創新能力培養為導向的《激光技術及應用》課程改革與實踐

汪平河

（電子科技大學 四川·成都 611731）

信息化是時代發展趨勢，而信息產業的核心是芯片產業。芯片制造依賴于光刻機，而準分子激光光源是光刻機最為關鍵的組成部分之一，其關鍵技術尚未突破，因此要求相關工科專業不僅需要培養研究生掌握寬廣扎實的理論基礎，科技創新與實踐能力培養也亟待加強。對于光信息科學與技術專業而言，《激光技術及應用》課程是進行激光原理、技術與應用知識學習和創新能力培養的一門核心課程，也是光學工程學科的基礎，課程內容包括短脈沖技術、模式選擇技術、非線性光學技術等，提高學生的理論基礎。隨著產業發展需求不斷變化、新技術不斷更新，《激光技術及應用》課程也需要不斷優化教學設計、完善教學內容，深化教學改革，培養研究生創新能力。

高質量的課程教學可以有效提升研究生的創新能力。國內高校在研究生一年級設置相關課程教學，以支撐研究生深入學習專業知識，但課程的“研究性”以及創新能力培養導向仍然不夠突出。目前各高校對研究生創新能力培養為導向的課程改革進行了很多有益探索，如吉林大學優化研究生核心課程結構，強化實施體系，華南農業大學以系統學習、學術探究與應用實踐深度結合為目標重構課程體系，南京大學以課程評價中發現的問題為導向，以點帶面進行課程改革，南京航空航天大學以需求性為導向，以內容重構、思維交互展現、過程數字化等方面來培養學生研究能力和思維能力，哈爾濱工業大學以新工科背景下進行教學內容、體系和方法改革探索創新能力培養的教學模式。南昌航空大學通過任務型、案例與討論式的課堂教學模式以及對于注重過程管理性能的考察進行了多種課程改革來培養學生的創新創業能力。然而，研究生課程教育在工科研究生教育方面，尤其是光信息科學與技術專業教育的核心課程改革探索仍然不足，本文以《激光技術及應用》為例，闡述了工科研究生核心課程的教學改革與實踐。

1 以基礎與前沿重構課程教學內容

《激光技術及應用》課程分為40個學時，共計兩個學分，內容包括短脈沖技術、激光放大技術、激光選模技術、非線性光學技術等，目的是使學生掌握激光相關內容的基礎理論和相關技術，具備從事光電子技術研發的基礎能力。但是電子科技大學光電科學與工程學院研究生生源組成復雜多樣，對于本門課程的先修課程《激光原理》掌握情況參差不齊，同時傳統的《激光技術與應用》課程教學也不能滿足新時代新技術飛速發展以及國家、社會對相關工程科技人才的要求，因此課程內容改革同時兼顧先修理論基礎和技術發展前沿，在此基礎上進行課程結構和內容調整，學時安排如表1所示。

表1：《激光技術及應用》學時安排

課程針對基礎的教學方面增加了激光原理內容知識。課程教學內容第一部分增加各波段主流激光器、激光器的基本結構和工作原理等激光原理內容，可以為學生建立激光器基本機構和工作原理的知識框架，強化學生激光技術相關知識基礎。這就可以保證在研究生基礎參差不齊的情況下，在涉及到先修課程內容時，及時講解相關知識，課程內容循序漸進，幫助沒有先修基礎的學生補足短板，同時也可以鞏固已有基礎的同學的知識體系。

課程針對前沿的教學方面增加了先進技術發展。將激光技術前沿發展與實際應用引入課堂，激發學生學習興趣的同時，引導學生樹立在激光技術方面進行創新研發的專業志向。如2018年諾貝爾物理學獎表彰了激光物理學領域的突破，物理學家探索研究激光鑷子等激光工具，為人類觀察極其小、極其快的進程成為可能；課程還以紅寶石激光器和鈦寶石激光器為實例講解激光器的結構組成和工作原理，以科學性和時代性重構課程內容，激發學生創新性思維。（見表1）

