硕士课程元器件可靠性工程基础教改实践*

黄姣英 高成 李凯

北京航空航天大学可靠性与系统工程研究所 北京 100191

0 引言

在当前竞争激烈的社会态势下，如何培养学生的科研创新能力，是高校所面临的关键问题之一。高校高等教育的核心载体是课堂教学，课堂教学模式改革是当前高等教育研究领域和课堂教学改革实践领域的热点问题[1-3]。

在传统的教学模式中，课堂由教师掌控，主导课堂走向，学生的自主性和参与性不高，在课堂上的表现就是上课不抬头听讲、低头玩手机、抗拒和教师进行课堂互动、睡觉等，还有部分学生存在无故缺勤的情况。

高校专业硕士研究生课堂教学模式主要采用的是传统的讲授式，由于部分学生基础较差、自制力有待加强、忙于科研任务等，以及部分教师教学热情不高、重科研轻教学的工作态度、教学能力水平不够等，加上课程设置、学时有限等因素，效果不如人意。

本质上，传统讲授法教学模式将教师的“教”与学生的“学”相分离，并没有强调学习的自主建构性和教学的交互性，不利于培养学生的沟通能力、思辨思维和创新精神。

如何依托互联网时代背景，再塑高校高等教育的目的，结合新时代学生的特点，维持并提高高校课堂的效率，应运而生了讨论式教学[4-5]、“对分课堂”[6-7]、翻转课堂[8-10]、线上线下相结合的混合式教学[11-12]等多种教学模式。

讨论式教学通过课堂讨论激发学生的主动学习动力，然而讨论占用大量课堂时间意味着教师讲解时间被压缩，因此学生需要充分预习才能有效讨论，这对学生是较大负担[4]。

为了激发学生学习动机，提升课堂教学效率，“对分课堂”教学模式综合了传统讲授法与讨论法的优点，将教学分为讲授（Presentation）、内化吸收（Assimilation）和讨论（Discussion）三个过程，因此对分课堂也可简称为PAD 课堂[13]。

翻转课堂借助新媒体手段，构建了新的教学模式，其核心是以学为中心。与传统教学模式中的教师主导不同，翻转课堂由学生主导，学生吸收知识的能力、学习的积极性和合作解决问题的能力等都有所提高[9]，但翻转课堂也很难完全达到期待的效果。其实施效果受到多种因素的影响，并且部分教师容易走进侧重形式翻转的误区，不能把握翻转课堂的实质，仍然牢牢控制着课堂走向，学生的学习主动性得不到激励。此外，是不是所有类型的课程都可以翻转仍值得商榷和探讨。

混合式教学（Blended Teaching）的核心理念是拓展学生的学习时间和空间，不仅可以发挥出线上教学的优势，还可以有效利用课堂教学的优点[12]，从而提高学生的学习效果。

教育部2019 发布的《教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》指出，应推动科研反哺教学，强化科研育人功能，激发学生专业学习兴趣[14-15]。

电子元器件是信息技术的基础，是决定信息技术发展速度、水平和实现自主创新的重要物质保证。电子元器件的质量和可靠性直接关系到装备的性能与战技指标，关系到装备研制、生产、试验乃至实战使用的成败。

元器件可靠性工程基础课程是北京航空航天大学可靠性与系统工程学院研究生的专业课程，本文通过将思政教育融入课堂，落实科研反哺教学理念，构建三七分课堂混合式教学模式，完成课程教改实践。

1 课程特色分析与思考

1.1 课程特色分析

作为研一专业课，元器件可靠性工程基础课程承载的任务是，在短时间内（16 学时），通过课程学习，可建立起一个完整的电子元器件质量与可靠性工程的知识体系结构。课程内容涵盖电子元器件质量与可靠性基础、标准体系、认证评价体系、试验技术、分析技术、设计技术、信息技术、管理技术、发展趋势等电子元器件质量与可靠性相关内容。

对非相关专业学生，通过课程学习，可全面了解和掌握电子元器件质量与可靠性基本知识和技术体系。课程具有系统性、基础性、工程实用性等特点。

1.2 课程改革需求分析

深入分析学生的年龄和知识背景特征，结合前多轮次教学，反思教学效果，总结教学经验，发现课程面临的问题主要有以下方面。

1）弥补课本与前沿研究之间的断层。教材是课程学习的重要抓手，2018年出版的《元器件质量与可靠性工程基础》[16]是课程配套的教材。教材系统全面地讲解了元器件质量和可靠性的基础知识，但是因为时间滞后的因素，教材与前沿的研究之间已经出现断层。

