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摘要：新工科建设给仪器学科的发展带来了新的机遇和挑战，也对仪器学科人才提出新的要求。文章结合仪器学科教学的实际情况，针对存在的现实问题在教学内容、教学模式、创新实践训练等方面进行了改革与实践，为促进学生创新思维和工程意识的增强，实践能力的提升提供有力支撑，也为类似专业新工科的建设提供借鉴。
关键词：仪器科学与技术;地学特色;人才实践能力;教学改革
中图分类号：G4文献标识码：A文章编号：（2020）-24-397
在新一轮科技革命和产业变革的背景下，为主动服务“中国制造 2025”等国家战略，各高校以全面提升人才培养能力为宗旨，不断探索实践工程教育改革新模式，推动思想和机制创新，积极迎接工业4.0的挑战。我校仪器类学科的优势是地球物理探测仪器，同时也是我国最早创办的地球物理仪器专业和人才培养的摇篮。为持续培养从事地球物理领域的科学研究、设计制造、技术开发、质量控制和生产管理等工作的实践型工程技术人才，满足矿产资源勘探、地下水资源探测、地质灾害预测、地球环境监测和工程勘测等国家需求，对地学专业的教学进行改革和升级具有重要意义。
一、地学专业教学现状
本专业传承自早期的长春地质学院仪器系，经过六十年的发展，基础建设和专业实验条件不断完善，逐渐形成地学仪器领域优势特色方向，但在新工科教育探索过程中，原有的教学体制总体上暴露出以下问题：
（1）理论课程内容需要推陈出新，教学方法需要不断改进，从而适应工业4.0时代提出的更高要求。科技革命和国家战略需求将高等院校的教学目标提升到一个新的高度，因此专业课程教学内容和教学方法的升级成为提升目标的重要手段。以本专业核心课程“传感器原理与检测技术”为例，在原来要求学生掌握力传感器、温度传感器、磁传感器、光传感器等工作原理、测量电路和应用方法，拥有运用或研制传感器设计测控系统能力的基础上，应该增加视觉检测、姿态检测，行为检测等相关知识，对现有教学内容进行更新，推动教学方法的改进。
（2）理论课程与实践应用的紧密联系有待建立。结合本校跨校区两地办学的特殊情况，地学专业学生的第一、二学年主要在中心校区学习学科基础课，第三学年起回到朝阳校区，主要学习专业基础课。由于实际运用于野外探测的地学仪器系统多置于朝阳校区，学生在前两年的教学活动中，主要进行课程基础实验，难以切实了解地学仪器的设计和使用过程。理论教学内容和地学仪器设计的相对脱节，导致学生很难认识到所学知识的实用性和重要性。因此为激发学生科研兴趣，培养学生发现科学问题的能力，将知识的被动灌输转化为主动汲取，需要促进培养模式的改革，加强课程教育和实践应用的结合。
二、教学改革思路
（1）优化整合课程教学内容，完善教材体系建设
目前仪器类的教材多样化，不同教材内容虽然存在差异，但基本偏重学科基本理论知识的介绍，并且存在相近课程存在知识点“交叉”和课程内容“空缺”的情况。知识点“交叉”是指同一知识点在不同课程中都有涉及，但均不是每一门课程的核心知识点，教学过程中讲解不够透彻;课程内容“空缺”是指随着科技发展和时代变迁，新兴技术点和必要知识点尚未增加至课本。在此情况下，应该把握仪器专业的内涵，围绕信息获取的主线，坚持打造具有地学特色的仪器专业核心知识体系。以培养适应社会需要的创新型、复合型、应用型人才为目的，以全面提升仪器学科人才培养能力为宗旨，以工程教育专业认证基本能力要求为基础，将仪器科学与技术分为“数字电子与计算机技术”、“光机电与检测技术”和“仪器系统设计技术”三个课程类别，搭建模块化知识均衡的课程架构。根据每一课程类别特点，优化整合相近课程，划定课程边界，形成《信号与系统》、《微机原理与接口技术》、《数字电路与逻辑设计》、《传感器原理与检测技术》、《模拟电子技术》、《电路分析》、《智能仪器》、《工程电磁场》和《地学仪器》9门核心教材。在构建完整知识体系框架的同时，细化核心课程内容，减少知识点“交叉”，消除课程内容“空缺”，为人才培养提供优质资源保障。
