高水平應(yīng)用型大學(xué)“檢測技術(shù)”課程教學(xué)探索與實踐

［摘 要］ 構(gòu)筑全環(huán)境立德樹人“大思政”格局，是全面提升高水平應(yīng)用型大學(xué)教育教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。“檢測技術(shù)”是電子信息大類專業(yè)特色主干課程，其教學(xué)內(nèi)容與儀器領(lǐng)域科技前沿緊密結(jié)合，具有高度的學(xué)科交叉特性。融合思政元素開展教學(xué)工作具有獨特的優(yōu)勢，是新時代教育教學(xué)改革的必然趨勢。以北京信息科技大學(xué)“檢測技術(shù)”課程為例，探索了以課程教學(xué)為主線、科技前沿技術(shù)服務(wù)課程思政的教學(xué)模式，在教學(xué)實例方面，從激光干涉產(chǎn)生的“小”條紋入手，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注知識點背后隱藏的“大”學(xué)問，啟發(fā)學(xué)生見“微”知“著”，樹立精益求精的科學(xué)態(tài)度，堅定科技報國的理想。

［關(guān)鍵詞］ 課程思政；高水平應(yīng)用型大學(xué)；檢測技術(shù)；激光干涉；引力波測量

［基金項目］ 2021年度北京信息科技大學(xué)教學(xué)改革項目“課程思政視域下‘檢測技術(shù)’課程體系重構(gòu)研究與實踐”（2021GJYB26）

［作者簡介］ 張 雯（1988—），女，河南潢川人，博士，北京信息科技大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院教授，院長助理，主要從事檢測技術(shù)及儀器領(lǐng)域相關(guān)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）19-0097-04 ［收稿日期］ 2023-06-12

2023年5月，習(xí)近平總書記在二十屆中央政治局第五次集體學(xué)習(xí)時強調(diào)，教育興則國家興，教育強則國家強，加快建設(shè)教育強國，為中華民族偉大復(fù)興提供有力支撐［1］。推動本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變，是黨中央、國務(wù)院的重大決策部署，是教育領(lǐng)域人才供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要內(nèi)容［2-3］。北京信息科技大學(xué)作為以信息為特色的高水平應(yīng)用型工科大學(xué)，其“檢測技術(shù)”課程內(nèi)容覆蓋光、機、電領(lǐng)域的知識［4］，是電子信息大類專業(yè)特色主干課程。如何精準(zhǔn)匹配應(yīng)用型大學(xué)定位，緊密結(jié)合經(jīng)濟社會發(fā)展和人才培養(yǎng)需求，開展高相關(guān)性理論探索和科技創(chuàng)新，重點培養(yǎng)知行合一、學(xué)以致用、具有創(chuàng)新精神的優(yōu)秀應(yīng)用型建設(shè)人才，是“檢測技術(shù)”課程改革與建設(shè)面臨的重大問題。

一、課程發(fā)展現(xiàn)狀

“檢測技術(shù)”是電子信息大類專業(yè)面向高年級本科生的主干專業(yè)課程。該課程一方面涉及光、機、電領(lǐng)域的多門學(xué)科，另一方面沿襲原機械工業(yè)部所屬高校精密儀器專業(yè)的特點，具有鮮明的幾何量精密測量特色。通過對本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了精密測量技術(shù)的基本理論、基本概念、基本方法和技術(shù)，了解本領(lǐng)域的最新技術(shù)和進展，學(xué)會檢測系統(tǒng)特性指標(biāo)分析與評價、檢測系統(tǒng)選用與構(gòu)建、檢測數(shù)據(jù)的分析處理；掌握幾何量、機械量、電學(xué)與光學(xué)量、熱工量、生化量、時間頻率量等典型物理量的量值傳遞與常用檢測方法和儀器，獲得從事儀器行業(yè)精密測量相關(guān)工作的能力。

