課程思政視域下微傳感器與微執(zhí)行器課程的教學(xué)實踐探析

賴麗燕，余冠良，李以貴

（上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)理學(xué)院，上海 201418)

在全國高校思想政治工作會議上，習(xí)近平總書記指出：“要用好課堂教學(xué)這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[1]。”基于目前新工科背景，國家對工科人才培養(yǎng)有了新的要求和目標(biāo)，重點培養(yǎng)學(xué)生的多元化創(chuàng)新精神和工程實踐能力[2]，以助力新時代的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)的需求乃至科技的進步，當(dāng)前的人才培養(yǎng)理念必將會對我國實現(xiàn)科教興國發(fā)揮舉足輕重的作用。因此，如何將課程思政立德樹人的本質(zhì)、協(xié)同育人的理念和科學(xué)創(chuàng)新的思維落實到課程育人過程中，是擺在高校課程教學(xué)面前亟待解決的問題。本文以微傳感器與微執(zhí)行器課程為載體，擬從改進教學(xué)體系、完善教學(xué)方法、專業(yè)知識與課程思政元素有機融合這三大方面，探索新工科背景下的課程思政與專業(yè)課程的有機融合。

1 探索“微傳感器與微執(zhí)行器”課程思政的必要性

隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，自主創(chuàng)新研發(fā)能力不斷提升，但同時在某些關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域仍然存在被某些國家“卡脖子”現(xiàn)象，這對我國的經(jīng)濟社會發(fā)展和綜合國力的提升造成了一定的影響。習(xí)近平總書記在中國科學(xué)院第十九次院士大會和工程院第十四次院士大會上強調(diào)，要“在關(guān)鍵領(lǐng)域、卡脖子的地方下大功夫，集合精銳力量，作出戰(zhàn)略性安排，盡早取得突破，力爭實現(xiàn)我國整體科技水平從跟跑向并行、領(lǐng)跑的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變，在重要科技領(lǐng)域成為領(lǐng)跑者，在新興前沿交叉領(lǐng)域成為開拓者，創(chuàng)造更多競爭優(yōu)勢”[3]。

傳感器、通信和計算機技術(shù)是構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)的三大支柱。微傳感器和微機電系統(tǒng)是現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)中異軍突起的一個新興科技領(lǐng)域。其中半導(dǎo)體傳感器以其種類多、功能全，能夠?qū)崿F(xiàn)微型化、集成化、多功能化、智能化的獨特優(yōu)勢，成為當(dāng)代微傳感器研究的主流方向。微傳感器與微執(zhí)行器課程是控制工程、電子信息、機械電子類研究方向的核心專業(yè)課程，本課程幾乎涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的所有領(lǐng)域，闡述了各個領(lǐng)域中MEMS 相關(guān)的基本原理，重點研究各種類型的微型力學(xué)傳感器、執(zhí)行器和力學(xué)電路元件的設(shè)計與制備工藝，包括微型應(yīng)變計、加速度計、陀螺、壓力傳感器、傳聲器、觸覺傳感器、生物力學(xué)傳感器、靜電驅(qū)動執(zhí)行器、熱驅(qū)動執(zhí)行器、化學(xué)驅(qū)動執(zhí)行器、生物執(zhí)行器、機械諧振器、機械繼電器和RF開關(guān)等，這些器件主要是承擔(dān)傳感功能，將外界的物理、生物、化學(xué)等信號轉(zhuǎn)換為電信號。

通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解微傳感器與微執(zhí)行器的基本概念和構(gòu)成，并且可以深刻理解微傳感器與微執(zhí)行器的原理、特性，各種應(yīng)用條件下微傳感器與微執(zhí)行器的選用原則及其配套電路設(shè)計；提高綜合利用現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感技術(shù)和計算機信息處理技術(shù)解決生產(chǎn)實際中信息采集與處理問題的能力，了解微傳感器和現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的主動性和積極性，對學(xué)生運用所學(xué)專業(yè)知識解決工程實際問題有一定的幫助，符合學(xué)校培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才的訴求，為工業(yè)測控系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

為了更好地培養(yǎng)傳感器人才，培養(yǎng)學(xué)生對前沿交叉學(xué)科的濃厚興趣和學(xué)生的家國情懷以及創(chuàng)新思想，激發(fā)對重大科學(xué)技術(shù)問題探索的熱情，訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、不斷追求的科學(xué)精神，該課程具有理論價值（前沿交叉學(xué)科）與實踐意義（培養(yǎng)學(xué)生自主科研能力）；與此同時，也為緊密結(jié)合“卡脖子”現(xiàn)象而展開課程思政與專業(yè)課程的有機融合教學(xué)，對學(xué)生起到較好的激發(fā)動力和堅定信心的作用。綜上所述，把課程思政元素有機地融入“微傳感器與微執(zhí)行器”專業(yè)課程是必要且重要的。

