建设一流本科

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【建设一流本科】以光电系统工程设计为牵引,打通学生理论与实践的“任督二脉”
文:何乔 学生记者团于泽超 邓世涛 图:邝俊 课程组 来源:新闻中心 时间:2022-10-01 20:26 9713

在武侠大师金庸笔下的江湖,内功是最根本的能量源,而“任”“督”两大经脉,对习武之人而言则是一道天堑。可以说,打通这两脉是高手们突破自我的一大目标。

在光电科学与工程学院陈德军、刘娟秀、张静三位老师看来,理论功底和动手能力就如同学生的“任督二脉”,只有让这两者融会贯通,才能真正让学生成长为面向产业、面向世界、面向未来的新工科人才。

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而这,正是他们开设“光电系统工程设计”这门课程的初衷和努力方向。

课堂:面向实际需求,挑战医用光电仪器开发

当我们看到马举赫的时候,他正在调试一台小小的仪器。“你们别看它简陋,装个外壳它就是一个医院里可以使用的仪器。”他抬起头,笑着对我们说。

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原来他面前的这台仪器叫基于光学的血小板凝结度检测仪,是上学期在“光电系统工程设计”课程中的作品。把血液样本放入试管,然后再将其放入一个高约7-8厘米、直径约3-4厘米的一个圆筒内,然后开机,过一小会,就能在手机上查到血小板凝结度的相关数据。

为什么会想到做这样一台仪器?马举赫说,在课程之初,老师们提出的要求就是要做面向实际的医工结合的光电仪器。在老师的引导下,他们小组5名同学前往成都医学院第一附属医院开展了调研。当时有医护人员跟他们提到,医院用于血小板凝结度检测的仪器都是从国外进口的,不仅价格昂贵,而且还存在着重复性不好、机器过于笨重等缺点。“有时候同一个人的两管血测出来结果都可能不同,”医护人员告诉他们。

回校以后,他们查阅了相关资料,发现出现检测重复性不好的原因可能是血液样本放置过久。“血小板凝结度检测不仅需要将其保持在人体的温度,而且对于血液的新鲜程度也有很高的要求,”马举赫说。经过讨论,他们决定做一台小型的血小板凝结度检测仪,便于医护人员手持,这样可以尽可能缩短血液样本从取样到检测的时间。

在小组组员的分工协作和老师的指导下,他们顺利完成了结构与光路模块、光源模块、恒温与运动模块以及软件模块的设计,圆满完成了作品。

“通过这个过程,我才真正理解学院一直在讲的光、机、电、算、软一体化是什么含义,而且自己动手做出了一个光电系统,把理论用到了实际,感觉非常有意义。在这个过程中,老师们也给了我们很多的指导和帮助。” 马举赫说。

课程结束以后,他们将仪器的操作流程录制成视频,留给下一届上这门课的学弟学妹,希望能给他们以启发,让他们能够进一步改善仪器性能,做得更好。

初心:校内教师+企业工程师,将理论融入实践

马举赫是光电学院2019级本科生,也是该学院“卓越计划”班(简称“卓工班”)的一名学生。“光电系统工程设计”就是一门主要针对“卓工班”大三学生的挑战性课程。

2010年,国家启动了“卓越工程师教育培养计划”,希望能培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才,为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。2013年10月,光电学院光电信息科学与工程专业获批第三批“卓越工程师教育培养计划”,成立了专门的“卓工班”,每年从大一学生中遴选出部分学生进行针对性培养。

对于卓工班的同学来说,工程能力和创新能力的培养是很重要的一个方面,这需要企业的深度参与。因此在第六学期的时候,他们要进入企业进行实训。但是作为“卓工班”班主任的陈德军老师发现,虽然同学们经过前面五个学期的学习,有扎实的理论功底,进入行业以后,面对实际的需求,一开始往往会手足无措,不知从何下手,需要较长的一段时间才能真正进入状态。

