科研創(chuàng)新在光電信息科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的改革與探索*

張 艷 陳國祥

(西安石油大學(xué)理學(xué)院 陜西 西安 710065)

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(西安文理學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院 陜西 西安 710065)

1 引言

黨的二十大報(bào)告中,習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào),必須堅(jiān)持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力,深入實(shí)施科教興國戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略,開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道,不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢.依據(jù)國家指導(dǎo)方針,近年來,光電信息行業(yè)的發(fā)展以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,使得該領(lǐng)域?qū)τ诠怆娦畔⒖茖W(xué)與工程專業(yè)人才的需求逐年增多[1-3].光電信息科學(xué)與工程專業(yè)強(qiáng)調(diào)將光電知識與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的新型理工科專業(yè),光電信息科學(xué)與工程專業(yè)涉及學(xué)科交叉性強(qiáng)、技術(shù)發(fā)展迅猛,為了適應(yīng)當(dāng)前光電信息相關(guān)行業(yè)的需求和發(fā)展,高校教育要形成自己的專業(yè)特色,那么就必須在教學(xué)上進(jìn)行改革.

針對目前高校實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀,培養(yǎng)大學(xué)生科研創(chuàng)新實(shí)踐能力是高校教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容之一.目前傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)在培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力等方面還存在一些問題:

(1)教學(xué)體系模式化.基本都是依據(jù)教學(xué)大綱進(jìn)行,沒有根據(jù)時(shí)代的發(fā)展及時(shí)地對教學(xué)大綱進(jìn)行修訂,并且與當(dāng)前行業(yè)發(fā)展和科研動態(tài)結(jié)合不夠緊密.

(2)教學(xué)方式單一.教師按既定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目講解、演示操作,學(xué)生只是被動的接受教學(xué)內(nèi)容,缺乏在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中對學(xué)生實(shí)踐能力和實(shí)踐創(chuàng)新意識的培養(yǎng).

(3)課程考核方式單一.最終考核主要是實(shí)驗(yàn)結(jié)果或筆試成績,缺乏規(guī)范的、科學(xué)的實(shí)踐能力考核細(xì)則和要求.

實(shí)踐教學(xué)作為光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的重要組成部分,為了突出本專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的特色,必須在教學(xué)體系、教學(xué)模式、課程考核方式、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、科研能力上進(jìn)行改革與探索.專業(yè)實(shí)踐教學(xué)在常規(guī)化教學(xué)的同時(shí),在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有基礎(chǔ)上融入與光電行業(yè)相關(guān)的科研內(nèi)容,完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,改進(jìn)教學(xué)模式和課程考核辦法,有效提升大學(xué)生科研創(chuàng)新能力.在實(shí)踐教學(xué)中通過科研的融入,使學(xué)生進(jìn)一步深入理解光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的理論知識,同時(shí)也能拓展學(xué)生的創(chuàng)新思路,掌握理論聯(lián)系實(shí)際的方法,提升科研創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力.

2 在專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中引入科研創(chuàng)新的措施

2.1 教學(xué)體系改革

目前大部分高校的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目雖然經(jīng)典但是也比較固化,開設(shè)的實(shí)踐項(xiàng)目基本保持不變,所以學(xué)生只需要按照教師講解或者相關(guān)指導(dǎo)書的操作步驟就能完成實(shí)踐內(nèi)容,在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)過程中學(xué)生缺乏創(chuàng)新.本文提出的光電專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的改革,主要按照“分階段實(shí)施,逐步培養(yǎng)”的模式,如圖1所示.其中教學(xué)體系分為3個(gè)階段實(shí)施改革:知識儲備階段、基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)階段、科研創(chuàng)新實(shí)踐階段[4-5].