2 以目標導向設計課程教學

立足國家戰略、行業需求和學院人才培養目標加強《激光技術及應用》課程教學設計，借助學院科研優勢，引入學院相關學術研究，結合實際應用，激發創新思維。電子科技大學光電科學與工程學院在光纖激光器方面開展了深入學術研究，并且積累了豐厚的科研成果。為服務于學院人才培養目標，借助學院科研優勢，拓寬學生學習的廣度和深度，課程設計中以學院現有光纖激光器的技術研究為基礎，對摻雜光纖激光器、短脈沖光纖激光器等進行講解與探討，引導學生開放學習和探究學習。

以多學科思維融合、跨專業能力融合為導向，課程設計結合工程應用實際，激發研究生專業志趣和創新創造活力。在課程教學中以激光技術為主線，結合激光技術在不同專業方向的實際應用，如激光武器技術、激光加工技術、激光測距和雷達、激光技術在生物醫學中的應用等，通過工程實際來培養研究生跨學科思維和勇于創新的精神，促進其知識、能力和素質培養的有機融合。以激光技術在生物醫學中的應用為例，課程教學中詳細介紹了光學相干層析技術（OCT）在醫學上的應用和實驗平臺的搭建，探索組成高速掃頻源OCT系統的各個模塊如光源、參考臂、樣品臂、數據處理和成像的具體功能本質，進而闡述高速掃頻源OCT系統作用深層次的機制，引導研究生突破習慣性認知模式，培養學生對應用激光技術解決實際問題的興趣，在此基礎上，設置思考題與小組討論作業，供學生課后復習與鞏固。

3 以科學可測量改革課程管理與評價

改革課程管理與評價，豐富課程過程管理，嚴格考試評價，同時做實做細過程管理和考試評價材料，從而激發學生思辨創新與勤奮鉆研精神，增強學生由此獲得專業能力和創新能力提升的成就感。

課程過程管理包括課堂知識應用實時互動、課外前沿閱讀拓展和先進技術專題匯報三個方面。為提高課堂效率，促進學生知識理解與運用，備課時提前準備與本節課知識相關的實際應用問題，如講解激光器的基本結構和工作原理時，設置如下提問：形成激光輸出的條件有哪些？世界上首臺激光器是什么激光器？它的主要發射波長為多少？ YAG激光器的激活粒子是什么？它的主要發射波長為多少？在課程中適時發問，增強師生互動的同時，引發學生思考。課外設置前沿閱讀作業延伸課程知識，以提升課程學習深度與廣度要求學生廣泛閱讀激光器發展前沿報道與文獻，如詳解2018年諾貝爾物理學獎中激光器的技術突破等。先進技術專題匯報則根據新型激光器的發展設置題目：共焦顯微成像技術、多光子顯微成像技術、中紅外激光光源、隨機激光器，要求閱讀參照30篇以上的中文文獻和英文文獻進行相關技術的原理與實現匯報。通過以上非標準性的過程評價，提升課程挑戰度，擴大學生課程知識面，從而激發學生思辨創新能力。

嚴格考試評價，引導學生掌握扎實的激光技術理論基礎和創造性學習能力。采用閉卷式考試方式，設置填空題、選擇題、簡答和計算題考察激光技術專業知識，設置創新考題如學生結合課程學習，指出某種激光器在結構或功能上的不足，并提出改進方案，或者提出一種新功能的激光器并且設計其結構，創新考題激發學生自主學習動力，實現創新能力培養。

4 結論

以《激光技術及應用》課程為例進行工科核心課程改革探索，通過課程內容、教學設計和管理評價等方面的改革實踐，將學院科研優勢、科技發展前沿與實際應用引入課程，結合和科學可量化的管理評價，激發專業興趣和學習動力，促進學生創新能力的提高，學生課程評價一致好評。接下來將以學生中心、持續改進的理念，深化教學改革，進一步完善《激光技術及應用》的教學模式，培養擔當中華民族復興大任的科技人才。