［摘 要］ 在新一代信息技術(shù)和人工智能推動全球新一輪科技革命的浪潮下，儀器科學(xué)與技術(shù)作為支撐智能信息新技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的重要支柱，成為世界強國布局的科技制高點。在這一大背景下，為培養(yǎng)新時代創(chuàng)新型儀器人才，服務(wù)國家高精尖產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將課程思政與新工科理念融入測控技術(shù)與儀器課程教學(xué)活動中。通過重新設(shè)計課程教學(xué)目標(biāo)、重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法，實現(xiàn)了思政元素、儀器前沿技術(shù)與專業(yè)知識的有機(jī)結(jié)合，取得了良好的教學(xué)效果。研究成果對激發(fā)學(xué)生自由探索、主動思考、敢于創(chuàng)新的思維活力，喚醒學(xué)生儀器報國的使命意識和責(zé)任感具有積極作用，可為其他工學(xué)類專業(yè)課程改革提供借鑒和參考。

［關(guān)鍵詞］ 新科技革命；課程思政；新工科；儀器設(shè)計；教學(xué)改革

［基金項目］ 2021年度北京信息科技大學(xué)高教研究項目資助“工科課程思政教育研究——以‘測控儀器與設(shè)計’課程為例”（2021GJYB19）；2022年度北京信息科技大學(xué)研究生課程建設(shè)項目“‘智能感知與自主系統(tǒng)’課程立體化建設(shè)”（5027011070）

［作者簡介］ 孫廣開（1984—），男，河北永清人，博士，北京信息科技大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院副教授（通信作者），主要從事儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究；牛海莎（1984—），女，河北石家莊人，博士，北京信息科技大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院副教授，主要從事儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究；吳思進(jìn)（1979—），男，浙江樂清人，博士，北京信息科技大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院副教授，主要從事儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）23-0057-04 ［收稿日期］ 2023-08-16

引言

當(dāng)今，新一代信息技術(shù)和人工智能等新興技術(shù)正推動全球新一輪科技革命飛速發(fā)展，世界各主要大國發(fā)力向科技前沿沖刺，這必將重塑世界科技競爭格局。面對這一重大科技變革，“儀器”作為支撐新信息技術(shù)與人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支柱之一，成為各國重點布局的科技制高點，是保障國家在本輪科技競爭和產(chǎn)業(yè)變革中占據(jù)主動的一塊基石。習(xí)近平總書記在主持召開中央財經(jīng)委員會第二次會議時強調(diào)，關(guān)鍵核心技術(shù)是國之重器，必須切實提高我國關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新能力，培育一批尖端科學(xué)儀器制造企業(yè)［1］。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，我國亟須培養(yǎng)一大批高精尖儀器人才。

“測控儀器設(shè)計”課程是測控技術(shù)及儀器專業(yè)的核心課程，講授綜合運用儀器、機(jī)械、光學(xué)、電學(xué)、控制、計算機(jī)等多學(xué)科知識來設(shè)計各類測控儀器的系統(tǒng)性工程，是培養(yǎng)儀器類專業(yè)本科生的總體性系統(tǒng)化思維與儀器創(chuàng)新設(shè)計能力的重要基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)高精尖儀器人才具有重要作用和意義。

新時代，面向培養(yǎng)高精尖儀器人才的國家需求，“測控儀器設(shè)計”課程建設(shè)面臨著一系列新挑戰(zhàn)、新要求，關(guān)鍵核心問題是如何將課程思政、新工科理念和前沿技術(shù)與測控儀器專業(yè)知識有機(jī)結(jié)合起來，培養(yǎng)兼具愛國情懷、國際視野、創(chuàng)新精神、科學(xué)素養(yǎng)和專業(yè)知識的高素質(zhì)復(fù)合型儀器人才。本文總結(jié)了北京信息科技大學(xué)“測控儀器設(shè)計”教學(xué)團(tuán)隊在課程改革中課程思政與新工科前沿的融入以及在教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容與方法等方面的思路、措施和成效，以期為儀器類課程的教學(xué)改革提供借鑒和參考。

