“新工科”下基于課程思政的“智能儀器儀表基礎”改革探索

楊洋 王秀芹

（渤海大學，遼寧 錦州 121013）

一、引言

高等教育應始終把培養人放在首位，不僅要注重學生對科學文化知識的掌握，還要開展全員、全過程和全方位的教書、學術和文化等多維度育人模式，幫助學生樹立正確的價值觀。2020 年5 月教育部發布了《高等學校課程思政建設指導綱要》，指導高校深入推進思政工作綜合改革創新。工科背景下，應加強思想政治和新工科內涵建設，充分發揮“專業”和“課程”的優勢，通過強化顯性思政、優化隱性思政，實現專業課程、思想政治教育與知識體系教育的有效轉換和統一。即將科學、人文、奉獻、工匠精神、愛國情懷、文化自信和國際視野等元素融入專業課程教學環節，培養學生獨立思考及思辨和批判精神，使之成為創新卓越人才。

2020 年，渤海大學以新工科改革為契機，根據專業特點和需求，以課程改革與建設為抓手，結合課程思政積極應對新業態、新經濟、新技術帶來的挑戰。通過全面修訂專業人才培養方案，以科學前沿和知識創新與國家重大需求為動力，建立以學生為主體，科學研究、人才培養與思政教育深度融合的創新人才培養機制。聚焦學生創新能力，培養學生科學精神、愛國奉獻、責任擔當，促進知識、能力和素質協調發展，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀，以適應專業的多元化人才培養模式。

智能儀器是一類含有微計算機或微處理器的測量(或檢測)儀器，具有對數據的存儲、處理、邏輯判斷及自動化操作等功能。智能儀器是計算機技術與測量儀器相結合的產物，結合了微處理器技術、傳感技術、電子技術、自動控制、信號分析與處理等技術的發展，是儀器設計的里程碑，對儀器的發展以及科學實驗研究產生了深遠影響?！爸悄軆x器儀表基礎”是電子信息工程，自動化，測控技術與儀器等專業的主干課，通過學習智能儀器儀表的基本原理，學生能夠掌握智能儀器的設計思路、設計方法和實現過程。隨著科學技術的發展，各類先進、智能、現代化的儀器儀表被廣泛應用到科學研究、技術創新和社會發展的眾多領域，與此同時對智能儀器類課程的教學提出了更高要求。本文在“新工科”背景下，結合課程思政開展了“智能儀器儀表基礎”課程改革探索與實踐。

二、教學策略和方法

做好專業課程的思政教學改革，教師是最為關鍵的要素。一方面要求教師具備敏銳的洞察力和較高的政治覺悟，另一方面要求教師具有扎實的基本功和專業素養。傳統模式下的“智能儀器儀表基礎”課程理論偏于陳舊復雜的基礎知識和應用，對行業的新技術和新發展涉獵較少?！靶鹿た啤北尘跋碌乃颊虒W課堂，可以通過智能儀器儀表的發展史和前沿領域中的先進技術，結合物理、醫學、化學、生物、航天、環境、家居和能源等領域中的重大應用開展概述和討論，培養學生掌握高新技術的專業能力、理論聯系實際的科學家精神，激發學生的愛國情懷，提高學生對國家和社會的責任感和使命感。本文結合教學實踐，探討了在“智能儀器儀表基礎”課程思政教學過程中，如何更好地挖掘思政元素，有效開展思政教育。

“智能儀器儀表基礎”課程內容蘊藏著豐富的思政教育元素，教學團隊積極探索并優化“智能儀器儀表基礎”課程知識結構，對教學內容、手段、方法和組織形式等進行改革探索，對授課內容進行精選和延拓，用家國情懷、人格魅力與淵博學識贏得學生，切實加強學生的馬克思主義理論教育與專業課學習的深入融合。做到潤物細無聲、由表及里、由淺入深地引導學生理解專業知識與國家經濟建設、社會發展、人民生活需求之間的密切聯系。充分發揮第一和第二課堂的教育作用，通過融入愛國主義和人文精神、知行合一、環保理念等思政元素，不斷深化“智能儀器儀表基礎”課程的教與學改革。從而提升學生的政治認同和文化自信，增強學生勇擔民族復興重任的信心和決心，切實增強“智能儀器儀表基礎”課程內容的思想教育的隱形教育功能，把敬業愛崗報效國家的價值取向傳遞給學生，培養學生腳踏實地，爭做實干家。

