光電科研成果轉(zhuǎn)化為光電綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究與實(shí)踐

李世雄 陳德良 王 添

(貴州師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 貴州·貴陽 550018)

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)簡(jiǎn)稱光電專業(yè)，該專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)是要培養(yǎng)具備良好學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、專業(yè)能力和一定創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的應(yīng)用型人才。學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是專業(yè)培養(yǎng)中非常重要的一個(gè)方面。專業(yè)人才培養(yǎng)主要分為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為專業(yè)人才培養(yǎng)的一個(gè)重要部分，在實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)方面有著理論教學(xué)不可替代的重要作用。

隨著科技進(jìn)步，光電技術(shù)飛速發(fā)展，在光電專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，除了一些基礎(chǔ)性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)外，很多實(shí)驗(yàn)較陳舊，已經(jīng)不能滿足時(shí)代要求，無法體現(xiàn)最新的光電技術(shù)。另外這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的陳舊和滯后導(dǎo)致無法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也起不到應(yīng)用型人才的培養(yǎng)作用。因此，光電實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革也刻不容緩。光電專業(yè)教師在教學(xué)的同時(shí)還能進(jìn)行科學(xué)研究，其科研成果與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系緊密，包含了很多光電新方法。將一些可操作性強(qiáng)及較成熟的科研成果進(jìn)一步設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生思考、討論科研成果中新方法的理論基礎(chǔ)及其應(yīng)用；然后在老師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行驗(yàn)證，再讓學(xué)生在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作中完善實(shí)驗(yàn)方法、修正實(shí)驗(yàn)方案，最后將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是教學(xué)促進(jìn)科研、科研反哺教學(xué)的重要途徑。科研成果轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在實(shí)驗(yàn)過程中能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性及自信心，使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)；學(xué)生能獲得一些本專業(yè)前沿的知識(shí)，用以開闊眼界；同時(shí)通過這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還能激發(fā)學(xué)生對(duì)本專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣。

科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目得到了大量研究者的研究和探討，[1-4]并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行了實(shí)踐，取得了較好的效果。本文結(jié)合本校光電專業(yè)為新辦專業(yè)的實(shí)際以及光電專業(yè)應(yīng)用性強(qiáng)的工科特性，將本專業(yè)教師的科研成果進(jìn)行歸納總結(jié)，并結(jié)合可操作性要求，設(shè)計(jì)出能夠在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)驗(yàn)證，最終確定為實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目現(xiàn)狀

我校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)為新辦專業(yè)，2016 年開始招生。該專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)分占比達(dá)到30%，包含了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。其中的光電綜合實(shí)驗(yàn)是專業(yè)綜合性最強(qiáng)的一門實(shí)驗(yàn)課。光電綜合實(shí)驗(yàn)開設(shè)學(xué)期為第5 學(xué)期，共48 學(xué)時(shí)，12 個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)4 學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包含：晶體聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、晶體磁光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、光電探測(cè)實(shí)驗(yàn)、氫光譜實(shí)驗(yàn)、光學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)量及像質(zhì)評(píng)價(jià)、光電定向?qū)嶒?yàn)、激光器脈沖調(diào)Q實(shí)驗(yàn)、光電傳感器實(shí)驗(yàn)、電子及激光散斑實(shí)驗(yàn)、光學(xué)/數(shù)字彩色圖像編碼實(shí)驗(yàn)、光纖信息及光纖通信實(shí)驗(yàn)（一）、光纖信息及光纖通信實(shí)驗(yàn)（二）。該實(shí)驗(yàn)課程目的是使學(xué)生掌握光電技術(shù)的原理、光電儀器設(shè)備組成以及它們的使用方法，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)光電技術(shù)基本儀器的特點(diǎn)及使用規(guī)范有初步的了解。因此選擇一些設(shè)計(jì)性和工程應(yīng)用性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，能培養(yǎng)學(xué)生在光電技術(shù)方面的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和科學(xué)研究能力。2016 級(jí)學(xué)生已經(jīng)在2018 年下半年開設(shè)該課程，開設(shè)過程中發(fā)現(xiàn)的問題：光纖信息及光纖通信實(shí)驗(yàn)（一）、光纖信息及光纖通信實(shí)驗(yàn)（二）這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)和光通信原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程中開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本重復(fù)；激光器脈沖調(diào)Q 實(shí)驗(yàn)較單一，且沒有體現(xiàn)激光應(yīng)用。有必要對(duì)光電綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1.2 科研成果現(xiàn)狀