在新工科理念和工程教育專業(yè)認(rèn)證的推動下［5］，“檢測技術(shù)”課程教學(xué)不斷改進與發(fā)展，由專注于解決幾何量、機械量的檢定與測量工作，逐漸延伸至各種典型物理量的檢定與測量。課程涉及的教學(xué)內(nèi)容豐富，具有學(xué)科交叉特性，隨著學(xué)生學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容不斷深入，對學(xué)生前序?qū)W習(xí)內(nèi)容的考核也更為全面。此時，如果只是平鋪直敘地進行講解，將導(dǎo)致學(xué)生感覺基礎(chǔ)性知識枯燥無味、進階性知識理解困難。同時，精密測量技術(shù)面向的高年級本科生群體有較強的獨立意識，迫切要求表達自己的想法，對許多事物傾向于持批評態(tài)度，對先進科學(xué)技術(shù)具有濃厚的興趣和求知欲。對課本知識和授課對象進行深入了解，是一名合格教師應(yīng)有的專業(yè)知識水平，在此基礎(chǔ)上對學(xué)生進行能力培養(yǎng)、價值塑造，更需要教師進一步思考與挖掘，這對教師的綜合教學(xué)能力提出了更高的要求。

二、教學(xué)改進思路

（一）重構(gòu)課程體系，以應(yīng)用能力為核心

應(yīng)用型大學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生面向未來的應(yīng)用能力，“檢測技術(shù)”課程體系和課程內(nèi)容應(yīng)以此為核心重新構(gòu)建。課程設(shè)計將依據(jù)學(xué)生應(yīng)用能力的特征指標(biāo)，構(gòu)建具有一定層次和內(nèi)在聯(lián)系的課程體系，并設(shè)置符合學(xué)生實際需求的課程內(nèi)容。

（二）重構(gòu)教學(xué)形態(tài)，以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時代

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，我們將創(chuàng)新教育的組織模式、服務(wù)模式、教學(xué)模式等，以適應(yīng)數(shù)字化時代的教育環(huán)境。通過利用互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和先進技術(shù)手段，構(gòu)建數(shù)字時代的新型教育生態(tài)體系，使教育更加靈活高效。

（三）重構(gòu)教學(xué)管理制度框架，以適應(yīng)課程形式的新變化

隨著網(wǎng)絡(luò)課程和在線學(xué)習(xí)的興起，我們將把在線課程納入培養(yǎng)方案和教學(xué)計劃中，并建立相應(yīng)的教學(xué)效果評價辦法和學(xué)分認(rèn)定規(guī)則，以適應(yīng)這些新的課程形式的變化。同時轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)管理方式，以更好地支持在線學(xué)習(xí)。

（四）重構(gòu)課程教學(xué)意識形態(tài)，以課程思政貫穿全過程

在整個課程的設(shè)計、組織、實施和評價等環(huán)節(jié)中，貫徹課程思政理念，營造良好的教育氛圍。通過潛移默化地傳達主流意識形態(tài)和社會主義核心價值觀，提高學(xué)生的思想道德素質(zhì)，促進學(xué)生全面發(fā)展。同時注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，使其更好地適應(yīng)未來社會的發(fā)展需求。

三、以激光干涉檢測技術(shù)為教學(xué)實例

以激光干涉檢測技術(shù)為教學(xué)案例，拋磚引玉，探索以課程教學(xué)為主線、科技前沿技術(shù)服務(wù)課程思政的課堂教學(xué)模式，具體如下。

（一）生動引入，科技服務(wù)教學(xué)

引力波探測是科學(xué)史上一次偉大而成功的激光干涉測量實驗，課堂上首先以一段引力波的音頻開場，吸引學(xué)生注意。簡單介紹引力波的特點，即振幅小、頻率低、發(fā)生少、難以測量，并列舉一系列具有沖擊性的數(shù)據(jù)，啟發(fā)學(xué)生思考：為什么愛因斯坦1916年就預(yù)測了引力波的存在，而首次成功探測到卻是在100年后？是什么技術(shù)手段改變了這一測量現(xiàn)狀？此時教師揭秘，探測裝置是激光干涉引力波天文臺（LIGO），檢測原理就是我們今天要學(xué)到的激光干涉測量技術(shù)。

以諾貝爾獎這樣重量級的科學(xué)問題為引子，既普及了科技前沿知識，又對學(xué)生進行了科學(xué)知識的熏陶，讓學(xué)生體會到書本知識服務(wù)于科技前沿的成就感，對即將學(xué)習(xí)的知識充滿濃厚的興趣與期待。

