潘玉寨 郭冠軍 楊立見

[摘 要]光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的新工科專業(yè)，課程改革在專業(yè)建設(shè)過程中越來越深入，合理的教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)模式，讓學(xué)生掌握基本原理和技術(shù)并實現(xiàn)學(xué)以致用是課程教學(xué)急待解決的主要問題。開展專題研究型教學(xué)研究，構(gòu)建一體化教學(xué)體系是十分必要的。這種新型教學(xué)模式以轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式為目的，保證知識學(xué)習(xí)的延續(xù)性，充分結(jié)合實驗教學(xué)，發(fā)揮仿真和實驗操作的教學(xué)優(yōu)勢，注重培養(yǎng)主動探究和創(chuàng)新實踐的精神以及終身受用的學(xué)習(xí)能力。這種教學(xué)模式改革與眾多高校的高層次人才培養(yǎng)目標(biāo)相一致，對于新工科專業(yè)的課程教學(xué)具有借鑒意義。

[關(guān)鍵詞]專題研究型教學(xué);新工科;人才培養(yǎng);一體化教學(xué)體系;教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）10-0174-03

一、專題研究型教學(xué)模式的研究背景

隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，面對現(xiàn)代科技發(fā)展的新形勢，現(xiàn)代教育理念也要不斷更新。將研究性學(xué)習(xí)引入基礎(chǔ)教育課程體系成為世界各國課程改革和教學(xué)改革的突出特點，也已成為我國高校教學(xué)改革的一個方向。課程的研究型教學(xué)模式的推行彌補了傳統(tǒng)課堂教學(xué)在方法創(chuàng)新和實施效果方面的缺憾，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力以及獨立學(xué)習(xí)和終身發(fā)展能力起了重要的作用[1] 。

近年來，面對新工科建設(shè)和發(fā)展的需要，人才培養(yǎng)模式的改革已成為當(dāng)前教育教學(xué)研究領(lǐng)域的一大熱門，涉及具體的不同且廣闊的專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，對專業(yè)技術(shù)人才的需求越來越多，要求剛畢業(yè)的大學(xué)生即能進(jìn)入工作崗位甚至能勝任相關(guān)專業(yè)的實際工作，這往往是非常困難的。這就要求學(xué)生在大學(xué)甚至研究生階段，加強動手實踐能力，熟練掌握專業(yè)知識能力。

我國正在實施“中國制造 2025”與“互聯(lián)網(wǎng)+”兩大重要戰(zhàn)略規(guī)劃，從事核心技術(shù)開發(fā)、尋求創(chuàng)新知識、謀求創(chuàng)新發(fā)展的研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)越來越多。國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》強調(diào)要積極開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，特別是專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。攻克核心技術(shù)和功能器件，能為企業(yè)和國家的未來發(fā)展指明新方向?？梢哉f，我國已經(jīng)進(jìn)入了技術(shù)發(fā)展的黃金時期，這對于高校人才培養(yǎng)的能力和效果提出了新的機遇和挑戰(zhàn)。

高等院校的各個專業(yè)，特別是重點學(xué)科，對所屬專業(yè)的基礎(chǔ)課程和核心課程開展了廣泛的教學(xué)模式研究。與實踐相關(guān)的課程，如工程材料、生物技術(shù)、激光技術(shù)、精密探測等領(lǐng)域的課程，其基礎(chǔ)知識是不可或缺的。這樣的課程往往是理論性比較強，許多物理概念抽象難懂，如果沒有相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)就很難把工程技術(shù)相關(guān)工作做好且產(chǎn)生創(chuàng)新性想法。特別是具有交叉學(xué)科特征的新興產(chǎn)業(yè)，對人才的基礎(chǔ)知識面要求很廣，學(xué)生往往因缺乏感性認(rèn)識而感到不易理解、難學(xué)，只靠課堂講授很難達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果。這就要求我們在人才培養(yǎng)中加強研究性教學(xué)，將理論仿真和實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的比重加大，在教學(xué)體系中引入專題研究型教學(xué)內(nèi)容，將研究性問題的解決引入教學(xué)過程，建立理論與實驗有機聯(lián)系的渠道，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的研究與創(chuàng)新能力，讓學(xué)生學(xué)會學(xué)以致用，學(xué)會研究與探索，表現(xiàn)出更多的靈活性和多樣性。

