研究生光電技術實驗課程教學探索與實踐

譚中奇+梁永輝+毛宏軍+于旭東+吳素勇

摘要：實驗課程教學對于提高學生理論聯系實際能力、動手操作能力以及創新思維能力等均具有重要作用。在研究生人才培養中如何充分發揮好實驗課程的重要作用，培養和鍛煉研究生實踐創新能力，這是一個值得深入探討和研究的問題。本文以我校研究生課程《高等光電技術實驗》為例，以研究生培養目標為出發點，將提高人才培養質量作為目標，結合近些年該課程的教學實踐，介紹了在研究生實驗課程教學探索中的一些經驗和體會。

關鍵詞：研究生實驗課程;光電技術實驗;創新人才培養

中圖分類號：G643 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）22-0106-03

研究生教育屬于國民教育序列中的高等教育，它對于國家創新人才培養以及提高國家科技競爭力具有決定性意義。研究生教育不僅要求學生在本門學科內掌握堅實的基礎理論和系統的專門知識，而且要求具備從事科學研究和教學工作或獨立擔負專門技術工作的能力以及創新能力[1]。因此，與本科及其之前的教育不同，研究生教育的本質是培養研究者的教育[2]，其核心是培養學生的科研能力、工程實踐能力以及創新能力。教學是為教育培養目標服務的，是實現教育目標的手段和途徑[3];教學同時也是人才培養的核心，是提高人才培養質量的關鍵。那么，研究生課程教學該如何實現研究生培養目標，并保證人才培養質量？這是高等教育工作者和研究者普遍關注的一個問題，它近些年來也是國內教育界研究的熱點[4，5]。

為更好地實現培養目標、提高培養質量，當前國內外很多工科類大專院校在研究生階段的課程系統中開設有實驗課程。以2012年全國光學工程學科排名靠前的幾所高校為例，調研可發現他們基本均開設有光學或光電相關實驗課程。之所以出現這種情況，原因顯而易見：實驗課程對于研究生人才培養而言作用是眾所周知的，它不僅可充分培養研究生分析問題和解決問題的能力、動手實踐操作能力以及對自然規律的分析提煉等方面的能力，還培養和鍛煉學員的創新能力和科研素質，為今后從事科研或教學工作打下堅實基礎。國防科大為適應新形勢下光學工程專業研究生的人才培養要求、進一步提高人才培養質量，投入大量資金構建了以光電技術為核心的研究生實驗教學和創新實踐活動平臺，建成光電技術綜合實驗中心，并依托該中心開設研究生核心課程《高等光電技術實驗》，推動了構建光學工程學科完善的人才培養體系[6]。然而，實驗課程不同于理論課程，其教學具有自身特色，實驗課程教學中采取何種方式進行？該如何充分發揮其在研究生人才培養中的重要作用？這些都是需深入研究的問題。近三年，筆者有幸參與了《高等光電技術實驗》的教學實踐活動[7]，并作為教學團隊成員對教學方式進行改革和探索，下面結合以往的教學實踐經歷，就研究生實驗課程教學方法簡單談談我們的做法與體會，以供參考。

一、聯系理論，緊貼應用

在現有的條件下，《高等光電技術實驗》已可為我校《光電子學》、《激光物理》以及《光纖光學》等課程教學提供支撐。為此，光電技術實驗課程教學中需要密切聯系理論，在講授清楚基本原理的基礎上，結合具體實驗，讓學員對相關理論問題有更為深入的認識和理解。舉例來說，在氦氖激光器實驗中，當測得氦氖激光器輸出功率隨著增益電流變化的曲線后，利用簡單的數據分析方法即可觀察到激光器中所謂的自飽和效應，為解釋清楚該效應，結合激光物理中的自洽方程組等基礎理論知識進行說明，這樣學員不僅對自洽方程組這樣抽象的公式有了進一步認識，同時進行實驗現象的物理本質的理解也更深一步。借助實驗教學，研究生光電技術實驗課程等另一個重要作用是，提高學員運用知識和工程實踐的能力，為此，實驗課程教學需結合相關技術的應用進行。這不僅能開拓學生視野、提高其理論聯系實際的能力，還可提高其課題學習的興趣。以法珀腔實驗為例，當學員進入實驗后，絕對多數同學認為法-珀腔屬于很古老的光學器件，沒有研究和應用價值，因此實驗熱情不高。此時，若闡述法-珀腔對于近代光學（特別是激光技術）的重要意義，并結合科研實際介紹法-珀腔在線寬壓窄、傳感測量以及腔衰蕩技術等新興領域中的應用情況，學員課程學習的積極性明顯得到提高。

二、鼓勵提問，引發思考

正如前面所述，研究生教育其本質是研究者的教育，需要培養學生獨立從事科研工作的能力以及創新思維能力。發現問題、分析問題和解決問題是進行科研工作的基本步驟，如何培養和鍛煉研究生科研能力是一個值得關注的問題。在實驗課程中，通過結合實驗過程中出現的系列現象，引導學員發現問題，進而思考問題，從而進行相關科研技能的培養和鍛煉[8]。譬如在法-珀腔實驗中，當搭建好系統后，即可從示波器上觀察到系列現象。這時即可引導學員描述現象，并要求發現和提出問題，如示波器上兩種顏色表征的信號分別對應法-珀腔的那些物理量？為何三角波信號掃描時法珀腔腔長時，其輸出信號存在兩個相距很近的峰？等等。進一步引導學生進行思考，此時學員便會結合法-珀腔的理論知識探究這些問題，最終得到正確理解。通過這些過程，當學生在今后科研實際中碰到類似問題時，他們就會將實驗量和物理量聯系起來，同時提出和發現問題，并結合理論進行思考，這就為今后的創新科學研究奠定基礎。

