基于OBE理念的光電子課程群課程思政和CDIO教學模式改革與實踐

余石金 韋鶯

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.04.98

摘 要 工程教育專業(yè)認證的產生和發(fā)展指引著工科專業(yè)教學的改革與發(fā)展。對光電子課程群傳統(tǒng)教學模式現(xiàn)狀及存在的問題進行分析，樹立以學生為中心的教育理念，圍繞立德樹人建設目標，通過挖掘和拓展光電子課程群中蘊含的思想政治元素，設計合理的教學方案，采用理論與實踐相結合的模式來探索和開展課程思政，促進光電子課程群與思想政治理論課同向同行、協(xié)同育人。借鑒CDIO模式反向設計教學環(huán)節(jié)，從實踐創(chuàng)新及團隊協(xié)作能力培養(yǎng)、教學評價和考核機制等方面探討教學模式改革的思考與實踐，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、綜合實踐能力與團隊溝通協(xié)作能力。經(jīng)過課程思政與CDIO教學模式教學改革實踐，學生的學習興趣與主動性明顯提升，教學效果得到顯著增強。

關鍵詞 OBE；CDIO；課程思政；光電子課程群

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）04-098-05

Reform and Practice of Ideological and Political Educa-tion in Curriculum and CDIO Mode of Optoelectronics Course Group Based on OBE Concept//YU Shijin， WEI Ying

Abstract The emergence and development of engineering education professional certification guides the reform and

development of engineering professional teaching. The current

situation and existing problems of the traditional teaching mode of the optoelectronics course group are analyzed. After establishing the student-centered educational philosophy and

the goal of high moral values establishment and people culti-vation， teachers explored and expanded the ideological and political elements contained in the optoelectronics course group， and designed reasonable teaching programs. The com-

bination of theory and practice is adopted to carry out ideolo-

gical and political education in curriculum， which promoted the development of optoelectronic courses， ideological and

political theory courses in the same direction and collabora-tive education. With reference to the reverse design of the tea-

ching link of the CDIO model， the thinking and practice of

teaching model reform are discussed from the aspects of prac-

tical innovation and teamwork ability training， teaching eva-

luation and assessment mechanism. Students innovative abi-lity， comprehensive practical ability and team communication and collaboration ability have been cultivated. Through the practice of ideological and political education in curriculum and the CDIO teaching model teaching reform， students lear-

ning interest and initiative have been significantly improved， and the teaching effect has been significantly improved.

Key words OBE; CDIO; ideological and political education in curriculum; optoelectronics course group

0 引言

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調：要用好課堂教學這個主渠

道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應[1]。從廣義上講，課程思政是以思想政治理論課為圓心，專業(yè)課、通識課以及思想政治教育活動圍繞它一體化構建思政同心圓；從狹義上

講，課程思政就是包括基礎課、專業(yè)課在內的所有課程要共同發(fā)揮其所蘊含的政治教育與思想引領功能，使學生形成正確的“三觀”（世界觀、人生觀、價值觀）。這對專業(yè)課程教師提出更高的育人要求，若沒有很強的思政意識，不能很好地把握所教授課程中蘊含的思政目標和課程思政元素內容，相應的思政育人效果便不能產生[2-3]。因此，課程思政也是非思政類課程教師需持續(xù)探索與實踐的課題。

目前，專業(yè)課教師重視課堂專業(yè)知識的講解，忽視課程的思想政治教育，課堂缺少與專業(yè)相關的職業(yè)精神、行業(yè)規(guī)范等內容，課程思政功能發(fā)揮不充分，存在思政教育與專業(yè)課教學“兩張皮”現(xiàn)象，無法對學生培養(yǎng)做到“潤物細無聲”，仍是一個普遍存在的問題。

OBE（Outcome-Based Education）理念是由美國教育學者Spady提出的一種以預期學習產出為中心來組織、實施和評價教育的結構模式。OBE理念強調基于實現(xiàn)學生特定學習產出的教育過程，教學結構和課程是手段而非教育目的，經(jīng)Riley與Lamit

等歐美教育學家反復驗證，發(fā)現(xiàn)其非常適合于工程專業(yè)教學改革。自2016年我國正式加入《華盛頓協(xié)議》以來，工程教育專業(yè)認證進入一個新時代。國內高等教育研究人員開展了多課程、多專業(yè)、多學科的OBE研究，OBE理念在我國工科專業(yè)教學計劃制訂、課程教學改革、考核評價改革中得到廣泛應用并取得很好的教學效果[4-6]。

