以科研為主線的案例教學(xué)在新工科建設(shè)中的實(shí)踐探索

［摘 要］光電信息產(chǎn)業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的代表，其發(fā)展依賴(lài)于持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，這正是新質(zhì)生產(chǎn)力的核心所在。新工科致力于培養(yǎng)適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)的高素質(zhì)工程技術(shù)人才，而光電信息技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用以及新工科人才的廣泛參與，為新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展壯大提供了重要支撐。天津大學(xué)光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)注重實(shí)踐教學(xué)，通過(guò)設(shè)置豐富的實(shí)驗(yàn)課程、類(lèi)型多樣的實(shí)習(xí)項(xiàng)目和科研訓(xùn)練，提出了以科研為主線的案例教學(xué)方法。教學(xué)實(shí)踐證明，這種以科研為主線的案例教學(xué)方法有效鍛煉了學(xué)生的思維、實(shí)踐和創(chuàng)新能力，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

［關(guān)鍵詞］光電信息；新工科；案例教學(xué)；科研創(chuàng)新

［中圖分類(lèi)號(hào)］G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］2095-3437（2025）03-0014-06

光電信息產(chǎn)業(yè)作為以光電技術(shù)為基礎(chǔ)，利用光信號(hào)在介質(zhì)中傳播、轉(zhuǎn)換和加工信息來(lái)實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。新興領(lǐng)域如5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等對(duì)光電信息產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求并有著更大的需求，同時(shí)傳統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)升級(jí)和市場(chǎng)需求增長(zhǎng)也擴(kuò)大了光電信息產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)空間[1]。國(guó)家高度重視光電信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出臺(tái)了一系列政策和規(guī)劃，并通過(guò)財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠、科研資助、市場(chǎng)推廣以及人才培養(yǎng)等措施促進(jìn)光電信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。目前，我國(guó)光電信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)集群，上下游企業(yè)的協(xié)同發(fā)展促進(jìn)了光電信息產(chǎn)業(yè)的整體進(jìn)步；光電信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅有助于緩解能源危機(jī)、減少環(huán)境污染，還能推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，光電信息產(chǎn)業(yè)將為人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)更多的便利。

光電信息技術(shù)的應(yīng)用范圍極廣，涉及通信、醫(yī)療、安防、交通、娛樂(lè)等多個(gè)領(lǐng)域，例如高速互聯(lián)網(wǎng)、高清顯示、智能家居等。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)光電信息技術(shù)的依賴(lài)程度將進(jìn)一步加深。光電信息產(chǎn)業(yè)作為技術(shù)密集型和資金密集型產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)作用非常明顯，是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。特別是在極端環(huán)境下，光電信息技術(shù)與國(guó)家安全、國(guó)防科技、航空航天等密切相關(guān)，更能體現(xiàn)出其獨(dú)特的價(jià)值[2]。

一、光電信息專(zhuān)業(yè)是新工科教育的代表性專(zhuān)業(yè)

（一）光電信息產(chǎn)業(yè)是新質(zhì)生產(chǎn)力的重要組成部分

光電信息產(chǎn)業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的代表，其發(fā)展依賴(lài)于持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，這正是新質(zhì)生產(chǎn)力的核心所在。新質(zhì)生產(chǎn)力是以科技創(chuàng)新為引領(lǐng)，具備高科技、高效能、高質(zhì)量特征的先進(jìn)生產(chǎn)力，是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵力量[3]。光電信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對(duì)工程技術(shù)人才提出了新的要求。新質(zhì)生產(chǎn)力強(qiáng)調(diào)以科技創(chuàng)新為引領(lǐng)，具備高科技、高效能、高質(zhì)量的特征，與光電信息產(chǎn)業(yè)追求技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的目標(biāo)高度契合。新工科作為工程教育的新形態(tài)，致力于培養(yǎng)適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)發(fā)展的高素質(zhì)工程技術(shù)人才[4]。這類(lèi)人才不僅具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還具備跨學(xué)科的知識(shí)背景和創(chuàng)新能力，能夠在新質(zhì)生產(chǎn)力的形成和發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用。光電信息技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用，新工科人才在產(chǎn)業(yè)界的廣泛參與和貢獻(xiàn)，以及新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)形態(tài)的不斷涌現(xiàn)，為新質(zhì)生產(chǎn)力的持續(xù)發(fā)展壯大提供了有力支撐。同時(shí)，新質(zhì)生產(chǎn)力的快速發(fā)展也對(duì)新工科教育提出了更高的要求。隨著科技的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的不斷升級(jí)，新質(zhì)生產(chǎn)力涉及的領(lǐng)域越來(lái)越廣，對(duì)工程技術(shù)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力素質(zhì)和創(chuàng)新能力等方面的要求也越來(lái)越高。因此，新工科教育需要不斷適應(yīng)這些變化，加強(qiáng)學(xué)科交叉融合，推動(dòng)教育教學(xué)改革，以培養(yǎng)出更多符合新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展需求的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。

