基于OBE理念光電開發(fā)及應(yīng)用專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程思政教學(xué)改革與實(shí)踐*

張志峰 翟玉生 楊 坤 耿利杰 馮學(xué)超 張瑞亮 翟鳳瀟 楊紅軍

(鄭州輕工業(yè)大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 河南 鄭州 450002)

隨著我國高等教育理念的深化革新,強(qiáng)化教育產(chǎn)出面向國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及行業(yè)需求,“新工科”建設(shè)以及工程教育認(rèn)證在全國高校廣泛開展并持續(xù)推進(jìn).2018年第十一屆“中國大學(xué)教學(xué)論壇”提出了“金課”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)——兩性一度.該標(biāo)準(zhǔn)同OBE理念相結(jié)合,為實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)設(shè)計(jì)和改革提供了思路[1-2].

相對(duì)于“新工科”及工程教育認(rèn)證理念的要求,原有專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目經(jīng)常存在以下不足:

(1)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備以及目前市場(chǎng)上的相關(guān)教學(xué)儀器大多屬于原理驗(yàn)證性,缺少與專業(yè)方向銜接緊密的技術(shù)應(yīng)用類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,不利于引導(dǎo)學(xué)生了解本專業(yè)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景;

(2)大多購置的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備采用封閉結(jié)構(gòu)及傻瓜式操作,學(xué)生實(shí)踐操作的參與度不夠,無法深入了解相關(guān)原理技術(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的工程實(shí)踐過程,不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力;

(3)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目側(cè)重專業(yè)某一項(xiàng)或幾項(xiàng)知識(shí)點(diǎn),多學(xué)科融合和復(fù)雜工程問題涉及較少.

光電開發(fā)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)作為一門電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)雙創(chuàng)類實(shí)踐課程,以學(xué)生為中心,相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來源于專業(yè)教師科研成果轉(zhuǎn)化,采用開放角色扮演模式,既包括分析問題和解決問題等技術(shù)能力培養(yǎng),也隱含著團(tuán)隊(duì)溝通、工程實(shí)踐可持續(xù)發(fā)展思考等非技術(shù)能力培養(yǎng).本文基于OBE理念,結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)特點(diǎn),采用BOPPPS教學(xué)模式[3-4],引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)技術(shù)應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐,培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力,各個(gè)環(huán)節(jié)引入課程思政,做到潤物細(xì)無聲,通過課程學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生愛國主義情懷、精雕細(xì)琢與精益求精的工匠精神、勇于突破成規(guī)的創(chuàng)新精神和互相學(xué)習(xí)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神.

1 課程教學(xué)目標(biāo)和設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.1 課程教學(xué)目標(biāo)

按照OBE教育理念和課程教學(xué)大綱,光電開發(fā)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置了5個(gè)課程目標(biāo):

(1)通過課程中的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練,能夠針對(duì)復(fù)雜工程問題的特定需求進(jìn)行系統(tǒng)或工藝流程的設(shè)計(jì),并在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí);

(2)通過課程中的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練,在設(shè)計(jì)中能夠考慮安全、健康、法律、文化及環(huán)境等制約因素;

(3)通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練,能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋,通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論;

(4)通過課程中設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目全過程的訓(xùn)練,能夠?qū)ζ浣鉀Q方案進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè),并能夠分析其局限性;

(5)通過課程訓(xùn)練,能夠思考專業(yè)相關(guān)工程實(shí)踐的可持續(xù)性,評(píng)價(jià)產(chǎn)品周期中可能對(duì)人類和環(huán)境造成的損害和隱患,詳細(xì)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示.因此課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)的時(shí)候集成了本專業(yè)激光原理、激光技術(shù)、工程光學(xué)、模擬/數(shù)字電子技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)及信號(hào)與系統(tǒng)等核心課程的專業(yè)知識(shí),同時(shí)也涉及計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)、機(jī)械制造等不同學(xué)科知識(shí),高度體現(xiàn)了以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向、多學(xué)科交叉融合的“新工科”內(nèi)涵.

