碩士課程元器件可靠性工程基礎教改實踐*

黃姣英 高成 李凱

北京航空航天大學可靠性與系統工程研究所 北京 100191

0 引言

在當前競爭激烈的社會態勢下，如何培養學生的科研創新能力，是高校所面臨的關鍵問題之一。高校高等教育的核心載體是課堂教學，課堂教學模式改革是當前高等教育研究領域和課堂教學改革實踐領域的熱點問題[1-3]。

在傳統的教學模式中，課堂由教師掌控，主導課堂走向，學生的自主性和參與性不高，在課堂上的表現就是上課不抬頭聽講、低頭玩手機、抗拒和教師進行課堂互動、睡覺等，還有部分學生存在無故缺勤的情況。

高校專業碩士研究生課堂教學模式主要采用的是傳統的講授式，由于部分學生基礎較差、自制力有待加強、忙于科研任務等，以及部分教師教學熱情不高、重科研輕教學的工作態度、教學能力水平不夠等，加上課程設置、學時有限等因素，效果不如人意。

本質上，傳統講授法教學模式將教師的“教”與學生的“學”相分離，并沒有強調學習的自主建構性和教學的交互性，不利于培養學生的溝通能力、思辨思維和創新精神。

如何依托互聯網時代背景，再塑高校高等教育的目的，結合新時代學生的特點，維持并提高高校課堂的效率，應運而生了討論式教學[4-5]、“對分課堂”[6-7]、翻轉課堂[8-10]、線上線下相結合的混合式教學[11-12]等多種教學模式。

討論式教學通過課堂討論激發學生的主動學習動力，然而討論占用大量課堂時間意味著教師講解時間被壓縮，因此學生需要充分預習才能有效討論，這對學生是較大負擔[4]。

為了激發學生學習動機，提升課堂教學效率，“對分課堂”教學模式綜合了傳統講授法與討論法的優點，將教學分為講授（Presentation）、內化吸收（Assimilation）和討論（Discussion）三個過程，因此對分課堂也可簡稱為PAD 課堂[13]。

翻轉課堂借助新媒體手段，構建了新的教學模式，其核心是以學為中心。與傳統教學模式中的教師主導不同，翻轉課堂由學生主導，學生吸收知識的能力、學習的積極性和合作解決問題的能力等都有所提高[9]，但翻轉課堂也很難完全達到期待的效果。其實施效果受到多種因素的影響，并且部分教師容易走進側重形式翻轉的誤區，不能把握翻轉課堂的實質，仍然牢牢控制著課堂走向，學生的學習主動性得不到激勵。此外，是不是所有類型的課程都可以翻轉仍值得商榷和探討。

混合式教學（Blended Teaching）的核心理念是拓展學生的學習時間和空間，不僅可以發揮出線上教學的優勢，還可以有效利用課堂教學的優點[12]，從而提高學生的學習效果。

教育部2019 發布的《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》指出，應推動科研反哺教學，強化科研育人功能，激發學生專業學習興趣[14-15]。

電子元器件是信息技術的基礎，是決定信息技術發展速度、水平和實現自主創新的重要物質保證。電子元器件的質量和可靠性直接關系到裝備的性能與戰技指標，關系到裝備研制、生產、試驗乃至實戰使用的成敗。

元器件可靠性工程基礎課程是北京航空航天大學可靠性與系統工程學院研究生的專業課程，本文通過將思政教育融入課堂，落實科研反哺教學理念，構建三七分課堂混合式教學模式，完成課程教改實踐。

1 課程特色分析與思考

1.1 課程特色分析

作為研一專業課，元器件可靠性工程基礎課程承載的任務是，在短時間內（16 學時），通過課程學習，可建立起一個完整的電子元器件質量與可靠性工程的知識體系結構。課程內容涵蓋電子元器件質量與可靠性基礎、標準體系、認證評價體系、試驗技術、分析技術、設計技術、信息技術、管理技術、發展趨勢等電子元器件質量與可靠性相關內容。

對非相關專業學生，通過課程學習，可全面了解和掌握電子元器件質量與可靠性基本知識和技術體系。課程具有系統性、基礎性、工程實用性等特點。

1.2 課程改革需求分析

深入分析學生的年齡和知識背景特征，結合前多輪次教學，反思教學效果，總結教學經驗，發現課程面臨的問題主要有以下方面。

1）彌補課本與前沿研究之間的斷層。教材是課程學習的重要抓手，2018年出版的《元器件質量與可靠性工程基礎》[16]是課程配套的教材。教材系統全面地講解了元器件質量和可靠性的基礎知識，但是因為時間滯后的因素，教材與前沿的研究之間已經出現斷層。