光電信息產(chǎn)業(yè)的需求推動(dòng)了新工科在光電信息技術(shù)領(lǐng)域的改革與創(chuàng)新，新工科建設(shè)強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合、產(chǎn)教融合和實(shí)踐創(chuàng)新，這和光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的多學(xué)科交叉特性高度契合。在新工科建設(shè)框架下，光電信息專(zhuān)業(yè)融合了光學(xué)、光電子、微電子、通信、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的知識(shí)，涉及光學(xué)與光電子學(xué)、光纖通信、成像與顯示技術(shù)、激光技術(shù)、傳感技術(shù)、微納光學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，旨在培養(yǎng)具備扎實(shí)理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)實(shí)踐能力的光電信息技術(shù)人才[5]。光電信息專(zhuān)業(yè)不僅要求學(xué)生掌握光電信息科學(xué)與技術(shù)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，還強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、跨學(xué)科合作能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生能夠在光電信息技術(shù)、通信、電子、航空航天、醫(yī)療等行業(yè)從事科研、開(kāi)發(fā)和工程應(yīng)用等工作，為推動(dòng)現(xiàn)代科技的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

（二）光電儀器是光電信息產(chǎn)業(yè)的核心內(nèi)容之一

光電儀器是一類(lèi)利用光電原理進(jìn)行測(cè)量、檢測(cè)、分析并顯示結(jié)果的高精度儀器設(shè)備，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、醫(yī)療診斷、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。光電儀器通常包括光源、光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等關(guān)鍵組件，能夠?qū)崿F(xiàn)高靈敏度、高分辨率和高精度的測(cè)量。典型的光電儀器包括激光干涉儀、光譜儀、光電顯微鏡、紅外成像儀和光纖傳感器等。這些儀器不僅能夠精確檢測(cè)細(xì)微的物理變化，還能對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行定量和定性分析。光電儀器的發(fā)展不斷推動(dòng)著各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，為科學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的工具，同時(shí)也在醫(yī)療診斷和工業(yè)自動(dòng)化等方面發(fā)揮著重要作用。

光電儀器是光電信息產(chǎn)業(yè)的核心內(nèi)容之一，也是光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的重要內(nèi)容。在光電專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生將深入了解光電儀器的工作原理、設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用技術(shù)。天津大學(xué)光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)本專(zhuān)業(yè)）具有悠久的發(fā)展歷史，其前身是1958年設(shè)立的光學(xué)儀器專(zhuān)業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)需求的變化，本專(zhuān)業(yè)不斷發(fā)展壯大，圍繞新型光學(xué)/光電儀器的設(shè)計(jì)、研發(fā)和應(yīng)用，逐步形成了以光電信息科學(xué)與工程為核心的多學(xué)科交叉研究體系，致力于培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)實(shí)踐能力的高素質(zhì)光電信息人才，同時(shí)注重培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，使其能夠在快速發(fā)展的科技前沿領(lǐng)域中脫穎而出，為推動(dòng)新工科建設(shè)和滿(mǎn)足國(guó)家戰(zhàn)略需求做出積極貢獻(xiàn)。