表1 課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求內(nèi)涵觀測(cè)點(diǎn)的支撐關(guān)系

將教學(xué)過程與學(xué)生參與項(xiàng)目產(chǎn)品研發(fā)改進(jìn)融合到一起,強(qiáng)化以學(xué)生為中心,教學(xué)設(shè)計(jì)中通過在不同階段設(shè)置問題提醒引導(dǎo)學(xué)生對(duì)技術(shù)應(yīng)用開發(fā)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的思考,強(qiáng)化學(xué)生作為主體在整個(gè)技術(shù)應(yīng)用開發(fā)過程的參與度,讓學(xué)生參與體驗(yàn)解決復(fù)雜工程問題的全過程,充分調(diào)動(dòng)激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性,逐步培養(yǎng)其分析解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐和創(chuàng)新能力.整個(gè)案例教學(xué)過程高度契合了以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向的工程教育認(rèn)證理念.

1.2 基于BOPPPS教學(xué)模式課程設(shè)計(jì)

BOPPPS教學(xué)模式的內(nèi)涵是將傳統(tǒng)的教學(xué)過程進(jìn)行模塊化分解,包含引入(bridge-in)、目標(biāo)(objective)、前測(cè)(pre-assessment)、參與式學(xué)習(xí)(participatory learning)、后測(cè)(post-assessment)和總結(jié)(summary)6個(gè)環(huán)節(jié)[5-7].首先通過超星智慧教學(xué)平臺(tái)或者微信等平臺(tái)發(fā)布課前預(yù)習(xí),教師發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)(bridge-in,B),提供指導(dǎo)性音視頻資料,結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程目標(biāo),將大國工匠精神、社會(huì)熱點(diǎn)問題等思政元素有機(jī)融合,學(xué)生可利用課前碎片化時(shí)間,自主完成網(wǎng)上教學(xué)資源并按照要求查找相應(yīng)的資料,了解實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)產(chǎn)出目標(biāo)(objective,O),培養(yǎng)學(xué)生以工程理念思考問題,以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度解決問題,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生弘揚(yáng)正能量,積極面對(duì)人生中遇到的各種挫折和問題.根據(jù)以往知識(shí),完成課前測(cè)試題等(pre-assessment,P),尤其引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容,比如我國激光器的發(fā)展歷程,培養(yǎng)民族自豪感,現(xiàn)代精密測(cè)量的問題以及卡脖子的相關(guān)技術(shù)難題,了解到精密測(cè)量的重要性,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神.在具體實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié),指導(dǎo)教師結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用背景,引導(dǎo)學(xué)生角色互換,以工程師或技術(shù)經(jīng)歷的角度浸入式學(xué)習(xí)思考相應(yīng)的問題并分組進(jìn)行討論和辯論,豐富教學(xué)模式,提高學(xué)生參與教學(xué)環(huán)節(jié)(participatory learning,P).實(shí)驗(yàn)后學(xué)生針對(duì)復(fù)雜工程問題進(jìn)行討論分析并撰寫報(bào)告,完成課后測(cè)試(post-assessment,P).課程最后還要分組做PPT答辯匯報(bào),總結(jié)本次課程相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)和能力(summary,S).

2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)及效果

2.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的目的

基于工程教育認(rèn)證的理念以及“新工科”內(nèi)涵,針對(duì)存在的問題,改進(jìn)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法,融合思政元素,真正做到以學(xué)生為中心、以產(chǎn)業(yè)需求的產(chǎn)出為導(dǎo)向,強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題所需具備的實(shí)踐及創(chuàng)新能力.

