基于OBE理念的光电子课程群课程思政和CDIO教学模式改革与实践

余石金 韦莺

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

摘 要 工程教育专业认证的产生和发展指引着工科专业教学的改革与发展。对光电子课程群传统教学模式现状及存在的问题进行分析，树立以学生为中心的教育理念，围绕立德树人建设目标，通过挖掘和拓展光电子课程群中蕴含的思想政治元素，设计合理的教学方案，采用理论与实践相结合的模式来探索和开展课程思政，促进光电子课程群与思想政治理论课同向同行、协同育人。借鉴CDIO模式反向设计教学环节，从实践创新及团队协作能力培养、教学评价和考核机制等方面探讨教学模式改革的思考与实践，培养学生的创新能力、综合实践能力与团队沟通协作能力。经过课程思政与CDIO教学模式教学改革实践，学生的学习兴趣与主动性明显提升，教学效果得到显著增强。

关键词 OBE；CDIO；课程思政；光电子课程群

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：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，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调：要用好课堂教学这个主渠

道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应[1]。从广义上讲，课程思政是以思想政治理论课为圆心，专业课、通识课以及思想政治教育活动围绕它一体化构建思政同心圆；从狭义上

讲，课程思政就是包括基础课、专业课在内的所有课程要共同发挥其所蕴含的政治教育与思想引领功能，使学生形成正确的“三观”（世界观、人生观、价值观）。这对专业课程教师提出更高的育人要求，若没有很强的思政意识，不能很好地把握所教授课程中蕴含的思政目标和课程思政元素内容，相应的思政育人效果便不能产生[2-3]。因此，课程思政也是非思政类课程教师需持续探索与实践的课题。

目前，专业课教师重视课堂专业知识的讲解，忽视课程的思想政治教育，课堂缺少与专业相关的职业精神、行业规范等内容，课程思政功能发挥不充分，存在思政教育与专业课教学“两张皮”现象，无法对学生培养做到“润物细无声”，仍是一个普遍存在的问题。

OBE（Outcome-Based Education）理念是由美国教育学者Spady提出的一种以预期学习产出为中心来组织、实施和评价教育的结构模式。OBE理念强调基于实现学生特定学习产出的教育过程，教学结构和课程是手段而非教育目的，经Riley与Lamit

等欧美教育学家反复验证，发现其非常适合于工程专业教学改革。自2016年我国正式加入《华盛顿协议》以来，工程教育专业认证进入一个新时代。国内高等教育研究人员开展了多课程、多专业、多学科的OBE研究，OBE理念在我国工科专业教学计划制订、课程教学改革、考核评价改革中得到广泛应用并取得很好的教学效果[4-6]。

课程群是根据相关理论知识和现代教育教学思想，为满足同一个或相近专业的人才培养目标要求，使学生在获得理论知识的基础上，综合能力与素质均得到提高，将具有逻辑联系的多门课程重新进行整合而构建的课程体系。陆为群、龙春阳、李白桦等[7-9]研究指出：课程群可进行模块化教学，具有相互交叉、渗透和整合的特点，充分展示课程群教育教学的优势和效能。作为电子信息类专业的主干学科基础课之一，光电子课程群是理论紧密联系实际的课程。该课程群围绕光电子产业发展涉及的各种光电子元器件的特性进行学习，使学生掌握光电子技术领域的理论和应用技术，为今后的科研与工作打下坚实的理论基础。

1 光电子课程群课程思政

1.1 课程群思政内容

作为专业基础课与专业方向课，光电子课程群存在理论性强和实践性强的特点，课程中涉及的概念和器件原理内容较多。课程研究光与物质微观作用，以光学和电子学为基础，综合利用光学、电子学和材料科学等学科知识来解决各种光电工程应用问题，需要学生掌握光电子学基本概念、基础理论、器件基本结构和工作原理，并理解各类光电子效应间的内在联系。在理论课程教学中，学生普遍感觉比较抽象，相关理论相对枯燥。同时，光电子课程要求学生在学习完一个知识模块后能以实际生活中的某一类光电子产品进行组装与调试，达到检验理论知识与培养实际操作能力的效果。本课程群的思政内容确定为以下几方面：

