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,強化教育產(chǎn)出面向國家經(jīng)濟(jì)社會發(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,為實驗課程教學(xué)設(shè)計和改革提供了思路[1-2].

相對于“新工科”及工程教育認(rèn)證理念的要求,原有專業(yè)實驗課程所開設(shè)的實驗項目經(jīng)常存在以下不足:

(1)現(xiàn)有實驗教學(xué)設(shè)備以及目前市場上的相關(guān)教學(xué)儀器大多屬于原理驗證性,缺少與專業(yè)方向銜接緊密的技術(shù)應(yīng)用類實驗項目,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)大多購置的實驗教學(xué)設(shè)備采用封閉結(jié)構(gòu)及傻瓜式操作,學(xué)生實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)化為實際應(yīng)用的工程實踐過程,不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力;

(3)現(xiàn)有實驗項目側(cè)重專業(yè)某一項或幾項知識點,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)用實驗作為一門電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)雙創(chuàng)類實踐課程,以學(xué)生為中心,相關(guān)實驗項目來源于專業(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)隊溝通、工程實踐可持續(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,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)實踐,培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力,各個環(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)隊協(xié)作精神.

1 課程教學(xué)目標(biāo)和設(shè)計內(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)用實驗課程設(shè)置了5個課程目標(biāo):

(1)通過課程中的設(shè)計性實驗訓(xùn)練,能夠針對復(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,并在設(shè)計中體現(xiàn)創(chuàng)新意識;

(2)通過課程中的設(shè)計性實驗訓(xùn)練,在設(shè)計中能夠考慮安全、健康、法律、文化及環(huán)境等制約因素;

(3)通過實驗項目訓(xùn)練,能對實驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,并對實驗結(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)計性實驗項目全過程的訓(xùn)練,能夠?qū)ζ浣鉀Q方案進(jìn)行模擬和預(yù)測,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)工程實踐的可持續(xù)性,評價產(chǎn)品周期中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱患,詳細(xì)對應(yīng)關(guān)系如表1所示.因此課程實驗項目在設(shè)計的時候集成了本專業(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)、光電檢測技術(shù)及信號與系統(tǒng)等核心課程的專業(yè)知識,同時也涉及計算機軟件開發(fā)、機械制造等不同學(xué)科知識,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)對畢業(yè)要求內(nèi)涵觀測點的支撐關(guān)系

將教學(xué)過程與學(xué)生參與項目產(chǎn)品研發(fā)改進(jìn)融合到一起,強化以學(xué)生為中心,教學(xué)設(shè)計中通過在不同階段設(shè)置問題提醒引導(dǎo)學(xué)生對技術(shù)應(yīng)用開發(fā)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的思考,強化學(xué)生作為主體在整個技術(shù)應(yīng)用開發(fā)過程的參與度,讓學(xué)生參與體驗解決復(fù)雜工程問題的全過程,充分調(diào)動激發(fā)學(xué)生的主觀能動性,逐步培養(yǎng)其分析解決復(fù)雜工程問題的實踐和創(chuàng)新能力.整個案例教學(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

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(pre-assessment)、參與式學(xué)習(xí)(participatory learning)、后測(post-assessment)和總結(jié)(summary)6個環(huán)節(jié)[5-7].首先通過超星智慧教學(xué)平臺或者微信等平臺發(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、社會熱點問題等思政元素有機融合,學(xué)生可利用課前碎片化時間,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,了解實驗的學(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,同時培養(yǎng)學(xué)生弘揚正能量,積極面對人生中遇到的各種挫折和問題.根據(jù)以往知識,完成課前測試題等(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)代精密測量的問題以及卡脖子的相關(guān)技術(shù)難題,了解到精密測量的重要性,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神.在具體實驗操作環(huán)節(jié),指導(dǎo)教師結(jié)合實際工程應(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).實驗后學(xué)生針對復(fù)雜工程問題進(jìn)行討論分析并撰寫報告,完成課后測試(post-assessment,P).課程最后還要分組做PPT答辯匯報,總結(jié)本次課程相應(yīng)的知識點和能力(summary,S).

2 實驗項目設(shè)計及效果

2.1 實驗項目設(shè)計的目的

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,強化培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題所需具備的實踐及創(chuàng)新能力.