圖1 科研創(chuàng)新融入實(shí)踐教學(xué)體系

第一階段的知識儲備階段主要為學(xué)生集中講授相關(guān)的理論知識,這一階段安排在實(shí)踐操作前進(jìn)行.此階段要求學(xué)生查閱和本學(xué)期開設(shè)實(shí)踐項(xiàng)目內(nèi)容相關(guān)的科研論文,每人查閱3～5篇論文,并要求學(xué)生寫出調(diào)研報(bào)告,為后續(xù)第三階段的實(shí)施奠定理論基礎(chǔ).

第二個(gè)階段要求學(xué)生完全掌握、獨(dú)立操作完成本學(xué)期開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐項(xiàng)目.掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的理論知識和實(shí)踐操作能力,對所用實(shí)驗(yàn)儀器熟練操作.教師引導(dǎo)學(xué)生拓展相關(guān)實(shí)踐項(xiàng)目,為第三個(gè)階段打下實(shí)踐操作基礎(chǔ).

第三個(gè)階段即科研創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)階段,將現(xiàn)有的實(shí)踐項(xiàng)目開辟出一部分可以與科研項(xiàng)目相融合的項(xiàng)目.按學(xué)生第一階段調(diào)研的科研方向進(jìn)行分類,比如按經(jīng)典光學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)、光電子學(xué)等方向劃分小組進(jìn)行討論.由學(xué)生自己按照現(xiàn)有實(shí)踐項(xiàng)目開辟新的實(shí)踐內(nèi)容,自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、寫出實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié).這樣就充分調(diào)動學(xué)生的科研興趣,提高學(xué)生的動手操作能力.這一階段強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主,學(xué)生只有自己思考,大量查閱資料,才能制定出科學(xué)合理的實(shí)踐方案.這一階段既培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維,也培養(yǎng)了學(xué)生的科研探索精神、實(shí)踐創(chuàng)新能力.

例如,在光電專業(yè)學(xué)生實(shí)踐課程中,以光的干涉實(shí)驗(yàn)為例,學(xué)生經(jīng)過第一階段查閱大量科研文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn):近年來,渦旋光因其攜帶軌道角動量的特殊性,在光通信、光操控、光學(xué)成像等方面都具有很大的優(yōu)勢.根據(jù)這一調(diào)研結(jié)果,學(xué)生將渦旋光引入到普通的光干涉實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),通過渦旋光與普通激光干涉會產(chǎn)生叉形圖,并結(jié)合相關(guān)理論知識分析該渦旋光的光學(xué)特性.

總之,通過課程體系的改革,學(xué)生不僅了解本專業(yè)科研動態(tài),而且能將科研知識用于專業(yè)實(shí)踐中,既提升了科研能力,也鍛煉了學(xué)生的動手操作能力以及分析問題的能力.

2.2 教學(xué)模式改革

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)授課方式是教師講、學(xué)生聽、教師演示操作、學(xué)生觀摩,最后學(xué)生再按照實(shí)驗(yàn)步驟自己操作完成實(shí)驗(yàn).在整個(gè)教學(xué)過程中,學(xué)生始終處于被動接受知識,缺乏主觀能動性,缺乏獨(dú)立思考能力,更談不上創(chuàng)新實(shí)踐能力.為了改變這種填鴨式教學(xué)方式,教師教學(xué)模式不應(yīng)再照本宣科介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟,而是教師引導(dǎo)式講解實(shí)驗(yàn),多和實(shí)際相關(guān)聯(lián).教師將科研意義或者課程思政引入到實(shí)踐教學(xué)中來,結(jié)合實(shí)際生活中的一些現(xiàn)象或者本行業(yè)當(dāng)前的科研趨勢進(jìn)行思考,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.在學(xué)習(xí)過程中理論結(jié)合實(shí)際,教師講解實(shí)驗(yàn)儀器,拓展實(shí)驗(yàn)儀器的功能,讓學(xué)生可以從實(shí)驗(yàn)儀器的功能中嘗試獨(dú)立思考、學(xué)習(xí)、分析的能力,研究本實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)儀器的拓展實(shí)踐項(xiàng)目.使學(xué)生能夠逐步了解“通過什么手段、達(dá)到什么目的”,最后由學(xué)生自己總結(jié)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作.

