测控技术与仪器专业（以下简称“测控专业”）是仪器科学与技术一级学科下的本科专业。仪器科学与技术学科作为一个综合技术领域的工程性学科，显著特点是学科的“交叉性”与技术的“集成性”，该学科内容涉及电子学、控制学、光学、机械、计算机科学与技术等方面[1,2]。测控专业从对学生的培养上来说，要求学生专业基础上知识面宽，通过专业培养能较全面激发学生的创新思维，这也是对学生的工科综合能力培养提出了一个较高的要求。合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测控专业在专业建设上成绩显著，2008年被教育部批准为国家级特色专业，2012年通过教育部工程教育仪器学科首批专业认证，并于2018年再次通过专业认证，有效期均为6年，2020年又获批为国家一流专业。测控专业在教学过程中以课程群的方式来进行，主要的课程群有机械设计类课程群、检测技术类课程群、信息处理类课程群和控制类课程群等，并采用一系列相关的课堂教学、实验、实践环节完成教学过程。控制类课程群一直是该专业课程体系中一个重要组成部分，学生除需掌握丰富的控制理论知识外，还必须具有一定的实验和实践能力[3]，其实验实践教学环节尤其重要，教学效果直接影响到学生是否形成学习兴趣、能否树立专业意识以及能否具有基本的工程素质和技能。本文针对国家新工科建设需求，针对目前实际教学中存在的问题，通过控制类课程群教学实践，着重对课程群实验实践教学进行改革和建设，进一步提升学生的工程实践能力和创新能力。

一、课程群实验实践教学改革背景

控制类课程群的课程特点是内容丰富、理论较抽象、新技术发展快，普遍存在“学生难学，教师难教”的情况[4,5]。针对目前本校专业教学实际情况，主要教学问题现状表现在以下几个方面：

控制理论基本课程之间缺乏有效的联系，其联系程度还有待进一步加强。目前课程设置中以专业基础课、专业必修及选修课、专业实践课的三段课程模式，缺少以培养学生实践能力为导向的有机整合，课程教学过程中课程之间的相互联系、内容的先后承接等有待进一步加强。

课程理论知识与实践环节之间联系不紧密。课程理论教学与实验教学有时脱节，学生往往由于缺乏理论与实践的关联性的整体考虑，导致不容易将知识系统化，这就造成无法将理论知识和实验联系起来，不能够综合应用到实际中，从而不能有效培养学生的工程素质和技能。

实验实践环节之间缺乏联系。控制类课程群的实践教学往往以课程为单位，缺少以工程实践、创新能力培养为导向的综合实践能力环节，造成学生掌握知识零散，难以建立起工程系统的整体概念，从而使得学生对于工程实践的复杂问题处理不够灵活。

因此，在国家新工科建设背景下，“以学生为中心”，进行控制类课程群实验实践教学改革势在必行。

二、课程群实验实践教学改革措施

针对上述实际教学中存在的问题，根据测控专业人才培养目标，结合控制类课程教学实际情况，课程组教师在教学过程中不断研究与探索，从课程群教学内容设计与教学方法、课程实验教学改革与设计、实践创新环节学生创新能力的培养、考核制度与反馈评价等环节入手进行教学改革，主要改革措施如下。

（一）明确课程群建设目标，整合、优化教学内容，提升教学方法

根据测控专业“工程基础厚、工作作风实、创业能力强”的人才培养特色，培养工程应用型、创新型信息技术领域测量控制与仪器仪表类的高级专门人才的目标，控制类课程群主要包括专业基础课（信号与系统、自动控制原理）、专业必修和选修课（控制技术与系统、精密运动控制、过程控制技术、可编程控制器、虚拟技术与仪器、DSP原理与应用、FPGA技术及应用）和实践课程（测控系统综合设计、生产实习、毕业设计），共12门课程，具体控制类课程群的课程关系图如图1所示。本课程组教师以新工科建设为背景，以学生能力培养为导向，以课程主讲教师为龙头，由主讲教师和实验课教师组成课程教研组，组织课题组教师进行调研、讨论，将控制类12门课程融为一体，讨论课程之间的相互衔接关系，并使课本知识与社会接轨，从而制定合理的课程教学大纲和实验计划等。同时教学内容及时反映学科领域的最新科技成果，强调教学内容与工程技术最新进展相结合，体现社会发展对人才培养提出的新要求。

