科教融合視角下的光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量課程建設(shè)研究

熊玉朋 王建鵬 戴一帆 陳善勇 方劍委

[摘? ? ? ? ? ?要]? 科教融合是研究型高校強(qiáng)化科研育人，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑。以光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量課程為例，剖析了課程的性質(zhì)和特點(diǎn)，分析了科教融合引用的可行性，并從基于問(wèn)題導(dǎo)向的課堂教學(xué)、基于案例探究的專(zhuān)題研討和基于設(shè)計(jì)思維的課程實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面以科教融合的視角對(duì)課程建設(shè)進(jìn)行了研究。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 科教融合;光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量;課程建設(shè)

[中圖分類(lèi)號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）24-0150-02

科教融合思想最早出現(xiàn)在19世紀(jì)初的德國(guó)，洪堡以“教學(xué)與科研相結(jié)合”為理念創(chuàng)建了柏林大學(xué)，奉行科教并重全面育人，對(duì)德國(guó)成為世界科學(xué)中心發(fā)揮了重要作用，培養(yǎng)出以愛(ài)因斯坦、普朗克、薛定諤為代表的科學(xué)巨擘和以黑格爾、馬克思、恩格斯為代表的哲學(xué)大師[1]。19世紀(jì)末，科教融合的思想傳入美國(guó)，卡耐基教學(xué)基金會(huì)主席博耶強(qiáng)調(diào)要以科教融合重建本科教育，將科教融合理念帶入了美國(guó)大學(xué)，在美國(guó)各高校中引起了廣泛關(guān)注，斯坦福大學(xué)專(zhuān)門(mén)成立了“融合中心”引導(dǎo)和幫助科研人員將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容[2]?？平倘诤侠砟钜呀?jīng)成為世界一流大學(xué)的核心辦學(xué)理念，在“雙一流”建設(shè)的背景下，國(guó)家對(duì)各高校推進(jìn)科教協(xié)同育人、加快人才培養(yǎng)模式改革、完善高水平科研支撐拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制提出了新的更高要求。本文結(jié)合專(zhuān)業(yè)實(shí)際，在光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量課程建設(shè)的過(guò)程中進(jìn)行科教融合的改革和實(shí)踐探討。

一、光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量的課程性質(zhì)和特點(diǎn)

光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量是一門(mén)針對(duì)我校測(cè)控技術(shù)與儀器（計(jì)量技術(shù)）專(zhuān)業(yè)的課程，課程應(yīng)用特色十分突出，分為課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分，包含課堂教學(xué)16學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)8學(xué)時(shí)。課程目標(biāo)是使學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)掌握光學(xué)和長(zhǎng)度計(jì)量的基本方法，讓學(xué)生理解和掌握光學(xué)和長(zhǎng)度計(jì)量在武器裝備運(yùn)維中發(fā)揮的作用，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，在文化知識(shí)的傳承與創(chuàng)新中推動(dòng)計(jì)量事業(yè)的不斷發(fā)展。

二、科教融合應(yīng)用于光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量課程的可行性

（一）豐厚扎實(shí)的科研實(shí)踐

國(guó)防科技大學(xué)精密工程方向起源于1979年錢(qián)學(xué)森先生倡導(dǎo)下創(chuàng)建的機(jī)械學(xué)科。精密工程團(tuán)隊(duì)針對(duì)高分、02等國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)對(duì)特種功能結(jié)構(gòu)制造精度的極高要求，重點(diǎn)研究光學(xué)零件現(xiàn)代制造裝備和工藝，建立跨尺度零件納米精度制造的數(shù)字化創(chuàng)新理論和方法。目前已經(jīng)取得了以國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、湖南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)等為代表的高水平研究成果。目前已經(jīng)擁有較好的實(shí)驗(yàn)條件、豐富的學(xué)術(shù)資源，為科教融合的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，精密工程團(tuán)隊(duì)在超精密加工和測(cè)量等領(lǐng)域創(chuàng)造了中國(guó)精度，自主研制的磁流變、離子束拋光裝備突破了國(guó)外封鎖，極紫外光刻物鏡制造精度達(dá)到0.2 nm的世界級(jí)水平，形成了“精無(wú)止境、盡善盡美、創(chuàng)造卓越”的團(tuán)隊(duì)文化。

（二）互融互補(bǔ)的師資團(tuán)隊(duì)

教師隊(duì)伍建設(shè)是課程建設(shè)的關(guān)鍵，光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量課程的師資團(tuán)隊(duì)由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的學(xué)術(shù)帶頭人擔(dān)任課程負(fù)責(zé)人，成員梯次層次分明，均來(lái)自科研一線，具有良好的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在專(zhuān)業(yè)方向上具有互融互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)。團(tuán)隊(duì)一直注重科研反哺教學(xué)，目前已經(jīng)出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著6部，承擔(dān)課程4門(mén)，系統(tǒng)構(gòu)建了“本科教育—研究生教育—任職教育”的課程體系，在課程教學(xué)過(guò)程中注重利用已有的科研成果激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，采用啟發(fā)式、研討式等多樣性的教學(xué)手段培養(yǎng)了一大批高素質(zhì)人才。

三、光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量課程科教融合的建設(shè)實(shí)踐

光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量課程以科教融合的建設(shè)理念為引領(lǐng)，將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源融入課程體系，實(shí)現(xiàn)形式與內(nèi)容的有機(jī)融合。在課程建設(shè)過(guò)程中綜合運(yùn)用基于問(wèn)題導(dǎo)向的課堂教學(xué)、基于案例探究的專(zhuān)題研討和基于設(shè)計(jì)思維的課程實(shí)驗(yàn)，梯次達(dá)到寓知識(shí)傳授、能力提升于一體的效果，協(xié)同推進(jìn)教學(xué)科研的同頻共振，提升教學(xué)和人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

