一流專業建設背景下科研反哺教學的深度探索與實踐

王茂榕 趙秋玲 張帥一 高 鵬 王 霞*

（青島科技大學數理學院 山東·青島 266001）

自2019年開始國家公布本科一流專業建設計劃[1,2]，文件中公布的一流本科專業建設點的申報條件可匯總為以下幾點：明確專業定位、規范化專業管理、突出改革成效、夯實師資力量完善教師團隊、堅持高質量學生的培養。滿足條件即可申報，目前兩輪申報已結束，其中2020相比2019國家級建設點和省級建設點數量都有所下降，國家級占比有所提升。從目前的現實情況來分析，獲批專業的教師團隊對一流專業的認識、對后續培養方案修訂以及通過何種有效途徑去提升高校的深層內涵的發展，高等教育強國夢等方面還存在很多的迷茫，幾年的建設期是否能有效的提升對學生的高素質培養都需要進一步實踐和探討。

圖1：2019-2020一流專業建設點占比分布

1 科研反哺教學的積極作用

科學研究與大學教育是一個經常被談起的話題，大學教育是高校培育國家棟梁的本職工作，同樣科學研究也是高校的核心工作之一[3]。不乏科研為主型高校，但大部分高校需兼顧權衡科研與教學的發展，以尋求高質量的科研與教學水平。科研人員需要具備全面專業的技術知識儲備及經驗，教學工作又要求教師掌握正確的教學方法，懂得與學生溝通，善于精準表達與講授等技能。在一流專業建設背景下，高校教師更應該注重科研與教學并舉，以講授專業基礎知識為依托，注入本領域內的高精尖技術，讓學生課堂變得活躍[4]。通過科研反哺教學，提升學生的學習效果，反之，通過教學效果的提升來促進教師自身科研方面的發展。最終實現科研與教學的互哺與統一。

2 科研反哺教學的深度實施

科研工作中，諸如前沿技術、新的研究手段、發現問題解決問題的能力等，如何將這些元素注入到教學中是值得深思的問題。科研離不開創新，學生創新意識和創新品質的培養且是國家對專業創新性人才培養的要求。在科研反哺教學的深度實施層面，這里以本校一流專業建設點應用物理學專業的《光電子學》這門光電類專業課為例開展相關工作，從創新理念和創新型思維入手，調整以往的課程教學內容，培育具有創新精神的光電人才。

分別從三個方面——教學重點難點、科技前沿分析和綜合實踐操作來開展工作。實現途徑分別為：重點難點通過軟件技能學習/理論仿真以新的易懂的形式呈現出來；通過對科技前沿課題分組討論，學會發現問題、分析問題、解決問題，形成學習報告，并最終嘗試提出新的觀點或想法；通過探究一些典型綜合性實驗，改善動手能力，理論結合實踐來體現創新性思維。最終實現具有個人創新思維、協作創新能力及實踐探索創新能力的綜合性專業人才。

2.1 專業建設中的本科生導師制

為適應教育教學改革的需要，實現全員、全方位、全過程育人。我校應用物理學專業自2014級就啟動了本科生“導師制”的培養模式，為本專業的每位同學配備了導師，開展個性化定制學習。本科生導師制是指學生在大學本科學習階段，由指導教師負責對學生的政治思想、學習方法和專業發展方向等方面進行指導的一種教學管理模式。實行導師制的目的在于充分發揮教師在教育中的主導作用，把因材施教的原則落實到每個學生身上。而擔任本科生導師的各位老師大部分都博士畢業于國內外著名大學，具有多年豐富的教學、科研經驗，主持或參與過國家省級基金項目。學生根據自己的學習興趣和老師的研究方向進行師生互選。在導師指導下順利完成專業課程學習的同時，提升學生的科學研究興趣，可以隨導師參與實際科學研究直至進入畢業設計階段，及早培育科研能力和創新思維，形成一種“學習—生活—科研”多渠道溝通形式。

2.2 多元化課堂教學設計

傳統課堂教學很難突破書本知識的局限，學生學習也難以獲取到學科前沿的內容。針對不同專業課的不同特征，全面梳理和設計課程教學內容，結合專業課教學過程中的重點難點問題，引導學生從新的角度用新的方式去靈活呈現課程中難以理解的理論知識。專業課學習中關鍵性理論的推導和復雜定律公式等，學生不易理解，單獨考死記硬背根本無法深入理解物理學內涵。但如果能夠結合專業科研仿真軟件，來實現專業課中典型難點理論的可視化重現，讓學生體會新方法的價值，培養學生的創新性思維。幾個典型設計案例如下：

（1）科研輔助手段的引入——專業仿真軟件，引導和教育學生利用軟件來實現專業課中典型難點理論的可視化重現，培養學生的獨立思考的能力。例如：《光電子學》第一張光源部分激光上下能級粒子數反轉及激光脈沖的調制原理，激光原理是重點和難點之一，僅僅靠課程的講解，一些較為抽象的過程不易理解。學生自發組成幾個小組，通過自學編程，結合所學的激光原理，形象的實現了粒子數反轉和激光脈沖的調制工作，將傳統理論形象的以圖形的方式展現出來，如圖2所示。

圖2：激光粒子數反轉和調制過程圖

（2）分組式課題討論。共享專業領域內的前沿科研技術與方法，將前沿的科技創新技術、創新理念引入課堂，融合科研于教學。通過給定前沿科技領域方向，學生自發根據興趣愛好分組討論探究，進而孕育出新觀念。在不脫離原教學內容與進度的前提下，又能聯系到實際科研，使學生在親身參加面向生產或科研實際研究中，不僅思維方法得到一次全面的訓練，又學習掌握了本專業的最新研究方法。以應用物理學專業課《光電子學》為例，可圍繞光電子技術在工業激光加工、光纖通信、光纖傳感以及最新前沿領域的太赫茲技術等方面的重要應用。通過對新事物的檢索、了解最新光電子技術領域動態，最終針對一個固定的方向，提出問題、分析問題并解決問題，鍛煉學生協作創新能力。訓練效果以結題報告和總結報告為準去評判。

（3）綜合性創新實驗。在原有專業課實驗的基礎上，開展綜合性實驗的設計與探索。實踐教學也是專業教學的重要內容，是樹立學生實踐觀念，培養學生創新思維、創新意識和分析、解決實際問題能力的重要環節，是鞏固理論知識和加深對理論認識的有效途徑。盡管現有的實踐教學體系取得了一些進步，但仍存在著諸多問題，如實驗設備模塊程度高，學生更多的是通過現象觀察去體會理論。開展綜合性專業實驗的探索與嘗試，能夠打破實驗單一性，如將光-機-電等不同交叉內容融合到一個實驗項目中，體會前期的設計與動手操作能力的重要性。通過融合專業課程中綜合性較強章節的知識點或相關幾門課程的知識點整合在一起，利用多種實驗手段和方法，對實驗項目進行性能指標的測量與評價，或使學生根據自己的專業知識，自主選題，自己獨立設計實驗方案，促進學生綜合運用課程群的相關知識和實驗技巧，達到培養學生融會貫通科學知識、促進科學思維和創新意識的目標。

3 總結與展望

一流專業建設目標應符合國家對專業型人才的需要。因此，在專業建設及教學中亦可引入新的元素。科研反哺教學作為給課堂注入新活力的方法，可以使課堂更加豐富多彩，同時為學生開闊了專業視野。配合理論結合實際，通過綜合性實驗的設計與探索，挖掘細節，利于培育學生的動手操作能力和科技創新意識。在未來一流專業建設中，應當兼收并蓄，集思廣益，才能有所突破，有所創新。