目前课程群内全部课程都已应用多媒体进行教学，并结合雨课堂教学方式，进行全方位教学模式的改革。教学方式也从传统的填鸭式教学，变成了多种途径的互动教学方式。在实际课程教学中，增大案例教学比例，激发学生的创新思维意识和创新能力。在原理性较强的课程中，通过专门的习题课（可以不占用课堂时间）对作业、制作等进行订正和答疑；对于工程技术性较强的课程，作业可以选用不同的形式，如设计报告、工程应用、科技制作等。立德树人的建设成效是高校工作的一个根本标准。课程组教师在实际教学中，加强对课程思政内涵的理解，探寻课程思政的有效实施方式，选择经典控制类课程思政教学案例，加强课程思政建设。通过对典型控制课程思政案例的讲解，在教学中融入课程思政，加强学生的思想教育，培养其具有高尚的思想品质和职业道德，从而才能培养成为合格的社会主义建设者和接班人。

图1 控制类课程群课程设置   

（二）课程群理论课程的实验教学改革与实践

课程群中既有专业基础课，也有专业必修选修课。在基础课程教学中安排常规实验教学，实验内容和教学内容紧密联系，实验针对课堂教学的重要知识点来设计与安排，目的是对课堂教学内容进行验证，加深对课堂教学内容的理解，该类实验主要是以基础验证性实验和综合性实验为主。如在自动控制原理课程中，在课堂教学过程中引入Matlab仿真软件Simulink进行控制系统实验，使学生能直观地看到不同控制系统在不同参数变化情况下的运行结果及性能指标比较，加深学生对理论知识的理解，有效调动学生的学习积极性和探究欲望。如可编程控制器课程安排4个学时的实验，采用课内实验的方式进行，使学生深刻理解基于PLC控制具体的实现，提升学生的工程化实践能力。在FPGA技术及应用课程安排了8个学时的实验，使学生掌握VHDL语言的程序设计，并利用实验工具箱结合Altera公司的EP3C器件进行程序设计和开发，熟练使用EDA工具。在DSP原理与应用这门课程安排8个学时的课程实验，通过实验开发板教学，使学生能对DSP2000、5000系列产品有基本的应用，并能根据实验需求进行程序设计和开发。其他各门课程也都根据实际教学需要，开设与布置相关实验环节。

以控制原理为基础，以基本元器件、测量仪器与设备等为主线，指导学生设计验证性实验和创新性实验，这样既能按照教学要求完成多门课程所必需的基本教学实验，又能为学生提供自行设计、构建多种复杂控制系统的条件。比如，在基础实验基础上，开发基于Matlab的系统设计、系统辨识、系统控制的研究型实验，以直流电机、步进电机为平台开展各种PID改进算法的算法验证，可以将理论结果和实际效果进行对比，设计并不断优化系统性能，要求学生运用所学知识进行分析综合，从而使学生提高动手能力和知识综合运用的能力。

（三）创新性实验实践环节的设计与优化

在完成理论课程实验的基础上，更多的是让学生参加综合实践活动，重视学生创新思维和独立操作能力的培养。创新性实验实践主要方式有课程内的创新性实验，以课程设计、生产实习和毕业设计为主的开放探索性实验实践，以科研项目驱动的科研创新实践、以企业需求为引导的校企合作实践项目，以学科竞赛为引导的学生实践能力培养等。

