适应新工科建设的测控工程专业实践教学体系探索

郑玉航 宋海涛 夏朝辉 王夏复 孙鹏

摘  要：新工科的迅速发展，促使教育学科因“工”之变引发教育学体系变革，专业实践教学作为工程教育的关键环节，面临着全新的挑战和机遇。文章对新工科下的实践教学体系进行总体设计，以测控工程专业为例，以培养学生创意思维、创新意识和创业能力为出发点和落脚点，从“课程实验提升创意思维”“专业实践培育创新意识”“综合实习提高创业能力”三个方面提出了设计思路、实施路径和具体措施。

关键词：新工科;实践教学;教学体系

中图分类号：G640       文献标志码：A          文章编号：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，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》。2020年5月，为推进新工科建设再深化、再拓展、再突破和再出发，教育部决定在高等学校培育建设一批未来技术学院，对新工科建设加强研究和实践。新工科秉承创新型、综合化、全周期和开放式的工程人才培养理念，全面践行“学生中心、产出导向、持续改进”的质量理念，这其中一个重要问题就是创新工程教育方式与手段，实践性是新工科建设人才培养模式的重要特征，也可以认为实践教学作为新工科建设的落脚点，是搭建理论教学和学生就业之间的桥梁。需要围绕专业人才培养目标，在制订人才培养方案的过程中，对课程设置和实践教学环节进行合理配置，从体系化的角度建立与理论教学体系相互融合的实践教学体系。

一、现状及问题

新工科重视培养具备创新精神的实践型和复合型人才，在新的形势下，专业实践教学作为工程教育的关键环节，面临着全新的挑战和机遇。专业实践教学体系作为支撑核心能力生成的教学内容，是培养学生创意思维、创新意识和创业能力的关键环节。传统的实践教学采用“一刀切”式的培养模式，不利于提高型和创新型学生的培养。现行的测控工程传统专业在教学过程中仍以课堂讲授为主，课堂讨论和知识实践应用较少，采取以期末考试为主的考核方式，未予以学生实践能力和创新能力考核充分的关注度，不符合国家对高校人才培养的要求。因此，以学生为本，推行新工科背景下实践教学培养模式的改革势在必行。

（一）拟解决的问题

随着人才培养目标和学生面对岗位的变化，人才培养基本定位已由理论研究向具有一定实践能力的工程技术人才转变，而按照新的培养定位的实践训练体系尚未构建形成，迫切需要完善相应的综合实践环节。以往的研究或注重于课程实验、课程设计，或着重于设备使用训练，不能从专业集成的角度进行综合考虑，缺乏从体系设计和顶层设计的角度进行构建、组织和实施，以大系统设计和岗位任职为背景，需要运用“模块化”训练内容构建方法设计实践教学训练内容，构建专业教学综合实践训练体系，建立理论到实践再到理论这一个闭环的过程，使理论与实践融会贯通，使学校学习的知识与工作岗位接轨，提升学生的创意创新创业能力。

拟解决的问题包括：实践教学体系性整体设计问题，即如何从顶层设计的角度考虑实践教学的体系性问题;实践教学体系的相互联系和融合问题，即如何抽象课程实践教学的共性问题;实践教学大专业内部融合与指技问题，即大专业内部各课程或实践环节的共存和融合问题。

（二）研究目标

针对新工科建设背景和需求，依据测控专业课程设置和学生培养目标的指向，从顶层设计的角度考虑实践教学，抽象实践教学的共性问题，整合测控专业理论到测控系统实现的实践问题，通过建立课程实验、专业实践和综合实习等实践环节，研究融合能力提升的综合实践教学平台，贯穿于大学教育的全过程，构建形成接续连贯、层级上升的综合实践训练体系。通过课程实验提升学生的创意思维，通过专业实践培育学生的创新意识，通过综合实习提高学生的创业能力，逐步深入，分层级实施，扎实推进，合理把握“教”与“学”的关系，鼓励实践创新与创业，以求实现“产”与“教”的结合，探索出新工科背景下测控工程专业实践教学改革的新路径。