二、本專(zhuān)業(yè)為學(xué)生大力創(chuàng)造各類(lèi)科研條件

（一）為低年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)科研入門(mén)類(lèi)培訓(xùn)課程

本專(zhuān)業(yè)涉及大量前沿科技和復(fù)雜的工程應(yīng)用，僅靠理論教學(xué)難以很好地培養(yǎng)學(xué)生，實(shí)踐教學(xué)尤為重要。因此，以科研為主線的教學(xué)方法應(yīng)運(yùn)而生，它旨在讓學(xué)生通過(guò)參與實(shí)際的科研項(xiàng)目，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生可以親身參與實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目，深入理解光電信息技術(shù)的原理和應(yīng)用。除了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和問(wèn)題解決能力，實(shí)踐教學(xué)還能夠增強(qiáng)其團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新思維能力。本專(zhuān)業(yè)通過(guò)設(shè)置豐富的實(shí)驗(yàn)課程、實(shí)習(xí)項(xiàng)目和科研訓(xùn)練，使學(xué)生在實(shí)踐中鞏固知識(shí)，提升綜合素質(zhì)，為未來(lái)的職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)積極鼓勵(lì)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生光電設(shè)計(jì)競(jìng)賽、中國(guó)國(guó)際大學(xué)生創(chuàng)新大賽等科技競(jìng)賽。這些競(jìng)賽不僅能夠提升學(xué)生的實(shí)踐能力，還可以開(kāi)闊他們的視野，使他們獲得寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升綜合能力，為未來(lái)的學(xué)術(shù)研究和職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

然而，本科生由于掌握的知識(shí)技能較少，很難直接參與到科研項(xiàng)目中，前期的文獻(xiàn)調(diào)研便會(huì)“勸退”許多人。提前參加科研項(xiàng)目對(duì)本科生來(lái)說(shuō)難度確實(shí)很大，部分本科生對(duì)科研項(xiàng)目的興趣持續(xù)性不強(qiáng)，一旦參加的科研項(xiàng)目產(chǎn)出較少，就沒(méi)動(dòng)力做下去了，導(dǎo)致不少項(xiàng)目爛尾。因此，讓本科生把一個(gè)項(xiàng)目持續(xù)做下去非常重要，除了要鼓勵(lì)學(xué)生將課余時(shí)間投入科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)中，還要大力倡導(dǎo)以科研為主線的案例式教學(xué)方法。其主要措施包括：在大一升大二的暑假，開(kāi)設(shè)集中創(chuàng)新實(shí)踐課程，同時(shí)教授學(xué)生多物理場(chǎng)仿真軟件、虛擬儀器仿真軟件的使用方法，數(shù)學(xué)建模和數(shù)值分析等基本科研技能；在大三升大四的暑假，組織學(xué)生開(kāi)展專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)活動(dòng)；同時(shí)，在培養(yǎng)全過(guò)程的課堂教學(xué)中開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)。

大一升大二的暑假是本科生接觸科研的關(guān)鍵時(shí)期。在大一期間，學(xué)生已經(jīng)掌握了一些基礎(chǔ)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，為參與科研項(xiàng)目打下了良好的基礎(chǔ)。在這個(gè)階段，學(xué)生比較有時(shí)間和精力參與科研項(xiàng)目，并將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際科研中，加深理解，積累經(jīng)驗(yàn)，探索興趣，提升競(jìng)爭(zhēng)力，并建立重要的學(xué)術(shù)關(guān)系。通過(guò)參與科研項(xiàng)目，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)自己感興趣的領(lǐng)域，從而在未來(lái)的學(xué)術(shù)生涯中有更明確的目標(biāo)。