创新性实验实践主要是加强学生综合能力与创新能力的培养，在学生完成课程的基础验证性和综合验证性实验时，要求学生把在理论课和普通实验学到的知识和技能，综合运用在所研究的开放性实验课题中。课程设计重在理论知识的巩固和实践能力的培养，毕业设计则要拓宽专业知识面，生产实习与毕业实习重在加强工程实践，实现课堂教学与社会需求的无缝连接，给与学生自主选择题目和研究设计内容的机会。测控系统综合设计与毕业设计是综合考察学生掌握知识的能力，也是一个开放性的实验环节，可以结合教师科研项目或校企合作课题进行不断研究，使实验具有灵活性和开放性，目的是培养学生的知识整理、问题处理和判断能力。生产实习以及毕业设计期间，可以考虑安排专家、学者等开展“控制理论及应用”系列的专题讲座，使学生及时了解学科发展动态，及时把握先进思路，这样能有效地使学生拓展实际的思维控制，从实际出发，从应用出发，来设计自己的实践项目内容。充分发挥学院教师的科研项目和科研成果优势，鼓励本科生积极投入到教师的科研中来，在科研实践中培养实践能力，加强学生创新思维和独立操作能力的培养。积极与企业相结合，构建产学研实践基地，这样既拓展了实验室资源，也开拓了学生的专业视野，紧密结合现代工业应用和市场需求。以学科竞赛为引领，使学生积极主动进行各种创新设计，培养学生学习兴趣，如智能车竞赛、科技创新设计大赛、光电设计大赛和传感器设计大赛等。

（四）支撑平台建设

为更好地实现实验实践教学，要加强支撑平台建设，具体包括师资队伍建设和实验实践基地建设。

加强教师的师德师风建设，把思想政治建设放在首位，使教师具有良好的个人素质。加强教师对课程思政内涵的理解,探寻课程思政的有效实施方式。加强教师团队建设，鼓励教学的传帮带，开展教师的交流与合作。锻炼、培养教师的教学研究和科研能力，紧密跟踪学科前沿，不断学习和使用新的教学方法及教学手段，并且将科研和教改成果应用在教学实践中，提升教学效果。加强教师的实践工程能力培养，鼓励教师与企事业单位或科研院所开展联合研究，解决工程技术问题，增加教师的实践经验。

加强实验室资源和实验仪器设备建设。目前学校已有公共实验室、测控技术中心实验室、大学生科技创新基地2个、专业实验室以及校企合作实践基地。其中测控中心实验室是安徽省示范实验实训中心，本学院现有测量理论与精密仪器安徽省重点实验室、现代测试与制造质量工程安徽省高等学校重点实验室、机器视觉实验室等科研基地，这些为学生实践环节的开展提供了重要的实验平台。学院联合数十家行业领军技术企业，开发智能车、无人机、光电设计等平台，支撑了学生创新创业实践、校企人才培养合作以及学科竞赛，主要的合作企业有北京兆易创新科技股份有限公司、美国泰瑞达公司、沁恒微电子RISC-V联合实验中心等，依托大学生创新实践基地，与企业共建联合实验室。

（五）构建合理有效的考核制度和反馈体系

建立合理的学生成绩考核制度。在控制类课程群中理论课程包含有课程实验环节，采用“作业成绩+随堂测试成绩+考试成绩”的方式来评定学生的最终成绩，不同的课程这三部分的权重可以有着不同的设置，在达到40学时的课程中，还增加期中考试环节，这也改变了以往以学生期末考试为主的考核方式，注重学生平时的综合表现。控制课程群实验实践起着连接理论知识与工程应用的桥梁作用，如果是学科竞赛或产学研项目，可以以获奖等次或项目完成度等方式来考核。总之，对于实践教学可以采用灵活的考核方式。

建立合理的课程教学反馈机制，具体示意图如图2所示。以学生为中心，通过制定详细、具体、可衡量的评价指标，形成评分表，结合学生的实验报告、设计报告等在该项指标上的表现，通过满意度程度给出量化分数，从而计算出达成度评价结果。通过学生能力培养达成度的评价和反馈结果，获得课程目标达成评价。根据每学期课程教学情况，及时了解学生的学习成效，通过将教学过程建立在与培养目标一致的基础上，及时调整教学内容、更新教学方式等，做到持续改进，不断改进和提高教学水平和质量，从而形成可检测可控制的闭环教学体系。