三、思政課程融合方案

授課教師有責任和義務增強專業類課程的理論厚度、思想深度和情感溫度，自覺將馬克思主義立場、思政觀點、元素和方法融入課程中?！爸悄軆x器儀表基礎”課程教學團隊依據多元化教育和素質教育的理念，搭建課程思政與專業課程的橋梁，將知識傳授向價值引導轉變。寓價值觀引導于知識傳授之中，把家國情懷、道德情操自然融入“智能儀器儀表基礎”課程的每個章節，在潛移默化中引導學生形成正確的世界觀、價值觀和人生觀。提高課程教學質量，培養創新性卓越人才，推動新知識、新技術及新成果走進課程和專業課程教育質量內涵式發展。

（1）結合國家需求開展思政案例式教學

結合國家需求，探索實施課程思政案例式教學，深入發掘并合理運用課程思政資源，潤物細無聲地將課程思政融入專業課教學，是保證課程思政取得理想教學效果的必要條件。教師通過對這些案例的娓娓道來，有效激發學生立志掌握知識、為國家和民族擔當重任的情懷。

利用課程自身特點，主講教師探索實施案例式課程思政教學方法，通過解析知識譜圖，講解儀器儀表的發展歷程、原理以及應用領域，增加實際應用案例，特別是與熱點案例和熱點話題，使學生崇尚科學精神，樹立唯物主義世界觀，鍛煉科學思維能力，培養學生尊重事實、理性分析，增強學生對自主創新的認識和勇于擔當的責任感。

①北斗系統

2019 年9 月，北斗系統正式向全球提供服務。通過介紹中國自行研制的全球衛星導航系統北斗衛星導航系統，了解我國科學家在北斗系統研制中國做出的不懈努力和巨大成就，樹立對專業的信心和對未來的理想，鼓勵學生將老一輩科學家求真務實、嚴謹治學的優良傳統的科學家精神加以傳承，引導學生掌握真學問，練就真本領，為建設科技強國做出貢獻。

于珠峰高程測量

2020 年5 月，珠峰高程測量登山隊8 名隊員登頂成功。通過介紹珠峰高程測量關鍵儀器設備，引出儀器設計和測量在國家科研戰略中的重要意義。如2005 年衛星測量主要依賴GPS 系統，此次以北斗的數據為主，培養學生的愛國主義精神及科技自豪感，極大地激發了學生奮發圖強、肩負起歷史賦予的科技創新重任、建設祖國的信心和決心。

③嫦娥五號

2020 年12 月，嫦娥五號發射成功。通過介紹月球礦物光譜分析儀、月壤結構探測儀、月塵帶電測量儀、著陸器無損探傷測量儀等重大科技成果。展現中國的國際形象與影響力，彰顯我國航天航空技術取得了巨大的發展。增強學生的家國情懷和民族自豪感，未來獻身我國儀器儀表行業的使命感和事業心。

（2）利用第二課堂對授課內容進行升華和擴展

發掘思政點，在專業課程內有機融入思政教育內容，提升教學的思想性、人文性和啟發性。如在第一章緒論中，介紹近幾十年來我國智能儀器的研發雖然取得了巨大進步、形成門類齊全，布局合理的技術基礎和生產規模，但在某些高端儀器儀表行業還存在差距。在教師的介紹中，學生能夠客觀、理性地看待國內與國外高端儀器的客觀差距，尊重專業課知識體系，積極引導學生要有文化自信和奮發向上的精神，要有致力于打造高端儀器設備的雄心。

由于教學時長有限，一些技術和應用需要借助第二課堂對授課內容進行升華。比如在第三章智能儀器的輸入輸出電路中，介紹傳感器的作用，其是信號輸入通道的第一環節，也是決定整個儀器系統性能的關鍵環節之一。因而傳感器對智能儀器之重要性不言而喻。了解科學家和技術人員在困難時期不斷突破傳感器的研發和制造，他們艱苦奮斗、無私奉獻，不計名利和個人得失、獻身國家科學技術事業，為擺脫國外技術的壟斷，為國家的科技發展做出重要突出貢獻。通過第二課堂對授課內容進行升華，充分調動學生參與課堂學習的積極性，提升學生的責任和擔當意識，引起學生共鳴進而學習科學家精神。