在大一升大二的暑假，本專(zhuān)業(yè)為學(xué)生開(kāi)設(shè)了集中創(chuàng)新實(shí)踐課程。該課程是本專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的實(shí)踐課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)技能，進(jìn)行創(chuàng)造性思維訓(xùn)練。該課程鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，完成具有“專(zhuān)業(yè)特色”的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、分析等工作，并拓展思路進(jìn)行創(chuàng)新型實(shí)踐，以達(dá)到鍛煉學(xué)生運(yùn)用專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)的能力，培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展、具有創(chuàng)新意識(shí)的專(zhuān)門(mén)人才的目的。這一實(shí)踐課程分為創(chuàng)新型和應(yīng)用型兩個(gè)方向。創(chuàng)新型實(shí)踐課程依托科研及團(tuán)隊(duì)，讓學(xué)生自主完成課題，研究創(chuàng)新方案并解決實(shí)際問(wèn)題，教師在其中主要起到指點(diǎn)方向、把關(guān)方案、協(xié)助解決關(guān)鍵問(wèn)題的作用。應(yīng)用型實(shí)踐課程則依托大型實(shí)驗(yàn)及加工中心，讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，分步驟學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)主要工程應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用。該課程將綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)等與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)是將其綜合、靈活地運(yùn)用于具體的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、分析等實(shí)踐環(huán)節(jié)。指導(dǎo)教師需具備豐富的工程技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)選題的專(zhuān)業(yè)性、系統(tǒng)性以及可操作性有整體把握，并能進(jìn)行具體指導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。學(xué)生根據(jù)自身基礎(chǔ)和發(fā)展需求選擇實(shí)踐類(lèi)型，參與不同課題，在實(shí)踐小組內(nèi)合理分工、相互協(xié)作，最終按要求完成報(bào)告、答辯或?qū)嶒?yàn)，綜合評(píng)定成績(jī)合格后獲得該課程學(xué)分。指導(dǎo)教師會(huì)結(jié)合學(xué)生的知識(shí)體系和自身科研方向擬定題目，如光電智能循跡系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)光三維成像系統(tǒng)等，讓學(xué)生嘗試將所學(xué)的數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)等方面的知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力。例如，學(xué)生可以三到五人組成一個(gè)小組，利用暑假的時(shí)間共同完成手勢(shì)控制機(jī)械手或多功能的智能軌道檢測(cè)機(jī)器人等問(wèn)題的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。

（二） 為學(xué)生提供常用科研工具使用培訓(xùn)

在進(jìn)行集中創(chuàng)新實(shí)踐的同時(shí)，本專(zhuān)業(yè)還為學(xué)生提供光電信息領(lǐng)域常用的科研工具及使用方法培訓(xùn)，包括多物理場(chǎng)仿真軟件如虛擬儀器仿真軟件的使用、數(shù)學(xué)建模和數(shù)值分析等相關(guān)培訓(xùn)。

多物理場(chǎng)仿真軟件在光電儀器開(kāi)發(fā)中具有極其重要的作用，因?yàn)楣怆娤到y(tǒng)往往涉及電磁場(chǎng)、熱傳導(dǎo)、力學(xué)應(yīng)力等多個(gè)物理場(chǎng)的相互作用。通過(guò)多物理場(chǎng)仿真，研究人員能夠全面了解這些相互作用的復(fù)雜關(guān)系，從而優(yōu)化光電器件的設(shè)計(jì)和性能。這類(lèi)軟件可以精確模擬光電材料和器件在不同物理?xiàng)l件下的行為，預(yù)測(cè)其響應(yīng)特性，識(shí)別潛在問(wèn)題。多物理場(chǎng)仿真不僅提高了研究的精度和效率，降低了實(shí)驗(yàn)成本，還促進(jìn)了新材料和新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，使得光電信息技術(shù)能夠更快速地迭代和創(chuàng)新，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。

虛擬儀器仿真軟件在光電儀器開(kāi)發(fā)中至關(guān)重要，因?yàn)樗峁┝遂`活且強(qiáng)大的工具，用于數(shù)據(jù)采集、分析和可視化。通過(guò)虛擬儀器，研究人員可以創(chuàng)建定制化的測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)，以適應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)需求。這類(lèi)軟件可以整合各種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，顯著提高實(shí)驗(yàn)效率和數(shù)據(jù)精度。此外，虛擬儀器軟件的模塊化設(shè)計(jì)和編程靈活性，使得研究人員能夠快速優(yōu)化實(shí)驗(yàn)流程，減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和降低成本，從而加速光電信息技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用。