2.2 案例設(shè)計(jì)的內(nèi)容

結(jié)合本專業(yè)相關(guān)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的現(xiàn)狀,通過自主開發(fā),將與本專業(yè)研究方向密切相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用案例作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目.本實(shí)驗(yàn)案例通過引入自制設(shè)備“多維幾何運(yùn)動(dòng)誤差激光測(cè)量?jī)x”,開設(shè)了“直線導(dǎo)軌二維直線度誤差測(cè)量實(shí)驗(yàn)”.以待解決的復(fù)雜工程問題為實(shí)驗(yàn)測(cè)量目標(biāo),以自制設(shè)備為案例,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)技術(shù)應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐.

該自制設(shè)備是將激光在線精密測(cè)量應(yīng)用于高端機(jī)械制造加工等行業(yè)的光電檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用案例,來源于電子科技專業(yè)教師的科研成果轉(zhuǎn)化,同時(shí)也是本專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)參賽項(xiàng)目,其研發(fā)目標(biāo)是取代進(jìn)口產(chǎn)品填補(bǔ)國內(nèi)空白.該自制設(shè)備作為教學(xué)案例可以使學(xué)生了解專業(yè)相關(guān)技術(shù)在當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)行業(yè)需求,同時(shí)也是很好的思政教育環(huán)節(jié).案例中集成了本專業(yè)激光原理、激光技術(shù)、工程光學(xué)、模擬/數(shù)字電子技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)及信號(hào)與系統(tǒng)等核心課程的專業(yè)知識(shí),同時(shí)也涉及計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)、機(jī)械制造等不同學(xué)科知識(shí).整個(gè)案例高度體現(xiàn)了以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向、多學(xué)科交叉融合的“新工科”內(nèi)涵.

2.3 案例設(shè)計(jì)的目標(biāo)及任務(wù)

通過引入自制設(shè)備“多維幾何運(yùn)動(dòng)誤差激光測(cè)量?jī)x”作為光電技術(shù)應(yīng)用開發(fā)教學(xué)案例,開設(shè)了“直線導(dǎo)軌二維直線度誤差測(cè)量實(shí)驗(yàn)”.在案例教學(xué)中結(jié)合思政教育,明確行業(yè)需求和產(chǎn)出導(dǎo)向,按照專業(yè)技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的流程,以待解決的問題為導(dǎo)向,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識(shí)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、分析論證,在實(shí)踐操作環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析討論,并據(jù)此提出完善原設(shè)計(jì)方案的思路.強(qiáng)化學(xué)生作為主體在整個(gè)技術(shù)應(yīng)用開發(fā)過程的參與度,逐步培養(yǎng)其分析解決復(fù)雜工程問題的能力.

2.4 考核方式

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成績(jī)按總分10分制考核,分為課前預(yù)習(xí)(2分)、課內(nèi)實(shí)踐操作(4分)和課后總結(jié)(4分)3個(gè)方面進(jìn)行考核.

課前預(yù)習(xí)的考核標(biāo)準(zhǔn)是:通過充分調(diào)研預(yù)習(xí)理解掌握了直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌直線度誤差測(cè)量的背景及意義,明確案例待解決的復(fù)雜工程問題;理解掌握案例設(shè)計(jì)方案原理、系統(tǒng)構(gòu)成及實(shí)施流程,并能夠以此進(jìn)行分析預(yù)測(cè);案例設(shè)計(jì)方案原理、系統(tǒng)構(gòu)成及實(shí)施流程闡述清晰,圖示及數(shù)據(jù)記錄表格規(guī)范.

課內(nèi)實(shí)踐操作的考核標(biāo)準(zhǔn)是:遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度,正確進(jìn)行儀器設(shè)備的使用操作;完成全部實(shí)驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容,正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);觀察各階段實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并正確回答預(yù)設(shè)的問題,理解掌握案例開發(fā)實(shí)踐全過程.

課后總結(jié)的考核標(biāo)準(zhǔn)是:能夠科學(xué)處理數(shù)據(jù)、表征測(cè)量結(jié)果、給出科學(xué)結(jié)論,并通過自身的實(shí)踐體會(huì)給出合理的改進(jìn)建議或思路.

