如空天海洋、人工智能和電氣測控等。

該項目持續時間為四年，由三至五名學生組成課題小組合作完成，并指定一名指導老師。大一上學期經過部分通識課，尤其是新生研討課的學習，學生對大學學習以及本專業特色已經有了基本的認識，了解了有關項目式實踐改革的相關內容，屆時也將給學生發放基本單片機學習系統，引導其對智能儀器設計等方向產生濃厚的學習興趣。

在大一下學期開展項目征集工作，包括教師命題和學生自主項目，以教師為主填寫項目選題表，明確項目目標和教學內容，特別要求在OBE-CDIO理念的指導下，分層遞進地安排實踐教學內容，將實踐教學的目標和任務具體落實到各個課程實踐教學環節中;進而按照雙選的方式確定指導老師和組隊學生，并要求每位老師每屆最多帶兩組學生，每個題目最多被選兩次;經過一段時間的學習和認識后，每組學生需在老師指導之下填寫完整的項目任務書，主要包括各階段詳細的學習任務及考核目標，擬采用的技術路線，最終完成目標，小組分工及項目預算等，并經系里統一審核確認后，方可實施。

此后，學生依照理論課程學習進展，逐步開展傳感器課程設計、測控儀器課程設計、測控系統綜合設計及測控工程設計等實踐內容。特別的，在項目實施過程中，大學生創新實驗室以及傳感器與測控技術、智能儀表開發等多種專業實驗室等均可預約開放，教師與學生之間隨時互動，以學生主動學習為主，教師指導為輔;學生不但可利用課余時間進行實踐鍛煉，還可在集中學習階段（大二、大三暑假小學期，大四上學期后半部分）跟隨專業實踐老師就項目執行過程中遇到的問題加以交流，以更好地實現預期目標。此外，依據學生進展情況，一些項目還可持續發展為畢業設計課題或創新訓練計劃，就某個問題進行深入探討，進一步提升學生的科學研究和工程應用能力。

（二）? 項目選題、指導、驗收與考核

項目選題、指導、驗收與考核是基于“項目”的專業課程實踐方案能否順利開展的核心環節。

項目的選題遵循幾個原則：能夠適應行業的需要，最好是具有綜合性的測控系統，包括測量、控制和物聯等; 具有多種解決方案，可以進行方案分析和比較;在解決問題的過程中能體現創新思想。通常從教師的科研課題中簡化而來的儀器設計與開發類項目為最佳選擇。

項目在開展過程中堅持以學生為主，由學生組成團隊自主完成，充分調動其主觀能動性自主學習。如項目在方案論證階段要求學生了解市場需求，對各種傳感器以及控制的軟硬件進行市場調研，了解產品價格、功能及優缺點。對項目中出現的問題，要求學生通過查閱文獻或咨詢調研等途徑找到解決問題的方法，讓學生以解決問題為目標，變被動為主動，提高分析問題和解決問題的能力，從而將知識轉化為能力，同時通過團隊合作以及與外界溝通增強了人際交往能力。

在實際指導時，教師指導采用分層實施的方法：綜合素質及技能較高的學生，以自主學習、研究性訓練為主，教師點撥為輔;綜合素質及技能中等的學生，在教師引導之下，完成項目訓練;對認知及接收能力較弱的學生，通過教師的詳細講解，完成基本項目內容;此外，教師的指導不局限于課堂上課時間內，可機動、靈活地開展。

項目驗收要上交規范的項目設計資料、小結報告、答辯PPT及可展示實物等。為了保證教學質量，掌控教學進度，每組學生必須在大二下學期末、大三下學期末和大四上學期末分別提交傳感器課程設計、測控儀器課程設計、測控系統綜合設計和測控工程設計報告及相關材料。