數(shù)學(xué)建模在光電儀器開(kāi)發(fā)中起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗抢碚摵蛯?shí)踐之間的橋梁。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，研究人員可以描述和預(yù)測(cè)光電系統(tǒng)的行為，揭示其內(nèi)部機(jī)理。數(shù)學(xué)建模有助于分析復(fù)雜的光電現(xiàn)象，如光傳輸、光電轉(zhuǎn)換和光波導(dǎo)特性，優(yōu)化器件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)性能。此外，數(shù)學(xué)模型可以用于模擬實(shí)驗(yàn)條件，減少實(shí)際實(shí)驗(yàn)的次數(shù)和成本，提高研究效率。精確的數(shù)學(xué)模型還可以為新技術(shù)和新材料的開(kāi)發(fā)提供理論支持，推動(dòng)光電信息科學(xué)的進(jìn)步和創(chuàng)新應(yīng)用。

數(shù)值分析在光電儀器開(kāi)發(fā)中同樣具有重要意義，因?yàn)樗鼮榻鉀Q復(fù)雜的光電系統(tǒng)問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的計(jì)算工具。許多光電現(xiàn)象涉及高度復(fù)雜的微分方程和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理，通過(guò)數(shù)值分析方法可以實(shí)現(xiàn)這些方程的近似求解和高效計(jì)算。數(shù)值分析有助于模擬和優(yōu)化光電器件的性能，如光波導(dǎo)、激光器和光電探測(cè)器，并提供詳細(xì)的行為預(yù)測(cè)和性能評(píng)估。這種分析手段可以顯著減少實(shí)驗(yàn)工作量和降低成本，提升研究效率。此外，數(shù)值分析能夠處理非線性、多尺度問(wèn)題，為光電信息技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新提供關(guān)鍵支持，推動(dòng)新理論和新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

早期接觸科研可以讓學(xué)生積累寶貴的科研經(jīng)驗(yàn)，了解科研的基本方法和流程，為以后的科研工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這種經(jīng)驗(yàn)對(duì)以后攻讀研究生或參與更高級(jí)別的科研項(xiàng)目非常有幫助。通過(guò)參與科研項(xiàng)目，學(xué)生有機(jī)會(huì)與導(dǎo)師建立良好的關(guān)系。導(dǎo)師不僅可以提供學(xué)術(shù)指導(dǎo)，還可以為學(xué)生在未來(lái)的學(xué)術(shù)研究和職業(yè)發(fā)展中提供重要的建議或推薦信。早期參與科研可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科研的興趣和熱情，激發(fā)他們繼續(xù)深入研究的動(dòng)力，這對(duì)于那些有志于從事學(xué)術(shù)研究或科技創(chuàng)新的學(xué)生來(lái)說(shuō)尤為重要。

（三）鼓勵(lì)高年級(jí)學(xué)生開(kāi)展綜合性研究實(shí)踐

在大三升大四的暑假，學(xué)生已經(jīng)基本完成了專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)，需要有相關(guān)項(xiàng)目幫助學(xué)生學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題。為此，本專(zhuān)業(yè)為學(xué)生開(kāi)設(shè)了專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)課。該課程是本專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要實(shí)踐課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)技能，進(jìn)行創(chuàng)造性思維訓(xùn)練。通過(guò)綜合性實(shí)踐，能夠讓學(xué)生全面運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，完成具有專(zhuān)業(yè)特色的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和分析工作，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生拓展思路，進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)踐，最終達(dá)到鍛煉學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)主干理論知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展、具有創(chuàng)新意識(shí)的專(zhuān)門(mén)人才的目的。專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)將運(yùn)用光學(xué)、機(jī)械、電子、軟件等與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，重在綜合、靈活運(yùn)用并付諸具體的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和分析等實(shí)踐環(huán)節(jié)。指導(dǎo)教師應(yīng)在工程技術(shù)領(lǐng)域有大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在選題的專(zhuān)業(yè)性、系統(tǒng)性以及可操作性上有整體把握，并且能夠提供具體指導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。課程分為應(yīng)用型和研究型兩個(gè)類(lèi)型，以更好地適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和職業(yè)發(fā)展方向。