三、適時點撥，授之以漁

在科研實際中，掌握基本的分析問題的方法，從而找到解決問題的途徑是非常重要的。研究生學員經過本科教育后，雖然初步掌握了學科相關的基礎知識，但理論聯系實際的能力還相對較弱，當單獨面臨實際科研問題時，如何分析問題、解決問題往往顯得不知所措或者無法抓住問題的關鍵，因此在研究生課程教學中傳授他們基本的分析問題的方法是極有意義的。在實驗課程教學中，進行有關能力的培養和鍛煉優勢明顯，它可結合實驗過程中問題的分析和思考進行。具體為：當問題明確后，首先引導實驗學員進行集體討論，給予他們充分的深入思考和闡述自己觀點的時間，并在關鍵的時刻進行引導，以免誤入歧途。得到正確結論后，再進行簡單歸納總結，得到一般的分析類似問題的方法和步驟。在氦氖激光器實驗中，需要學員測量激光器功率與增益管位置的關系曲線，進行實驗并獲得結果后，對于如何會出現這樣的實驗結果問題，學員往往不知分析該如何下手。此時，點撥學員回想在激光原理中學過的理論知識，這樣學員很快便會順藤摸瓜，得到該現象的合理解釋。經過類似的鍛煉后，學員遇到問題時便會從與現象直接相關的物理量開始分析，利用排除法、類比法等方法進行問題探究，從而得到正確結果或結論。endprint

四、重視過程，培育素質

除理論聯系實際的能力外，在科研的道理上，研究生進行獨立科學研究還需要有動手操作經驗和堅韌不撥的科研素質。研究生光電技術實驗為學員提供了這樣一個平臺，經過該課程的系列學習，學員可以掌握基本的光學儀器使用方法、光學系統搭建技巧以及光學器件調節技能等，從而具備從事光學及其相關學科科學研究所需的技能。由于實驗是一個環環相扣的完整過程，同時考慮到學員能力的培養是一個由淺入深、由簡單到復雜的過程，因此實驗教學中要求學員全面體驗和參與實驗整個過程，但這并不意味著要求學員按照某種預先設定操作步驟進行實驗。動手操作能力的培養除了要求學員完成規定的實驗環節外，還要求實驗結果滿足預定設想，若實驗結果不符合理論分析結果，則需要學員分析并找出原因。除動手操作能力外，實驗課程還要培養學員細心、耐心以及恒心等方面的科學精神。光學實驗是一項急需恒心和毅力的工作，有些實驗系統的調節需要連續數小時甚至數天的時間，這時，需要給予學員以鼓勵，讓他們有將實驗進行到底的信心和決心。這個過程中教員應該充當的角色是同行者，但盡量不要主動動手幫忙解決實際問題，以免剝奪他們鍛煉的機會。

五、靈活組織，激勵創新

黨的十八大指出：“科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置。”作為研究生教育，必須將創新人才培養思想貫徹落實在教學實踐整個過程中。創新人才的表述中，其素質特征可概括為三方面，即創新人格、創新思維和創新能力[9]，那么在研究生實驗課程中如何進行這些方面能力或素質的培養和鍛煉呢？首先，實驗課程不為學員設定條條框框，他們在思想上是自由的，只要不涉及儀器使用安全和人身安全問題，學員可以自由組織和開展實驗過工作，教員在整個過程充當的角色是旁觀者或者觀察員，當然，必要時刻應該給予學員提示或指點，以免誤入歧途。當學員小組對設計的實驗方案或者實驗結果存在分歧時，教員更多應該充當辯論的組織者或主持人，讓學員充分闡述自己的意見，并由他們自己得到結論或是激發出新的實驗方案。其次，在課程考核方式進行相應調整，利用政策導向引導和激勵學員進行創新活動。具體而言，課程成績考核指標中增加創新思維和創新能力的評價，對于能設計并開展新穎實驗方案的學員給予加分等等。創新能力的培養在實驗課程中主要是結合科研實例分析或方案設計進行，譬如在法-珀腔實驗完成后，給學生安排課后設計任務，要求學員解決商用掃描法-珀腔干涉儀光譜覆蓋范圍較窄的缺點，借此培養和鍛煉學員創新能力。

結束語：

在我校《高等光電技術實驗》課程過去三年的教學實踐中，我們以研究生培養目標為出發點、以提高人才培養質量為目標，對于研究生實驗課程的教學方式進行嘗試和探索。并依照上述思路和方法，進行了教學改革和實踐，取得初步成效，得到選課學員的普遍好評，同時該課程在近三年的教學督導中多次獲校級優秀評價。然而，研究生教學改革與創新是沒有止境的，在今后的教學實踐中，我們將從提升研究生學員分析和解決實際問題的能力、調動他們進行創新實驗的熱情和積極性以及培養他們協同合作的意識等方面下功夫，進一步把該課程建設成為研究生一流課程。

參考文獻：

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[6]梁永輝.“十一五”研究生實驗條件建設項目論證方案[Z].內部.

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[8]楊輝，王丹，路大勇.綜合性大學普物實驗探究式教學初探[J].大學物理，2012，25（5）：109-110.

[9]秦石喬，吳建華，汪瑩.創新教育是極大值教育[J].高等理科教育，2013，110（4）：14-21.endprint