“新工科”下基于课程思政的“智能仪器仪表基础”改革探索

杨洋 王秀芹

（渤海大学，辽宁 锦州 121013）

一、引言

高等教育应始终把培养人放在首位，不仅要注重学生对科学文化知识的掌握，还要开展全员、全过程和全方位的教书、学术和文化等多维度育人模式，帮助学生树立正确的价值观。2020 年5 月教育部发布了《高等学校课程思政建设指导纲要》，指导高校深入推进思政工作综合改革创新。工科背景下，应加强思想政治和新工科内涵建设，充分发挥“专业”和“课程”的优势，通过强化显性思政、优化隐性思政，实现专业课程、思想政治教育与知识体系教育的有效转换和统一。即将科学、人文、奉献、工匠精神、爱国情怀、文化自信和国际视野等元素融入专业课程教学环节，培养学生独立思考及思辨和批判精神，使之成为创新卓越人才。

2020 年，渤海大学以新工科改革为契机，根据专业特点和需求，以课程改革与建设为抓手，结合课程思政积极应对新业态、新经济、新技术带来的挑战。通过全面修订专业人才培养方案，以科学前沿和知识创新与国家重大需求为动力，建立以学生为主体，科学研究、人才培养与思政教育深度融合的创新人才培养机制。聚焦学生创新能力，培养学生科学精神、爱国奉献、责任担当，促进知识、能力和素质协调发展，帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观，以适应专业的多元化人才培养模式。

智能仪器是一类含有微计算机或微处理器的测量(或检测)仪器，具有对数据的存储、处理、逻辑判断及自动化操作等功能。智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，结合了微处理器技术、传感技术、电子技术、自动控制、信号分析与处理等技术的发展，是仪器设计的里程碑，对仪器的发展以及科学实验研究产生了深远影响。“智能仪器仪表基础”是电子信息工程，自动化，测控技术与仪器等专业的主干课，通过学习智能仪器仪表的基本原理，学生能够掌握智能仪器的设计思路、设计方法和实现过程。随着科学技术的发展，各类先进、智能、现代化的仪器仪表被广泛应用到科学研究、技术创新和社会发展的众多领域，与此同时对智能仪器类课程的教学提出了更高要求。本文在“新工科”背景下，结合课程思政开展了“智能仪器仪表基础”课程改革探索与实践。

二、教学策略和方法

做好专业课程的思政教学改革，教师是最为关键的要素。一方面要求教师具备敏锐的洞察力和较高的政治觉悟，另一方面要求教师具有扎实的基本功和专业素养。传统模式下的“智能仪器仪表基础”课程理论偏于陈旧复杂的基础知识和应用，对行业的新技术和新发展涉猎较少。“新工科”背景下的思政教学课堂，可以通过智能仪器仪表的发展史和前沿领域中的先进技术，结合物理、医学、化学、生物、航天、环境、家居和能源等领域中的重大应用开展概述和讨论，培养学生掌握高新技术的专业能力、理论联系实际的科学家精神，激发学生的爱国情怀，提高学生对国家和社会的责任感和使命感。本文结合教学实践，探讨了在“智能仪器仪表基础”课程思政教学过程中，如何更好地挖掘思政元素，有效开展思政教育。

“智能仪器仪表基础”课程内容蕴藏着丰富的思政教育元素，教学团队积极探索并优化“智能仪器仪表基础”课程知识结构，对教学内容、手段、方法和组织形式等进行改革探索，对授课内容进行精选和延拓，用家国情怀、人格魅力与渊博学识赢得学生，切实加强学生的马克思主义理论教育与专业课学习的深入融合。做到润物细无声、由表及里、由浅入深地引导学生理解专业知识与国家经济建设、社会发展、人民生活需求之间的密切联系。充分发挥第一和第二课堂的教育作用，通过融入爱国主义和人文精神、知行合一、环保理念等思政元素，不断深化“智能仪器仪表基础”课程的教与学改革。从而提升学生的政治认同和文化自信，增强学生勇担民族复兴重任的信心和决心，切实增强“智能仪器仪表基础”课程内容的思想教育的隐形教育功能，把敬业爱岗报效国家的价值取向传递给学生，培养学生脚踏实地，争做实干家。