（2）探索多元化教学模式，构建良好的教学生态环境
新工科背景下，高校更加偏重培养具有国际视野、家国情怀和具有团队精神的创新型人才。秉承这一理念，我校应继续积极开展国内外高校访学活动，专家学者论坛讲座，国际合作交流学术报告和经验座谈等活动，进一步提升师资教学能力，形成高水平教学团队，逐步形成良好的教学生态环境，从而整体提升培养学生的能力。同时完善“教学-设计-展示”互动式课堂体系，将“让同学们知道”转变为“让同学们讲出来”，保证知识积累与能力提高同行。将传统的课程实验改编为自主设计实验，让同学分小组团队合作，带着设计任务进入课堂，主动汲取理论知识，阶段性展示所在团队的成果，以讲解的方式巩固所学知识。与此同时，教师根据同学的汇报情况汇总问题，查漏补缺并引入新的问题和知识点，以循环和迭代的互动式教学模式引导同学们灵活运用所学知识，激发学生的工程思维和创新意识。
（3）教学内容与科学研究结合，实现教研互利双赢
面对国家的发展与建设对地球物理的战略需求，我校积极改善传统教学通过书本授课的模式，将科学研究融入到专业课程教学内容。在《信号分析与处理》课程教学过程中，结合课程特点将地磁信号引入当代课堂，使学生准确的理解数字信号处理在地球物理中发挥的作用，激发学生兴趣的同时加深低年级学生對地球物理的了解。课外实践环节中，带领学生赴野外现场进行地球物理仪器系统观摩，让学生动手完成仪器连接和数据处理演示，将《传感器》、《GUI软件界面设计》等系列课程赋予形象的概念，深化课堂教学效果。在教学与科研紧密结合的背景下，逐渐形成“电磁测试技术与仪器”、 “地震勘探技术与仪器”、“磁共振探测技术与仪器”、“分析测试技术与仪器”和“生物医学信号检测技术与仪器”5个特色研究方向，使学生将教学所获应用于科研，同时将科研问题反馈回教学，因材施教，最终形成教学改革成果和科研成果，合作共赢，全面提升学生的创新实践能力。 （4）市场需求和科研深度融合，夯实创新实践基础
仪器学科是一个典型的，以测量和控制理论与技术为主题，研究物质世界中信息获取、处理、传输和利用的多学科技术交叉的综合性学科，涉及多种基础学科以及工程应用学科，例如计算机、机械、控制、仪器仪表和电子电器等。依托大学生创新创业实践项目，学生可进行自主设计题目和组队，并且团队由科研队伍骨干教师担任指导教师，在实践中充分结合国家重要发展需求和国际前沿技术发展趋势，从而实现通过项目引导学生主动学习，加强学生自学能力的培养的目的。但当前项目极大多数为本学科学生组队，调研过程中聚焦市场效应，实行过程中强调技术的可行性。为培养学生创新意识，深化实践效果，应该鼓励不同学科学生组成团队，多角度对项目进行市场调研，将创新从聚焦市场转化为聚焦用户体验，从以产品为中心转换为以客户为中心，在充分考虑技术可行性的同时，提倡“以人为本”，系统考虑用户需求和经济可持续性。项目验收过程中除产品测试问答外，让同学对产品进行展示，总结项目运用的知识点和解决的实际问题，将专业知识和项目载体深切融合，提升学生的分析能力、设计思维和创新意识。
三、总结
面对工业4.0的挑战和“中国制造2025”的国家战略需求，工科教学改革是一项长期的、艰巨的系统工程。本专业结合新工科教育的使命和定位，在优化整合课程教学内容、探索多元化教学模式、强化教研融合和夯实创新实践基础等方
面取得一定进展并进行了相应规划，从而实现学生创新思维、工程意识的增强以及实践能力的提升。
参考文献
[1]姚利花，张占东.创新型新工科人才培养体系的构建及实践[J].大学教育，2020（05）：37-39.