一、課程教學(xué)面臨的主要問題

根據(jù)教學(xué)團(tuán)隊近五年講授“測控儀器設(shè)計”課程的實踐經(jīng)驗，反思新時代國家高精尖儀器人才培養(yǎng)的新需求，“測控儀器設(shè)計”課程教學(xué)面臨若干問題和挑戰(zhàn)，主要包括：如何培養(yǎng)學(xué)生對測控儀器設(shè)計開發(fā)的興趣和熱愛，強化學(xué)生儀器報國的使命意識，塑造學(xué)生勇于從事尖端儀器創(chuàng)新研發(fā)的擔(dān)當(dāng)精神，是“測控儀器設(shè)計”課程教學(xué)面臨的關(guān)鍵問題，也是難點和挑戰(zhàn)之一；如何將前沿技術(shù)有機(jī)地融入“測控儀器設(shè)計”教學(xué)，激活學(xué)生的創(chuàng)新思維，讓學(xué)生能夠自主地學(xué)習(xí)前沿技術(shù)知識，主動思考利用這些前沿技術(shù)提高儀器精度和效率的方法，是本課程的另一個關(guān)鍵問題和挑戰(zhàn)；如何重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，將思政教育和前沿技術(shù)知識有機(jī)融入課程教學(xué)，同時創(chuàng)新教學(xué)方法，塑造學(xué)生儀器報國的使命意識和擔(dān)當(dāng)精神，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動思考創(chuàng)新、持續(xù)自我提升的高階能力，是本課程的長期目標(biāo)，也是最大的難點和挑戰(zhàn)。

二、課程思政與新工科前沿的融入

“測控儀器設(shè)計”課程教學(xué)團(tuán)隊針對當(dāng)前課程教學(xué)面臨的主要問題與挑戰(zhàn)進(jìn)行了一系列探索和實踐，重構(gòu)了課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，將課程思政和新工科前沿有機(jī)融入課程教學(xué)全過程。

（一）課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

為使學(xué)生在建立測控儀器設(shè)計專業(yè)知識框架的同時培養(yǎng)其愛國主義情懷、擔(dān)當(dāng)精神和適應(yīng)前沿發(fā)展的創(chuàng)新思維，教學(xué)團(tuán)隊對課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了重新設(shè)計，將“喚醒學(xué)生儀器報國的使命意識和擔(dān)當(dāng)精神”“塑造學(xué)生適應(yīng)前沿、自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)造的高階思維”“綜合運用多學(xué)科知識設(shè)計測控儀器的專業(yè)能力”作為課程教學(xué)的三大核心目標(biāo)［2-3］。

（二）課程教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

課程改革的核心是教學(xué)內(nèi)容的改革。根據(jù)重新設(shè)計的課程教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)團(tuán)隊對課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新設(shè)計，具體包括以下幾方面。

1.在《緒論》章節(jié)，重構(gòu)了測控儀器發(fā)展史、現(xiàn)在和未來趨勢、國家的緊迫需求三個專業(yè)知識點。在測控儀器發(fā)展史知識點講授中，融入中國測控儀器溯源及發(fā)展與興盛的思政內(nèi)容，樹立學(xué)生的文化自信；在測控儀器的現(xiàn)在與未來知識點中，重點講授前沿技術(shù)發(fā)展趨勢、當(dāng)前的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，引發(fā)學(xué)生辯證思考，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)邏輯與創(chuàng)新思維；在國家的緊迫需求知識點講授中，從國家發(fā)展新信息技術(shù)與人工智能等高精尖產(chǎn)業(yè)對測控儀器的迫切需求出發(fā)，以兩彈一星元勛科技報國為例，喚醒學(xué)生儀器報國的使命意識和擔(dān)當(dāng)精神。

2.在《儀器精度理論》章節(jié)，新增了我國超精密測量儀器面臨的挑戰(zhàn)、超精密測量儀器創(chuàng)新突破方向兩個知識點。在超精密測量儀器面臨的挑戰(zhàn)知識點中，重點講授國家計量測試體系不完整的整體性問題、專用測量手段嚴(yán)重缺失的碎片化問題、測量對質(zhì)量支撐作用認(rèn)識不足的精益化問題三大挑戰(zhàn)，并以3 nm光刻機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、激光核聚變裝置、引力波探測裝置等國家急需的尖端裝備為例，融入儀器報國、精益求精、一絲不茍、技術(shù)扎實、工序嚴(yán)苛的思政元素，讓學(xué)生樹立從事精密儀器研發(fā)、服務(wù)國家急需的報國精神。在超精密測量儀器創(chuàng)新突破方向知識點中，從突破超精密測量儀器共性核心技術(shù)等方面，講授我國超精密測量儀器的創(chuàng)新發(fā)展方向，激發(fā)學(xué)生儀器報國的責(zé)任感和內(nèi)生動力。

3.在《儀器總體設(shè)計》章節(jié)，將生態(tài)環(huán)保理念融入儀器總體設(shè)計，新增了節(jié)約原則、安全無害原則、可回收利用原則等儀器設(shè)計原則；在《精密機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》章節(jié)，將德國制造的工匠精神融入導(dǎo)軌、主軸、伺服系統(tǒng)等關(guān)鍵部件設(shè)計，講授精益求精、扎實技能、嚴(yán)苛工序在精密機(jī)械設(shè)計中的關(guān)鍵作用，培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神；在《光電系統(tǒng)設(shè)計》章節(jié)，新增了激光頻率梳絕對距離測量、3D激光光柵位移測量、甚多軸動態(tài)激光干涉測量三個核心技術(shù)知識點；在《電路與軟件系統(tǒng)設(shè)計》章節(jié)，重構(gòu)了電路安全、故障診斷和軟件可靠性、可擴(kuò)展性、易維護(hù)性設(shè)計等知識點，培養(yǎng)學(xué)生的工程責(zé)任意識和以人為本、和諧發(fā)展、追求卓越的價值理念。