課程群是根據(jù)相關理論知識和現(xiàn)代教育教學思想，為滿足同一個或相近專業(yè)的人才培養(yǎng)目標要求，使學生在獲得理論知識的基礎上，綜合能力與素質均得到提高，將具有邏輯聯(lián)系的多門課程重新進行整合而構建的課程體系。陸為群、龍春陽、李白樺等[7-9]研究指出：課程群可進行模塊化教學，具有相互交叉、滲透和整合的特點，充分展示課程群教育教學的優(yōu)勢和效能。作為電子信息類專業(yè)的主干學科基礎課之一，光電子課程群是理論緊密聯(lián)系實際的課程。該課程群圍繞光電子產業(yè)發(fā)展涉及的各種光電子元器件的特性進行學習，使學生掌握光電子技術領域的理論和應用技術，為今后的科研與工作打下堅實的理論基礎。

1 光電子課程群課程思政

1.1 課程群思政內容

作為專業(yè)基礎課與專業(yè)方向課，光電子課程群存在理論性強和實踐性強的特點，課程中涉及的概念和器件原理內容較多。課程研究光與物質微觀作用，以光學和電子學為基礎，綜合利用光學、電子學和材料科學等學科知識來解決各種光電工程應用問題，需要學生掌握光電子學基本概念、基礎理論、器件基本結構和工作原理，并理解各類光電子效應間的內在聯(lián)系。在理論課程教學中，學生普遍感覺比較抽象，相關理論相對枯燥。同時，光電子課程要求學生在學習完一個知識模塊后能以實際生活中的某一類光電子產品進行組裝與調試，達到檢驗理論知識與培養(yǎng)實際操作能力的效果。本課程群的思政內容確定為以下幾方面：

1）從光電子器件特性、發(fā)明與應用來闡述光電子技術的發(fā)展歷程，結合我國目前光電子產品的發(fā)展和核心競爭力，探討中華民族偉大復興與“中國夢”都需要青年一代擔當接力；

2）馬克思主義辯證法、社會與生態(tài)準則在閉環(huán)系統(tǒng)中運用，教會學生如何適應社會；

3）結合光電子技術在生活和工業(yè)生產中的廣泛應用，鼓勵學生采用本課程的內容去思考、改進光電子產品，服務于社會；

4）結合光電子顯示技術應用，提高學生的節(jié)能環(huán)保意識。

1.2 課程思政實踐

偏振光是一種非常重要的通信用光波源。根據(jù)波的振動方向和波的傳播方向，若它們相同為縱波，它們垂直時為橫波。橫波的振動方向與狹縫取向垂直時，橫波不能通過狹縫；橫波的振動方向與狹縫取向成一定角度時，部分橫波通過狹縫；僅僅當橫波的振動方向與狹縫的取向完全一致時，橫波才能完全通過。相較于橫波，縱波可以全部通過狹縫，沒有上述要求。在課程講解中發(fā)現(xiàn)很多學生不能很好地理解偏振光的概念，在課堂上補充一幅漫畫，展示“腰橫別扁擔進不了城門”（圖1），幫助學生理解概念。課堂上講解此教學內容的同時引出人的成功離不開社會規(guī)律?？v波好比智商超高的小天才，他們比普通人更容易取得成功。天才畢竟是極少數(shù)，絕大部學生是普通人，如同橫波一樣，要想取得成功，只有將個人的人生目標建立在服務社會的基礎上，人生“扁擔”才會順利進入“成功”大門；若只是一味地標新立異與撒橫，就會出現(xiàn)腰橫別扁擔進不了城門的情況。

激光是整個光電子產業(yè)與光通信產業(yè)中最重要的基礎之一。要產生激光需滿足兩個必要條件：1）粒子數(shù)反轉分布；2）減少振蕩模式數(shù)。正常時，低能級E1的粒子數(shù)遠遠多于高能級E2的粒子數(shù)，此時外來光激勵只會產生受激吸收效應，整個過程僅消耗光子而不產生光子。在泵浦源的作用下，粒子數(shù)能實現(xiàn)反轉分布，即高能級E2的粒子數(shù)遠遠多于低能級E1的粒子數(shù)，此時外來光激勵就會產生受激輻射效應，產生更多光子，實現(xiàn)光的增益，從而為產生激光提供可能。該部分內容可引導學生尊重事物發(fā)展的自然規(guī)律并利用好規(guī)律。學習知識也如同高能級E2上的粒子積累，學生階段會學習許多知識，短期也許不會體現(xiàn)出其價值，知識積累必然經(jīng)歷一個過程，理論知識學習也一樣會出現(xiàn)從量變到質變的過程，只有經(jīng)過長期不懈地努力學習，才會取得一個大的突破，為將來的成功打下堅實基礎。

激光的發(fā)展是在20世紀六七十年代，而這正是我國經(jīng)濟困難時期，導致我國的激光技術一直比較落后。但改革開放以來，經(jīng)過幾代科研工作者與企業(yè)工程師的不懈努力，我國在軍事、航空、民用等領域的激光器發(fā)展大步向前，已站在世界前列，以此激發(fā)學生的科技信心。