實踐項目的考核包括平時訓練、分階段報告及展示、最終項目報告、答辯及展示四個方面，強調理論和實踐相結合、實物和文稿相結合的原則。項目的考核成績不僅僅局限于上交的報告和還要結合項目實施過程和答辯表現來綜合評定。對于答辯（包含技術性的非技術內容）過程，采用抽簽的方法確定每組答辯學生，以該學生答辯成績作為整個組答辯的平均成績，并依據各組自主確認的貢獻順序，確定每人的答辯成績，然后再根據各自的平時訓練和報告情況，綜合評定每人最終成績，盡量做到成績更加全面、真實地反映學生的實際實踐能力和項目完成情況，以更好地調動學生參與設計的主動性、自覺性和創造性。

（三）? 項目實例內容

依照基于新工科建設的本專業實踐教學體系構建原則并基于項目選題、指導、驗收與考核的具體要求，目前形成了二十余個實踐項目，具有代表性的有智能網絡溫控儀、新一代微地震數據采集器、智能雙輪平衡車等。

如圖2所示，以“智能網絡溫控儀”為例，學生在各專業課程實踐階段需要完成的主要內容如下。

傳感器課程設計（二年級）：熱電阻傳感器調理電路設計與實現，包括電橋電路、濾波放大電路、V-I轉換電路、傳感器特性和傳感器標定實驗等。

測控儀器課程設計（三年級）：恒溫控制算法設計與實現，包括加熱/制冷驅動電路設計，基于STM32F407的主控電路設計，PID/模糊控制算法設計，溫度采集、處理與實時顯示等。

測控系統課程設計（四年級）：基于網絡的智能溫度測控系統設計與實現，包括單片機程序設計，本地/云端上位機應用軟件開發，實現遠程網絡測控、多機互聯互通等。

測控工程設計（四年級）：基于人機工程學的儀表外觀造型設計，提交符合行業標準和儀器設計規范的機械、電路及軟件設計資料等。

以上各部分環環相扣、步步深入，各專業課程實踐內容以目標為導向，緊密銜接，承上啟下，有助于學生深刻認識專業課題體系，理解專業知識內在邏輯。傳感器課程設計是入門，也是測控儀器課程設計的重要基礎;測控系統綜合設計則是利用測控儀器課程設計的實踐成果，實現智能儀器的網絡化信息交互和監控;測控工程設計是規范化要求，是對前述設計的總結與提升，使學生實現從理論知識學習、基本實踐訓練向工程實際實踐的跨越。

三? 結束語

本文基于多年來專業人才培養的歷史經驗積淀和專業建設心得，以新工科建設為契機，創新校內校外一體化實踐教學模式，重點提出了基于“項目”的四年一貫式實踐教學模式，較之于科技競賽、大創項目等少部分學生的主動參與，這種模式更將所有學生都拉入到了系統化的實踐能力培養模式之下，使得全部學生都具有了電路設計、焊接、調試，實驗數據采集、處理、統計等硬軟件開發經歷，絕大多數學生能夠闡明儀器的“信息化”設計方案及一般實施思路。從學生的反饋結果來看，整體創新實踐能力明顯提升，專業認同感顯著增強。

參考文獻：

[1] 吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發展和建設新工科主動適應和引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2] “新工科”建設復旦共識[J].復旦教育論法，2017，15（2）：27-28.

[3] “新工科”建設行動路線（“天大行動”）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[4] 新工科建設指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（4）：20-21.

[5] 陳曉明，王君，劉麗，等.“新工科”建設背景下地方高校實踐教學改革探索研究[J].工業和信息化教育，2022（1）：6-9.

[6] 李小鋒，江浩，孫偉，等.基于CDIO的測控工程專業課程設計教學模式探索[J].高教學刊，2020（7）：107-110.

[7] 吳濤，尤卓煒.適應新工科建設的機電專業實踐教學改革與探索[J].實驗室研究與探索，2018，37（12）：209-212.

[8] 焦連志.“新工科”建設與高校創新型人才培養體系改革[J].現代教育科學，2021（1）：123-128.

[9] 王斌，高江波，陳晨.面向“新工科”大學人才培養的思考[J].教育探索，2018（1）：52-55.