2）早日感受科研氛围，有助于提高研究生的科研素养。研究生阶段的目标是将学生培养成高等人才，与本科阶段不同的是，研究生阶段更侧重培养学生的科研能力而不是学习能力。科研能力包括查阅文献、进行试验和学术表达等多项能力。

元器件可靠性工程基础课程是研一年级的专业基础课，如果上述科研能力可以在课程中得到训练，提高学生的科研素养，可以帮助研究生新生快速融入实验室并开展科研工作。

3）提高教学质量可助力研究生创新能力的培养。研究生培养的重中之重是创新能力的培养，而传统的课堂教学模式已不能满足新时代对研究生创新能力培养的要求，课堂教学模式改革、提高教学质量和助力研究生培养很有必要。

4）研究生的素质、能力很难通过试卷进行展示。传统课程评价的考核方法单一，通常以期末书面考试为唯一标准，这种缺乏实践应用考核、学科素养考核的评价方式无形中鼓励学生注重做题，导致部分学生即便是拿到了不错的成绩，对这门学科的认识却停留在十分浅薄的层面上，这绝不是研究生教学的目标和宗旨。

2 课程建设探索

2.1 课程改革的思路

在课程内容设计方面，根据元器件可靠性工程基础课程的特点、工程项目知识储备要求和自身教学经验，对课程的教学内容进行梳理、化简和整合。

整合课程结构，明确学术和思想两方面的教学目标，增加前沿性教学内容；科研反哺教学，构建研究型教学特色，组建研究型教学团队。

2.2 课程教学中的思政元素

“课程思政”是追求立德树人，对专业知识中的思想品德教育元素进行挖掘，实现德育对课程内容的渗透[17-18]。

在前几轮次元器件可靠性工程基础课程开展课程思政时，存在元器件可靠性工程基础课程知识与思政内容融合不充分等问题，在课堂传授时，价值引领难以同步实现。将思政环节嵌入课程的形式也比较僵硬。

元器件可靠性工程基础课程的思政相关元素很多，专业性也很高，因此课程内容很多、难度较高，如何将思政内容隐性地渗入在讲授中，需要提前研究确定策略。

通过四条主线来融入思政元素。1）通过介绍电子元器件产业的战略性定位，深化学生的荣誉使命感。2）以集成电路为例，介绍中国集成电路史上最具代表性的六位科学家的事迹，激励学生不畏困难，执着研究的科学精神。3）通过介绍当前电子元器件产业国内外的差距以及一些近期的假货识别[13，19]、“中兴”事件等热点事件，提醒学生居安思危。4）是通过介绍国内航天领域的失效分析事例[20]，培养学生的担当意识。

2.3 科研反哺教学的实践策略

“科研反哺教学”可以作为提高研究生教学质量的重要补充，不仅可以有效弥补教材所缺失的最新前沿进展，还可以让研究生提前感受科研氛围，助力创新能力培养，如图1所示。

图1 科研反哺教学示意图

科学研究多是基于研究领域前沿展开，教师如果可以在课堂上讲授国内外科研领域的最新发展动态，有助于补充教材缺失的前沿内容，并且弥补课程教材与科研前沿之间的断层。

通过教师将科研领域新成果的实例、案例与课程章节相结合进行讲授，可以让学生感受科研氛围、学习科研方法、培养创新思维、启发创新灵感，进而培养科研能力，提高学生核心素养。

首先构建了均具有高级职称的扎实的课程教学团队，承担了大量科学研究和技术研发任务，包括国家自然科学基金、技术基础和元器件的共性检测课题；此外，北航元器件中心作为第三方实验室的挂靠单位，承担了大量元器件的检测筛选和失效分析等工程任务，涉及了各类电子元器件的电性能测试技术、试验技术和可靠性分析技术等，覆盖面广，丰富的科研成果可以作为教师丰富课程内容的素材。

课程教学中，选择展示给学生的案例需要经过教师团队的筛选评估，从众多案例中筛选出具备代表性并且看得见、摸得着的素材，主要包括实物、视频和图片等。通过在课堂展示这些素材，可以让学生近距离感受科研前沿。实行该模式可以促进科研与教学融合，落实科研反哺教学理念，避免教师照本宣科、避免学生纸上谈兵，互相促进，共同提高。