2.2 案例設(shè)計的內(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)用案例作為實驗教學(xué)項目.本實驗案例通過引入自制設(shè)備“多維幾何運動誤差激光測量儀”,開設(shè)了“直線導(dǎo)軌二維直線度誤差測量實驗”.以待解決的復(fù)雜工程問題為實驗測量目標(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)實踐.

該自制設(shè)備是將激光在線精密測量應(yīng)用于高端機械制造加工等行業(yè)的光電檢測實際應(yīng)用案例,來源于電子科技專業(yè)教師的科研成果轉(zhuǎn)化,同時也是本專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)參賽項目,其研發(fā)目標(biāo)是取代進(jìn)口產(chǎn)品填補國內(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)、光電檢測技術(shù)及信號與系統(tǒng)等核心課程的專業(yè)知識,同時也涉及計算機軟件開發(fā)、機械制造等不同學(xué)科知識.整個案例高度體現(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)計的目標(biāo)及任務(wù)

通過引入自制設(shè)備“多維幾何運動誤差激光測量儀”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量實驗”.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)生運用專業(yè)知識進(jìn)行方案設(shè)計、分析論證,在實踐操作環(huán)節(jié)進(jìn)行實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)分析討論,并據(jù)此提出完善原設(shè)計方案的思路.強化學(xué)生作為主體在整個技術(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

實驗項目成績按總分10分制考核,分為課前預(yù)習(xí)(2分)、課內(nèi)實踐操作(4分)和課后總結(jié)(4分)3個方面進(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)理解掌握了直線運動導(dǎo)軌直線度誤差測量的背景及意義,明確案例待解決的復(fù)雜工程問題;理解掌握案例設(shè)計方案原理、系統(tǒng)構(gòu)成及實施流程,并能夠以此進(jìn)行分析預(yù)測;案例設(shè)計方案原理、系統(tǒng)構(gòu)成及實施流程闡述清晰,圖示及數(shù)據(jù)記錄表格規(guī)范.

課內(nèi)實踐操作的考核標(biāo)準(zhǔn)是:遵守實驗室規(guī)章制度,正確進(jìn)行儀器設(shè)備的使用操作;完成全部實驗測試內(nèi)容,正確記錄實驗數(shù)據(jù);觀察各階段實驗現(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)、表征測量結(jié)果、給出科學(xué)結(jié)論,并通過自身的實踐體會給出合理的改進(jìn)建議或思路.

針對以往課程思政教學(xué)過程中形式單一、目標(biāo)松散、無法量化評價等問題,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,對課程思政目標(biāo)考核進(jìn)行量化評價,量化評價結(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)實踐效果

本實驗案例通過引入自制設(shè)備“多維幾何運動誤差激光測量儀”,開設(shè)了“直線導(dǎo)軌二維直線度誤差測量實驗”.該設(shè)備是將激光在線精密測量應(yīng)用于高端機械制造加工等行業(yè)的光電檢測實踐案例,來源于電子科技專業(yè)教師的科研成果轉(zhuǎn)化,同時也是本專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)參賽項目,其研發(fā)目標(biāo)是取代進(jìn)口產(chǎn)品填補國內(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)、光電檢測技術(shù)及信號與系統(tǒng)等核心課程的專業(yè)知識,同時也涉及計算機軟件開發(fā)、機械制造等不同學(xué)科知識.整個案例高度體現(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.

目前該實驗項目已在課程內(nèi)順利實施5年,通過該案例教學(xué),在使學(xué)生深入了解光電檢測系統(tǒng)構(gòu)成及相關(guān)概念、掌握相關(guān)檢測技術(shù)方法的同時,激發(fā)學(xué)生對專業(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)化完善該項目.2017至2022年,該項目持續(xù)改進(jìn)并多次獲得“全國光電設(shè)計大賽”“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、河南省一等獎等獎項.

4 結(jié)束語

綜上所述,光電開發(fā)及應(yīng)用實驗作為一門電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)雙創(chuàng)類實踐課程,基于OBE理念,結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)特點,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)實踐,培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力,各個環(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)隊協(xié)作精神.通過多年教學(xué)實踐效果來看,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)項目作為案例開發(fā)為教學(xué)項目,具備可行性且教學(xué)效果良好.隨著國家到學(xué)校各個層面對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,有望實現(xiàn)全課程實驗項目案例式教學(xué).