針對(duì)以往課程思政教學(xué)過程中形式單一、目標(biāo)松散、無法量化評(píng)價(jià)等問題,本次課程進(jìn)行了改進(jìn).以2021-2022學(xué)年課程為例,課程結(jié)束后,對(duì)課程思政目標(biāo)考核進(jìn)行量化評(píng)價(jià),量化評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示,柱狀圖如圖1所示.從課程目標(biāo)的達(dá)成情況來看,課程目標(biāo)達(dá)成情況普遍較好,表明學(xué)生工匠精神、家國情懷、創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作都達(dá)到了期望值.

圖1 課程思政目標(biāo)考核達(dá)成情況

表2 課程思政目標(biāo)量化考核結(jié)果

3 教學(xué)實(shí)踐效果

本實(shí)驗(yàn)案例通過引入自制設(shè)備“多維幾何運(yùn)動(dòng)誤差激光測(cè)量?jī)x”,開設(shè)了“直線導(dǎo)軌二維直線度誤差測(cè)量實(shí)驗(yàn)”.該設(shè)備是將激光在線精密測(cè)量應(yīng)用于高端機(jī)械制造加工等行業(yè)的光電檢測(cè)實(shí)踐案例,來源于電子科技專業(yè)教師的科研成果轉(zhuǎn)化,同時(shí)也是本專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)參賽項(xiàng)目,其研發(fā)目標(biāo)是取代進(jìn)口產(chǎn)品填補(bǔ)國內(nèi)空白.該自制設(shè)備作為教學(xué)案例可以使學(xué)生了解專業(yè)相關(guān)技術(shù)在當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)行業(yè)需求,同時(shí)也是很好的思政教育環(huán)節(jié).案例中集成了本專業(yè)激光原理、激光技術(shù)、工程光學(xué)、模擬/數(shù)字電子技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)及信號(hào)與系統(tǒng)等核心課程的專業(yè)知識(shí),同時(shí)也涉及計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)、機(jī)械制造等不同學(xué)科知識(shí).整個(gè)案例高度體現(xiàn)了以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向、多學(xué)科交叉融合的“新工科”內(nèi)涵.

目前該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已在課程內(nèi)順利實(shí)施5年,通過該案例教學(xué),在使學(xué)生深入了解光電檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成及相關(guān)概念、掌握相關(guān)檢測(cè)技術(shù)方法的同時(shí),激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)和自我的認(rèn)可以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情,提高了學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力,并且在教學(xué)過程中進(jìn)一步優(yōu)化完善該項(xiàng)目.2017至2022年,該項(xiàng)目持續(xù)改進(jìn)并多次獲得“全國光電設(shè)計(jì)大賽”“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)賽事的全國一等獎(jiǎng)、河南省一等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng).

4 結(jié)束語

綜上所述,光電開發(fā)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)作為一門電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)雙創(chuàng)類實(shí)踐課程,基于OBE理念,結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)特點(diǎn),采用BOPPPS教學(xué)模式,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)技術(shù)應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐,培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力,各個(gè)環(huán)節(jié)引入課程思政,通過課程學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生愛國主義情懷、精益求精的工匠精神、勇于突破成規(guī)的創(chuàng)新精神和互相學(xué)習(xí)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神.通過多年教學(xué)實(shí)踐效果來看,將本專業(yè)教師科研成果轉(zhuǎn)化或?qū)W生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目作為案例開發(fā)為教學(xué)項(xiàng)目,具備可行性且教學(xué)效果良好.隨著國家到學(xué)校各個(gè)層面對(duì)于高校教師科研成果轉(zhuǎn)化以及學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)支持引導(dǎo)政策和措施的推行,可開發(fā)引入的教學(xué)案例將持續(xù)出現(xiàn),課程資源將不斷增加完善,有望實(shí)現(xiàn)全課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目案例式教學(xué).