應(yīng)用型課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作技能和工程實(shí)踐能力，側(cè)重解決實(shí)際工程問(wèn)題。課程設(shè)計(jì)包括以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向的項(xiàng)目選擇，強(qiáng)化實(shí)踐操作，要求學(xué)生動(dòng)手搭建和調(diào)試系統(tǒng)，完成從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程操作，并鼓勵(lì)學(xué)生與企業(yè)合作，感受真實(shí)的項(xiàng)目和工程環(huán)境。應(yīng)用型課程考核側(cè)重項(xiàng)目完成度和實(shí)際效果，評(píng)估學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和動(dòng)手能力。

研究型課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新思維，側(cè)重理論研究和新技術(shù)開(kāi)發(fā)。課程設(shè)計(jì)包括選擇前沿研究課題，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)綜述、理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，強(qiáng)調(diào)科研方法和學(xué)術(shù)規(guī)范，并配備經(jīng)驗(yàn)豐富的導(dǎo)師提供一對(duì)一指導(dǎo)。研究型課程考核注重研究過(guò)程和創(chuàng)新成果，評(píng)估學(xué)生的研究能力、論文撰寫(xiě)和學(xué)術(shù)報(bào)告能力。

此外，無(wú)論是應(yīng)用型還是研究型課程設(shè)計(jì)，指導(dǎo)教師都會(huì)建議開(kāi)展跨學(xué)科項(xiàng)目，結(jié)合光學(xué)、機(jī)械、電子、軟件等多個(gè)領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力；設(shè)置創(chuàng)新訓(xùn)練環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生提出新想法和解決方案，提升創(chuàng)新意識(shí)；建立課程資源庫(kù)，分享項(xiàng)目案例、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和工具軟件，方便學(xué)生學(xué)習(xí)和借鑒；定期收集學(xué)生和企業(yè)導(dǎo)師的反饋，不斷優(yōu)化課程設(shè)計(jì)和教學(xué)方法。通過(guò)這些措施，使專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)課能夠更具針對(duì)性，培養(yǎng)出既能勝任實(shí)際工程工作的應(yīng)用型人才，又能從事高水平研究的研究型人才。

本專(zhuān)業(yè)對(duì)學(xué)生開(kāi)展科技創(chuàng)新活動(dòng)給予了極大的硬件支持，依托天津大學(xué)光電信息學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供了共享的光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，配備了光譜儀、功率計(jì)、激光器等先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備，為學(xué)生進(jìn)行光學(xué)實(shí)驗(yàn)研究提供了場(chǎng)地和儀器設(shè)備保障。同時(shí)，還為學(xué)生提供了共享的電學(xué)實(shí)驗(yàn)室，包括示波器、萬(wàn)用表、電源、電烙鐵等基本電學(xué)設(shè)備，并開(kāi)放了實(shí)驗(yàn)室權(quán)限，方便學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)。為了進(jìn)一步支持學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和比賽活動(dòng)，本專(zhuān)業(yè)還擴(kuò)大了公共實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模，為學(xué)生提供了前期準(zhǔn)備的場(chǎng)地。此外，本專(zhuān)業(yè)還不斷完善公共實(shí)驗(yàn)室的管理，建立了設(shè)備設(shè)施清單或查詢(xún)系統(tǒng)，使學(xué)生可以更加便捷、高效地利用學(xué)院現(xiàn)有的硬件資源，為學(xué)生的科技創(chuàng)新活動(dòng)提供了有力的保障。

三、本專(zhuān)業(yè)核心課程倡導(dǎo)案例式項(xiàng)目教學(xué)

