面向工程教育专业认证的专业课程教学改革探索与实践

张亚，于飞，高伟

摘  要：文章以工程教育专业认证为背景，以仪器类专业的工程专业人才培养目标与要求为根本，以精密仪器及智能化类专业课程惯性测量技术为载体，结合本校在航空航天领域的特色与优势，并考虑具体学情和本课程的内容与特点，通过总结目前专业课程教学过程中存在的问题，对课程教学方式的改革方案进行了深入探讨;此外，针对新工科专业课程中思政内容与专业课内容结合困难，以成果为导向的教学效果难以保证的问题，结合本专业典型思政案例，考虑将专业课程与课程思政紧密融合，将思想政治教育工作贯穿专业课程的教学中，在培养学生专业能力的同时，给予学生全程、全方位的能力、素质、思想和品德培养，达到以成果为导向的教学效果。

关键词：惯性测量技术;工程教育专业认证;课程思政

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：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

工程教育专业认证倡导以成果为导向，以学生为中心，以持续的教学质量改进为主线[1-3]。随着我国教育与国际教育的并轨，工程教育专业认证的重要实践意义得到了全国高校的普遍认可，而工程教育专业认证工作也在全国高校中陆续展开。

因此，文章以精密仪器及智能化类专业课程惯性测量技术为载体，以工程专业人才培养目标与要求为根本，结合本校在航空航天领域的特色与优势，并考虑具体学情和本课程的内容与特点，总结了目前专业课程教学过程中存在的问题，对课程教学方式进行了改革探讨，并力争将专业课程与课程思政紧密结合，将思想政治教育工作贯穿各类学科教学中，给予学生全程、全方位的能力、素质、思想和品德培养，真正做到减少枯燥性、灌输性和刻意性，以达到润物无声的课程教学效果。

一、专业课程特点及教学过程中存在的问题

專业基础课程作为学科建设的核心支撑，在工程教育专业认证过程中发挥着支架作用。仪器科学与技术学科的专业课程具有自身独特的特点，如知识点容量较大、知识点理论性强、知识点抽象化等，而其培养目标要求课程需要具有运用多学科交叉知识解决仪器科学与技术及相关领域复杂工程问题能力的培养。在惯性测量技术课程的具体教学实施过程中，作者发现具有以下问题[4-7]：

（一）教学内容陈旧，联系工程实际较少

由于本学科专业基础课程知识容量较多，因此课程的教材内容主要以基本理论、原理等为学习主线，而对具体技术如何应用于实际工程中缺乏较为详细地介绍，也无法反映当前领域较为先进的技术、无法跟踪最新科技前沿、无法反映实际工程遇到的新瓶颈问题。这在一定程度上阻碍了学生对教学内容的理解，限制了学生实践能力的进一步提高。

（二）教学手段单一，课堂效果一般

由于本课程中包含较多的公式推导，例如惯导系统误差分析、多坐标系转换、姿态更新等，教师的教学难度较大，即便是使用多媒体进行教学，来展示各种公式推导、抽象概念等，学生听课时也无法轻松掌握，反而减少了与老师交流讨论机会，降低了学生听课效果，限制了其自主学习能力的培养。

（三）实践环节薄弱，创新性实验较少

实践环节是学习本学科专业基础课程知识的重要环节，是将理论与实际相联系、消化并理解教学内容的重要手段。目前，由于本学科专职实验人员严重不足，实践环节相对比较薄弱，且实践课程中验证性、演示性实验居多，创新创造性实验较少，导致本课程的实践环节只能以教师设计演示、学生观看的形式来完成，学生仅仅通过所发實验手册和观看来进行实验的话，其操作能力、创新能力根本无法得到有效的锻炼，因此也就很难调动学生的参与度。