（3）將基礎知識、學科前沿與未來技術和教學內容相融合

從感覺到記憶到思維這一過程，稱為“智慧”，智慧的結果產生了行為和語言，將行為和語言的表達過程稱為“能力”，兩者合稱“智能”。近年來，智能儀器已開始從較為成熟的數據處理向知識處理發展。高級智能儀器是測量技術和智能技術相結合的產物。模糊判斷、故障診斷、容錯技術、傳感器融合、復雜系統健康預測等，使智能儀器的功能向更高的層次發展。智能儀器的實現需要應用人工智能、計算智能(進化計算、神經計算、模糊計算)、信息融合、模式識別、粗糙集理論、智能信息處理(如粒子群算法、蟻群算法等)等智能理論和方法。上述智能理論和技術為智能儀器的發展奠定了堅實的基礎。

在“智能”的講解中引入語音識別、人臉識別、指紋識別、手勢識別、眼動跟蹤技術、意念控制等新技術的發展。主講教師在聲源定位、智能算法等方面做了一些研究，在教學中將科研成果與教學內容相聯系，突出實際應用，簡要介紹實際系統設計中的問題和解決方法。將智能儀器儀表理論前沿科學向教學內容轉移，實現課程融合多學科及交叉，團隊合作和創新服務等，將科研成果轉化為教學，支撐拔尖創新人才培養。

在講解第四章智能儀器的人機交互技術時，利用專業知識與最新科技前沿相結合，介紹有機發光二極管（OLED）、有機液晶顯示器（OLCD）、微發光二極管（Micro LED）、微有機液晶顯示器（Micro LCD）、有源矩陣有機發光二極管（AMOLED）、薄膜場效應晶體管有機液晶顯示器（TFT-LCD）、對量子點有機發光二極管（QD-OLED）、印刷顯示激光顯示、電子紙、透明顯示技術等等前瞻技術和技術困難以及我國TFT-LCD 的超越之路。培養學生不斷創新、求真務實、追求卓越、精益求精、勇攀科技高峰的探索精神。結合前沿科研成果或先進技術，激發學生的自豪感，從而發揮課堂教學育人的主渠道作用，持續提升創新能力。

（4）結合疫情期間智能儀器產品引出智能儀器的設計方法，學以致用

智能儀器的研發是復雜的過程，需要遵循正確的設計原則和科學的研制步驟。尊重儀器設計的一般規律，要充分考慮到開放性、兼容性、可擴展性。2020 年出現了很多和疫情相關的儀器和產品，如高性能耳溫槍、額溫槍、智能體溫人臉追蹤監測技術、智能頭盔等非接觸式測溫產品，上海進博會中無接觸式交互電梯等最新研究成果，上述儀器產品的展示將極大地引發學生對智能儀器設計的思考，具體案例如圖1 所示。課堂中通過發熱篩查的測溫儀器和系統的開發引出智能儀器開發的方法，培養學生以應用為導向的思維能力，提升綜合實踐能力及為社會貢獻力量的責任感。在此基礎上，強調儀器設備的精度、計量檢測、操作習慣和熟練程度等對檢測結果的影響，培養學生遵守職業道德規范、嚴謹的科學態度和細致的工作作風。

圖1 疫情期間智能儀器產品研發與設計

四、總結

在新工科背景下，“智能儀器儀表基礎”課程主講教師緊跟時代要求，轉變教學理念，積極融入“課程思政”元素，并付諸實踐教學。學生也在“課程思政”的影響下，積極性和自主性得到了有效調動，對課程基本理論知識和應用技能的理解和掌握明顯提高，更深層次和多維度地理解專業學習與國家、社會和個人的關系，個人擔當、創新、奉獻與團隊合作的精神融入其中。在新教學模式下，,學生既可掌握智能化儀器的基礎理論,又促進了自主學習、勇于擔當、學生自主學習意識增強，在潛移默化中提高自身的自主學習能力、自主創新能力和綜合實踐能力。對于培養具有艱苦奮斗、吃苦耐勞、嚴謹篤實和創新精神的綜合性人才具有重要意義。這也為全校思政課程與專業課的融合、“新工科”改革與建設提供了可借鑒和交流的范例。