图2 课程教学反馈机制示意图  

三、教学实施与实践成果

结合新工科建设背景，以学生能力培养为导向，优化控制类课程群教学内容和教学方式。根据新工科建设发展需求，结合合肥工业大学测控专业教学实际情况，构建优化合理的控制类课程群教学内容和体系，综合考虑各门课程的内容分配和衔接，对实验实践环节的深化研究，完成各课程教学计划、教学大纲的编写。通过改革研究，使课程间相互配合更合理、更具柔性。采用灵活多样的课堂教学方法，激发学生的学习兴趣；同时加强课程思政建设，培养合格的社会主义建设者和接班人。

多方式、多途径实验实践环节的建立，提高了学生的综合能力。本改革充分发挥研究型大学学科优势，遵循由易到难、由浅入深、循序渐进的教学规律，按照基础验证性、综合验证性、独立创新性三个层次进行实验实践环节设计。加强师资队伍和实验实践基地建设，结合科研、教改项目以及大学生创新创业实践项目，指导学生参加各种学科竞赛，使学生不但具备良好的动手能力，更增强其分析问题、研究问题的能力。2021和2022年，本课程群教师指导学生参加各类创新创业训练计划项目20余项，指导学生参加多种学科竞赛，获得全国大学生智能汽车竞赛、中国传感器创新创业大赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛和大学生光电设计竞赛等省级以上奖项20余项。学生通过参加学科竞赛，在实践中不断提升学生的实践动手能力，学生的综合水平也有所提升。

可持续发展的教学反馈体系。教学过程建立在与培养目标一致的基础上，通过学生能力培养达成度评价和反馈结果，不断优化教学内容，对课程考核体系和教学的持续改进。通过完善的教学反馈体系，根据当前学生教育、社会迅速发展的新形势，经过教学实践，不断完善充实课程体系，深化课程改革，建立适应专业培养要求的教学方法，学生的考核结果和课程达成度都有一定程度的提高。

四、结束语

对测控专业控制类课程群实验实践教学进行改革，突出学生在掌握控制原理基础知识的前提下，注重加强学生创新能力和实践能力的培养。本文针对目前实际教学中存在的问题，结合测控专业控制类课程教学的实际情况，课程组教师在教学过程中不断研究与改革，探索出以学生能力培养为目标的创新性实验实践教育教学体系，能有效帮助学生在创新能力培养的过程中促进对专业知识的掌握，提升学生的学习主动性，提高工程实践能力和创新能力，从而成为走向社会的高素质人才。本文研究经验及成果为其他课程群的教学改革提供了一个很好的参考价值。

参考文献:

[1]刘文文,吴晔,洪占勇,等.测控专业控制类课程群建设与实践[J].电气电子教学学报,2011,33(1):13-14.

[2]林玉迟,毕玉玲,马风鸣.测控技术与仪器实践能力训练教程[M].北京:机械工业出版社,2005.

[3]白洁,曹建安,汤晓君,等,工程教育认证背景下测控专业课程实验教学方法探索与改革[J].高教学刊,2021(30):113-116.

[4]郑玉航,宋海涛,夏朝辉,等,适应新工科建设的测控专业实践教学体系探索[J].高教学刊,2022(14):49-53.

[5]舒双宝,夏豪杰,刘文文,等,测控专业控制类课程群建设与实践研究[J].大学教育,2018(8):55-57.

基金资助:安徽省教育厅教研项目“测控专业控制类课程实验实践教学的综合改革与优化”(2020jyxm1498);安徽省教育厅教研项目“集成电路测试课程产教融合协同育人模式与实践”(2021jyxm1205);

文章来源:舒双宝,夏豪杰,潘成亮,等.测控技术与仪器专业控制类课程群实验实践教学改革与实践[J].高教学刊,2024,10(17):34-37.