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【校级荣誉·教学育人优秀团队】用创新“玩转”新工科教学改革
文:罗莎 吴明君 学生记者团 张闻起 周凡琳 加依娜 图:光电学院 来源:新闻中心 时间:2022-01-21 26428

  “我的课学生为什么反应不积极呢?”“是课程设计得不够好,没有新工科的味道吗?”“学生们虽然具备良好的数理知识储备,但是他们不知道该如何创造想要实现的东西;虽然学生知道如何考试,但他们不懂得该如何在项目中合作。这个局该怎么破?”……

  时钟指向22点,光电科学与工程学院课程教学团队的微信群里仍热火朝天,老师们的头像还不停闪烁,大家一边提出问题,一边深入交流,热烈探讨优化教学模式的方法。

  “开发一个全新的基于项目的研究型课程体系!”面对从传统工科向新工科转型过程中的常见问题,从以知识为构架的课程体系已无法满足新工科建设要求的困境中突围,光电学院“新工科”改革课程团队抛出了他们的妙招。

打怪升级:四年“养成式”进阶培养

  “新工科建设的‘成电方案’强调的就是对学生能力的培养,落实到我们学院的人才培养上来,就是一定要和工程实际相结合。”把握课程改革的大方向,结合自己学院的学科特色,团队首先重构课程体系,从原来的“知识核心”变为“能力核心”。

  “就像是打一局大游戏,从大一到大四,在解决一个个项目的过程中,同学们在老师带领下不断‘打怪升级’,最终实现进阶通关。”

  “表面上你看这个培养方案没有什么特别,但内行人明白这是我们在课程体系建设中埋下的一条‘暗线’。”团队带头人刘爽说,团队建设了逐级挑战、跨学科、基于项目的课程体系,给学生设计了层层递进的课程,以分类推进、小班教学及基于工程实际项目的全面研讨等模式开展教学,让学生一路学来如“升级打怪”,最终在不断通关中实现综合能力的提升。

  “引导好学生,从一进门就要开始”是改革的理念。大一初始,学院就为新生开设了13门新生研讨课,“新生研讨课就好比把远距离的东西拉近到学生面前给他看,让同学们了解光电到底是做什么的,将来有什么用,从而对专业产生兴趣”,专业首席教授及新生课负责人饶海波教授说。

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基于项目的挑战性课:无人驾驶电动车

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基于项目的专业能力提升课:V棱镜折射仪测介质折射率和色散曲线实验

  大一下,在老师们“挖空心思”的设计下,同学们就会正式开始基于项目的学习,其中不乏一些好玩有趣的项目。如“3D重构模型”项目,同学们通过深度学习和实验,最终将物体用3D重构的方式呈现出来,而这一技术也正是华为、苹果下一步想要做的;“无人车”项目则是同学们利用所学的C语言知识,通过软硬件相结合,自行设计无人车的行驶路径,“说不定下一个包裹就是这个无人车给我去取回来啦!”妙趣横生的学习过程让同学们兴趣盎然。

  闯过第一关后,第二关则是打造基础技能。学院把原来大二阶段的一些演示性的实验合并整合起来做,如原来调干涉条纹,现在则用干涉条纹来测量。学生既觉得有趣,又在项目完成过程中“搞定”了包括光学元件认知、光学系统搭建、数据分析、误差分析等在内的基本技能。

  在第三关的进阶式项目课程中,学院不再开设如激光原理、物理光学等单一课程实验,而是以多门课程来支撑一个综合性实验课程。同时,老师在实验课程中还能通过学生的反馈检验理论课的效果,提高教学效能,做到教学相长。

  能实时监测人体心率/血氧等的衬衫、用以识别聋哑人手语的指尖小装备、利用OLED显示系统监测PM2.5……这些的有趣又有难度的项目,是大四同学们基于生活实际想出来的挑战对象,也是“打怪”的最后一关。想法虽有趣,背后却必然有一番苦战,2至4周的基于工程实践性的挑战性项目训练下来,大家都感慨说不出几层汗不能完成。

  本科四年,同学们在这条“养成式”培养暗线的指引下,逐级闯关打怪,成长为既懂专业、又会动手的综合人才。

迎难而上:师生思维共转变

  创新绝非易事,除了需要勇气胆识,还要有面对问题、化解困难的能力。

  “教学体系怎么与实际工程结合?怎样培养学生解决复杂工程问题的能力?”经过了几番的认真思考与讨论后,教学团队锚定体现学院“光、机、电、算、软”特点的改革创新之路,开始摸着石头过河。

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光电科学与工程学院课程教学团队在研讨交流中

  任何新鲜事物的出现,都同时会伴随阻力。首先遇到的问题就是该如何去试点方案并推向全院呢?