4.在《測控儀器設(shè)計實例》章節(jié)，重構(gòu)了教學(xué)案例內(nèi)容，包括亞納米級精度光纖應(yīng)變在軌測量系統(tǒng)、大型關(guān)節(jié)機(jī)器人激光掃描成像系統(tǒng)兩個案例。設(shè)計的新案例主要面向國家高分辨率遙感衛(wèi)星和第五代戰(zhàn)斗機(jī)關(guān)鍵部件精密測量需求，講授如何探索測量新原理，將智能計算與光電測量新原理相結(jié)合，完成精密測量系統(tǒng)總體設(shè)計、子系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)集成構(gòu)建、測試與維護(hù)的思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生利用前沿技術(shù)提升儀器核心指標(biāo)的創(chuàng)新思維。

5.在《測控儀器設(shè)計實踐》章節(jié)，設(shè)置了包括激光頻率梳絕對距離測量等在內(nèi)的5項國家急需的超精密測量儀器共性核心技術(shù)。從打破國外封鎖、核心技術(shù)自主可控角度引導(dǎo)學(xué)生開展精密儀器設(shè)計實踐。首先，學(xué)生自由組建儀器設(shè)計小組，從5項共性核心技術(shù)中自主選題，協(xié)作分工，主動查閱文獻(xiàn)資料，綜合運用精度理論、總體設(shè)計、機(jī)械、光電、電路和軟件等專業(yè)知識，完成1項超精密測量儀器的設(shè)計方案，以儀器報國為導(dǎo)向培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動思考創(chuàng)新、團(tuán)隊協(xié)同合作的高階能力。然后，通過教師與學(xué)生、各設(shè)計小組之間的互動研討環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)辯證思維，引導(dǎo)學(xué)生形成終生持續(xù)學(xué)習(xí)、不斷自我提升的內(nèi)在品格。

（三）課程教學(xué)方法創(chuàng)新

在重構(gòu)了課程教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教學(xué)團(tuán)隊基于成果導(dǎo)向教育理念（Outcome-Based Education， OBE），以學(xué)生為中心，對課程教學(xué)方法進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計，形成了以“需求牽引+問題導(dǎo)向”“案例主導(dǎo)+教學(xué)相長”“線下為主+線上強化”“課堂研學(xué)+課外創(chuàng)新”為特征的“四位一體”教學(xué)方法，主要包括以下幾方面。

1.根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)，從培養(yǎng)學(xué)生綜合運用多學(xué)科知識設(shè)計測控儀器的專業(yè)能力，喚醒學(xué)生儀器報國的使命意識和擔(dān)當(dāng)精神，塑造學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)造的高階思維等方面開展教學(xué)設(shè)計。

2.以大型超聲掃描成像系統(tǒng)等案例為主導(dǎo)，運用案例教學(xué)法將思政教育、儀器前沿技術(shù)與課程專業(yè)知識有機(jī)融合，形成以若干個鮮活案例為主體的課堂教學(xué)設(shè)計。在課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、積極交流討論、善于發(fā)現(xiàn)問題、敢于創(chuàng)新創(chuàng)造的高階思維能力。

3.充分運用慕課、學(xué)習(xí)強國等線上教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生利用課下自由時間，通過網(wǎng)絡(luò)平臺自主學(xué)習(xí)《智能儀器設(shè)計》《西南聯(lián)大紀(jì)錄片》和《中國紅色文化精神》等內(nèi)容，并在線下課堂教學(xué)中就線上學(xué)習(xí)情況交流互動。通過線下線上相輔相成的混合式教學(xué)，全面提升教學(xué)效果，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

4.在測控儀器設(shè)計實踐教學(xué)環(huán)節(jié)實施項目化教學(xué)，讓學(xué)生按3～5人規(guī)模組建設(shè)計小組，從5項超精密測量儀器共性核心技術(shù)中自主選題，以創(chuàng)新設(shè)計為導(dǎo)向，利用課外時間和網(wǎng)絡(luò)平臺資源自由探索，完成1項測控儀器設(shè)計方案。