因此，如何提高学生的综合素质与综合能力，满足我国工程教育专业认证的要求，是专业基础课程建设过程中需要深入思考的问题。

二、面向工程教育专业认证的教学改革

本课程建设将面向工程教育专业认证，从哈尔滨工业大学仪器科学、工程学院学科发展与课程建设的实际情况出发，以人才培养为核心，以立德树人为导向，探讨满足工程教育专业认证要求下的专业基础课程改革模式。最终实现以专业课程促进学科发展，以学科建设提高课程质量，实现一流课程与一流学科的良性互促以及共建建设。拟从以下几个方面开展课程改革：

（一）建设教、学、研一体化优质教学团队

工程专业人才培养的质量取决于教学的质量，而优质的教学团队是教学质量的保证。因此，课程首先需要建设“教、学、研”一体化高水平教学团队。根据专业培养方案和本课程团队的教师规模，以特色课程建设为核心目标，开展教研活动，互帮互助，不断探讨和改进教学方法。定期召开教研会议，经验丰富的老教师“传、帮、带”新教师，思路活跃的年轻教师引进新方法、新思路，丰富教学手段、完善教学内容，同时教研团队支持鼓励教师参加、申报各项教改项目。以教学改革为途径，以专业课程建设和精品课程申报为目标，不断督促教师提高教学水平。此外，鼓励教师大胆地将所承担的各类科研项目研究中遇到的实际应用问题引入教学中，注重科研成果向教学成果的转化，不断丰富、充实和提升教学资源。因此，本课程团队鼓励教师以科研为载体，以学生为主体，将课内外知识相结合，从而在教师有效的教学维度和学生有效的学习维度两个方面实现双赢。

（二）突破传统教学组织及管理形式，创新开放式、多元化教学及学习模式

“学生自由探索，是本科生活极大的乐趣和责任”，而枯燥的教学内容及单一的教学模式是阻碍学生自由探索的重要因素。符合专业教育工程认证的课程建设，其理念应该是课程教学不囿于教室，倡导课外、校外的自主学习，将课程教学融入生活、社会中;教师由传授者向促进者转变，再也不是学生知识来源的唯一渠道，鼓励学生通过诸多渠道获取专业知识，促进学习经历的多元化，给学生留下知识的选择权。为此，需探索建立起一套科学、合理的、可操作性强的课程教学及学习计划，以大班授课小班研讨的形式，通过创设高效学习环境，倡导自主学习，引导学生多元、自主地发现及建构知识。让学生明确怎么学，在哪里学，在什么时间学。

（三）以问题为导向的案例教学，探讨互动式、探究式的课内教学模式

专业认证中要求毕业生具有解决复杂工程问题的能力。复杂的工程问题具有多学科交叉和综合社会知识的特点，因此要求学生具备包含分析、计算、合作、沟通、交流、文化等多方面的能力。首先，这就需要根据专业基础课程的主要内容划分成模块，根据模块收集、整理资料，将教师在科研过程中遇到的相关问题以具体案例的形式融入到课程内容的设计之中，设计出不仅理论联系实际且又精彩具有吸引力的教学案例，例如惯性导航机械编排中的龙格库塔法为什么选择四阶而不是二阶、圆锥误差补充算法中为什么选择三子样而不是五子样等。其次，通过以具体问题为导向的实际案例教学，不断重构课程知识结构，优化教学内容，突出课程导论、基本概念、重点和难点，讲授“必需”而非“系统”的专业知识，构建互动式的教学模式，提高“教”与“学”的能力;教学案例以设计任务为主线，将重要知识串联和并联起来，清晰地向学生传达为什么要学、学什么、学到什么程度等问题;通过教学案例的分析，强化课堂内的互动，达到培养创新思维的目的，使得学生通过“感知-概括-应用” 思维方式掌握课程知识的深度，提高分析和处理实际问题的能力，加深其对专业基础知识的理解，提高研究能力。