2）早日感受科研氛圍，有助于提高研究生的科研素養。研究生階段的目標是將學生培養成高等人才，與本科階段不同的是，研究生階段更側重培養學生的科研能力而不是學習能力。科研能力包括查閱文獻、進行試驗和學術表達等多項能力。

元器件可靠性工程基礎課程是研一年級的專業基礎課，如果上述科研能力可以在課程中得到訓練，提高學生的科研素養，可以幫助研究生新生快速融入實驗室并開展科研工作。

3）提高教學質量可助力研究生創新能力的培養。研究生培養的重中之重是創新能力的培養，而傳統的課堂教學模式已不能滿足新時代對研究生創新能力培養的要求，課堂教學模式改革、提高教學質量和助力研究生培養很有必要。

4）研究生的素質、能力很難通過試卷進行展示。傳統課程評價的考核方法單一，通常以期末書面考試為唯一標準，這種缺乏實踐應用考核、學科素養考核的評價方式無形中鼓勵學生注重做題，導致部分學生即便是拿到了不錯的成績，對這門學科的認識卻停留在十分淺薄的層面上，這絕不是研究生教學的目標和宗旨。

2 課程建設探索

2.1 課程改革的思路

在課程內容設計方面，根據元器件可靠性工程基礎課程的特點、工程項目知識儲備要求和自身教學經驗，對課程的教學內容進行梳理、化簡和整合。

整合課程結構，明確學術和思想兩方面的教學目標，增加前沿性教學內容；科研反哺教學，構建研究型教學特色，組建研究型教學團隊。

2.2 課程教學中的思政元素

“課程思政”是追求立德樹人，對專業知識中的思想品德教育元素進行挖掘，實現德育對課程內容的滲透[17-18]。

在前幾輪次元器件可靠性工程基礎課程開展課程思政時，存在元器件可靠性工程基礎課程知識與思政內容融合不充分等問題，在課堂傳授時，價值引領難以同步實現。將思政環節嵌入課程的形式也比較僵硬。

元器件可靠性工程基礎課程的思政相關元素很多，專業性也很高，因此課程內容很多、難度較高，如何將思政內容隱性地滲入在講授中，需要提前研究確定策略。

通過四條主線來融入思政元素。1）通過介紹電子元器件產業的戰略性定位，深化學生的榮譽使命感。2）以集成電路為例，介紹中國集成電路史上最具代表性的六位科學家的事跡，激勵學生不畏困難，執著研究的科學精神。3）通過介紹當前電子元器件產業國內外的差距以及一些近期的假貨識別[13，19]、“中興”事件等熱點事件，提醒學生居安思危。4）是通過介紹國內航天領域的失效分析事例[20]，培養學生的擔當意識。

2.3 科研反哺教學的實踐策略

“科研反哺教學”可以作為提高研究生教學質量的重要補充，不僅可以有效彌補教材所缺失的最新前沿進展，還可以讓研究生提前感受科研氛圍，助力創新能力培養，如圖1所示。

圖1 科研反哺教學示意圖

科學研究多是基于研究領域前沿展開，教師如果可以在課堂上講授國內外科研領域的最新發展動態，有助于補充教材缺失的前沿內容，并且彌補課程教材與科研前沿之間的斷層。

通過教師將科研領域新成果的實例、案例與課程章節相結合進行講授，可以讓學生感受科研氛圍、學習科研方法、培養創新思維、啟發創新靈感，進而培養科研能力，提高學生核心素養。

首先構建了均具有高級職稱的扎實的課程教學團隊，承擔了大量科學研究和技術研發任務，包括國家自然科學基金、技術基礎和元器件的共性檢測課題；此外，北航元器件中心作為第三方實驗室的掛靠單位，承擔了大量元器件的檢測篩選和失效分析等工程任務，涉及了各類電子元器件的電性能測試技術、試驗技術和可靠性分析技術等，覆蓋面廣，豐富的科研成果可以作為教師豐富課程內容的素材。

課程教學中，選擇展示給學生的案例需要經過教師團隊的篩選評估，從眾多案例中篩選出具備代表性并且看得見、摸得著的素材，主要包括實物、視頻和圖片等。通過在課堂展示這些素材，可以讓學生近距離感受科研前沿。實行該模式可以促進科研與教學融合，落實科研反哺教學理念，避免教師照本宣科、避免學生紙上談兵，互相促進，共同提高。