2 基于OBE理念的CDIO教學模式改革

與探索

2.1 OBE理念與CDIO教學模式

OBE工程教育理念圍繞學生畢業(yè)能力達成這一核心任務，開展以學生為中心的課程體系改革，從技術和管理兩大方面提高工程教育人才培養(yǎng)對產業(yè)的適應性。CDIO模式是以產品的全生命周期為載體，把工程教育的知識和能力目標細化到能夠在具體培養(yǎng)環(huán)節(jié)觀察和評估到的程度，常被用于培養(yǎng)解決復雜工程問題能力的教學手段。CDIO模式采用“學生為主體、教師為引導”的教學方式，培養(yǎng)學生的綜合運用知識能力、創(chuàng)新能力、團隊精神與工作溝通能力，這與OBE以學生為中心的核心理念是一致。CDIO教學模式不僅包括對技術學科知識的教學效果，還特別強調個人能力、人際協(xié)調能力、產品、過程及系統(tǒng)構建能力等方面的教學效果。這些要求與OBE工程教育認證的畢業(yè)要求一一對應，詳細對應關系如圖2所示。CDIO工程教育的12標準能很好地完成工程認證的要求，可形成“預期學習產出—教育投入—教育過程—學習產出評估”閉環(huán)，呈現(xiàn)出典型的OBE理念風格。OBE理念明確了課程群的課程目標與能力要求，CDIO項目式教學提供了解決手段，將OBE理念與CDIO模式進行結合，從教學方法及評價體系進行教學模式的改革與探索。

2.2 CDIO教學模式改革實踐

光電子課程群任課教師教師根據(jù)所需覆蓋相應知識點來構思（Conceive）篩選課程項目內容，學生通過自學課本與查閱資料來選擇如何制備擬定（Design）項目解決方案，師生在課堂上討論其光電子器件產品的實現(xiàn)（Implement）制作與測試，最后總結學習，運作（Operate）知識點及知識體系的構建。整個教學過程要求教師對課程的知識模塊進行整合，學生完成一個工程項目的同時，掌握相應知識點。因此，如何構思（Conceive）工程項目內容是培養(yǎng)學生能力的關鍵。為更好完成工程項目的構思，建立教師構思項目的標準是本項目的關鍵內容之一，具體制定工程項目的程序與標準，如圖3所示。

參照學科競賽題目、大學生創(chuàng)新實驗計劃項目、企業(yè)生產過程的技術問題、前沿科研問題等不同類型題目，根據(jù)學生在實踐過程中呈現(xiàn)出的實驗整體進展、學習興趣與總結報告的質量等因素篩選合適的工程項目。在課堂上以貼近課程的激光筆教具為例，將激光筆（器）的工作原理與結構設計作為光電子課程群的一個工程項目，要求學生自行查閱資料完成激光器的種類、激光筆的工作原理、激光筆的組成和各組成部分的功能等三個知識塊的學習，然后提出激光筆的設計方案。該學習與設計過程基本涵蓋了激光器模塊所有的知識點，學生在完成設計方案的過程中必須自行理解和消化相應的理論知識，實現(xiàn)應用前的知識轉化，以完成“擬定”（Design）環(huán)節(jié)的需求。

工程教育需要構建相應的工程教育環(huán)境，可以是實際教學環(huán)境，也可以是虛擬教學環(huán)境。因為光電子產品的特殊性，光電子課程群通常采用虛擬教學環(huán)境。通過工程教育環(huán)境的構建，使學生深切體會產品的生產環(huán)境與使用環(huán)境，是整個課程計劃得以順利實施的硬件條件。這里的工程教育環(huán)境為以構思、設計、實施以及應用為主線構建的一個完整的教育環(huán)境，以及為這四個不同階段提供四種不同的空間環(huán)境來支持學生學習。環(huán)境構建的概念模型如圖4所示。

3 課程思政與CDIO教學模式的結合

“做中學”是CDIO模式下教學環(huán)節(jié)非常重要的組成部分，根本任務是培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神，提高學生分析和解決實際問題的能力。改變了原來滿堂灌的教學方式，以工程項目為依托，將學習內容融合在“構思項目—設計方案—產品實現(xiàn)—總結評價”的過程中，充分調動學生學習的積極性，學生從聽教師講課的被動式學習轉變?yōu)樵诮處熞龑滦〗M協(xié)同完成項目過程中的主動探索式學習。在CDIO模式的教學過程中，學生的參與積極性較高，此時引入課程思政就會取得很好的效果。

