基于“項目”的四年一貫式實踐教學模式研究

鄢志丹 華陳權(quán) 耿艷峰

摘? 要：創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式是當前新工科戰(zhàn)略的重要使命，而探索連續(xù)遞進的實踐教學模式對人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義。以新工科建設(shè)為契機，全新構(gòu)建了校內(nèi)外一體化實踐教學模式，重點提出基于“項目”的專業(yè)實踐課程改革方案，詳細闡述其實施過程，專業(yè)實踐課程特征及相互關(guān)系等內(nèi)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(yè)實踐體驗，有利于培養(yǎng)學生的專業(yè)綜合素質(zhì)和工程能力。

關(guān)鍵詞：基于項目;四年一貫式;實踐教學;新工科;人才培養(yǎng)

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(shè)戰(zhàn)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(jié)構(gòu)”“新模式”“新質(zhì)量”和“新體系”建設(shè)，指明了方向和奮斗目標。毫無疑問，新工科建設(shè)對人才培養(yǎng)目標的新要求呼喚人才培養(yǎng)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(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，既是新工科建設(shè)的出發(fā)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(chuàng)新性強的理工科人才需求，實現(xiàn)實踐能力培養(yǎng)不斷線，使學生獲得連續(xù)遞進、有意義的專業(yè)綜合設(shè)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(zhì)和工程能力，更為實踐教學體系需要關(guān)注的熱點和改革的目標。

為踐行新工科對學生多維度培養(yǎng)質(zhì)量的高標準要求，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型人才，筆者所在測控技術(shù)與儀器專業(yè)從OBE、CDIO教育理念出發(fā)，全新構(gòu)建校內(nèi)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(yǎng)方案，把學生能力培養(yǎng)貫穿到本科全過程，強化課內(nèi)外理論學習與實踐訓練，以理論知識為基礎(chǔ)，以“傳感技術(shù)-數(shù)據(jù)處理-儀器開發(fā)-系統(tǒng)設(shè)計”為主線，有目的地設(shè)計并開發(fā)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(yǎng)學生形成持續(xù)主動學習的能力和習慣，展示學生的整體專業(yè)水平、綜合設(shè)計與創(chuàng)新實踐能力。

一? 校內(nèi)校外一體化實踐教學模式

實踐教學與理論教學是專業(yè)培養(yǎng)方案的兩個重要方面。構(gòu)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(yè)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(chǔ)之上，從注重學生自主學習、個性化培養(yǎng)出發(fā)，本專業(yè)構(gòu)建了校內(nèi)校外一體化實踐教學模式。其中，校內(nèi)實踐包括基礎(chǔ)課程實驗、專業(yè)課程實踐以及畢業(yè)設(shè)計（校內(nèi)），專業(yè)課程實踐具體包括傳感器課程設(shè)計、測控儀器課程設(shè)計、測控系統(tǒng)綜合設(shè)計和測控工程設(shè)計;校外實踐包括專業(yè)認識實習、專業(yè)生產(chǎn)實習以及部分在校外開展的畢業(yè)設(shè)計，其主要特點如下。

1）基礎(chǔ)課程實驗與相應(yīng)課題緊密結(jié)合，以驗證性實驗為主，設(shè)計性實驗為輔，采用課內(nèi)實驗教學的方式，旨在讓學生更深刻地掌握關(guān)鍵知識點，搞清其間蘊含的科學原理。

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

3）專業(yè)認識實習主要內(nèi)容是調(diào)研科技企業(yè)，了解產(chǎn)業(yè)線上的測控技術(shù)與儀器。目前聯(lián)系的有山東思達特測控設(shè)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(yè)認識實習，可有效提高學生對本專業(yè)及相關(guān)行業(yè)的業(yè)務(wù)性質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)、發(fā)展狀況等方面的認識，感受專業(yè)技術(shù)發(fā)展，增強學習和應(yīng)用自動化和測控技術(shù)與儀器專業(yè)知識的主動性和積極性，培養(yǎng)專業(yè)認同感和興趣點，促進學生了解社會，明確學習方向，為后續(xù)課程學習及項目實踐提供感性認識，奠定學習基礎(chǔ)。

4）專業(yè)生產(chǎn)實習則是帶領(lǐng)學生去校外的實習基地，如江蘇杰士德精密工業(yè)有限公司、上海恩德斯豪斯自動化設(shè)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(chǎn)操作。專業(yè)生產(chǎn)實習旨在引導學生以實際技術(shù)人員的身份，直接參與到生產(chǎn)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(yè)的先進技術(shù)及生產(chǎn)運行管理并完成一定的生產(chǎn)任務(wù)，學習實際生產(chǎn)技術(shù)知識或管理知識，掌握生產(chǎn)技能，鞏固、豐富與提高專業(yè)水平，為即將步入社會承擔專業(yè)工作做前期準備。

