新工科和產教融合背景下“現代儀器設計\"課程教學改革與探索

【引用格式】.新工科和產教融合背景下“現代儀器設計”課程教學改革與探索[J].黑龍江教育（理論與實踐），2025，79（6）：71-74.

【中圖分類號】G642.0【文獻標識碼】A

【文章編號】1002-4107（2025）06-0071-04

一、引言

為推動我國教育事業高質量發展，深化教育深層次改革，建設教育強國，教育部、國家發展改革委等多部門積極推進新工科建設，實施產教融合戰略，打造支撐高質量發展的新引擎[-2]。新工科建設和產教融合戰略的實施，為當前高等教育在新經濟形勢下的人才培養指明了方向。多年來，我國在精密儀器方面已經取得了較大的發展，現已聚焦于高端科研儀器設備的研發制造，服務國民經濟的高質量發展，其中，研發高端科研儀器，測控技術與儀器專業人才培養和儲備是關鍵45]。面向新工科和產教融合背景下人才培養的新理念和新要求，作為省級一流本科專業，鄭州輕工業大學的測控技術與儀器專業始終以培養儀器研發人才為目標，注重培養能夠從事智能儀器設計開發、測控系統集成、技術應用服務、系統運行維護、工程項目管理等方面工作，解決測控技術與儀器及相關領域復雜工程問題的高素質應用型人才。

文章以新工科和產教融合背景下人才培養的新理念和新要求為課程改革方向，進行了測控技術與儀器專業“現代儀器設計\"課程教學新模式的改革與探索，并針對課程教學中存在的理論教學內容陳舊、教師單一講授模式貫穿課堂效果不佳、學生難以把握重點、實踐教學環節薄弱等問題，提出了改革措施，以提高學生的實踐能力和創新能力，滿足新工科和產教融合背景下高素質人才的培養要求。

二、課程現狀及存在問題

“現代儀器設計”是測控技術與儀器專業的一門專業基礎課程，總學時為32學時，其中理論教學26學時、實驗教學6學時。該課程教學能夠使學生對現代儀器設計方法、儀器典型關鍵技術和典型應用等內容進行全面系統的學習，最終使學生具備現代儀器設計的能力，為培養學生解決測控系統工程實際問題能力和職業生涯發展奠定基礎。該課程目前采用課堂講授和實驗操作相結合的方式，以平時作業（ 10% 、課堂表現 5% ）實驗成績（ 15% ）和期末考試成績（ 70% 的綜合成績對學生進行考核，引導學生將已經掌握的儀器相關課程知識運用到儀器設計過程中。課程團隊通過對授課過程進行跟蹤調研，發現教學過程中存在以下問題。

（一）理論教學內容陳舊，不能滿足新時代工程人才塑造要求

為了培養新時代工程人才，新工科建設對全面創新課程內容提出了更高的要求，必須與時俱進。目前，“現代儀器設計”課程教學選用的教材為清華大學出版的《現代精密儀器設計》（第2版）。該教材雖對與精密儀器設計有關的基本理論和方法進行了全面系統的論述，但在新時代背景下，內容方面略顯不足。一方面，教材出版年份較早，對于當前我國儀器的新發展未有涉及；另一方面，當前儀器行業正向智能儀器快速發展，儀器智能化已成為未來發展的重要趨勢，但目前的教學內容還未涉及。陳舊的教學內容不能滿足新工科背景下對學生創新能力和工程能力的培養，不能滿足新時代對工程人才的塑造要求。

（二）教師單一講授模式貫穿課堂效果不佳

在課程的課堂教學環節中，傳統的“灌輸式\"教學仍然是教師主要采用的教學模式，雖然有多媒體的輔助，但教師講解幾乎是課堂教學的全部。多位教師反映在課堂講授過程中，學生參與度極低。大部分學生聽課注意力集中時間不超過20分鐘，學生往往在聽一段時間后開始出現走神、打瞌睡和看手機等現象。缺乏參與環節，學生的積極性不能被充分調動，集中注意力聽課時間短，直接導致課堂教學效果不佳。因此，如何改變教師單一講授模式，提高課堂教學效果，成為課堂教學改革的重中之重。

（三）課程內容涉及面廣，學生難以把握重點、難點

“現代儀器設計\"是一門涉及現代精密儀器設計方法、儀器精度設計與分析、精密機械系統、傳感檢測技術、光學系統設計、微位移技術、機械伺服系統設計、精密測量技術的綜合性專業課程。由于課程內容涉及面廣，章節之間關聯性體現不明顯，導致學生在學習過程中難以把握重點、難點。如課程第3一8章的教學內容在\"互換性與技術測量\"“工程光學\"“精密機械設計基礎\"“機電傳動控制”\"傳感器技術基礎\"等基礎課程中學生均已學習過。因此，本課程中的理論教學重點內容不是簡單的重復講授，而是應以儀器設計應用為教學自的，引導學生將原有掌握的相關課程知識融合運用到儀器設計應用當中。