在核心課程建設(shè)中，本專(zhuān)業(yè)也大力推動(dòng)案例式項(xiàng)目教學(xué)。在課程思政案例方面，積極宣傳科學(xué)家精神，如蔣筑英在光電科技領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)及其對(duì)光電信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面的積極作用。蔣筑英等科學(xué)家的故事展示了他們?cè)诳蒲械缆飞喜晃菲D難、勇于創(chuàng)新的精神，這種精神可以激勵(lì)光電信息產(chǎn)業(yè)的從業(yè)者們不斷追求技術(shù)創(chuàng)新，勇于攻克技術(shù)難關(guān)，并推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)?？茖W(xué)家們的奮斗歷程往往與國(guó)家的需要緊密相連，他們以實(shí)際行動(dòng)踐行了科學(xué)報(bào)國(guó)的精神，這種情懷能夠激發(fā)光電信息產(chǎn)業(yè)的從業(yè)者們對(duì)國(guó)家發(fā)展的責(zé)任感和使命感，促使他們更加積極地投身于產(chǎn)業(yè)建設(shè)，為國(guó)家的科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。此外，通過(guò)宣傳科學(xué)家精神，還可以吸引更多的年輕人關(guān)注光電信息產(chǎn)業(yè)，激發(fā)他們對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)之情，同時(shí)科學(xué)家們的事跡也可以作為生動(dòng)的教學(xué)案例，幫助培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和國(guó)際視野的光電人才，為產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的人才保障。

在光電檢測(cè)課程中，課堂教學(xué)聚焦于案例技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)的點(diǎn)評(píng)、拓展[6]。例如針對(duì)我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船光纖監(jiān)測(cè)案例，從光纖傳感的需求分析、苛刻太空環(huán)境、技術(shù)優(yōu)化方案、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)和改進(jìn)等多方面進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。教師在課堂串講相關(guān)知識(shí)點(diǎn)后，展示實(shí)際儀器開(kāi)發(fā)案例。例如在光電干涉檢測(cè)教學(xué)中，以偏振串?dāng)_檢測(cè)儀作為案例，按科研過(guò)程引領(lǐng)學(xué)生從先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等角度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)思路方法。而后創(chuàng)設(shè)應(yīng)用場(chǎng)景，啟發(fā)學(xué)生舉一反三，創(chuàng)造性地拓展所學(xué)知識(shí)，嘗試解決實(shí)際工程問(wèn)題。再例如分析引力波探測(cè)器中的光電技術(shù)構(gòu)成，及其從地面布置到太空布置所帶來(lái)的變化，將絕對(duì)重力儀等最新成果引入教學(xué)，圍繞問(wèn)題來(lái)源與方案提出，從工程技術(shù)規(guī)律、難點(diǎn)問(wèn)題和解決途徑等方面設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的研究思維。

在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)課上，授課教師指導(dǎo)學(xué)生利用CODE V等軟件進(jìn)行內(nèi)窺鏡和望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生能夠深入理解光學(xué)原理，如成像原理、光線追蹤和像差校正等，掌握從需求分析、初步設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的完整系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，了解每個(gè)環(huán)節(jié)的重要性和具體操作步驟。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，可以熟練掌握CODE V軟件的基本操作和高級(jí)功能，如參數(shù)優(yōu)化、像差分析和MTF計(jì)算等，提升軟件應(yīng)用能力，學(xué)會(huì)利用軟件進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的建模、仿真和優(yōu)化，從而提升數(shù)據(jù)分析和結(jié)果解釋的能力。通過(guò)具體的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，如內(nèi)窺鏡和望遠(yuǎn)鏡，學(xué)生能夠積累實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，了解實(shí)際應(yīng)用中的挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)方法，培養(yǎng)獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生提出創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，能夠培養(yǎng)創(chuàng)新思維和能力；通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，能夠增強(qiáng)動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力，為未來(lái)職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過(guò)上述學(xué)習(xí)和實(shí)踐，學(xué)生不僅能夠掌握光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論和技能，還能夠積累實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，提升綜合素質(zhì)和職業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

