光學工程專業研究生教學案例設計探索

孟彥龍

摘要：本論文依據本校光學工程專業研究生課程設計，從案例教學基本需求及建設特征出發，分析了本專業研究生案例教學中案例與課程內容知識點之間的關聯性以及案例設計對學生能力培養的方向，通過分析提出并設計與本專業研究生培養聯系緊密且知識點覆蓋較全的10個案例。本文為光學工程相關專業研究生案例教學設計規劃提供了一定的借鑒。

關鍵詞：光學工程；研究生教育；教學案例

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）33-0094-02

一、前言

案例教學一直是專業學位研究生教學的有效手段，2009年在教育部《關于做好全日制碩士專業學位研究生培養工作的若干意見》的指導下[1]，各高校專業學位研究生教學案例庫積極開展建設。近年來，傳統的應試教育已經日臻完善并發展到了鼎盛時期，然而，隨著社會對工科類研究生各種技能需求的增加，其內在的弊端日益嚴重和凸顯，以應試教育為主要教學手段的教學方法形式單一化，將考試分數和各種證書看作是學習成功的主要評價體系成果，實質上卻是在培養學生的一種低層次認知、學習和解決問題的能力，難以提高其綜合運用能力。2013年，我國教育部針對專業學位研究生的培養分別提出《教育部國家發展改革委財政部關于深化研究生教育改革的意見》《教育部人力資源社會保障部關于深入推進專業學位研究生培養模式改革的意見》[2，3]，加速推動了國內專業學位研究生教學案例庫建設。然而目前國內對于光學工程專業相關教學案例庫的建設仍未見相關報道。國外針對專業學位研究生的教育提出CDIO理念，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的課程之間有機聯系的方式學習工程技術[4]。這種CDIO理念的教學模式與國內案例教學模式有相似之處，但針對光學工程的案例建設也未見相關報道。

光學是社會工程應用中不可或缺的一門基礎學科，而基于光學與其他學科交叉發展的光學工程是相應工程方向的基礎，其重要性不言而喻。為此開展光學工程專業學位研究生教學案例庫的建設不僅具有必要性，其未來應用前景也非常廣闊。

二、案例教學法基本原理

案例教學法是一種理論教學與實踐活動相結合的教學方法，自1870年創立以來，已經在法學、管理學、經濟學、教育學、醫學、政治學、計算機技術等各種教學中廣泛使用，并取得了良好的教學效果，對培養學生的思維和創新能力起到了積極的推動作用。案例教學法，就是學生在教師的指導下，根據課程的教學目的和大綱，組織學生對課程的典型案例進行文獻檢索、閱讀、思考、分析、方案的討論和交流、問題的解決與總結等一系列的思維與動手的實踐活動，傳授和培養學生分析問題和解決問題的方法和原理，從而提高分析問題和解決問題的能力，加深學生對課程基本概念、原理的理解和綜合應用的一種特定教學方法，其具有真實性、完整性、典型性以及啟發性四大基本特征。

對處于高速發展信息化時代中的高校所培養的各類研究生，特別是工程類的研究生來說，思維能力、分析和解決問題的能力、創新能力與社會的需求還是具有一定的距離。因此，通過對案例法在工程類研究生的實踐教學中的應用做一些探索，希望對我國的工程類創新型研究生的培養起到一定的推動作用。

三、光學工程專業研究生課程需求與案例之間的關聯性

光學工程是光學在工程技術應用領域的延伸。它應用光學原理和方法，解決、處理光學以及相關技術領域科學研究和生產實踐中的工程技術問題。光學工程發展至今，已經成為一門以光學為主，并與信息科學、能源科學等多學科緊密交叉和相互滲透的學科。光學工程專業學位碩士研究生的教育是銜接基礎課程學習與實際應用研究重要的一個環節，是教育學生由學習知識向發現問題、獨立思考并構建研究體系的過程，為此針對這一階段研究生培養的教學設計顯得尤為重要。首先，光學工程專業以光學為基礎，與多門課之間存在交叉，對于教學而言，使學生形成系統性的知識架構是非常重要的，系統性知識架構的建立最直接、最有效的方式是使學生在問題的解決過程中形成；其次，光學工程專業內的部分課程與實際的聯系之間具有隱晦性，需要學生不斷思考、探索、理解才能夠掌握，這種課程的有效講授也應當以案例展現為主，讓學生能夠在教學過程中更好地理解理論知識，并與實際應用聯系起來。案例教學就是以學生為中心，以案例為基礎，通過呈現案例情境，將理論與實踐緊密結合，引導學生發現問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點、提高能力的一種教學方式，因此對于專業學位研究生教育而言是強化專業學位研究生實踐能力培養，推進教學改革，促進教學與實踐有機融合的重要途徑，是推動專業學位研究生培養模式改革的重要手段[5]。