（四）以任务为导向的项目实训，创新主动式、合作式的课外学习模式

根据专业基础课程目标达成度来设计综合性的实践项目，以任务导向的方式供学生课外自主实践，获得综合性的学习经验，为学生提供检验掌握课程知识、技能和价值的机会。以学生为中心，通过主动式、合作式（小组、团队）的课外实践活动来接受工程教育、基本技能训练，从学习的深度走向广度，达到教、学、做合一，从而提升学生的基本能力和综合素质。因此，需要着重探索如何针对本课程的培养要求及课程目标设计出一些兼顾知识具有一定的深度和广度的实训项目。这些项目来自工程实际或能准确模拟工程环境，具有较强的工程应用性，贴近行业和产业实际发展需求;其次，这种主动式、合作式的课外实践活动应该以学生为主导、教师辅助指导的模式进行，需要制定一套引导、指导、督促的举措强化实践过程，促进活动的高效开展。

（五）考核指标及评价方法多样化，突出应用能力及适应能力培养

探索开放式、多元化及多样化的教学形式，将以案例为导向的课内教学与以任务为导向的课外实践高度统一融合，使教、学、做合一。在这种课程教学及学习新模式下，对于其学习成效的考核及评价，用传统的试卷考核及成绩评定办法显然是行不通的。因此，需要重建多指标综合评价与考核体系：建立包括教师自评、学生互评、督导测评、企业函评等在内的开放式多元化的课程学习质量评价方法;建立多样化的考核指标，针对课程的培养目标及专业培养要求，充分考虑“基础知识”“专业技能”“工程实践能力”“创新精神”及“综合素质”等因素，注重能力的考核，从而促进学生的全面发展。

三、课程思政元素的融入方式探讨

《左传》有言“太上有立德，其次有立功，其次有立言，虽久不废，此之谓不朽”。《管子》载有“一年之计，莫如树谷;十年之计，莫如树木;终身之计，莫如树人”。“立德树人”几乎是我国历代教育所共同遵循的理念[8]。习近平总书记在2016年12月全国高校思想政治工作会议上指出“高校立身之本在于立德树人”;在2017年10月中国共产党第十九次全国代表大会报告中指出“要全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务”;在2018年9月全国教育大会上强调“要把立德树人融入思想道德教育、文化知识教育、社会实践教育各环节”[9-10]。我国高校不仅承载着传播知识、传播思想、传播真理的功能，还承载着塑造灵魂、塑造生命、塑造新人的重任，要坚持把立德树人作为根本任务，而课程思政是落实立德树人根本任务的关键环节。

目前课程思政在工科专业课程教学中存在一些问题：（1）工科专业课程的专业化驱使思政教育趋向边缘化;（2）工科专业课程的实用性与思政教育的理论性相背离;（3）工科专业学生的思维惯性使思政教育的吸引力弱化;（4）工科专业课程中思政元素挖掘不够充分;（5）思政元素的融入方式较为生硬[11-13]。

教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》中，对工学类专业课程的思政建设作出了重要解释：工学类专业课程要通过马克思主义观点立场与科学精神的有机结合，从认识问题、分析问题、解决问题三个维度培养学生综合素养，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当[14]。因此，本课程通过思政案例分析、课上课下讨论等手段，教师引领和学生自主学习相结合等创新教学方法，来实现课程思政元素与工科专业课程的融入。下面以导航仪器类课程为例，设计若干典型的思政案例，树立学生的“四个自信”，厚植学生的爱国主义情怀。

（一）通过介绍导航仪器发展历程，牢固树立学生的文化自信

党的十九大报告指出，文化自信是一个国家、一个民族发展中更基本、更深沉、更持久的力量。在平时的教学活动中，也应以具体案例为抓手，向学生渗透文化自信的理念。在导航仪器发展史的介绍中，以郑和下西洋故事为牵引，介绍我国是世界上最先使用“磁罗经+天文”组合导航系统的国家，并在十五世纪就广泛应用于远洋航海领域，并成功引领郑和船队抵达非洲东海岸，远早于西方的大航海时代。其中，指南针（航海领域称为磁罗经）是我国古代四大发明之一，郑和下西洋的时候磁罗经在中国的应用早已经非常成熟。此外，“过洋牵星术”是郑和团队所采用的天文导航技术。我国古代劳动人民已经能够通过观测星体运行规律判断船舶方位，说明我国古代的导航技术在当时处于世界领先地位。通过上述案例，引导学生们了解我国在科技领域，特别是船用导航仪器领域，并不是全盘落后于西方发达国家的，甚至在某段特定时间内还领先于西方发达国家，使学生们牢固树立文化自信。