二、实践教学体系探索的总体设计

建立实践教学体系，从“课程实验提升创意思维”“专业实践培育创新意识”“综合实习提高创业能力”三个方面开展研究，提升测控工程学生对实践教学的兴趣，提高实践教学效果，逐步形成具有测控工程专业特色的实践教学体系，探索构建专业特色鲜明，符合学生专业能力生成特点规律，科学可行的测控工程专业实践教学模式。

（一）总体设计思路

以优秀教学方法和经验为基础，以新工科人才成长对实践教学的需求为指引，探寻专业课中从理论到实践再到理论的反馈式教学过程的控制研究。以学生的岗位需求为基础，同时考虑学生的职业发展和长远目标，构建实践教学体系。整体设计思路如图1所示。

把实践教学体系划分为能力素质设计、实践阶段设计、实践条件设计和实践过程设计四个方面。能力素质注重基础理论、创意思维、创新意识和创业能力的培养，基础理论关系学生的知识素养，解决学生对知识的认知问题;在此基础上，通过课程试验过程培养学生求职、质疑的精神，从思维层面孕育新思想的萌芽;在后续课程实践环节上或科技创新实践中培养学生的创新意识;在综合实践中增强学生的创业能力。实践阶段包括理论学习、虚拟试验、模拟设计和创业实践四个层次递进并相互融合的环节，理论认知是学科基础，是虚拟试验的理论支撑，而虚拟试验反过来又是对基础理论的理解;虚拟试验能够增强模拟设计与分析的能力，而模拟设计是虚拟试验在实践环节上的拓展;创业实践是实践教学的综合表现形式，是上述三個环节的进一步深化。实践条件需要创建集教学场地、素材模型、虚拟系统、模拟设备和实践设备于一体的综合化实践教学平台。实践过程注重考察学生的原理认知、设计分析、实验验证和综合实践能力。通过上述实践教学体系的设计，使学生在知识体系的传授中，能够学得好、学得透、学得通、学得精;同时，在实践教学的融合中，能够到达懂原理、能设计、会使用、精管理的岗位目标，实现教学目标和岗位目标的统一。

总之，通过教师授课掌握理论知识，课程实验提升创意思维，专业实践培育创新意识，综合实习提高创业能力，创业实践验证创意思维和创新意识，以职业胜任力模型为目标，以提高实践能力为导向，以任务式、项目化培养模式，建立以提高实践能力为引领的人才培养流程。

（二）总体实施路径

统筹考虑学生的任职需求、长远发展要求，分析岗位角色的具体需求，建立集课程教学实践环节、专业实践融合方法、装备使用实践环节和指控融合实践于一体的实践教学体系，构建形成接续连贯、层级上升的综合实践训练体系，提高学生的创意创新创业能力。

首先研究实践教学体系的构建原则和构建内容，其次通过建立测控工程人才的能力素质模型，完成实践教学体系设计，最后以创意思维、创新意识和创业能力为核心进行测控专业实践教学体系融合，构建综合实践平台，学生按照创意生成、创新设计和创业实践的模式，扮演创业过程中的一个实践角色，完成一个完整的创业过程，以提高综合能力素质。同时，也能实现教学目标和人才培养目标（岗位目标）的统一。

1. 研究实践教学体系构建的原则和思路

以新工科教育为背景，面向测控专业，以大系统设计和运用为背景，运用“模块化”训练内容构建方法设计教学实践训练内容，构建专业教学综合实践训练体系;从实践教学的共性问题出发，面向课程实验、课程设计、专业实践、综合实习问题，从顶层设计的角度建立实践教学体系。

2. 构建接续连贯、层级上升的综合实践训练体系

通过教师授课掌握理论知识，课程实验提升创意思维，专业实践培育创新意识，综合实习提高创业能力，创业实践验证创意思维和创新意识，统筹考虑课程教学实验、专业综合实践、综合实习等实践环节，并通过建立综合实践平台进行融合交叉，形成实践教学体系，解决实践教学体系的相互联系和融合问题。

3. 研究测控工程专业实践融合问题

以测控工程专业为例，以飞行器控制系统设计为背景，设计实验平台，以控制理论验证和实现为目的，面向专业背景课程，总结、抽象主干课程的实践环节，将导航、制导、控制与测试等主干课程获取的理论进行融合实践，构建系统的、递进的、开放的课程体系。通过基础理论学习指导课程实验、课程设计、专业实践和综合实习等实践教学环节，利用这些实践环节加深对理论学习的深刻认知，实现理论和实践的融合与促进。其融合关系如图2所示。