以光的干涉實(shí)驗(yàn)為例,教師在講解實(shí)驗(yàn)前先進(jìn)行提問,引導(dǎo)學(xué)生回憶理論課中有關(guān)光的干涉的相關(guān)理論,不但要掌握光的干涉條件,同時(shí)也應(yīng)該掌握干涉明暗條紋滿足的條件等理論知識.當(dāng)這些理論知識具備之后再講解實(shí)驗(yàn)過程中為了滿足干涉條件如何搭建實(shí)驗(yàn)光路,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.同時(shí)也應(yīng)該拓展光的干涉實(shí)驗(yàn),這樣就從單一的實(shí)踐項(xiàng)目演變?yōu)槎鄠€(gè)實(shí)踐項(xiàng)目.再次引導(dǎo)學(xué)生將干涉現(xiàn)象和當(dāng)前科研中哪些內(nèi)容可以結(jié)合起來,這樣就做到了在整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過程中:“引導(dǎo)-理論-實(shí)踐--拓展-引入科研創(chuàng)新”的實(shí)踐教學(xué)模式[6].這種實(shí)踐教學(xué)模式的優(yōu)勢在于:課前感興趣、多積累;課中勤思考、多操作;課后善總結(jié)、多提升,最終達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生科研實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的目的.

本專業(yè)每年組織學(xué)生參加學(xué)科競賽,互聯(lián)網(wǎng)+、機(jī)器人大賽、光電大賽等多個(gè)學(xué)科競賽,充分調(diào)動學(xué)生的實(shí)踐積極性,在實(shí)戰(zhàn)中更能鍛煉學(xué)生的綜合能力.本專業(yè)負(fù)責(zé)教師組織感興趣、有能力的學(xué)生成立光電興趣小組,定期組織有競賽經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)知識背景的教師給學(xué)生進(jìn)行知識講座、培訓(xùn).光電實(shí)驗(yàn)示范中心專門準(zhǔn)備一間實(shí)驗(yàn)室作為興趣小組的學(xué)生平常進(jìn)行實(shí)踐操作,也作為學(xué)科競賽的實(shí)踐場地,學(xué)生定期討論、匯報(bào)進(jìn)展,指導(dǎo)教師進(jìn)行指導(dǎo).光電興趣小組的成立充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,做自己喜歡的事情,學(xué)生就會發(fā)揮主觀能動性,積極主動查閱資料、調(diào)研學(xué)科動態(tài).同時(shí)也鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,遇到問題解決問題的能力,真正做到學(xué)以致用,這也樹立了學(xué)生的自信心.

2.3 考核方式改革

改革實(shí)踐考核辦法,將實(shí)踐成績階段化,規(guī)范化、科學(xué)化的實(shí)踐能力考核細(xì)則和要求,完善實(shí)踐考核方式是課程改革的一個(gè)重要方面.

針對傳統(tǒng)的實(shí)踐課程考核辦法存在的問題:考核模式單一、機(jī)械,主要考查實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告,限制了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力,本專業(yè)制定了新的實(shí)踐教學(xué)考核體系,如表1所示,主要分為4個(gè)方面:調(diào)研階段、基礎(chǔ)實(shí)踐操作、科研創(chuàng)新實(shí)踐、項(xiàng)目報(bào)告.