學(xué)院光電專業(yè)教師科研成果較多，截止2019 年7 月已發(fā)表論文20 余篇（含SCI、EI 收錄、中文核心等期刊），同時(shí)還取得了較多國(guó)家專利，都是涉及光電方面的研究成果，如《激光誘導(dǎo)等離子體加工石英微通道機(jī)理研究》《皮秒激光在熔融石英中誘導(dǎo)微爆炸形成微腔的研究》《動(dòng)態(tài)大尺度物體形貌光學(xué)在線測(cè)量技術(shù)研究》《基于數(shù)字全息顯微的海洋浮游生物三維形貌快速重建方法研究》《數(shù)字全息顯微測(cè)量中相位畸變的矯正方法》等。[5-9]專業(yè)教師科研成果包含了激光應(yīng)用、數(shù)字全息、相位測(cè)量輪廓術(shù)、光譜模擬等方面的研究。

2 科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化

2.1 篩選

光電專業(yè)教師科研成果多、雜、涉及的專業(yè)知識(shí)廣，篩選的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要滿足下列原則：

（1）重復(fù)性、環(huán)保性和安全性。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有重復(fù)性，才能保證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展；實(shí)驗(yàn)過程中還要保證師生的安全以及對(duì)環(huán)境無污染。

（2）項(xiàng)目成本。具備實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開展的儀器設(shè)備，且由于需要不停地重復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)耗材不應(yīng)該太昂貴。

（3）能激發(fā)學(xué)生興趣。教師科研成果較多，篩選出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生的探究能力。

（4）難度適中，體現(xiàn)光電新技術(shù)和新知識(shí)。教師科研成果綜合性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)需要考慮項(xiàng)目?jī)?nèi)容不能太復(fù)雜，又具有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性，同時(shí)能體現(xiàn)最新的光電新技術(shù)。

（5）操作時(shí)間。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本都是3-4 個(gè)學(xué)時(shí)，在轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要在要求的學(xué)時(shí)內(nèi)能完成。如果實(shí)驗(yàn)時(shí)間太長(zhǎng)，學(xué)生就很難完成教學(xué)任務(wù)。

（6）項(xiàng)目開設(shè)時(shí)間。教師科研成果綜合性強(qiáng)、涉及專業(yè)知識(shí)面廣，將科研成果轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，開設(shè)時(shí)間需要考慮學(xué)生是否能消化和吸收。對(duì)于大一和大二的學(xué)生由于接觸的基本都是基礎(chǔ)課程，對(duì)專業(yè)課程接觸較少，而大三的學(xué)生正好學(xué)習(xí)了較多專業(yè)課程，具備這一條件。因此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可考慮開設(shè)在大三以后的實(shí)驗(yàn)課程中。

根據(jù)以上原則，在實(shí)際操作中，科研成果轉(zhuǎn)化過程中從以下兩種篩選方式進(jìn)行：

（1）學(xué)生參與到教師科研項(xiàng)目中。光電專業(yè)所在學(xué)院除了光電專業(yè)學(xué)生外，還有物理學(xué)和電子信息專業(yè)，且已有多屆畢業(yè)生。在前期篩選過程中，讓學(xué)生申請(qǐng)大學(xué)生科研項(xiàng)目或通過業(yè)余科研加入到教師的科研項(xiàng)目中，對(duì)教師已經(jīng)取得的科研成果進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，通過這部分學(xué)生對(duì)研究成果的消化和吸收，篩選出較為合適的科研成果或科研的某一過程，設(shè)計(jì)出不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