1）从光电子器件特性、发明与应用来阐述光电子技术的发展历程，结合我国目前光电子产品的发展和核心竞争力，探讨中华民族伟大复兴与“中国梦”都需要青年一代担当接力；

2）马克思主义辩证法、社会与生态准则在闭环系统中运用，教会学生如何适应社会；

3）结合光电子技术在生活和工业生产中的广泛应用，鼓励学生采用本课程的内容去思考、改进光电子产品，服务于社会；

4）结合光电子显示技术应用，提高学生的节能环保意识。

1.2 课程思政实践

偏振光是一种非常重要的通信用光波源。根据波的振动方向和波的传播方向，若它们相同为纵波，它们垂直时为横波。横波的振动方向与狭缝取向垂直时，横波不能通过狭缝；横波的振动方向与狭缝取向成一定角度时，部分横波通过狭缝；仅仅当横波的振动方向与狭缝的取向完全一致时，横波才能完全通过。相较于横波，纵波可以全部通过狭缝，没有上述要求。在课程讲解中发现很多学生不能很好地理解偏振光的概念，在课堂上补充一幅漫画，展示“腰横别扁担进不了城门”（图1），帮助学生理解概念。课堂上讲解此教学内容的同时引出人的成功离不开社会规律。纵波好比智商超高的小天才，他们比普通人更容易取得成功。天才毕竟是极少数，绝大部学生是普通人，如同横波一样，要想取得成功，只有将个人的人生目标建立在服务社会的基础上，人生“扁担”才会顺利进入“成功”大门；若只是一味地标新立异与撒横，就会出现腰横别扁担进不了城门的情况。

激光是整个光电子产业与光通信产业中最重要的基础之一。要产生激光需满足两个必要条件：1）粒子数反转分布；2）减少振荡模式数。正常时，低能级E1的粒子数远远多于高能级E2的粒子数，此时外来光激励只会产生受激吸收效应，整个过程仅消耗光子而不产生光子。在泵浦源的作用下，粒子数能实现反转分布，即高能级E2的粒子数远远多于低能级E1的粒子数，此时外来光激励就会产生受激辐射效应，产生更多光子，实现光的增益，从而为产生激光提供可能。该部分内容可引导学生尊重事物发展的自然规律并利用好规律。学习知识也如同高能级E2上的粒子积累，学生阶段会学习许多知识，短期也许不会体现出其价值，知识积累必然经历一个过程，理论知识学习也一样会出现从量变到质变的过程，只有经过长期不懈地努力学习，才会取得一个大的突破，为将来的成功打下坚实基础。

激光的发展是在20世纪六七十年代，而这正是我国经济困难时期，导致我国的激光技术一直比较落后。但改革开放以来，经过几代科研工作者与企业工程师的不懈努力，我国在军事、航空、民用等领域的激光器发展大步向前，已站在世界前列，以此激发学生的科技信心。

2 基于OBE理念的CDIO教学模式改革

与探索

2.1 OBE理念与CDIO教学模式

OBE工程教育理念围绕学生毕业能力达成这一核心任务，开展以学生为中心的课程体系改革，从技术和管理两大方面提高工程教育人才培养对产业的适应性。CDIO模式是以产品的全生命周期为载体，把工程教育的知识和能力目标细化到能够在具体培养环节观察和评估到的程度，常被用于培养解决复杂工程问题能力的教学手段。CDIO模式采用“学生为主体、教师为引导”的教学方式，培养学生的综合运用知识能力、创新能力、团队精神与工作沟通能力，这与OBE以学生为中心的核心理念是一致。CDIO教学模式不仅包括对技术学科知识的教学效果，还特别强调个人能力、人际协调能力、产品、过程及系统构建能力等方面的教学效果。这些要求与OBE工程教育认证的毕业要求一一对应，详细对应关系如图2所示。CDIO工程教育的12标准能很好地完成工程认证的要求，可形成“预期学习产出—教育投入—教育过程—学习产出评估”闭环，呈现出典型的OBE理念风格。OBE理念明确了课程群的课程目标与能力要求，CDIO项目式教学提供了解决手段，将OBE理念与CDIO模式进行结合，从教学方法及评价体系进行教学模式的改革与探索。