（四）實踐教學環節薄弱，無法達到產教融合實踐目標

目前，“現代儀器設計\"課程的實踐方式為實驗，內容包括百分表結構分析及拆裝、顯微成像系統原理及使用、光柵傳感器的工作原理及其在位移測量中的應用等。由于實踐方式單一，學生無法接觸到大型精密儀器，從而難以激發學生的實驗興趣，無法讓學生在實踐中切實參與智能儀器的設計過程，充分理解儀器設計的核心環節和應用價值。在深化產教融合改革方面，儀器設計實踐環節的缺乏導致該課程無法面向儀器行業的需求導向培養學生的實踐創新能力。

三、課程改革思路與措施

鑒于“現代儀器設計\"課程的特點和教學過程中存在的問題，文章以新工科和產教融合背景下國家對儀器專業人才的需求為導向，依托鄭州輕工業大學測控技術與儀器專業人才的培養目標，結合現代儀器在測控技術與儀器專業課程中的定位，對“現代儀器設計\"課程進行改革探索，以適應高等教育和社會需求的演變，實現學生創新能力的全面培養。以“工程實際問題一專業理論知識一工程技術方法”三元驅動為核心，構建多元化培養模式，為學生提供更多的實踐機會，幫助學生將理論知識轉化為實際能力，著力提高學生的創新意識，引導學生積極參與協同創新活動，從而更好地應對未來的挑戰。具體內容如圖1所示。

（一）優化更新理論教學內容

為了滿足新工科和產教融合背景下的人才培養需求，“現代儀器設計\"課程將從現代儀器設計方法、儀器關鍵技術和典型現代儀器設計應用3個方面優化授課內容。其中，現代儀器設計方法教學內容包括現代精密儀器設計概論、精密儀器設計方法。教師應重點將現代儀器的發展歷史、脈絡、特點和先進儀器智能化發展趨勢等內容納人課程授課中，讓學生充分認識到儀器發展對我國經濟和科技發展的重要性，增強學生對課程的認知和興趣。在此基礎上，教師應結合典型的儀器實例，讓學生能夠全面掌握現代儀器設計的過程、方法和原則，并對與主干課程有交叉的章節進行優化；重點關注儀器發展新技術，如儀器精度設計與分析、微機電系統、精密位移技術、智能傳感系統、人機交互技術等，突出測控技術與儀器的專業特色。為了實現科教融合，高校應增加典型現代儀器設計內容的授課比例，邀請有儀器開發經驗的教師或企業專家進行授課，使學生切實掌握現代儀器的設計理論和應用方法。

（二）開展互動式教學

為了改善課堂教學效果，應將學生置于主體地位，從單一的灌輸式向互動式課堂教學轉變，引導學生主動思考學習。新工科和產教融合背景下，教師不只是知識的灌輸者，而且是學生學習的促進者和引領者。教師應引導學生主動參與學習，將課堂時間重新分配，圍繞下次授課內容創建教師一學生互動式微課堂。如教師應將下節課要學習的內容提前布置給學生進行預習，然后讓學生在互動式微課堂上根據自己的理解對預習內容進行闡述。針對互動式微課堂學生的表現，教師做出評述并與學生進行溝通交流，然后進行有重點、有針對性的授課，從而達到較好的教學效果。如在講授儀器關鍵技術內容時，教師以3名學生為一組建立互動式討論小組，給每組布置與該關鍵技術相關的新儀器設備調研任務，并擇時安排小組進行專題匯報，引導學生相互協作，積極討論，培養學生運用網絡資源調研和分析問題的能力，同時了解與本課程相關的新儀器設備的發展動態。

（三）創新課程實踐內容結構

1.開展項目式實踐

課程團隊借鑒美國普渡大學（PurdueUniversityWestLafayette）密西根大學（UniversityofMichigan）等高校課程授課方式，引入項目式教學方法，融入企業實際需求，讓學生了解課程學習內容與實際工程應用問題的關聯性。“現代儀器設計\"課程教師對理論課程和實驗課程的課時比例進行調整，增加課下項目式實踐內容，通過項目式實踐的開展，學生有機會了解儀器產品從設計到制作的完整過程，有利于培養學生的創新意識，增強對課程的掌握程度。充分利用課程組教師在智能傳感、微納芯片和柔性傳感等方面豐富的科研和教學經驗，依托課程組教師承擔的儀器相關項目，鼓勵多名學生加入同一個項目，和教師共同組成實踐小組，讓學生體驗儀器設備從市場調研、概念設計、仿真到原型機開發的過程。通過項目式實踐，引導學生參與教師課題研究，提升了學生的實踐能力，激發了學生學習的積極性。

2.完善實驗體系

在以往的課程教學過程中，學生在學完課程后缺少實驗環節，很快就忘記了所學知識，這無疑是對教育資源的一種浪費。為了更大程度地發揮“現代儀器設計”課程對學生在儀器設計方面實踐能力的提升作用，課程團隊對課程實驗體系進行了探索改革，將課程實驗分為2個部分：課內實驗和開放創新實驗。課內實驗是本課程教學的必修部分，主要包括虛擬數字示波器、虛擬儀器的數據采集模塊、虛擬函數發生器設計等實驗，旨在幫助學生鞏固理論知識，提高實踐能力。開放創新實驗旨在鍛煉學生儀器開發的創新能力，結合專業特色，根據學生興趣設立基于機器視覺的立體倉儲系統設計、基于單片機的機械手運動控制和3D打印運動控制系統設計等項目。學生可在學完“現代儀器設計\"課程后，自由選擇參加其中一個項目。