（二）夯實基礎(chǔ)，加強知識共融

檢測技術(shù)的先修知識之一是工程光學(xué)類課程，激光干涉測量技術(shù)是相干光學(xué)的應(yīng)用，而引力波測量是邁克爾遜經(jīng)典干涉結(jié)構(gòu)與激光光源的優(yōu)勢結(jié)合。激光作為一種高相干度的光源，極大地擴展和延伸了光學(xué)的檢測對象與分辨能力。邁克爾遜干涉結(jié)構(gòu)作為最經(jīng)典的雙光束干涉結(jié)構(gòu)之一，光路結(jié)構(gòu)如圖1所示，帶領(lǐng)學(xué)生分析：光源發(fā)出的光到達半透半反的分光鏡，一束通過補償鏡到達固定反射鏡（即參考鏡M1），另一束到達活動反射鏡（即測量鏡M2），各自反射后再次經(jīng)過分光鏡到達接收屏，相干光發(fā)生干涉，是“分束—合束—干涉”過程，干涉條紋為亮暗相間、內(nèi)疏外密的同心圓，如圖2所示。

教師在與學(xué)生一起回顧光路的過程中，通過公式推導(dǎo)光程差、相位差的表達方式，關(guān)注其中的關(guān)鍵參數(shù)。同時通過可視手段幫助學(xué)生進一步明確干涉條紋的變化特性，設(shè)計問題啟發(fā)學(xué)生思考：如何從經(jīng)典的光學(xué)現(xiàn)象提煉現(xiàn)代的檢測手段？引導(dǎo)學(xué)生注意反射鏡位置與條紋間距之間的相關(guān)關(guān)系，利用條紋“吞”“吐”現(xiàn)象進行位置檢測，加強知識之間的互通與共融。

（三）舉一反三，鼓勵活學(xué)活用

回到課堂初期的問題，LIGO是怎么測得引力波的？LIGO干涉儀是由兩根長度均為4 km的真空光臂組成的進階版邁克爾遜干涉結(jié)構(gòu)，光路簡圖如圖3所示。同樣是“分束—合束—干涉”過程，如果真空光臂長度一致，如何產(chǎn)生相位差，進而發(fā)生干涉呢？此時向?qū)W生講解引力波經(jīng)過時，以能量的形式作用于相互垂直的一組光臂，將導(dǎo)致一個方向上光臂的拉長，與之垂直的方向上光臂的壓縮，如圖4所示。激光光源發(fā)出的相干光，遍歷兩根光臂后，到達探測器的時間不同，相位差就產(chǎn)生了，同時，相干光之間發(fā)生了干涉，這正是引力波到達LIGO時干涉條紋產(chǎn)生、發(fā)展、探測的全過程。

在舉一反三的教學(xué)過程中，使用動畫的形式幫助學(xué)生理解。從課堂反映來看，學(xué)生興趣很高，積極參與課堂討論，獨立分析光路傳播過程、干涉條紋形成過程及條紋變化情況，課堂效果良好；在講解LIGO探測器的光臂變化時，學(xué)生對于引力波的時空壓縮特性有了更加新鮮地了解和認(rèn)識；課堂中以提問的形式引導(dǎo)學(xué)生思考課程中的有關(guān)內(nèi)容，能夠抓住學(xué)生的注意力，帶著學(xué)生去思考，更高效地完成課堂教學(xué)。

（四）逐步升華，引導(dǎo)見“微”知“著”

完成知識點的講授與探討，只是教學(xué)過程的前序環(huán)節(jié)。此時，更應(yīng)趁熱打鐵，在知識的基礎(chǔ)上逐步升華，提高學(xué)生對科學(xué)問題的認(rèn)識，啟發(fā)學(xué)生體會科學(xué)問題發(fā)現(xiàn)和解決的過程，深入明白“小”條紋背后的“大”學(xué)問，以及更大的社會責(zé)任。

以史為鑒，可以知興替。引力波探測的百年歷史揭示了科學(xué)成功的原因，更指引著年輕一輩砥礪奮進的方向。青年是祖國的未來，生逢偉大時代是人生之幸，大學(xué)生要心系“國家事”、肩扛“國家責(zé)”，在堅持立德樹人、推動科技自立自強上再創(chuàng)佳績，在堅定文化自信、講好中國故事上爭做表率，為全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家、實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢積極貢獻智慧和力量！