（一）基于問(wèn)題導(dǎo)向的課堂教學(xué)

光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量在哈勃望遠(yuǎn)鏡、激光核聚變、極紫外光刻等許多工程實(shí)踐中都發(fā)揮著重要作用，將這些工程實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量問(wèn)題，將解決工程和科研的思路、方式方法傳授給學(xué)生，將科研成果融入教學(xué)，可以有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生分析和解決具體問(wèn)題的能力，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

以光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量的第二章“波像差測(cè)量”為例，教學(xué)過(guò)程中從哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)射后成像不清晰的實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，按照“問(wèn)題研討—學(xué)生主動(dòng)參與—啟發(fā)式解答”的課堂教學(xué)模式，首先通過(guò)哈勃望遠(yuǎn)鏡波像差測(cè)量不準(zhǔn)確導(dǎo)致成像模糊的問(wèn)題激發(fā)學(xué)員的探索興趣，然后引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)提出問(wèn)題解決方案，最后講述科學(xué)家和工程師是如何考慮和解決這一問(wèn)題的。學(xué)生在問(wèn)題的探求中找到光學(xué)元件面形誤差、位置誤差和光學(xué)系統(tǒng)波像差之間的關(guān)系，主動(dòng)建立了知識(shí)之間的橫向聯(lián)系，使學(xué)生感受到光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量知識(shí)既有趣又有用，鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。

（二）基于案例探究的專(zhuān)題研討

基于案例探究的專(zhuān)題研討實(shí)施的關(guān)鍵在于教師的角色轉(zhuǎn)變，教師要從知識(shí)的“講授者”轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)“組織者”，真正做到以學(xué)習(xí)為中心、以教師為主導(dǎo)和以學(xué)生為主體。光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量第四章為光電系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量，在教學(xué)實(shí)施的過(guò)程中，教師以“紅外熱像儀的參數(shù)測(cè)量”為題開(kāi)展探究式專(zhuān)題研討，教師團(tuán)隊(duì)以從事的多個(gè)與紅外熱像儀相關(guān)的項(xiàng)目為基礎(chǔ)，精心設(shè)計(jì)了專(zhuān)題研討提綱，將學(xué)生按照4～5人劃分研討小組，并提前兩周將研討提綱下發(fā)給各小組，要求各小組按照專(zhuān)題研討提綱準(zhǔn)備匯報(bào)課件并進(jìn)行專(zhuān)題研討。

通過(guò)案例探究式的專(zhuān)題研討并組織各小組進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，各小組的學(xué)生查閱和研讀大量的文獻(xiàn)資料，掌握了紅外熱像儀的原理和分類(lèi)，理解了信號(hào)傳遞函數(shù)SiFT、調(diào)制傳遞函數(shù)MTF、噪聲等效溫差NETD、最小可分辨溫差MRTD、最小可探測(cè)溫差MDTD等十分容易混淆的關(guān)鍵參數(shù)，并掌握了這些關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)試和評(píng)價(jià)方法。同時(shí)，在專(zhuān)題研討的過(guò)程中，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的協(xié)同性和實(shí)踐性，在實(shí)踐中提高了創(chuàng)新能力。

（三）基于設(shè)計(jì)思維的課程實(shí)驗(yàn)

光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量的課程實(shí)驗(yàn)主要由四次實(shí)驗(yàn)課構(gòu)成，四次實(shí)驗(yàn)課由教師團(tuán)隊(duì)以所承擔(dān)的科研項(xiàng)目為基礎(chǔ)并根據(jù)設(shè)計(jì)思維設(shè)置的，以期達(dá)到將學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)融于課程之中。實(shí)驗(yàn)課程的基本情況如表所示，它們均需一定的自主設(shè)計(jì)，所利用的實(shí)驗(yàn)儀器均為研究領(lǐng)域廣泛使用的高精度測(cè)量設(shè)備，具有一定的前沿性和探索性。

在課程實(shí)驗(yàn)實(shí)施的過(guò)程中，教師團(tuán)隊(duì)注意發(fā)揮啟發(fā)的作用，引導(dǎo)學(xué)生按照“啟發(fā)—構(gòu)思—實(shí)施”的設(shè)計(jì)思維思路進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)。實(shí)際情況表明，通過(guò)基于設(shè)計(jì)思維的課程實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅掌握了課程目標(biāo)要求的知識(shí)，而且獲得了獨(dú)特感受與精神體驗(yàn)，自我評(píng)價(jià)都比較高，增強(qiáng)了學(xué)生的信心。

四、結(jié)語(yǔ)

提升大學(xué)課堂的教學(xué)質(zhì)量是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，需要每一名教師不斷地思考和實(shí)踐。本文以光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量課程為例，進(jìn)行課程科教融合的課程建設(shè)研究，從基于問(wèn)題導(dǎo)向的課堂教學(xué)、基于案例探究的專(zhuān)題研討和基于設(shè)計(jì)思維的課程實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面著手提升教學(xué)質(zhì)量，取得了一定的效果。在今后的教學(xué)工作中，需要將更多、更新鮮和更高質(zhì)量的科研成果融入教學(xué)資源中，進(jìn)一步提升光學(xué)與長(zhǎng)度計(jì)量的教學(xué)質(zhì)量。

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[3]陳陽(yáng)鳳.也談大學(xué)的必由之路：科教整合[J].決策與信息，2016（10）：29-30.

編輯 司 楠