（2）將科研成果融入畢業(yè)論文選題中。在指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)論文時(shí)，將教師科研引入到學(xué)生論文選題中。一個(gè)或多個(gè)學(xué)生的整個(gè)論文環(huán)節(jié)（文獻(xiàn)閱讀確定題目，論文題目可行性分析，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析，論文總結(jié)）對(duì)應(yīng)著一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程（包含前期調(diào)研，實(shí)驗(yàn)可行性分析，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備準(zhǔn)備與組裝，實(shí)驗(yàn)過程，數(shù)據(jù)分析，重復(fù)實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)總結(jié)）。完成一個(gè)畢業(yè)論文后，即驗(yàn)證了一個(gè)科研轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在整個(gè)篩選過程中，應(yīng)重視與這些學(xué)生的溝通和交流，發(fā)現(xiàn)哪些項(xiàng)目更能激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新熱情，哪些項(xiàng)目能引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。通過篩選，得到了科研轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：基于數(shù)字全息顯微的透射型物體表面三維形貌測(cè)量、激光損傷與加工實(shí)驗(yàn)、光譜測(cè)量及光譜模擬實(shí)驗(yàn)、相位測(cè)量輪廓術(shù)(PMP)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字全息測(cè)量系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)、條紋投影三維外形測(cè)量實(shí)驗(yàn)。

2.2 驗(yàn)證與效果

按照以上篩選原則和方式，篩選出學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目與學(xué)生畢業(yè)論文中涉及教師科研成果的大量實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)考慮到學(xué)院光電設(shè)備的現(xiàn)實(shí)情況，分析了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開展的可行性。我們對(duì)光電綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在的問題進(jìn)行了分析，教師科研成果轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目替換了一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基于數(shù)字全息顯微的透射型物體表面三維形貌測(cè)量替換原有光纖信息及光纖通信實(shí)驗(yàn)（一），相位測(cè)量輪廓術(shù)(PMP)實(shí)驗(yàn)替換原有光纖信息及光纖通信實(shí)驗(yàn)（二），原有激光器脈沖調(diào)Q 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化為激光損傷與加工實(shí)驗(yàn)。其中的激光實(shí)驗(yàn)，不管是優(yōu)化前還是優(yōu)化后，都是有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)首先需要在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行，并做好防護(hù)措施；優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更能體現(xiàn)激光的應(yīng)用，有利于激發(fā)學(xué)生的興趣。最后，將優(yōu)化后的光電綜合實(shí)驗(yàn)在2017 級(jí)光電專業(yè)進(jìn)行了驗(yàn)證（2017 級(jí)該實(shí)驗(yàn)課程于2019 年9 月開設(shè)），所有這些新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中取得了良好的效果，能在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)內(nèi)完成。通過學(xué)生反饋，學(xué)生在這些新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中能接觸到光電新知識(shí)和前沿的東西，同時(shí)能打破學(xué)生的科研神秘感，增強(qiáng)學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)驗(yàn)過程中，提前熟悉科研的整個(gè)過程，提高學(xué)生獨(dú)立思考和獨(dú)立動(dòng)手的能力，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。最終實(shí)現(xiàn)本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。

考慮到光電科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的效果，以及前期光電綜合實(shí)驗(yàn)大綱中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在的問題，同時(shí)考慮到2018 級(jí)光電專業(yè)的該實(shí)驗(yàn)課程還未開設(shè)，我們從2018 級(jí)開始對(duì)光電綜合實(shí)驗(yàn)大綱進(jìn)行了修訂，將光電科研成果轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目寫入實(shí)驗(yàn)大綱項(xiàng)目中。

3 結(jié)語

本文首先分析了光電專業(yè)光電綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在的問題，以及光電教師目前的科研成果情況；進(jìn)一步討論了光電科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原則和方式，并篩選出合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。然后將轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程中進(jìn)行驗(yàn)證，并取得了較好的效果，最后將光電科研成果轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目寫入實(shí)驗(yàn)大綱。光電科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是教學(xué)促進(jìn)科研、科研反哺教學(xué)的一個(gè)重要體現(xiàn)。整個(gè)過程既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能使教師提高教學(xué)、科研能力。該研究對(duì)于光電專業(yè)以及其它專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革有一定的推動(dòng)作用。

貴州省教學(xué)內(nèi)容與課程體系改革項(xiàng)目：光電科研成果轉(zhuǎn)化為光電實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究與實(shí)踐，批準(zhǔn)號(hào)：2018520079)資助的課題