2.4 三七分课堂混合式教学模式构建

元器件可靠性工程基础课程的目的是培养学生创新能力和应用能力；在课堂上，融合混合式教学和对分课堂的教学模式，发挥各自的优点，经过教师团队设计重构，形成三七分课堂混合式教学模式。考虑到课程有较多的工程应用背景，基于“对分课堂”教学模式框架，将课堂时间“三七分”进行课堂教学。

三七分课堂混合式教学由线上学习和课堂教学两个模块组成。线上学习利用课前和课后时段开展，在课前阶段，教师推送资料，学习资料一般以短视频、微课为主，发布预习任务。课后阶段，师生的任务包括课程回顾和拓展作业，其中拓展作业是可选项。作为专业课，拓展作业以满足课程思政要求的工程伦理、大国工匠和科技报国等为主，围绕元器件的质量与可靠性，结合当前的最新技术或者热点事件，提升学生的思辨能力。

在课堂教学中不要囿于书本，研究方向可以吸收发现的学科、专业前沿等相关问题，并把研究成果和课程知识点相结合，更新课程内容，激起学生自主学习积极性，在保证教学中心地位的基础上，充分发挥科研导向作用。

3 实践效果和思考

3.1 教学实践

为了进一步避免教和学分离，理论知识、实践应用分离，基于混合式教学法和科研反哺教学策略，从优化整合课程授课内容、改进教学方法、分层次实施实践教学环节以及采取过程性考核方式等方面，完成了课程教改。

在教学内容方面，将教师科研新成果如集成电路安全分析与检测技术、最新VLSI 测试应用、元器件数字孪生技术等充实到课程中，拓展相应章节的内容，为了提高学生兴趣并便于理解，结合案例和实际素材等进行讲解。课程教改建设后，课程的每个学术模块，如表1所示。

表1 课程知识框架教改前后对比

从表1 可知，除了补充完善课程对应的最新技术和课外拓展知识外，还分享了最新科研设备、科研成果和工程成果，科研成果转化为教学资源，这种教学资源对于调动学生兴趣和课堂气氛是很有效的。在这样的课堂气氛下，学生的课堂认真程度大幅提高，并且学生知识面也得到了扩展。

3.2 科研反哺教学案例

为了让学生加深对元器件筛选技术的理解，结合工程中实际筛选数据，用某集团2020年度元器件筛选的实际数据，激发学生忧患意识和担当意识。结合筛选技术的六性，培养学生的责任意识和严谨作风。

元器件筛选不合格原因有功能失效、密封、多余物、参数超差、外观不合格等，图2 为某集团2020年度使用进口国产元器件筛选批次不合格项目分布情况。

图2 元器件二次筛选批次不合格原因情况统计

从图2 可知，对国产元器件而言，参数超差和外观不合格所占比例最大；为了进一步引领学生分析国产器件参数超差背后的本质，引入了元器件筛选技术知识的学习，从如何提高筛选效果的角度，研讨了元器件检测筛选新需求问题，从测试、检测、筛选、实现、技术和试验等六方面，引领学生归纳出筛选技术特性，如图3所示。

图3 元器件筛选技术特性

3.3 教学反思

原本只是北航可靠性与系统工程学院的专业硕士的专业理论核心课，教改后，尽管课程选课人数做了50 人的限制后，仍有不少外专业学生也加入课程学习中，表2 为2021年度课程选课学生分布情况。从表2 可以看出，合计6 个不同的学院共计48 人选课，以电子信息专业的学生为主，除了专业硕士外，仍有学术硕士和博士生参与了课程学习，间接表明教改后取得了良好的教学效果。

表2 2021年度选课学生分析

本课程的改革由于主客观方面的多种原因，仍然存在有待改进的不足之处。

1）理论知识与科研案例的结合，尚未完全形成一套适用于研究生教学的体系。

2）课时偏少，以致各板块的教学不能从容展开。教学改革后，教学内容和教学方式均有大幅增加，使得教学课时偏紧，难以满足教学内容的需要。

4 结束语

研究生教育是人才培养的高级阶段，提高研究生教育教学质量是增强科研创新能力的关键环节。针对元器件可靠性工程基础课程教学模式的现状和存在的问题，提出将思政教育融入课堂，开展科研反哺教学实践，构建三七分课堂混合式教学模式，完成了课程改革与实践。实践结果表明，课程教改取得了预期成效，可为硕士研究生其他课程的教学提供参考。