2.2 CDIO教学模式改革实践

光电子课程群任课教师教师根据所需覆盖相应知识点来构思（Conceive）筛选课程项目内容，学生通过自学课本与查阅资料来选择如何制备拟定（Design）项目解决方案，师生在课堂上讨论其光电子器件产品的实现（Implement）制作与测试，最后总结学习，运作（Operate）知识点及知识体系的构建。整个教学过程要求教师对课程的知识模块进行整合，学生完成一个工程项目的同时，掌握相应知识点。因此，如何构思（Conceive）工程项目内容是培养学生能力的关键。为更好完成工程项目的构思，建立教师构思项目的标准是本项目的关键内容之一，具体制定工程项目的程序与标准，如图3所示。

参照学科竞赛题目、大学生创新实验计划项目、企业生产过程的技术问题、前沿科研问题等不同类型题目，根据学生在实践过程中呈现出的实验整体进展、学习兴趣与总结报告的质量等因素筛选合适的工程项目。在课堂上以贴近课程的激光笔教具为例，将激光笔（器）的工作原理与结构设计作为光电子课程群的一个工程项目，要求学生自行查阅资料完成激光器的种类、激光笔的工作原理、激光笔的组成和各组成部分的功能等三个知识块的学习，然后提出激光笔的设计方案。该学习与设计过程基本涵盖了激光器模块所有的知识点，学生在完成设计方案的过程中必须自行理解和消化相应的理论知识，实现应用前的知识转化，以完成“拟定”（Design）环节的需求。

工程教育需要构建相应的工程教育环境，可以是实际教学环境，也可以是虚拟教学环境。因为光电子产品的特殊性，光电子课程群通常采用虚拟教学环境。通过工程教育环境的构建，使学生深切体会产品的生产环境与使用环境，是整个课程计划得以顺利实施的硬件条件。这里的工程教育环境为以构思、设计、实施以及应用为主线构建的一个完整的教育环境，以及为这四个不同阶段提供四种不同的空间环境来支持学生学习。环境构建的概念模型如图4所示。

3 课程思政与CDIO教学模式的结合

“做中学”是CDIO模式下教学环节非常重要的组成部分，根本任务是培养学生的实践能力和创新精神，提高学生分析和解决实际问题的能力。改变了原来满堂灌的教学方式，以工程项目为依托，将学习内容融合在“构思项目—设计方案—产品实现—总结评价”的过程中，充分调动学生学习的积极性，学生从听教师讲课的被动式学习转变为在教师引导下小组协同完成项目过程中的主动探索式学习。在CDIO模式的教学过程中，学生的参与积极性较高，此时引入课程思政就会取得很好的效果。

以通信光纤为例，说明课程思政与CDIO教学模式的结合过程与效果。图5为光纤通信系统框图，其中光纤是光纤通信系统的核心传输介质。在CDIO

光纤通信项目中，通过选取不同损耗的光纤，学生得到的信号强弱不一致。在这个CDIO项目中，学生获得光通信原理与光纤设计原理，掌握光纤损耗的高低如何影响传输距离或中继站间隔距离的远近。在此过程中，教师可进行光纤领域的课程思政，介绍华人科学家在光纤领域对世界的贡献与我国光纤产业的发展历程，增强学生的民族自豪感与家国情怀。

香港中文大学前校长、英籍华人高锟（K.C.Kao）博士早在1966年便根据介质波导理论指出：光纤的高损耗并不是其本身固有的，而是由材料中所含的杂质引起的。并预言如果降低材料中的杂质含量，可使得光纤的损耗降至20 dB/km。1970年，美国康宁（Corning）玻璃有限公司成功地研制出损耗为20 dB/km的低损耗石英光纤，这开辟了光纤通信的新纪元。杨振宁教授高度赞扬高锟对科研的成就：“高锟在光纤方面的研究成果大大改变了人类的生活，在通信科技和医学领域都有极大的贡献。”正是因为在光纤领域的杰出贡献——将地球带入互联网时代，高锟博士获得“世界光纤之父”荣誉称号与2009年诺贝尔物理学奖。高锟在光纤通信领域的成功，让华人站在世界科技之巅，同时让我国科研工作打下强心针。

我国的光纤发展也是一波三折，从最初高价购买进口光纤，发展到可以自制光纤但需要高价购买进口原料，最后发展为全部自主生产并占据全球一半产量。从当前全球光纤光缆光棒产量来看，2019年约为1.6万吨，全球产量85%的市场由我国、日本、美国占据，占全球市场比重分别为49.44%、19.81%、16.76%。正因为光纤产业的迅速发展，为我国的通信与互联网发展提供了良好的基础，我国的光纤入户工程使得4G、5G发展具备领跑全球的能力。