以通信光纖為例，說明課程思政與CDIO教學模式的結合過程與效果。圖5為光纖通信系統(tǒng)框圖，其中光纖是光纖通信系統(tǒng)的核心傳輸介質。在CDIO

光纖通信項目中，通過選取不同損耗的光纖，學生得到的信號強弱不一致。在這個CDIO項目中，學生獲得光通信原理與光纖設計原理，掌握光纖損耗的高低如何影響傳輸距離或中繼站間隔距離的遠近。在此過程中，教師可進行光纖領域的課程思政，介紹華人科學家在光纖領域對世界的貢獻與我國光纖產業(yè)的發(fā)展歷程，增強學生的民族自豪感與家國情懷。

香港中文大學前校長、英籍華人高錕（K.C.Kao）博士早在1966年便根據(jù)介質波導理論指出：光纖的高損耗并不是其本身固有的，而是由材料中所含的雜質引起的。并預言如果降低材料中的雜質含量，可使得光纖的損耗降至20 dB/km。1970年，美國康寧（Corning）玻璃有限公司成功地研制出損耗為20 dB/km的低損耗石英光纖，這開辟了光纖通信的新紀元。楊振寧教授高度贊揚高錕對科研的成就：“高錕在光纖方面的研究成果大大改變了人類的生活，在通信科技和醫(yī)學領域都有極大的貢獻?！闭且驗樵诠饫w領域的杰出貢獻——將地球帶入互聯(lián)網(wǎng)時代，高錕博士獲得“世界光纖之父”榮譽稱號與2009年諾貝爾物理學獎。高錕在光纖通信領域的成功，讓華人站在世界科技之巔，同時讓我國科研工作打下強心針。

我國的光纖發(fā)展也是一波三折，從最初高價購買進口光纖，發(fā)展到可以自制光纖但需要高價購買進口原料，最后發(fā)展為全部自主生產并占據(jù)全球一半產量。從當前全球光纖光纜光棒產量來看，2019年約為1.6萬噸，全球產量85%的市場由我國、日本、美國占據(jù)，占全球市場比重分別為49.44%、19.81%、16.76%。正因為光纖產業(yè)的迅速發(fā)展，為我國的通信與互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供了良好的基礎，我國的光纖入戶工程使得4G、5G發(fā)展具備領跑全球的能力。

光纖傳感器在農業(yè)、化工、航天、交通等領域的應用，為人們的生活與工作帶來極大的便利和舒適。隨著科技的進步，精準農業(yè)、溫室大棚使得人們可以在冬季吃到各種各樣的蔬菜，而對大棚環(huán)境參數(shù)的非電信號測量控制便有光纖傳感器的身影。如今，衛(wèi)星、高鐵、核電成為我國的一張張名片，在認識到科技給人們帶來的幸福的同時，要告訴學生所學知識的應用范圍可以大到航空、航天，小到日常生活，鼓勵大家發(fā)憤圖強，努力掌握科技知識，做合格的社會主義建設者。

4 教學改革實施成效

景德鎮(zhèn)陶瓷大學電子信息類專業(yè)在光電子課程群進行基于OBE理念的課程思政和CDIO教學模式改革與實踐，并從課程教學的參與雙方（教師、學生）以及第三方（教學管理者、兄弟院校、家長群體、用人單位）多角度來建立實驗教學評價體系，不僅考核學生的課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、課程設計、實驗情況及考試卷面等書面內容，更注重考核學生學習過程中的表現(xiàn)情況，特別是在工程項目環(huán)節(jié)所表現(xiàn)出來的能力，如對查閱能力、實驗方案設計能力、合作交流能力、創(chuàng)新意識等方面進行考核、給予肯定，有利于促進學生積極主動學習，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。在實施本教學改革后，充分調動教師的熱情和學生的積極性，取得很好的教學效果，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1）在課堂上不僅能讓學生學到課程的專業(yè)知識，而且得到潛移默化的思政引導，改變了以往枯燥沉悶的專業(yè)課教學氛圍，使課堂更加風趣、充滿活力，增強學生對專業(yè)甚至民族的認同感和使命感。

2）引入貼近學生生活的工程案例開展情境引入式教學，讓學生分組討論，培養(yǎng)團結協(xié)作的合作精神，加強對安全意識、標準及技術規(guī)范的學習，學生更加理解光電子產業(yè)的作用，畢業(yè)后也更愿意進入光電子產業(yè)就業(yè)。近年來，學校電子科學與技術專業(yè)畢業(yè)生在光電子行業(yè)就業(yè)的學生由以前的3人/年發(fā)展到現(xiàn)在的16人/年，增加了五倍多。

3）學生的學習成績也得到明顯提升，近三年來，補考率由16%下降至5%，平均分與良好以上學生比例分別提高11.5%和26%。

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*項目來源：江西省教育科學規(guī)劃項目“新工科建設與工程教育專業(yè)認證背景下模塊化課程體系的構建與實踐研究”（21YB156）。

作者：余石金，景德鎮(zhèn)陶瓷大學機械電子工程學院電子科學與技術教研室主任，博士，高級工程師；韋鶯，景德鎮(zhèn)陶瓷大學（333403）。