“現代儀器設計\"課程涉及多門學科知識，學校很難配備相應的真實儀器供學生學習操作，因此，建立虛擬儀器實驗平臺既能解決實驗儀器不足的問題，又可以方便學生深刻了解整個儀器的設計過程[89]。為了實現這一目標，基于本專業已有的虛擬儀器實驗平臺，課程團隊開展了一系列基于LabVIEW的程序設計、虛擬數字示波器設計及基于虛擬儀器的數據采集模塊的構建。LabVIEW通過圖形化的編程語言，創建各種虛擬儀器，實現對數據的采集、分析和顯示等功能，廣泛應用于工程、科學、生物醫學等領域，是一種重要的實驗工具。基于此，“現代儀器設計”課程中增加了虛擬實驗儀器的二次開發內容，以研究創新型實驗為主，拓展了學生在儀器設計過程中的視野。這些措施無疑是課內實驗的有力補充和提高。開放創新實驗的實施極大地激發了學生的積極性和自主性，大批學生在國家級相關競賽中取得了好成績。課程實驗的改革取得了顯著成效，提高了學生的實踐能力和創新能力。

3.進行校企聯合課程實踐

課程團隊以新工科和產教融合背景下的新理念為指導，與企業共同規劃聯合實踐課程實踐模式、創新授課思想和課程體系，形成產學研相結合的實用型人才培養模式；引進企業兼職導師，進行“雙師制\"校企聯合授課。所選企業導師一般為企業行業的精英，具有豐富的行業資源，能為學生提供工程實際需求建議和實踐平臺。校企聯合課程實踐教學體系可由基礎實踐、應用實踐、創新能力提高實踐3個層次構成。實踐項目根據工程實踐能力的不同培養需求分模塊設置，與理論課緊密結合。例如，鄭州輕工業大學依托測控技術與儀器省級一流專業的學科優勢，以專業生產實踐基地、國內儀表龍頭企業—開封儀表有限公司為實踐平臺，將“現代儀器設計\"課程實踐要求增加到學生生產實踐環節當中。具體舉措是以應用為目標，以實踐為主線，增加“先進儀器儀表創新設計訓練\"實踐模塊。在基地導師的指導下，通過針對性訓練，讓學生學習和了解儀器產品的設計與開發流程，加深學生對所學課程理論知識的理解，驗證所學知識的正確性，提高學生的實踐能力和創新能力。同時，也為學生提供了一個將理論知識與實際應用相結合的平臺，使學生能夠在實踐中掌握專業知識，為未來的職業生涯打下堅實基礎。

（四）建立課程長效優化改進機制

新工科和產教融合背景下的新理念要求課程必須緊跟時代的發展，不斷優化和改進課程授課內容。新時代高校學生具有更強的自主性，獨立思考的能力也更強。因此，教師的角色和授課方式也應與時俱進。首先，教師需要關注學生的學習特點，了解學生的興趣，有針對性地激發學生對課程的熱情。這就需要教師具備豐富的教學手段，引導學生自主探索知識。同時，教師也應當對授課中存在的問題及時改進，積極改變教學策略，引人新的教學方法。課程的持續改進是提升“現代儀器設計\"課程教學質量的關鍵。為了實現這一目標，必須建立課程長效優化改進機制，確保課程在不斷得到優化和改進的同時滿足學生的需求。

“現代儀器設計\"課程從新工科和產教融合背景下的新理念出發，針對課程教學環節進行質量監控，建立了課程長效優化改進機制，保障課程能夠持續改進（圖2）。依據課程質量標準，通過專項教學檢查、教學過程評價、學生/教師座談會、學習過程跟蹤評價和課程考核材料審核等多種手段開展教學過程質量監控評價。質量監控評價不僅能及時發現教學過程中的問題，還能為課程組提供反饋，推動課程各教學環節和支撐系統的持續改進。課程長效優化改進機制的建立和實施，提升了教師的教學能力，保障了教學效果。

四、結束語

文章面向新工科和產教融合背景下人才培養的新理念和新要求，對“現代儀器設計\"課程教學模式進行改革與實踐，效果顯著。理論教學內容的更新拓展了新工科背景下學生的視野，增強了學生對專業的認同感；互動式教學的開展激發了學生的興趣和積極性，課堂教學效果大幅提高；通過開展項目式實踐、完善實驗體系、進行校企聯合課程實踐等課程實踐內容的創新，提升了學生的創新能力和工程應用能力；課程長效優化改進機制的建立，保障了課程的持續更新、不斷優化。通過這些課程改革措施，有助于高素質應用型人才的培養，基本滿足了新時代對工程技術人才的需求。

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