三、思政课程融合方案

授课教师有责任和义务增强专业类课程的理论厚度、思想深度和情感温度，自觉将马克思主义立场、思政观点、元素和方法融入课程中。“智能仪器仪表基础”课程教学团队依据多元化教育和素质教育的理念，搭建课程思政与专业课程的桥梁，将知识传授向价值引导转变。寓价值观引导于知识传授之中，把家国情怀、道德情操自然融入“智能仪器仪表基础”课程的每个章节，在潜移默化中引导学生形成正确的世界观、价值观和人生观。提高课程教学质量，培养创新性卓越人才，推动新知识、新技术及新成果走进课程和专业课程教育质量内涵式发展。

（1）结合国家需求开展思政案例式教学

结合国家需求，探索实施课程思政案例式教学，深入发掘并合理运用课程思政资源，润物细无声地将课程思政融入专业课教学，是保证课程思政取得理想教学效果的必要条件。教师通过对这些案例的娓娓道来，有效激发学生立志掌握知识、为国家和民族担当重任的情怀。

利用课程自身特点，主讲教师探索实施案例式课程思政教学方法，通过解析知识谱图，讲解仪器仪表的发展历程、原理以及应用领域，增加实际应用案例，特别是与热点案例和热点话题，使学生崇尚科学精神，树立唯物主义世界观，锻炼科学思维能力，培养学生尊重事实、理性分析，增强学生对自主创新的认识和勇于担当的责任感。

①北斗系统

2019 年9 月，北斗系统正式向全球提供服务。通过介绍中国自行研制的全球卫星导航系统北斗卫星导航系统，了解我国科学家在北斗系统研制中国做出的不懈努力和巨大成就，树立对专业的信心和对未来的理想，鼓励学生将老一辈科学家求真务实、严谨治学的优良传统的科学家精神加以传承，引导学生掌握真学问，练就真本领，为建设科技强国做出贡献。

于珠峰高程测量

2020 年5 月，珠峰高程测量登山队8 名队员登顶成功。通过介绍珠峰高程测量关键仪器设备，引出仪器设计和测量在国家科研战略中的重要意义。如2005 年卫星测量主要依赖GPS 系统，此次以北斗的数据为主，培养学生的爱国主义精神及科技自豪感，极大地激发了学生奋发图强、肩负起历史赋予的科技创新重任、建设祖国的信心和决心。

③嫦娥五号

2020 年12 月，嫦娥五号发射成功。通过介绍月球矿物光谱分析仪、月壤结构探测仪、月尘带电测量仪、着陆器无损探伤测量仪等重大科技成果。展现中国的国际形象与影响力，彰显我国航天航空技术取得了巨大的发展。增强学生的家国情怀和民族自豪感，未来献身我国仪器仪表行业的使命感和事业心。

（2）利用第二课堂对授课内容进行升华和扩展

发掘思政点，在专业课程内有机融入思政教育内容，提升教学的思想性、人文性和启发性。如在第一章绪论中，介绍近几十年来我国智能仪器的研发虽然取得了巨大进步、形成门类齐全，布局合理的技术基础和生产规模，但在某些高端仪器仪表行业还存在差距。在教师的介绍中，学生能够客观、理性地看待国内与国外高端仪器的客观差距，尊重专业课知识体系，积极引导学生要有文化自信和奋发向上的精神，要有致力于打造高端仪器设备的雄心。

由于教学时长有限，一些技术和应用需要借助第二课堂对授课内容进行升华。比如在第三章智能仪器的输入输出电路中，介绍传感器的作用，其是信号输入通道的第一环节，也是决定整个仪器系统性能的关键环节之一。因而传感器对智能仪器之重要性不言而喻。了解科学家和技术人员在困难时期不断突破传感器的研发和制造，他们艰苦奋斗、无私奉献，不计名利和个人得失、献身国家科学技术事业，为摆脱国外技术的垄断，为国家的科技发展做出重要突出贡献。通过第二课堂对授课内容进行升华，充分调动学生参与课堂学习的积极性，提升学生的责任和担当意识，引起学生共鸣进而学习科学家精神。