2017年,国家开始推进“新工科计划”,提出要培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才,为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑。“新工科计划”不仅为卓越工程师教育培养提供了新的抓手,同时也提出了更高的要求。

陈德军认为,“卓工班”其实就是学校新工科教育的桥头堡和“试验田”,因此要更加大胆的闯和干。2017年,他邀请了学院刘娟秀和张静两位老师,在第五学期给学生开设“光电系统工程设计”课程。希望通过校企联合,引导学生进行面向需求的光电仪器开发,让他们了解项目开发的基本概念,同时获得相应的工程技术储备。

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教师团队

课程组的三位老师,研究方向各有不同,由于团队有老师从事生物医学智能检测装备研究多年,考虑到学生的需求和可用的资源,他们决定将项目锁定为光电医工结合方向。同时,一套完整的光电系统,所涉及的学科很多,包括了光(光学)、机(机械结构)、电(电子)、算(计算机)、软件、控制等等。于是,三位老师邀请了长期合作企业的四位企业工程师(结构工程师、算法工程师、软件工程师、电路工程师)加入课程组。校内导师携手企业工程师,给学生课上课下提供全方位的指导,让他们在动手的过程中真正把理论知识落到实处。

愿景:种好“试验田”,培养新工科人才

有了好的想法,但实现起来却并不像想象中的那么容易。

第一年参加课程的是“卓工班”2015级的20余名同学。开课之初,课程组老师首先邀请了几位企业导师来给同学们做了硬件、软件、结构、算法的专题培训。接下来就是“实战”。同学们自由组成了两个小组,挑战两个项目:平推式和转盘式干化学检测仪。

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2015级学生“验收”课程作品

从采购原材料,到各个模块的设计,都需要同学们自己完成,然后在课堂上汇报进度、进行讨论。当然,如果遇到难题,同学们也可以随时向老师求助。一学期下来,老师们发现项目难度太大,时间太仓促,最后同学们的项目都做得不太成功:一个受限于运动机构,一个止步于系统联调。

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2016级学生在作品创作中

到了第二年,老师们对课程进行了改进,一方面将企业导师的专题培训前移,放到了第四学期的下半期,这样同学们就有一个暑假的时间可以消化知识点,进行补充学习;另外一方面也降低了课程的要求,将项目定义为医工检测光电系统的改造。结果发现:虽然同学们的作品完成得不错,但是挑战性又稍微弱了一些。

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2017级学生在课堂上

2019年,老师们又对课程项目进行了调整,回归到整套光电系统的工程设计上来——显微镜自动对焦及细胞识别系统。而这也成为了该课程的一个传统项目,每一届学生都可以在前面一届完成的基础上进行再改造再创新。

 “几年下来,我们才慢慢找到了课程的节奏,最近两年学生作品的完成度都很好,获得感也不错,”陈德军说。

而学生们对这门课的评价也很好:

光电学院2017级本科生王栋对这门课印象颇深。当时他们小组做的就是显微镜自动对焦及细胞识别系统,而他在其中负责的是软件开发。“这门课真的挺有意义的,它不仅锻炼了我们的专业技能,同时还有团队合作沟通以及项目管理的能力,而且我也是在这门课上发现了自己对软件的兴趣,从而明确了未来的发展方向,” 王栋说。

光电学院2019级本科生杨辉认为,这门课让他真正认识到自己所学的知识对社会是有用的,从而增强了学习的兴趣和信心,“希望未来用自己的所学所长真正服务社会、报效国家”。

去年,课程组的三位老师将课程从“卓工班”扩展到了学院,针对大四学生也开设了同样的挑战性课程。同时,基于课程学生们的作品,他们针对大一新生开设了基于项目的新生课程“生物样本的自动检测系统”。他们希望不断完善课程,种好这亩新工科的“试验田”,将其打造成校企协同育人的平台、行业教育与工程教育衔接的纽带,助力培养更多的拔尖创新工程科技人才。


编辑:何乔  / 审核:何乔  / 发布:陈伟

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