三、教學(xué)實踐與效果評價

教學(xué)團(tuán)隊在2022年秋季學(xué)期開展了“測控儀器設(shè)計”課程教學(xué)改革實踐，結(jié)果表明：采用顯隱結(jié)合的方式將思政元素、國家緊迫需求與學(xué)生的職業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系起來，可以引起學(xué)生的共鳴和思考。在重構(gòu)后的教學(xué)內(nèi)容框架體系下，學(xué)生對國家迫切需要尖端儀器和專用精密儀器支撐高精尖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、儀器專業(yè)學(xué)生的使命與擔(dān)當(dāng)?shù)葐栴}有了認(rèn)識；案例主導(dǎo)、引導(dǎo)啟發(fā)、互動相長、研學(xué)創(chuàng)新的教學(xué)方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、積極交流、勇于探索、善于發(fā)現(xiàn)問題、敢于創(chuàng)新創(chuàng)造的高階思維能力；通過以若干個鮮活案例為主體的課堂教學(xué)設(shè)計，將思政教育、前沿技術(shù)與測控儀器設(shè)計專業(yè)知識有機(jī)結(jié)合起來，有助于喚醒學(xué)生儀器報國的使命意識和擔(dān)當(dāng)精神，強化學(xué)生的責(zé)任感和學(xué)習(xí)動力，更好掌握運用多學(xué)科知識完成儀器設(shè)計的專業(yè)能力。

四、總結(jié)與推廣

本文總結(jié)了“測控儀器設(shè)計”課程融入思政教育與新工科理念以及在創(chuàng)新性建設(shè)方面開展的探索和嘗試。主要改革措施與成效包括：（1）在教學(xué)目標(biāo)中融入課程思政與新工科核心理念，將培養(yǎng)學(xué)生綜合運用多學(xué)科知識設(shè)計測控儀器的專業(yè)能力，塑造學(xué)生適應(yīng)前沿、自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)造的高階思維，喚醒學(xué)生儀器報國的使命意識和擔(dān)當(dāng)精神設(shè)定為課程教學(xué)的三大目標(biāo)。（2）重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，將思政元素、儀器前沿技術(shù)與專業(yè)知識有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建了課堂教學(xué)與項目化實踐新內(nèi)容，使課程內(nèi)容具有鮮活性、豐富性和前沿性。（3）創(chuàng)新教學(xué)方法，以需求牽引、問題導(dǎo)向為總領(lǐng)，利用線下線上資源，合理運用案例式教學(xué)、參與式學(xué)習(xí)、對分課堂等方式，提升教學(xué)效果。

課程教學(xué)實踐表明，開展的教學(xué)改革取得了良好成效，顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性，激發(fā)了學(xué)生自由探索、主動思考、敢于創(chuàng)新的思維活力，喚醒了學(xué)生投身儀器事業(yè)的使命意識和責(zé)任感，儀器設(shè)計專業(yè)知識的傳授更加高效。目前，上述改革措施正推廣至學(xué)校電子信息類專業(yè)碩士學(xué)位點“智能感知與自主系統(tǒng)”研究生課程。相關(guān)舉措和經(jīng)驗可為工學(xué)類專業(yè)課程改革提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

［1］習(xí)近平主持召開中央財經(jīng)委員會第二次會議［EB/OL］.（2018-07-13）［2023-07-02］.https：//www.gov.cn/xinwen/2018-07/13/content_5306291.htm.

［2］周哲海，趙爽，王曉玲，等.基于新工科理念的《物理光學(xué)》課程建設(shè)［J］.教育教學(xué)論壇，2020（15）：89-91.

［3］劉先鋒，李東升，趙春花，等.“土木工程材料”水泥課思政元素挖掘及教學(xué)融入［J］.教育教學(xué)論壇，2022（11）：165-168.

Teaching Reform of Measurement and Control Instrument Design from the Perspective of New Engineering and Curriculum Ideology and Politics

SUN Guang-kai， NIU Hai-sha， WU Si-jin

（School of Instrument Science and Opto-Electronics Engineering， Beijing Information Science amp; Technology University， Beijing 100192， China）

Abstract： Under the wave of a new round of global scientific and technological revolution promoted by a new generation of information technology and artificial intelligence， instrument science and technology， as an important pillar supporting the application and development of new intelligent information technology， has become the commanding heights of science and technology in the layout of world powers. Under this background， to cultivate innovative instrument talents in the new era and serve the development of high-precision and cutting-edge industries in the country， this paper integrates the concepts of curriculum ideology and politics and new engineering into the teaching activities of “Measurement and Control Instrument Design”， a compulsory course for undergraduate students majoring in measurement and control technology and instruments. By redesigning the teaching objectives of the curriculum， reconstructing the teaching content， and innovating teaching methods， the organic combination of ideological and political education elements， cutting-edge technology and professional knowledge of instruments has been realized， and good teaching results have been achieved. The research results have a positive effect on enhancing students’ interest and autonomy in learning， stimulating students’ vitality of free exploration， active thinking and daring to innovate， and awakening students’ sense of mission and responsibility to serve the country， which can provide reference for the reform of other engineering majors.

Key words： new technological revolution; curriculum ideology and politics; new engineering; instrument design; teaching reform