2 探索“微傳感器與微執(zhí)行器”教學(xué)中課程思政措施

2.1 健全教學(xué)體系

高校專業(yè)課程是大學(xué)教育中的重要組成部分，專業(yè)課教師是承擔(dān)教學(xué)活動的主體，理所當(dāng)然也是課程思政的主要實施者[4]，而課堂是教學(xué)的第一陣地。教師的言行對課堂的教學(xué)效果起著直接的影響，這對學(xué)生的世界觀、人生觀和價值觀的形成具有重要的引領(lǐng)作用。那么，如何將課程思政立德樹人的本質(zhì)、協(xié)同育人的理念和科學(xué)創(chuàng)新的思維落到課程育人過程中是擺在高校課程教學(xué)面前亟待解決的問題。傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要以“授業(yè)”“解惑”為主，而“傳道”部分較為缺失，因此如何繼續(xù)推進課程思政教育教學(xué)改革，推進習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想融入課程，是一項值得深思和探討的重要課題?；凇拔鞲衅髋c微執(zhí)行器”課程的教學(xué)內(nèi)容，深度挖掘思政元素，結(jié)合新工科實際背景，積極探索將課程思政內(nèi)容融入課程教學(xué)體系，不斷實踐如何將先進典型人物的工匠精神和愛國主義情懷等相關(guān)思政元素有機地融入課堂教學(xué)活動中，達到潤物細(xì)無聲的育人效果。

傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，而微機電系統(tǒng)是“微機械”與IC結(jié)合的微系統(tǒng)，并向智能化方向發(fā)展。近幾十年來，微機電系統(tǒng)激發(fā)了許多科研人士和企業(yè)家的想象力，開發(fā)出眾多以消費為基礎(chǔ)的產(chǎn)品。這些消費類的MEMS器件，實現(xiàn)了高產(chǎn)量和低成本地將機械和電子元件集成在單個芯片（或等效結(jié)構(gòu)）器件中，除了潛在的經(jīng)濟效益外，這種集成還可以實現(xiàn)微功能器件的制備，如發(fā)電設(shè)備、化學(xué)反應(yīng)器和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等[5]，從而實現(xiàn)獨特的功能。此外，MEMS 傳感器也廣泛應(yīng)用于航空航天、過程控制、消費電子等領(lǐng)域[6]。它們現(xiàn)在的產(chǎn)值高達數(shù)十億美元，通常采用集成電路技術(shù)，并受益于半個多世紀(jì)的發(fā)展和完善。因此，如果沒有充足的國產(chǎn)MEMS傳感器芯片，那么國產(chǎn)傳感器的崛起也將無從談起。

2.2 改進教學(xué)方式

以往的“微傳感器與微執(zhí)行器”授課模式主要是以專業(yè)理論知識的單方向灌輸為主，這種傳統(tǒng)且單一的教學(xué)方式，學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的關(guān)注會大大下降。多元化和差異化的教學(xué)手段可以有效地增強教學(xué)雙方的互動，吸引學(xué)生注意力，提高學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)效率[7]。另外，“三全育人”的教育理念也應(yīng)貫徹落實到專業(yè)課程的教學(xué)中，一方面，學(xué)生不斷地汲取專業(yè)理論知識；另一方面，學(xué)生的人生觀和價值觀也得到了升華。該課程主要通過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)兩方面改進教學(xué)方式，具體如下：

1)教學(xué)內(nèi)容：實踐“理論實訓(xùn)一體化”教學(xué)模式，鼓勵學(xué)生參與教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生在實際工作中解決疑難問題時的動手能力，加深對理論與實踐關(guān)系的認(rèn)識。有助于提高學(xué)生準(zhǔn)確把握問題關(guān)鍵、分析并解決問題的能力；有助于培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的馬克思主義世界觀，準(zhǔn)確理解馬克思主義方法論，用科學(xué)的馬克思主義方法論（即辯證唯物主義和歷史唯物主義）去解決生產(chǎn)實踐中遇到的問題。此外，深度拓展“微傳感器與微執(zhí)行器”課程原有的教學(xué)內(nèi)容，充分挖掘課程自身特色和優(yōu)勢，與時俱進導(dǎo)入我國在該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展前沿和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢等內(nèi)容，拓寬學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，增強學(xué)生愛國感情和民族自豪感；提煉課程內(nèi)容中蘊含的文化道德元素，如適當(dāng)介紹本領(lǐng)域知名學(xué)者的學(xué)術(shù)成就與心路歷程及其在國家發(fā)展與民族振興事業(yè)中的貢獻等，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀與價值觀，使課堂成為思政教育的有效載體。