[2]赵斌，段宏基，刘亚青，张丛筠，赵贵哲.依托高层次科研基地开展仪器分析类课程教学改革的探索[J].大学教育，2020（04）：173-175.
[3]郭秀梅，王成义，张萍.浅谈新工科背景下电子信息类课程群建设[J].教育教学论坛，2020（13）：122-123.
[4]朱志军，曹秋香，张树明，吴志春.翻转课堂在地学专业课程教学中的改革与实践研究[J].黑龙江教育（理论与实践），2019（04）：53-55.
[5]王宝军，茆雅凤.“双一流”建设与大类招生改革背景下南京大学地学人才培养思考[J].中国地质教育，2018，27（04）：1-4.
[6]孙海涛，钟大康，朱筱敏，季汉成，金振奎.地学类课程综合教学改革研究[J].教育教学论坛，2018（21）：131-132.
[7]樊婷婷.高校地学专业实践教学改革初探[J].教育教学论坛，2016（27）：99-100.
[8]罗红玲.地学认识实习的改革与创新[J].中国现代教育装备，2016（05）：27-28.
[9]张尚锋.地学基础课程教学方法改革探讨[J].长江大学学报（自科版），2013，10（28）：141-142.
[10]魏绍亮，仉毅，孙步胜.探索：仪器科学与技术学科人才培养模式的探索[J].教育教学论坛，2012（08）：102-104.
作者简介：林婷婷（1983.06-），女，汉族，吉林省长春市人，博士学历，吉林大学教授，主要研究方向：磁共振地下水探測仪器及探测方法研究。
基金项目：教指委“2018年高等学校仪器类专业新工科建设”项目（2018C002;2018C008）;教育部高等教育司2017年第一批产学合作协同育人项目（201701034004）;吉林大学教学模式与教学方法改革项目（2019XYB216）联合资助。
关键词：仪器科学与技术;地学特色;人才实践能力;教学改革
中图分类号：G4文献标识码：A文章编号：（2020）-24-397
在新一轮科技革命和产业变革的背景下，为主动服务“中国制造 2025”等国家战略，各高校以全面提升人才培养能力为宗旨，不断探索实践工程教育改革新模式，推动思想和机制创新，积极迎接工业4.0的挑战。我校仪器类学科的优势是地球物理探测仪器，同时也是我国最早创办的地球物理仪器专业和人才培养的摇篮。为持续培养从事地球物理领域的科学研究、设计制造、技术开发、质量控制和生产管理等工作的实践型工程技术人才，满足矿产资源勘探、地下水资源探测、地质灾害预测、地球环境监测和工程勘测等国家需求，对地学专业的教学进行改革和升级具有重要意义。
一、地学专业教学现状
本专业传承自早期的长春地质学院仪器系，经过六十年的发展，基础建设和专业实验条件不断完善，逐渐形成地学仪器领域优势特色方向，但在新工科教育探索过程中，原有的教学体制总体上暴露出以下问题：
（1）理论课程内容需要推陈出新，教学方法需要不断改进，从而适应工业4.0时代提出的更高要求。科技革命和国家战略需求将高等院校的教学目标提升到一个新的高度，因此专业课程教学内容和教学方法的升级成为提升目标的重要手段。以本专业核心课程“传感器原理与检测技术”为例，在原来要求学生掌握力传感器、温度传感器、磁传感器、光传感器等工作原理、测量电路和应用方法，拥有运用或研制传感器设计测控系统能力的基础上，应该增加视觉检测、姿态检测，行为检测等相关知识，对现有教学内容进行更新，推动教学方法的改进。