4. 基于角色扮演的创业融合实践模式

扮演学习与就业中所具有的角色，通过教育过程对角色融入的需要，尽早进入职业角色，达到角色与任职统一。通过创建真实环境，面向首次任职培训课程，结合未来工作编制与岗位设置，明晰所需要的能力素养和要求，透析工作中所需要的基本知识、基础技巧，引出实践教学应该着重训练的内容;在实践环境中，以项目式工程实践为背景，学生独自进行调查研究、文献查阅、分析论证、方案制订、系统设计、实验验证、系统调试、故障排除、优化改进和分析总结等实践创新活动，扮演工作中真实的角色，体验和完成该角色的任务要求，独立或合作完成一个完整的项目或课程设计，实现创业融合实践。

三、实践教学体系探索的具体举措

在实践教学具体实施过程中，要统筹考虑学生的任职需求、长远发展要求，既着眼现在的岗位需求，又要考虑未来的发展，建立集课程实践教学环节、专业实践融合方法及综合实习于一体的实践教学体系，构建多元背景下贯穿整个教学过程的实践教学体系。在培养学生掌握牢固专业理论知识的基础上，面向产业发展和行业需求，面向学生能力发展，改革现有的实践教学体系，丰富和提升实践教学内容和质量，创新实践教学方法，构建以学生能力发展培养为中心的实践教学新体系，充分锻炼和提升学生的实践操作能力和工程创新能力。

针对“课程实验提升创意思维”，设计构建以锻炼其能力发展及培养的层次化实验教学体系，层层推进，步步强化;针对“专业实践培育创新意识”，采用实验法、案例法、个案研究法和调查反馈法相结合的方式，打通专业内部各课程之间的联系，在“存疑”“存异”间培育学生的创新意识;针对“综合实习提高创业能力”，采用个案研究法和跟踪调查反馈法相结合的方式，将研究成果进行应用，调查、反馈、分析成果的有效性和可行性，及时发现问题、解决问题，完善实践教学模式;同时验证创业实践的创意思维和创新意识，在装备使用教学、综合演练教学中应用和验证该实践教学体系。

（一）启发探究，课程实验提升创意思维

探究的目的是让学生在发现“异”、产生“疑”、认真“思”和主动“行”去探究寻求解答的过程中，主动构建出相应的知识体系，通过探究的体会和经历，逐步培养学生自主发现问题、解决问题以及学习新知识的能力，从而具备创意的思维基础。创意思维的培育和提升主要适应于低年级本科生，研究在教学过程中如何培养学生发现“异”、产生“疑”、进而“思”的爱思、勤思和善思的思考习惯，即培养学生“见异思迁”的思维习惯，并鼓励学生“思”“行”合一，深入探究，产生创意思维的萌芽。

因此，通过研究新工科建设背景下的实验教学新体系改革思路，设计构建以验证性实验为基础、综合与设计性实验为主体、创新与探索性实验为导向的层次化实验教学新体系，落实以学生为中心的新工科工程教育理念，重点开发系列综合性、问题导向性及前沿探讨性实验项目，注重学生不同学习阶段的能力发展培养要求，建立以学习者为中心的实验教学新模式和多元考核机制，为新工科建设背景下测控工程专业高素质工程人才的培养提供支撑。

（二）基于课题的专业实践，培育创新意识

基于课题或项目的专业实践属于任务驱动教学方法，以分析问题和解决问题为思维导向，以完成任务为主的互动式教学模式。基于课题的专业实践是在教师指导下，在学生产生创意思维萌芽的基础上，以学生为主体，通过课外科学研究活动，培育学生的创新意识。在该种教学方式中，学生带着任务进行学习，始终处于一种积极主动的探究式学习状态中，培养学生积极探索、质疑创新的意识与能力。

