將前沿科研方向融入教學

薛俊俊+智婷

摘 要 如今關于教學與科研相融合的教改文章和論著鋪天蓋地，但是實際操作中如何培養本科生的科研素質這個關鍵問題上主要局限于理論教學的實踐活動，大學生創新項目以及本科畢業設計等方面，而對如何在本科課堂教學上培養學生的科研素質卻很少探討。加之原始的教學知識對比于當前科研前沿熱點問題相對陳舊。學生對自我科研素質的培養意識不足，更缺乏濃厚的興趣，因此，往往將科研和教學有機結合起來成為了一紙空談。筆者為電子科學與技術專業教師，主講光纖通信原理課程，在該課堂上采取了一些教改措施，積累了一定的經驗，取得了一定的效果，希望本文能為廣大教育同仁提供一些有借鑒意義的思考。

關鍵詞 前沿科研方向 教學 光纖通信 課程

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.10.043

0 引言

高等教育的目的是大學擔負著培養國家經濟社會發展急需的高素質優秀專業技術人才和推動社會經濟發展的高層次杰出人才的雙重任務。這很好地體現了大學的“人才培養”這一基本職能。此外，在科技創新方面，大學是我國科技創新的動力來源、知識和技術創新的引領者、教學研產一體化協同創新的智慧站，對于我們國家在日趨激烈的全球經濟、科技和文化等領域的競爭中占據有利地位具有舉足輕重的影響。這很好地體現了大學的“科學研究”和“服務社會”這一基本職能。因此，大學特別是研究型大學所開設的課程及其相關教授內容均應自始至終在強調“科學研究”的基礎上，將“人才培養”和“服務社會”形成有機的整體。這就要求人才培養方面既要掌握系統全面的科學理論基礎知識，又要培養成一定的科研素質和創新能力。科研素質主要囊括科研的意識、方法和精神。在當前本科教學中，既要讓學生學習基礎的科學理論知識，又要培養學生的科研基本素質，為未來的研究生教育打好基礎已經是許多大學的普遍共識。

筆者為電子科學與技術專業教師，主講光纖通信原理課程（雙語教學，48學時），在該課堂上采取了一些教改措施，積累了一定的經驗，取得了一定的效果。

1 以基本知識為基礎，強調學科體系，從根本上將教學和科研相結合

無論課程學時多少，教學內容都要保證課程體系的完整性。內容完整、層次分明、脈絡清晰的課程體系不僅是本科教學的基本要求，更是促進學生科研素質的基本條件。“光纖通信原理與系統”這門課涵蓋內容十分寬泛，該課程的信息量和牽涉的理論也十分繁雜。因此，筆者在保證完整的教學體系的基礎上，加強這門課的學科體系特點，促進學生的科研素質的培養，做到基礎的原理知識只增不減，選擇原理與具體知識點的結合點和突破口的具體事例，對工程工業化的知識進行一定的刪減。首先，筆者在選擇教學內容前仔細解剖光纖通信這門學科，尋找科研核心和脈絡，盡可能的體現光纖通信的科研進程和科研思維。比如，筆者將光纖通信這門課劃分為光學基礎、光波導、光器件以及光纖通信系統四個大的方面，讓學生能從紛繁的光纖類知識中有個整體的把握。其次，筆者同時將光學基礎和光波導與光器件緊密結合起來?？偹苤?，光具有波粒二象性，那么光在波導中傳播主要體現光的波動性，而在光器件中，主要體現光的粒子的性質。不斷向學生強調所學知識點的真正背后的原理，讓學生“知其所以然”。從一開始就培養學生的科研態度。最后，筆者將一些示例性、介紹性的內容以自習的形式布置給學生學習。比如，“光纜的制造”的內容筆者將其作為自習內容，不在課堂上贅述。