（2）理论课程与实践应用的紧密联系有待建立。结合本校跨校区两地办学的特殊情况，地学专业学生的第一、二学年主要在中心校区学习学科基础课，第三学年起回到朝阳校区，主要学习专业基础课。由于实际运用于野外探测的地学仪器系统多置于朝阳校区，学生在前两年的教学活动中，主要进行课程基础实验，难以切实了解地学仪器的设计和使用过程。理论教学内容和地学仪器设计的相对脱节，导致学生很难认识到所学知识的实用性和重要性。因此为激发学生科研兴趣，培养学生发现科学问题的能力，将知识的被动灌输转化为主动汲取，需要促进培养模式的改革，加强课程教育和实践应用的结合。
二、教学改革思路
（1）优化整合课程教学内容，完善教材体系建设
目前仪器类的教材多样化，不同教材内容虽然存在差异，但基本偏重学科基本理论知识的介绍，并且存在相近课程存在知识点“交叉”和课程内容“空缺”的情况。知识点“交叉”是指同一知识点在不同课程中都有涉及，但均不是每一门课程的核心知识点，教学过程中讲解不够透彻;课程内容“空缺”是指随着科技发展和时代变迁，新兴技术点和必要知识点尚未增加至课本。在此情况下，应该把握仪器专业的内涵，围绕信息获取的主线，坚持打造具有地学特色的仪器专业核心知识体系。以培养适应社会需要的创新型、复合型、应用型人才为目的，以全面提升仪器学科人才培养能力为宗旨，以工程教育专业认证基本能力要求为基础，将仪器科学与技术分为“数字电子与计算机技术”、“光机电与检测技术”和“仪器系统设计技术”三个课程类别，搭建模块化知识均衡的课程架构。根据每一课程类别特点，优化整合相近课程，划定课程边界，形成《信号与系统》、《微机原理与接口技术》、《数字电路与逻辑设计》、《传感器原理与检测技术》、《模拟电子技术》、《电路分析》、《智能仪器》、《工程电磁场》和《地学仪器》9门核心教材。在构建完整知识体系框架的同时，细化核心课程内容，减少知识点“交叉”，消除课程内容“空缺”，为人才培养提供优质资源保障。
（2）探索多元化教学模式，构建良好的教学生态环境
新工科背景下，高校更加偏重培养具有国际视野、家国情怀和具有团队精神的创新型人才。秉承这一理念，我校应继续积极开展国内外高校访学活动，专家学者论坛讲座，国际合作交流学术报告和经验座谈等活动，进一步提升师资教学能力，形成高水平教学团队，逐步形成良好的教学生态环境，从而整体提升培养学生的能力。同时完善“教学-设计-展示”互动式课堂体系，将“让同学们知道”转变为“让同学们讲出来”，保证知识积累与能力提高同行。将传统的课程实验改编为自主设计实验，让同学分小组团队合作，带着设计任务进入课堂，主动汲取理论知识，阶段性展示所在团队的成果，以讲解的方式巩固所学知识。与此同时，教师根据同学的汇报情况汇总问题，查漏补缺并引入新的问题和知识点，以循环和迭代的互动式教学模式引导同学们灵活运用所学知识，激发学生的工程思维和创新意识。
（3）教学内容与科学研究结合，实现教研互利双赢
面对国家的发展与建设对地球物理的战略需求，我校积极改善传统教学通过书本授课的模式，将科学研究融入到专业课程教学内容。在《信号分析与处理》课程教学过程中，结合课程特点将地磁信号引入当代课堂，使学生准确的理解数字信号处理在地球物理中发挥的作用，激发学生兴趣的同时加深低年级学生對地球物理的了解。课外实践环节中，带领学生赴野外现场进行地球物理仪器系统观摩，让学生动手完成仪器连接和数据处理演示，将《传感器》、《GUI软件界面设计》等系列课程赋予形象的概念，深化课堂教学效果。在教学与科研紧密结合的背景下，逐渐形成“电磁测试技术与仪器”、 “地震勘探技术与仪器”、“磁共振探测技术与仪器”、“分析测试技术与仪器”和“生物医学信号检测技术与仪器”5个特色研究方向，使学生将教学所获应用于科研，同时将科研问题反馈回教学，因材施教，最终形成教学改革成果和科研成果，合作共赢，全面提升学生的创新实践能力。 （4）市场需求和科研深度融合，夯实创新实践基础