参加的对象主要是高年级本科学生，这部分学生基础理论扎实，学习能力强，喜欢钻研，学有余力，已经具有了一定的知识和能力储备，具备了独立开展研究训练的条件。教师首先给出合适的课题，难度要适中，不能太难，太难会使学生望而生畏，无从下手;也不能太简单，太简单没有挑战性。这种基于课题的专业实践实行指导教师和学生双向选择，指导教师可以从自己熟悉的学生中选择优秀的学生，学生可以根据自己的情况选择课题。教师给出的课题涉及的知识领域非常广泛，在完成课题的过程中，需要学生充分发挥主观能动性去独自完成这个课题，有利于培养学生独立思考和敢于怀疑的明辨性思维，在此基础上，产生创新意识。在对课题的研究训练中，学生能够“以我为主”独自进行调查研究、文献查阅、分析论证、方案制订、系统设计、实验验证、系统调试、故障排除、优化改进和分析总结等实践创新活动，指导教师主要发挥其主导作用。

（三）角色扮演，综合实践提升创业能力

在该阶段，学生通过扮演不同角色进行训练。以学生在毕业走向工作岗位后可能遇到的第一任职所要求的基本知识和基本能力为出发点，在教学中创建真实的工作环境，或者组织学生到企业等实践单位，以项目实践的形式组织学生对工作后可能遇到的问题进行分析，并且扮演其中的岗位角色，尝试用不同的方法解决工作中的问题，着眼满足于第一个工作岗位需要的知识和技能来进行的教学过程。其核心在于学生扮演的角色是以后可能从事的工作，是一种真实的角色，并非情境中创建的虚拟角色。这有助于通过营造逼真的情境，使学生通过对案例的阅读、分析，在角色扮演和实践中找出问题症结所在，寻求解决的对策，使其在处理问题的过程中提高解决现实问题的能力，在综合实践中提升创业能力。

学生在创业实践环境中，以项目实现为背景，结合岗位设置，根据计划书或任务书，通过综合实践平台，按照项目设置需求，以角色扮演的方式，担任不同的岗位，面对岗位的具体要求，达成创业实践的目的。比如，在教学实施过程中，学生体验的角色有学生、操作员、工程师和管理员。学生主要进行基本理论的学习和认知，深入理解和把握基本知识与技能;操作员主要进行操作能力与操作水平的训练，提升实际的操作环境与条件下的操作能力与判断能力;工程师主要运用工作原理和设计原理进行仿真和运算，具备理论分析与设计的能力;管理员主要进行项目管理与组织能力的训练，进行工作流程的统筹与协调，具备对整个生产活动的组织能力。

同时，“课程实验提升创意思维”“专业实践培育创新意识”“综合实习提高创业能力”这几个方面不是割裂的，是相辅相成的，通过各个环节的协调组织与實施，能够提升学生的创意创新创业能力。

四、结束语

新设计的测控工程专业实践教学体系，能够以新工科背景下用人单位的需要为出发点，理论联系实际，课堂教学与实践教学相结合，通过教师授课掌握理论知识，课程实验提升创意思维，专业实践培育创新意识，综合实习提高创业能力，创业实践验证创意思维和创新意识。该实践教学体系，以提升学生的创意创新创业能力为出发点，与工作岗位的实际情况相结合，与职业需求和外来发展相结合，做到角色与任职统一，使学生尽早融入工作岗位角色，具有很强的针对性、实践性，极大促进学生创意创新创业能力培养。

该研究能够依据新工科背景下课程设置和学生培养目标的需求，以学生成才需要和首次任职需求为导向，以提高创意创新创业能力为目标，通过对实践教学体系的改革研究，探索构建专业特色鲜明，符合学生专业能力生成特点规律，科学可行的测控工程专业实践教学模式。

该研究能够从体系设计和顶层设计的角度考虑实践教学，抽象课程教学实践的共性问题，整合测控工程专业理论到测控系统实现的实践问题，通过建立装备使用与实践环节，研究融合能力提升的综合实践教学平台，构建形成接续连贯、层级上升的综合实践训练体系，提高学生的岗位任职能力。该研究成果适合新工科背景下教育的特点，对于相关院校的实践教学改革，具有一定的借鉴意义。

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基金项目：火箭军工程大学教育教学理论研究课题“培育创意思维，培养创新意识，提高任职能力——实践教学模式的改革与探索”

（HJJKT2020015，主持人为郑玉航）

作者简介：郑玉航（1974-），男，汉族，山东临沂人，博士，副教授，研究方向为故障诊断、自动化测试和教育教学理论。