四、案例設計

案例的選擇離不開專業課程內容設置以及專業研究生培養目標。光學工程專業方向主要包含了：

①光纖技術。其中涉及分布式光纖傳感技術、光纖光柵傳感技術、光纖智能傳感網及其在智能建筑、大型工程安全監測物聯網等方面的應用，光纖放大器與激光器等器件的性能測試、方案設計及應用等。②光電儀器及測量。其中涉及物理、化學、生物量的光學測量技術及儀器，材料顏色、光澤度檢測技術及儀器，光電視覺檢測及分類等。③光電圖像及信息處理。其中涉及高光譜圖像處理、圖像識別及處理。④半導體光電技術。其中涉及半導體照明技術及測量、太陽能光伏發電技術及監控等。⑤光電材料與器件。其中涉及發光材料與器件、紅外材料與器件、光學晶體材料與器件、光纖材料與器件、半導體太陽能材料與器件、LED與散熱材料等。

為此，根據這些課程內容以及本專業主要的一些研究方向，提出了10項相關的案例，包括：①應用Silvaco TCAD軟件對IBC結構晶硅太陽能電池設計及優化；②具有金字塔與納米柱形貌的硅基減反結構設計與制備；③含Au納米粒子的SERS襯底在低濃度羅丹明溶液拉曼檢測中的應用；④LED植物生長燈光學結構設計；⑤基于Zigbee+GPRS通信結構的光伏LED路燈設計；⑥分布式光伏電站資源信息采集、監控及評估系統設計；⑦應用GR-5000全空間快速分布光度計對LED球泡燈光特性測試及分析；⑧柔性晶硅薄膜光伏電池的制備及封裝工藝；⑨AFM及橢偏技術對PECVD制備SiNx材料的特性測試及分析；⑩FBG溫度傳感在電力開關中的應用。

綜合看來，這些案例涵蓋了本專業課程的重要知識點，比如應用Silvaco TCAD軟件對IBC結構晶硅太陽能電池設計及優化這一案例，涉及光電材料與器件、半導體材料與器件表征分析中的基本理論知識，對于學生掌握針對器件的模型構建、性能的模擬分析具有很好的指導意義。另外，AFM及橢偏技術對PECVD制備SiNx材料的特性測試及分析這一案例囊括了光學檢測技術、半導體材料與器件表征分析等方面的知識點。其中AFM案例的講解能夠有助于學生理解材料表面形貌測試的基本機理，掌握利用靜電力開展測試的基本理念。橢圓偏振測試案例的講解則有助于學生理解光的特性以及利用偏振態測試薄膜特性的基本理念，同時在數據的分析過程中還能夠幫助學生理解材料介電模型構成以及與材料自身特性之間的關聯性。除此之外，含Au納米粒子的SERS襯底在低濃度羅丹明溶液拉曼檢測中的應用這一案例涉及目前光譜學研究前沿課題，通過該案例能夠有助于學生了解材料與光之間相互作用所產生的一些指紋檢測功能，以及基于這些功能所能夠帶來的一些檢測技術手段。

五、總結

工程類創新型研究生實踐課程的案例教學，目前還處于探索和試驗階段，隨著時代的進步，技術的發展，案例的更新、教學方法的改進都需要大量的實踐才能日益完善和趨于成熟。在實施過程中，存在著案例標準擴大化、案例教學實施盲目化、案例教學作用被夸大等諸多不足。本文結合光學工程專業課程內容，對案例選取、設計方法、原則進行了討論，并對案例教學的實施方法進行了分析，最終提出了10個與光學工程專業相關的教學案例。本文對于光學工程專業案例庫建設具有一定的指導借鑒意義。

參考文獻：

[1]教育部.關于做好全日制碩士專業學位研究生培養工作的若干意見[Z].教研[2009]1號，2009-03-19.

[2]教育部，國家發展改革委，財政部.關于深化研究生教育改革的意見[Z].教研[2013]1號，2013.

[3]教育部，人力資源社會保障部.關于深入推進專業學位研究生培養模式改革的意見[Z].教研[2013]3號，2013-11-04.

[4]王洋，范劍英，劉泊.結合CDIO理念工程光學教學方法改革的探索[Z].Proceedings of 2010 Third International Conference on Education Technology and Training，2010，（8）.

[5]教育部.關于加強專業學位研究生案例教學和聯合培養基地建設的意見[Z].教研[2015]1號，2015-05-07.