仪器学科是一个典型的，以测量和控制理论与技术为主题，研究物质世界中信息获取、处理、传输和利用的多学科技术交叉的综合性学科，涉及多种基础学科以及工程应用学科，例如计算机、机械、控制、仪器仪表和电子电器等。依托大学生创新创业实践项目，学生可进行自主设计题目和组队，并且团队由科研队伍骨干教师担任指导教师，在实践中充分结合国家重要发展需求和国际前沿技术发展趋势，从而实现通过项目引导学生主动学习，加强学生自学能力的培养的目的。但当前项目极大多数为本学科学生组队，调研过程中聚焦市场效应，实行过程中强调技术的可行性。为培养学生创新意识，深化实践效果，应该鼓励不同学科学生组成团队，多角度对项目进行市场调研，将创新从聚焦市场转化为聚焦用户体验，从以产品为中心转换为以客户为中心，在充分考虑技术可行性的同时，提倡“以人为本”，系统考虑用户需求和经济可持续性。项目验收过程中除产品测试问答外，让同学对产品进行展示，总结项目运用的知识点和解决的实际问题，将专业知识和项目载体深切融合，提升学生的分析能力、设计思维和创新意识。
三、总结
面对工业4.0的挑战和“中国制造2025”的国家战略需求，工科教学改革是一项长期的、艰巨的系统工程。本专业结合新工科教育的使命和定位，在优化整合课程教学内容、探索多元化教学模式、强化教研融合和夯实创新实践基础等方
面取得一定进展并进行了相应规划，从而实现学生创新思维、工程意识的增强以及实践能力的提升。
参考文献
[1]姚利花，张占东.创新型新工科人才培养体系的构建及实践[J].大学教育，2020（05）：37-39.
[2]赵斌，段宏基，刘亚青，张丛筠，赵贵哲.依托高层次科研基地开展仪器分析类课程教学改革的探索[J].大学教育，2020（04）：173-175.
[3]郭秀梅，王成义，张萍.浅谈新工科背景下电子信息类课程群建设[J].教育教学论坛，2020（13）：122-123.
[4]朱志军，曹秋香，张树明，吴志春.翻转课堂在地学专业课程教学中的改革与实践研究[J].黑龙江教育（理论与实践），2019（04）：53-55.
[5]王宝军，茆雅凤.“双一流”建设与大类招生改革背景下南京大学地学人才培养思考[J].中国地质教育，2018，27（04）：1-4.
[6]孙海涛，钟大康，朱筱敏，季汉成，金振奎.地学类课程综合教学改革研究[J].教育教学论坛，2018（21）：131-132.
[7]樊婷婷.高校地学专业实践教学改革初探[J].教育教学论坛，2016（27）：99-100.
[8]罗红玲.地学认识实习的改革与创新[J].中国现代教育装备，2016（05）：27-28.
[9]张尚锋.地学基础课程教学方法改革探讨[J].长江大学学报（自科版），2013，10（28）：141-142.
[10]魏绍亮，仉毅，孙步胜.探索：仪器科学与技术学科人才培养模式的探索[J].教育教学论坛，2012（08）：102-104.
作者简介：林婷婷（1983.06-），女，汉族，吉林省长春市人，博士学历，吉林大学教授，主要研究方向：磁共振地下水探測仪器及探测方法研究。
基金项目：教指委“2018年高等学校仪器类专业新工科建设”项目（2018C002;2018C008）;教育部高等教育司2017年第一批产学合作协同育人项目（201701034004）;吉林大学教学模式与教学方法改革项目（2019XYB216）联合资助。