在光電圖像處理課上，授課教師安排學(xué)生實(shí)施人臉識(shí)別、圖像融合等實(shí)踐項(xiàng)目[7]。通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目，學(xué)生能夠深入理解圖像處理的基本原理，如圖像預(yù)處理、特征提取、模式識(shí)別等，掌握各種圖像處理算法，如邊緣檢測(cè)、濾波、特征匹配等，并理解其在不同應(yīng)用場(chǎng)景中的適用性和效果。學(xué)生還能熟練掌握常用圖像處理軟件和工具，如MATLAB、Python的OpenCV庫(kù)，提高軟件應(yīng)用能力，并通過(guò)編寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別和圖像融合等。通過(guò)具體項(xiàng)目的實(shí)踐，學(xué)生能夠積累實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，了解實(shí)際應(yīng)用中的挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)方法，通過(guò)分析和運(yùn)用工具解決在項(xiàng)目過(guò)程中遇到的問(wèn)題，培養(yǎng)獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。在項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，教師鼓勵(lì)學(xué)生提出創(chuàng)新解決方案，以培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和能力，并通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，增強(qiáng)其動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力，為其未來(lái)職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

四、鼓勵(lì)教師開(kāi)發(fā)教學(xué)儀器并引導(dǎo)學(xué)生投入科學(xué)研究

本專(zhuān)業(yè)積極鼓勵(lì)教師進(jìn)行教學(xué)儀器的開(kāi)發(fā)，并集思廣益，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為學(xué)生開(kāi)設(shè)選做實(shí)驗(yàn)，把部分最新科研成果轉(zhuǎn)化成教學(xué)實(shí)驗(yàn)。有教師研制了首臺(tái)“激光衍射反射/分離間隙測(cè)量實(shí)驗(yàn)”教學(xué)儀器，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了多個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，使傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)向科研式實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變，便于學(xué)生了解光電信息技術(shù)前沿，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的研究能力和工程實(shí)踐能力。積極探索體現(xiàn)科研特點(diǎn)的綜合型實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。綜合型實(shí)驗(yàn)可以開(kāi)闊學(xué)生思路，使學(xué)生對(duì)其所學(xué)的光電信息的原理和方法有更全面的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生綜合分析和運(yùn)用知識(shí)的能力；設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。

在光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中，以科研為主線的教學(xué)方法已經(jīng)在新工科教育教學(xué)中取得了顯著效果。這一教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)將科研項(xiàng)目與實(shí)際教學(xué)緊密結(jié)合，使學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中深化對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并切實(shí)提升他們解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

在這種教學(xué)方法下，學(xué)生不再只是被動(dòng)地接受知識(shí)，而是成為科研活動(dòng)的積極參與者。他們需要在教師的指導(dǎo)下，開(kāi)展自主選擇研究課題、制定研究方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析以及撰寫(xiě)研究報(bào)告等一系列科研活動(dòng)。整個(gè)過(guò)程不僅要求學(xué)生具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還需要他們具備創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

通過(guò)參與科研項(xiàng)目，學(xué)生能夠更深入地理解所學(xué)知識(shí)，還可以將課堂上學(xué)到的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，通過(guò)實(shí)際操作來(lái)驗(yàn)證和鞏固這些知識(shí)。同時(shí)，科研項(xiàng)目中的復(fù)雜問(wèn)題也要求學(xué)生不斷學(xué)習(xí)和探索新的知識(shí)，從而拓寬他們的知識(shí)視野。

更重要的是，以科研為主線的教學(xué)方法切實(shí)提升了學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。在科研項(xiàng)目中，學(xué)生需要面對(duì)各種未知和挑戰(zhàn)，他們需要運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析和判斷，提出解決方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這些方案的有效性。這樣的過(guò)程不僅鍛煉了學(xué)生的思維能力，還培養(yǎng)了他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，以科研為主線的教學(xué)方法在本專(zhuān)業(yè)教學(xué)中起到了很好的效果。它不僅使學(xué)生更深入地理解了所學(xué)知識(shí)，還切實(shí)提升了他們解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。這種方法不僅符合新工科教育教學(xué)的理念，也為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才提供了有效途徑。因此，我們應(yīng)該繼續(xù)推廣和完善這種教學(xué)方法，為本專(zhuān)業(yè)的教育教學(xué)注入新的活力。

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［責(zé)任編輯：劉鳳華］