結(jié)語

通過以上持續(xù)改進的措施，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的興趣有明顯提升，在實驗過程中主動性更強。近兩年課程目標(biāo)達成度相比改革前均有一定幅度的提升，以課程目標(biāo)9“終身學(xué)習(xí)的意愿”的提升幅度最大，反映了學(xué)生在終身學(xué)習(xí)意識方面有所提升，與課程持續(xù)改進主要措施的實施初衷一致。

以信息技術(shù)為核心的新一輪科技革命正在孕育興起，培育高素質(zhì)的電子信息類專業(yè)人才，提高我國信息領(lǐng)域的創(chuàng)新水平和市場競爭力，是應(yīng)用型高校應(yīng)盡的社會責(zé)任。“檢測技術(shù)”課程在新工科理念的引領(lǐng)下不斷改進，教師更應(yīng)與時俱進，從扎實的課程理論功底入手，不斷更新、提高、擴展、豐富自身知識體系，同時，注重提高自身思想水平與教學(xué)修養(yǎng)，以自身的好思想、好道德、好作風(fēng)為學(xué)生樹立榜樣。在重視對大學(xué)生的知識傳授與能力培養(yǎng)的同時，引導(dǎo)學(xué)生見“微”知“著”，從基礎(chǔ)知識出發(fā)，將科學(xué)精神、家國情懷、社會責(zé)任等內(nèi)容潤物無聲地融入課程教學(xué)，以構(gòu)建全員、全程、全方位育人格局的形式，將各類課程與思想政治理論課同向同行，最終實現(xiàn)“檢測技術(shù)”課程立德樹人的核心功能，鼓勵青年一輩肩負起時代賦予的重任，加快建設(shè)科技強國，努力實現(xiàn)高水平科技自立自強！

參考文獻

［1］習(xí)近平主持中央政治局第五次集體學(xué)習(xí)并發(fā)表重要講話［EB/OL］.（2023-05-29）［2023-06-05］.https：//www.gov.cn/yaowen/liebiao/202305/content_6883632.htm？device=appamp;eqid=eb971fc50000693b000000046475a66camp;eqid=efcbc488002406400000000264943048.

［2］孫澤平.關(guān)于應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)改革的思考［J］.中國高教研究，2011（4）：55-57.

［3］韓寶平.以產(chǎn)教融合工程為契機 推進地方高水平應(yīng)用型大學(xué)建設(shè)［J］.中國高等教育，2018（Z4）：16-18.

［4］陳青山，張帆，董明利，等.現(xiàn)代化生產(chǎn)背景下精密測量技術(shù)工科專業(yè)人才培養(yǎng)的思考［J］.教育教學(xué)論壇，2020（25）：136-137.

［5］鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動［J］.高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

Exploration and Practice of Teaching Detection Technology Course in High-level Application-oriented Universities： A Case Study of Beijing Information Science and Technology University

ZHANG Wen

（School of Instrument Science and Opto-Electronics Engineering， Beijing Information Science amp; Technology University， Beijing 100192， China）

Abstract： Building a complete environment to cultivate students’ morality and political awareness is the key to comprehensively improving the quality of education and teaching in high-level application-oriented universities. Detection Technology is a characteristic backbone course of the electronic information major. Its teaching contents are closely integrated with the forefront of technology in the instrument field and has a high degree of cross-disciplinary characteristics. The integration of ideological and political elements in teaching has unique advantages and is also an inevitable trend of new era education and teaching reform methods. This article takes the course of Detection Technology at Beijing Information Science and Technology University as an example to explore the teaching mode of taking course teaching as the main line and serving curriculum ideology and politics with cutting-edge technology. In terms of teaching examples， starting from the “small” stripes generated by laser interference， it guides students to pay attention to the “big” knowledge hidden behind the knowledge points， inspires students to see the “micro” and know the “macro”， establishes a scientific attitude of striving for excellence， and deepens the “greater” social responsibility of serving the country with science and technology.

Key words： curriculum ideology and politics; high-level application-oriented university; Detection Technology; laser interference; gravitational wave measurement