光纤传感器在农业、化工、航天、交通等领域的应用，为人们的生活与工作带来极大的便利和舒适。随着科技的进步，精准农业、温室大棚使得人们可以在冬季吃到各种各样的蔬菜，而对大棚环境参数的非电信号测量控制便有光纤传感器的身影。如今，卫星、高铁、核电成为我国的一张张名片，在认识到科技给人们带来的幸福的同时，要告诉学生所学知识的应用范围可以大到航空、航天，小到日常生活，鼓励大家发愤图强，努力掌握科技知识，做合格的社会主义建设者。

4 教学改革实施成效

景德镇陶瓷大学电子信息类专业在光电子课程群进行基于OBE理念的课程思政和CDIO教学模式改革与实践，并从课程教学的参与双方（教师、学生）以及第三方（教学管理者、兄弟院校、家长群体、用人单位）多角度来建立实验教学评价体系，不仅考核学生的课堂表现、课后作业、课程设计、实验情况及考试卷面等书面内容，更注重考核学生学习过程中的表现情况，特别是在工程项目环节所表现出来的能力，如对查阅能力、实验方案设计能力、合作交流能力、创新意识等方面进行考核、给予肯定，有利于促进学生积极主动学习，培养创新能力。在实施本教学改革后，充分调动教师的热情和学生的积极性，取得很好的教学效果，主要表现在以下几个方面。

1）在课堂上不仅能让学生学到课程的专业知识，而且得到潜移默化的思政引导，改变了以往枯燥沉闷的专业课教学氛围，使课堂更加风趣、充满活力，增强学生对专业甚至民族的认同感和使命感。

2）引入贴近学生生活的工程案例开展情境引入式教学，让学生分组讨论，培养团结协作的合作精神，加强对安全意识、标准及技术规范的学习，学生更加理解光电子产业的作用，毕业后也更愿意进入光电子产业就业。近年来，学校电子科学与技术专业毕业生在光电子行业就业的学生由以前的3人/年发展到现在的16人/年，增加了五倍多。

3）学生的学习成绩也得到明显提升，近三年来，补考率由16%下降至5%，平均分与良好以上学生比例分别提高11.5%和26%。

参考文献

[1] 习近平：把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我

国高等教育事业发展新局面[EB/OL].（2016-12-09）

[2020-06-25].http：//cpc.people.com.cn/n1/2016/

1209/c64094-28936173.html.

[2] 潘瑞姣，李雪，桑瑞聪.课程思政背景下高校教师育

德意识与育德能力培养浅析[J].大学教育，2019（11）：

204-206.

[3] 唐光义，高俊锋，李继革.课程思政在专业课程中的

实践探索：以《软件项目管理》课程为例[J].高教

学刊，2019（19）：103-105.

[4] 方峥.中国工程教育认证国际化之路：成为《华盛顿

协议》预备成员之后[J].高等工程教育研究，2013（6）：

72-76，175.

[5] 顾佩华，胡文龙，林鹏.基于“学习产出”（OBE）的

工程教育模式：汕头大学的实践与探索[J].高等工

程教育研究，2014（1）：27-37.

[6] 宋哲英，宋雪玲.基于OBE的工程教育模式下“误差

理论与数据处理”课程改革[J].高教学刊，2016（16）：

153-154，156.

[7] 陆为群.高师院校课程群建设的原则和策略[J].黑

龙江高教研究，2007（11）：110.

[8] 龙春阳.课程群建设：高校课程教学改革的路径选择

[J].现代教育科学，2010（3）：139-141.

[9] 李白桦，刘德山，孙美乔.信息技术教学论课程群建

设研究[J].辽宁师范大学学报（社会科学版），2017，

33（5）：61-64.

*项目来源：江西省教育科学规划项目“新工科建设与工程教育专业认证背景下模块化课程体系的构建与实践研究”（21YB156）。

作者：余石金，景德镇陶瓷大学机械电子工程学院电子科学与技术教研室主任，博士，高级工程师；韦莺，景德镇陶瓷大学（333403）。