（二）通过介绍我国北斗卫星导航的发展历程，厚植学生的爱国主义情怀

习近平总书记在全国教育大会上的讲话中强调，“要在厚植爱国主义情怀上下功夫，让爱国主义精神在学生心中牢牢扎根”。在课堂教学活动中，也应“润物细无声”地强化学生的爱国主义情怀。以惯性测量技术课程为例，在导航系统的介绍中，GPS卫星导航系统是应用最广泛的一种导航系统，在1991年爆发的海湾战争中，GPS系统初露锋芒。自此之后各国越发重视卫星导航系统发展。此时，欧盟发起了“伽利略”全球卫星导航计划，欧洲人主动“邀请”中方加入“伽利略”全球卫星导航系统中，不仅使“伽利略”计划捉襟见肘的财政状况得到极大缓解，更给“伽利略”进入中国的市场打下了基础。然而好景不长，中国不但进不到“伽利略”计划的决策机构，反而要担负巨额资金投入。在此背景下，我国开始把注意力转移到“北斗”系统上。2020年6月23日，伴随着我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星发射成功，标志着我国北斗三代卫星导航系统正式为全球用户提供位置服务。此事件反映了中欧之间深层次的结构性矛盾和战略利益冲突，而冲突背后，揭示了西方大国一直以来对我国所持有的傲慢和排斥心态，也使我国清楚地认识到拥有自己独立的卫星导航系统的必要性。

（三）通过介绍惯性导航技术的发展历程，激发学生的使命担当与爱国热情

在惯性导航发展史的介绍中，通过介绍陆元九院士的先进事迹，激发学生的使命担当与爱国热情。陆元九先生是中国科学院院士、中国工程院院士、国际宇航科学院院士，是我国著名的惯性导航及空间飞行器控制专家。陆院士考取公派留美名额，成为国际著名自动控制专家德雷伯教授在新设仪器学专业的首位博士研究生，开始探索惯性导航领域的前沿。1949年，陆元九获得博士学位后，被麻省理工学院聘为副研究员、研究工程师，在导师的科研小组继续从事研究工作。当时，新中国百废待兴，他一边工作，一边参加进步组织，积极为回国做准备。1956年，他放弃了国外优厚的待遇和先进的科研条件毅然回国。回国后，他积极参加筹建和惯性导航技术相关的研究开发工作，主持研发了单自由度液浮陀螺、大型精密离心机等惯性传感器以及测试设备，为我国惯性导航技术的发展做出了突出贡献。从陆院士的案例中我们不仅能够体会到老一辈惯导人对祖国的赤诚之心，还能够体会到陆院士对待科研事业中一丝不苟的端正态度。通过本案例的介绍，能够进一步激发学生的使命担当和爱国热情。

四、结束语

文章以工程教育专业认证为背景，首先针对专业课程教学过程中存在的教学大纲内容与实际工程联系较少、教学手段单一、课堂效果一般、实践环节薄弱、创新性实验较少等问题提出了解决方案;此外，针对新工科专业课程中思政内容与专业课内容结合困难，以成果为导向的教学效果难以保证等问题，结合精密仪器及智能化专业课惯性测量技术与本专业典型思政案例，考虑将专业课程与课程思政紧密融合，将思想政治教育工作贯穿专业课程的教学中，在培养学生专业能力的同时，给予学生全程、全方位的能力、素质、思想和品德培养，达到以成果为导向的教学效果。

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