2.4 三七分課堂混合式教學模式構建

元器件可靠性工程基礎課程的目的是培養學生創新能力和應用能力；在課堂上，融合混合式教學和對分課堂的教學模式，發揮各自的優點，經過教師團隊設計重構，形成三七分課堂混合式教學模式。考慮到課程有較多的工程應用背景，基于“對分課堂”教學模式框架，將課堂時間“三七分”進行課堂教學。

三七分課堂混合式教學由線上學習和課堂教學兩個模塊組成。線上學習利用課前和課后時段開展，在課前階段，教師推送資料，學習資料一般以短視頻、微課為主，發布預習任務。課后階段，師生的任務包括課程回顧和拓展作業，其中拓展作業是可選項。作為專業課，拓展作業以滿足課程思政要求的工程倫理、大國工匠和科技報國等為主，圍繞元器件的質量與可靠性，結合當前的最新技術或者熱點事件，提升學生的思辨能力。

在課堂教學中不要囿于書本，研究方向可以吸收發現的學科、專業前沿等相關問題，并把研究成果和課程知識點相結合，更新課程內容，激起學生自主學習積極性，在保證教學中心地位的基礎上，充分發揮科研導向作用。

3 實踐效果和思考

3.1 教學實踐

為了進一步避免教和學分離，理論知識、實踐應用分離，基于混合式教學法和科研反哺教學策略，從優化整合課程授課內容、改進教學方法、分層次實施實踐教學環節以及采取過程性考核方式等方面，完成了課程教改。

在教學內容方面，將教師科研新成果如集成電路安全分析與檢測技術、最新VLSI 測試應用、元器件數字孿生技術等充實到課程中，拓展相應章節的內容，為了提高學生興趣并便于理解，結合案例和實際素材等進行講解。課程教改建設后，課程的每個學術模塊，如表1所示。

表1 課程知識框架教改前后對比

從表1 可知，除了補充完善課程對應的最新技術和課外拓展知識外，還分享了最新科研設備、科研成果和工程成果，科研成果轉化為教學資源，這種教學資源對于調動學生興趣和課堂氣氛是很有效的。在這樣的課堂氣氛下，學生的課堂認真程度大幅提高，并且學生知識面也得到了擴展。

3.2 科研反哺教學案例

為了讓學生加深對元器件篩選技術的理解，結合工程中實際篩選數據，用某集團2020年度元器件篩選的實際數據，激發學生憂患意識和擔當意識。結合篩選技術的六性，培養學生的責任意識和嚴謹作風。

元器件篩選不合格原因有功能失效、密封、多余物、參數超差、外觀不合格等，圖2 為某集團2020年度使用進口國產元器件篩選批次不合格項目分布情況。

圖2 元器件二次篩選批次不合格原因情況統計

從圖2 可知，對國產元器件而言，參數超差和外觀不合格所占比例最大；為了進一步引領學生分析國產器件參數超差背后的本質，引入了元器件篩選技術知識的學習，從如何提高篩選效果的角度，研討了元器件檢測篩選新需求問題，從測試、檢測、篩選、實現、技術和試驗等六方面，引領學生歸納出篩選技術特性，如圖3所示。

圖3 元器件篩選技術特性

3.3 教學反思

原本只是北航可靠性與系統工程學院的專業碩士的專業理論核心課，教改后，盡管課程選課人數做了50 人的限制后，仍有不少外專業學生也加入課程學習中，表2 為2021年度課程選課學生分布情況。從表2 可以看出，合計6 個不同的學院共計48 人選課，以電子信息專業的學生為主，除了專業碩士外，仍有學術碩士和博士生參與了課程學習，間接表明教改后取得了良好的教學效果。

表2 2021年度選課學生分析

本課程的改革由于主客觀方面的多種原因，仍然存在有待改進的不足之處。

1）理論知識與科研案例的結合，尚未完全形成一套適用于研究生教學的體系。

2）課時偏少，以致各板塊的教學不能從容展開。教學改革后，教學內容和教學方式均有大幅增加，使得教學課時偏緊，難以滿足教學內容的需要。

4 結束語

研究生教育是人才培養的高級階段，提高研究生教育教學質量是增強科研創新能力的關鍵環節。針對元器件可靠性工程基礎課程教學模式的現狀和存在的問題，提出將思政教育融入課堂，開展科研反哺教學實踐，構建三七分課堂混合式教學模式，完成了課程改革與實踐。實踐結果表明，課程教改取得了預期成效，可為碩士研究生其他課程的教學提供參考。