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

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

二? 基于“項目”的專業(yè)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(yè)課程綜合實踐以“傳感技術(shù)-數(shù)據(jù)處理-儀器開發(fā)-系統(tǒng)設(shè)計”為主線，與理論教學相輔相成、有機結(jié)合，貫穿本科學習全過程。實驗教學內(nèi)容設(shè)置不再單純以任務(wù)為基礎(chǔ)，而是以項目為基礎(chǔ)，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(fā)，但要包含多個層次（原理性、設(shè)計性和綜合性），多個內(nèi)容（傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理算法、智能儀器功能、測控功能和網(wǎng)絡(luò)功能），具有明確可實現(xiàn)目標，涵蓋傳感器原理、測試信號分析與處理、儀器設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)和控制技術(shù)與系統(tǒng)等專業(yè)課程的理論知識，體現(xiàn)學科融合，如空天海洋、人工智能和電氣測控等。

該項目持續(xù)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(jīng)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(yè)特色已經(jīng)有了基本的認識，了解了有關(guān)項目式實踐改革的相關(guān)內(nèi)容，屆時也將給學生發(fā)放基本單片機學習系統(tǒng)，引導其對智能儀器設(shè)計等方向產(chǎn)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(nèi)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(nèi)容，將實踐教學的目標和任務(wù)具體落實到各個課程實踐教學環(huán)節(jié)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(jīng)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(wù)書，主要包括各階段詳細的學習任務(wù)及考核目標，擬采用的技術(shù)路線，最終完成目標，小組分工及項目預(yù)算等，并經(jīng)系里統(tǒng)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(shè)計、測控儀器課程設(shè)計、測控系統(tǒng)綜合設(shè)計及測控工程設(shè)計等實踐內(nèi)容。特別的，在項目實施過程中，大學生創(chuàng)新實驗室以及傳感器與測控技術(shù)、智能儀表開發(fā)等多種專業(yè)實驗室等均可預(yù)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(yè)實踐老師就項目執(zhí)行過程中遇到的問題加以交流，以更好地實現(xiàn)預(yù)期目標。此外，依據(jù)學生進展情況，一些項目還可持續(xù)發(fā)展為畢業(yè)設(shè)計課題或創(chuàng)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(yīng)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(yè)課程實踐方案能否順利開展的核心環(huán)節(jié)。

項目的選題遵循幾個原則：能夠適應(yīng)行業(yè)的需要，最好是具有綜合性的測控系統(tǒng)，包括測量、控制和物聯(lián)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(xiàn)創(chuàng)新思想。通常從教師的科研課題中簡化而來的儀器設(shè)計與開發(fā)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(diào)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(diào)研，了解產(chǎn)品價格、功能及優(yōu)缺點。對項目中出現(xiàn)的問題，要求學生通過查閱文獻或咨詢調(diào)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)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(nèi)容;此外，教師的指導不局限于課堂上課時間內(nèi)，可機動、靈活地開展。

項目驗收要上交規(guī)范的項目設(shè)計資料、小結(jié)報告、答辯PPT及可展示實物等。為了保證教學質(zhì)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(shè)計、測控儀器課程設(shè)計、測控系統(tǒng)綜合設(shè)計和測控工程設(shè)計報告及相關(guān)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(diào)理論和實踐相結(jié)合、實物和文稿相結(jié)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(jié)合項目實施過程和答辯表現(xiàn)來綜合評定。對于答辯（包含技術(shù)性的非技術(shù)內(nèi)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(jù)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(jù)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(diào)動學生參與設(shè)計的主動性、自覺性和創(chuàng)造性。

（三）? 項目實例內(nèi)容

依照基于新工科建設(shè)的本專業(yè)實踐教學體系構(gòu)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(wǎng)絡(luò)溫控儀、新一代微地震數(shù)據(jù)采集器、智能雙輪平衡車等。

如圖2所示，以“智能網(wǎng)絡(luò)溫控儀”為例，學生在各專業(yè)課程實踐階段需要完成的主要內(nèi)容如下。

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

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

測控系統(tǒng)課程設(shè)計（四年級）：基于網(wǎng)絡(luò)的智能溫度測控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，包括單片機程序設(shè)計，本地/云端上位機應(yīng)用軟件開發(fā)，實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡(luò)測控、多機互聯(lián)互通等。

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

以上各部分環(huán)環(huán)相扣、步步深入，各專業(yè)課程實踐內(nèi)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(yè)課題體系，理解專業(yè)知識內(nèi)在邏輯。傳感器課程設(shè)計是入門，也是測控儀器課程設(shè)計的重要基礎(chǔ);測控系統(tǒng)綜合設(shè)計則是利用測控儀器課程設(shè)計的實踐成果，實現(xiàn)智能儀器的網(wǎng)絡(luò)化信息交互和監(jiān)控;測控工程設(shè)計是規(guī)范化要求，是對前述設(shè)計的總結(jié)與提升，使學生實現(xiàn)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(jié)束語

本文基于多年來專業(yè)人才培養(yǎng)的歷史經(jīng)驗積淀和專業(yè)建設(shè)心得，以新工科建設(shè)為契機，創(chuàng)新校內(nèi)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(chuàng)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(tǒng)化的實踐能力培養(yǎng)模式之下，使得全部學生都具有了電路設(shè)計、焊接、調(diào)試，實驗數(shù)據(jù)采集、處理、統(tǒng)計等硬軟件開發(fā)經(jīng)歷，絕大多數(shù)學生能夠闡明儀器的“信息化”設(shè)計方案及一般實施思路。從學生的反饋結(jié)果來看，整體創(chuàng)新實踐能力明顯提升，專業(yè)認同感顯著增強。

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