表1 實(shí)踐教學(xué)考核

調(diào)研階段占期末總成績的15%,主要從實(shí)踐項(xiàng)目理論知識儲備、查閱科研資料文獻(xiàn)以及調(diào)研總結(jié)報(bào)告3個(gè)方面進(jìn)行考核.這一部分主要考查學(xué)生是否真正做到課前預(yù)習(xí),以及對相關(guān)知識的掌握程度,其次是通過科研調(diào)研報(bào)告可以考核學(xué)生對科研動態(tài)的了解程度.基礎(chǔ)實(shí)踐操作主要考核學(xué)生對基礎(chǔ)實(shí)踐項(xiàng)目操作技能、對實(shí)驗(yàn)儀器的熟悉程度以及操作能力,并且會在現(xiàn)有的實(shí)踐項(xiàng)目上根據(jù)儀器功能設(shè)計(jì)科研實(shí)踐項(xiàng)目,這一部分考核占總成績的30%.科研實(shí)踐創(chuàng)新階段貫穿整個(gè)實(shí)踐考核過程,先根據(jù)科研調(diào)研方向?qū)W(xué)生進(jìn)行分組,按劃分的科研小組組織學(xué)生討論、匯報(bào).這一部分涉及內(nèi)容多,對學(xué)生進(jìn)行階段性考核,考核時(shí)間長,所以占總成績的40%.最后一部分考核為項(xiàng)目報(bào)告,占總成績的15%,主要考查學(xué)生報(bào)告的完整性、科研內(nèi)容的前瞻性以及對實(shí)踐結(jié)果的總結(jié)、分析能力.

新的實(shí)踐考核辦法具體化、規(guī)范化、階段化,該考核辦法既培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)于律己的工作作風(fēng)和誠懇的工作態(tài)度又使其養(yǎng)成了注重細(xì)節(jié)等優(yōu)良習(xí)慣,同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生在科研中的探索能力.學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、工作計(jì)劃、工作總結(jié)、技術(shù)任務(wù)書、學(xué)術(shù)論文等也提升了自身書面表達(dá)能力.

總之,通過實(shí)踐總成績、評教成績、學(xué)生反饋、學(xué)生發(fā)表科研論文、參加學(xué)科大賽、考研率等方面的反饋發(fā)現(xiàn),本專業(yè)學(xué)生發(fā)表科研論文數(shù)目逐年提升,參加學(xué)科競賽獲獎項(xiàng)目也在逐年增加,獲獎等級也取得了很大提升.2018年本專業(yè)參加學(xué)科競賽隊(duì)伍只有幾支獲得省級獎項(xiàng).實(shí)踐改革這幾年,到2022年,參加學(xué)科競賽的隊(duì)伍上升到十幾支,獲得國獎的參賽隊(duì)伍達(dá)35%.由于學(xué)生在本科階段積累了一定的科研基礎(chǔ),本科期間很多學(xué)生發(fā)表科研論文,學(xué)生保研率也逐年增加.這些成效充分證明了學(xué)生實(shí)踐積極性增加了,動手能力、解決問題能力、科研能力等綜合實(shí)踐素質(zhì)均得到提升.

3 結(jié)束語

本文從專業(yè)實(shí)踐教學(xué)過程出發(fā)結(jié)合科研項(xiàng)目將科研思維融入到實(shí)踐教學(xué)過程中.針對目前傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的局限性,本文從完善教學(xué)體系、改進(jìn)教學(xué)模式、課程考核方式等幾方面對光信息科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐課程進(jìn)行改革.

通過完善教學(xué)體系,從3個(gè)層次分別實(shí)施改革措施.在第一階段的知識儲備環(huán)節(jié)為后續(xù)實(shí)踐教學(xué)體系打下鋪墊,做到有的放矢,不打無準(zhǔn)備之仗.通過專業(yè)實(shí)踐教學(xué)為科研創(chuàng)新搭建了良好的科研實(shí)踐教學(xué)平臺,這樣將學(xué)生的學(xué)習(xí)也做到由簡到難,知識融會貫通.在實(shí)踐改革過程中,學(xué)生由被動學(xué)習(xí)到主動學(xué)習(xí),由模式化學(xué)習(xí)到自主創(chuàng)新式學(xué)習(xí),由基礎(chǔ)學(xué)習(xí)延伸到科研領(lǐng)域等多方面對學(xué)生都起到了提升作用.實(shí)踐表明,專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革對學(xué)生的思維方式和實(shí)踐操作能力以及科研創(chuàng)新能力的提升都卓有成效,為學(xué)生未來的就業(yè)或者學(xué)習(xí)深造奠定良好基礎(chǔ).