（3）将基础知识、学科前沿与未来技术和教学内容相融合

从感觉到记忆到思维这一过程，称为“智慧”，智慧的结果产生了行为和语言，将行为和语言的表达过程称为“能力”，两者合称“智能”。近年来，智能仪器已开始从较为成熟的数据处理向知识处理发展。高级智能仪器是测量技术和智能技术相结合的产物。模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器融合、复杂系统健康预测等，使智能仪器的功能向更高的层次发展。智能仪器的实现需要应用人工智能、计算智能(进化计算、神经计算、模糊计算)、信息融合、模式识别、粗糙集理论、智能信息处理(如粒子群算法、蚁群算法等)等智能理论和方法。上述智能理论和技术为智能仪器的发展奠定了坚实的基础。

在“智能”的讲解中引入语音识别、人脸识别、指纹识别、手势识别、眼动跟踪技术、意念控制等新技术的发展。主讲教师在声源定位、智能算法等方面做了一些研究，在教学中将科研成果与教学内容相联系，突出实际应用，简要介绍实际系统设计中的问题和解决方法。将智能仪器仪表理论前沿科学向教学内容转移，实现课程融合多学科及交叉，团队合作和创新服务等，将科研成果转化为教学，支撑拔尖创新人才培养。

在讲解第四章智能仪器的人机交互技术时，利用专业知识与最新科技前沿相结合，介绍有机发光二极管（OLED）、有机液晶显示器（OLCD）、微发光二极管（Micro LED）、微有机液晶显示器（Micro LCD）、有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）、薄膜场效应晶体管有机液晶显示器（TFT-LCD）、对量子点有机发光二极管（QD-OLED）、印刷显示激光显示、电子纸、透明显示技术等等前瞻技术和技术困难以及我国TFT-LCD 的超越之路。培养学生不断创新、求真务实、追求卓越、精益求精、勇攀科技高峰的探索精神。结合前沿科研成果或先进技术，激发学生的自豪感，从而发挥课堂教学育人的主渠道作用，持续提升创新能力。

（4）结合疫情期间智能仪器产品引出智能仪器的设计方法，学以致用

智能仪器的研发是复杂的过程，需要遵循正确的设计原则和科学的研制步骤。尊重仪器设计的一般规律，要充分考虑到开放性、兼容性、可扩展性。2020 年出现了很多和疫情相关的仪器和产品，如高性能耳温枪、额温枪、智能体温人脸追踪监测技术、智能头盔等非接触式测温产品，上海进博会中无接触式交互电梯等最新研究成果，上述仪器产品的展示将极大地引发学生对智能仪器设计的思考，具体案例如图1 所示。课堂中通过发热筛查的测温仪器和系统的开发引出智能仪器开发的方法，培养学生以应用为导向的思维能力，提升综合实践能力及为社会贡献力量的责任感。在此基础上，强调仪器设备的精度、计量检测、操作习惯和熟练程度等对检测结果的影响，培养学生遵守职业道德规范、严谨的科学态度和细致的工作作风。

图1 疫情期间智能仪器产品研发与设计

四、总结

在新工科背景下，“智能仪器仪表基础”课程主讲教师紧跟时代要求，转变教学理念，积极融入“课程思政”元素，并付诸实践教学。学生也在“课程思政”的影响下，积极性和自主性得到了有效调动，对课程基本理论知识和应用技能的理解和掌握明显提高，更深层次和多维度地理解专业学习与国家、社会和个人的关系，个人担当、创新、奉献与团队合作的精神融入其中。在新教学模式下，,学生既可掌握智能化仪器的基础理论,又促进了自主学习、勇于担当、学生自主学习意识增强，在潜移默化中提高自身的自主学习能力、自主创新能力和综合实践能力。对于培养具有艰苦奋斗、吃苦耐劳、严谨笃实和创新精神的综合性人才具有重要意义。这也为全校思政课程与专业课的融合、“新工科”改革与建设提供了可借鉴和交流的范例。