2) 教學(xué)環(huán)節(jié)：邀請先進企業(yè)的技術(shù)專家走進課堂，現(xiàn)身說法，面對面指導(dǎo)，傳授如何將書本知識應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，服務(wù)社會，報效國家的直接經(jīng)驗，學(xué)習(xí)他們的優(yōu)秀品質(zhì)；以開放式討論和課后作業(yè)形式對蘊含文化道德元素的問題進行思考探索，提高學(xué)生參與度，實現(xiàn)認(rèn)知、情感、理性和行為認(rèn)同，以行之有效的“課程思政”教育方式，在潛移默化中樹立正確價值觀。

2.3 專業(yè)知識點與課程思政元素融合

“微傳感器與微執(zhí)行器”是電子信息科學(xué)與技術(shù)的核心專業(yè)課之一，是理論與實踐的橋梁，是現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)中異軍突起的一個新興科技領(lǐng)域。在教學(xué)過程中，除了培養(yǎng)學(xué)生對前沿交叉學(xué)科的濃厚興趣，激發(fā)對重大科學(xué)技術(shù)問題探索的熱情，還要訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、不斷追求的科學(xué)精神。專業(yè)課程要想更好融入思政元素，必須做好德育元素的深入挖掘并以此優(yōu)化課程德育教學(xué)設(shè)計。本文結(jié)合“微傳感器與微執(zhí)行器”課程的教學(xué)內(nèi)容，嘗試從課程中蘊含的思政元素中選取兩個進行闡述：

第一，在講授“微傳感器制造技術(shù)——微納加工技術(shù)”的過程中，引入我國亟待突破的芯片制造相關(guān)的關(guān)鍵制造裝備的瓶頸，例如：光刻機、刻蝕機、離子注入機等，比如在講述光刻技術(shù)時，可以適當(dāng)介紹目前卡脖子的極紫外光刻相關(guān)技術(shù)難點，其光刻機原理如圖1所示。同時，講述國內(nèi)科研院所和知名企業(yè)為了突破當(dāng)前困境，克服重重困難自主研發(fā)光刻機的最新進展，增強學(xué)生愛國熱情和民族自豪感，以此激發(fā)學(xué)生的政治認(rèn)同感和使命感。

圖2 傳感器的應(yīng)用

第二，在講述傳感器在現(xiàn)代科技發(fā)展和日常生活方面的廣泛應(yīng)用和旺盛的需求時（見圖2)，結(jié)合自身的研究背景，引入作為21 世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，MEMS 的成功在很大程度上取決于解決與復(fù)雜器件設(shè)計和制造相關(guān)的材料問題，基于目前的市場需求，MEMS 器件的應(yīng)用能夠且必將大幅度地擴展，這些潛在的應(yīng)用空間包括：微功率發(fā)電、高頻開關(guān)、傳感器和數(shù)字監(jiān)控等。以此激發(fā)學(xué)生的想象力，激勵學(xué)生在器件設(shè)計和制造相關(guān)的材料方面打下扎實的理論基礎(chǔ)，鼓勵學(xué)生畢業(yè)后投身到相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)，為祖國的富強而努力奮斗。

3 結(jié)論

本文以微傳感器與微執(zhí)行器課程為例，探索如何將把專業(yè)課程與思想政治理論課有機結(jié)合。根據(jù)該課程的教學(xué)內(nèi)容及其在電子類研究方向的核心專業(yè)類人才培養(yǎng)的課程重要性和要求，深入剖析了微傳感器與微執(zhí)行器課程思政的必要性；另外，關(guān)于教學(xué)中課程思政措施的探索，結(jié)合實際教學(xué)情況，主要從健全教學(xué)體系、改進教學(xué)方式、專業(yè)知識點與課程思政元素的融合三大方面展開論述，旨在將專業(yè)知識的傳授和思政元素有機融合，提升學(xué)生專業(yè)技能的同時，培養(yǎng)學(xué)生家國情懷和責(zé)任感，真正地實現(xiàn)“三全育人”。