2 增加前沿科研內容，打開學生的科學思維和視野，教學內容反映科研進展

在構建好教學體系之后，要從具體的教學內容引出當前本學科的最新科研方向，在必要的時候，適當添加與之相呼應的前沿的科研內容。筆者從若干國際主流期刊甄選出與光纖通信相關的科研方向，將其與課程的對應知識點進行協同類比，達到對課程和當前前沿科研知識共同加深理解的目的。例如，筆者選擇當前最熱的科研方向——“表面等離共振（surface plasmon resonance， SPR”效應作為學生學習的補充材料。首先， SPR效應是一種光在金屬表面傳播的一種特殊性質，因此金屬亦可以被看做為一種特殊的光波導，這與我們光纖通信中的玻璃或者其他介電質波導本質上均是一樣的。同時SPR中的表面等離極化激元（surface plasmon polariton， SPP）效應中電磁波的消逝場的傳播方式與平面集成光波導的消逝場的傳播方式以及SPP的耦合激發方式和集成光波導的光耦合方式基本是一致的。通過兩方面知識的學習，學生不但對SPR效應不會感到那么陌生，更可以加深學生對電磁波在光波導中傳播的理解。

當然，筆者在選擇補充材料時，要選擇能反應當前前沿科研的代表內容，講究內容的時效性。同時補充內容不宜過多，否則將打亂正常的教學計劃。此外，在講授該部分補充內容是，筆者也從“隱形衣”的角度來介紹SPR的未來可能的發展應用，大大增強了該部分的趣味性，防止學生對科研產生過多的枯燥感。

3 多樣化的作業方式，促進學生多思考

學會思考對于科研來說是一個十分重要的習慣。在講授“光纖通信原理與系統”的時候，筆者采用三種作業方式，加強師生之間的溝通，促進了學生的獨立思維。除了取用傳統的“作業本”的作業方式外，筆者采用了兩種隨堂布置的“思考題”作業方式為補充。第一種思考題的方式是，在隨堂授課過程中，遇到某些有一定理論深度的問題，布置給學生，鼓勵他們采用多種學術搜索引擎（谷歌學術、Web Science等）來獨立自主地尋找答案。并把自己的對該問題或者理論的看法和理解，以學術報告的形式發給授課老師。比如，光的傳播速度主要受到材料本身的性質和波導的幾何尺寸與形狀決定。總所周知，材料性質影響光速主要依賴材料的折射率。而波導的幾何如何影響光速這個問題通常容易被忽視，同時這方面理論又牽涉到電動力學和數學物理方程兩個方面，并不能用三言兩語解釋的清楚，因此，這種問題更適合以學術報告的形式表達。此外，另一種思考題的作業方式是指，在上課過程中，遇到一些有意思的小問題，布置給學生，鼓勵他們課后獨立思考，或者通過適當資料查找就可以尋得答案。比如，為什么激光器中的受激輻射相應要比LED中的自發輻射響應快的很多？再如，激光器的諧振腔通過端面的高反射鏡進行選模，那形成穩定的激光后如何從端面輸出的？這些問題，往往容易忽視，并且常見的教科書中也會一筆帶過。學生通過這些小問題的進一步啟發，可以加深對許多科學問題的理解。endprint

4 雙語教學，促進基本科研能力的培養

越來越多學生，在本科畢業后選擇繼續攻讀碩士或者博士學位。因此，如果沒有經歷過雙語教學的訓練，許多學生很難有機會接觸到、熟練掌握特有科研專業名詞術語。因此，沒有掌握過硬的學術、科研英語這種基本的科研能力，會限制學生未來進行深入的科研學術交流以及專業學術論文的質量，從而限制了他們未來研究工作的發展。為了學生更好地向未來的科研工作過渡，我們“光纖通信與系統”采用雙語教學。教師教學的教案、PPT以及后續作業、考試均為全英文。只有在筆者口述授課內容上會加入少量的中文用以提示學生。

值得注意的是，在該課伊始，筆者先就雙語教學的重要性跟學生進行耐心講解。同時，在充分采納學生的意見的基礎上，在教學環節上進行微調，盡量降低學生對雙學教學的抵觸情緒。

5 小結

“光纖通信”類等通信電子類的課程要求教師具備扎實的知識背景、濃厚的興趣以及強烈的責任心。加之前沿科研內容的融入，對教師提出了更高的要求，需要筆者在今后的教學過程中不斷摸索。從近些年的教學實踐中，筆者深切感受到，只有教師不斷鼓勵學生多思考，多探索，從主觀上接受科研素質培養，才能真正地將科研和教學真正融合到一起。

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