  “课程压缩、工作量增加、之前的课程已经上得很顺手了,改动则意味着推倒重来……”部分老师有抵触情绪,但刘爽坚定地说“新工科建设,学生等不了,我们就先试点做”。

  张磊、蒋泉老师首先开展了“OLED显示系统的设计与开发” 课程的试点,“我们一起讨论课程的内容、形式、考核方式,包括怎样去评价老师们的工作量,学院怎么去认可他们的付出。”

  试点的效果不错,马上就吸引了更多的老师跟进,陈文彬老师的可穿戴设备、陈德军老师的光电系统设计等课程也接踵推出,这给了大家很大的信心,创新的思路也愈发清晰起来,“老师后来就觉得也没有想象中那么难,好像也还是有用,慢慢地就有志同道合的老师们纷纷加入进来”。

  除了老师们的思维转变,教学团队还要面对如何把学生留在课堂的问题。

  基于项目的新生课,无人车控制项目第一次选课的时候只有二十多个人报名,当老师讲完课程要求后,“哗”的一下,学生走得只剩下十来个人。“想要说服学生们最好的方式就是让他们亲眼看到课程的趣味和成效”,该项目设计人何其锐老师经过指导学生后感慨到。

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本科同学在“新工科项目式课程学生学习作品展“上介绍自己的作品

  参与项目设计的同学们往往抱着试一试的态度开始实验,实验的过程中发现逐渐有兴趣产生,从畏惧、茫然到积极投入,从一开始的不相信自己能做到,到最终在老师指导和小组的共同努力下成功完成实验甚至设计出不同的方案,同学们开始体会到收获满满带来的自信。

  在项目开发的过程中,经费也一度成为教学团队的大问题。想要覆盖所有同学,并不是两三个项目就可以的,而是需要大量的资金投入。课程改革伊始,学校只提供了四个项目的经费,教学团队于是积极开动脑筋想办法,一方面获得了学院的支持,另一方面也通过学院的校企协同中心,争取到了校外资源,以让企业“出题”参与课程改革、邀请企业导师参与指导部分项目的方式,化解了经费难题。

  “通过资源的整合,我们实现了从最初的2个项目到现在120多个项目,包括13个新生项目在内的4个层次项目课程体系。每一层面的课程设计了十几个甚至几十个项目,老师可随时进行建设,学生也可自由加入,现在加入的老师越来越多,真正做到了从大一到大四学生的全覆盖。”说这话时,教务科赵玉华老师眼里闪着光。

展望未来: 厚植新工科人才培养沃土

  作为未来学科交叉和技术融合的重要领域,光电工程与通信、医疗、深空、深海等国家战略发展密切相关。

  “包括斯坦福、伯克利等顶级高校近年来都纷纷增强了对光电相关领域的研究,航天、中电、华为等产业内大佬明显加强了光电技术布局,特别是在光通信、光探测、光传感方面。”学院课程首席张尚剑教授介绍说,而这样的时代要求和发展趋势,都无一不在督促我们以教学改革为抓手,做好新工科背景下的教学育人工作。

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基于项目的挑战性课:可穿戴电子技术

  在团队成员的孜孜以求下,从动漫人物3D重构到无人驾驶小车,再到能翻译手语的可穿戴设备……一个个充满乐趣又具有挑战性的项目如雨后竹笋般出现在光电学院新工科课程改革体系里,不同的项目、有趣的创意,成功点燃了同学们的兴趣,在学与做的过程中,激发潜能,发挥想象力,全面提高了学生解决综合性复杂工程问题的能力。

  学院2019级赵坤同学在其新生项目课结束后感慨地说:“可能这就是实验的魅力吧!看到自己组的小车按规划路线回到原点的时候真的很开心,今后一定要找机会多多参加这种实验,培养自己的创新与动手能力。”

  “希望在不久的将来,我们能在学院建立起一个自由开放式的实验中心,欢迎同学们都能到实验室来折腾,来做自己想做的事,利用设备,自主探索,自己动手,找到问题的正解”刘爽说。

  因为热爱,所以执着。刘爽和她的团队,秉持人才培养的初心和立德树人的使命,在贯穿本科四年的实践“操盘”中,趟出了一条新工科教学改革的创新之路,为学校以“唤起好奇、激发潜能”为核心的新工科建设“成电方案”,交出了一份满意的答卷。


编辑:罗莎  / 审核:罗莎  / 发布:陈伟