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)正是這樣一個新工科專業(yè)，這就要求相關(guān)專業(yè)實驗的改革越來越深入[2-4]。教師需要在教學(xué)過程中合理地處理教學(xué)內(nèi)容以及采取有效的教學(xué)方法，做到重點突出、詳略得當(dāng)。讓學(xué)生既掌握基本原理和技術(shù)又懂得學(xué)以致用是目前專業(yè)課程教學(xué)急待解決的主要問題。根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗，開展仿真與實驗相結(jié)合的專題研究型教學(xué)研究是十分必要的。這種研究型教學(xué)模式的改革嘗試，有利于促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課程設(shè)置等方面的科學(xué)化和現(xiàn)代化，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更好地促使學(xué)生理解和掌握課程教學(xué)內(nèi)容。

二、專題研究型教學(xué)模式的研究現(xiàn)狀

研究性學(xué)習(xí)也稱綜合學(xué)習(xí)或?qū)ｎ}研習(xí)，是國際教育界普遍推崇和實施的一種新的學(xué)習(xí)策略或?qū)W習(xí)模式[5-8] 。它以學(xué)生的自主性、探索性學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，從社會生活中選擇和確定以問題為載體的研究專題，主要以個人或小組合作的方式進(jìn)行。讓學(xué)生通過自己收集、分析和處理信息來實際感受和體驗知識產(chǎn)生的過程，通過親身實踐獲取直接經(jīng)驗，養(yǎng)成科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，掌握基本科學(xué)方法，提高綜合運用知識解決實際問題的能力。

專題研究型教學(xué)模式以轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式為目的，注重培養(yǎng)學(xué)生主動探究和創(chuàng)新實踐的精神以及終身受用的學(xué)習(xí)能力。它改變了短促的、學(xué)科單一的、以教師為中心的傳統(tǒng)課堂教學(xué)，取而代之的是強調(diào)長期的、跨學(xué)科的、以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)活動。由于要研究的問題多來自現(xiàn)實生活，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境是開放的、多元的、動態(tài)的，從而給學(xué)生提供了更多獲取知識的方式和渠道，推動他們從不同側(cè)面了解社會，增強社會責(zé)任感。

實驗教學(xué)既要加強基礎(chǔ)實驗教學(xué)也要開設(shè)一些設(shè)計研究型實驗，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力。課程教學(xué)與實驗教學(xué)是兩個各自獨立的環(huán)節(jié)，但在教學(xué)過程中必須兩者兼顧，不可偏廢，并且保證知識學(xué)習(xí)的延續(xù)性。實際情況往往缺少一個有機的結(jié)合點，使兩者相互促進(jìn)，增強教學(xué)效果。這就需要在實驗教學(xué)或者課堂教學(xué)中開展以仿真與實驗相結(jié)合的專題研究型教學(xué)探索，充分發(fā)揮計算機仿真和實驗操作的教學(xué)優(yōu)勢，多層次提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新性。

專題研究型教學(xué)的定位應(yīng)非常清晰，主要有以下三點：其一，專題研究型教學(xué)屬于新的教學(xué)模式，對鍛煉學(xué)生專業(yè)能力具有重要的價值，值得院系注意，應(yīng)在教學(xué)學(xué)時及實驗室使用方面提供便利。其二，專題研究型教學(xué)是獨立的教學(xué)環(huán)節(jié)，需要相關(guān)教師投入大量的精力和進(jìn)行細(xì)心的指導(dǎo)。其三，專題研究型教學(xué)的考核應(yīng)獨立于傳統(tǒng)的考核方式和評價體系。

三、開展專題研究型教學(xué)模式探索的主要舉措

激光類課程一般是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)本科生上大三時進(jìn)行學(xué)習(xí)，該課程在該專業(yè)的教學(xué)活動中起到承上啟下的作用，國內(nèi)外知名院校的相關(guān)課程教學(xué)改革模式及改革措施是比較豐富的。我們的課程教學(xué)組注重加強教學(xué)討論和專題講座資料的收集，從注重提高教學(xué)效果和對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)角度出發(fā)，在不影響完成教學(xué)大綱規(guī)定的課堂教學(xué)和實驗教學(xué)任務(wù)的同時，實現(xiàn)專題研究型教學(xué)內(nèi)容與課堂教學(xué)實驗教學(xué)任務(wù)的有機結(jié)合。

比如以激光原理及應(yīng)用課程為例，該課程是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，也是高校其他相關(guān)專業(yè)非常重要的基礎(chǔ)課程。其教學(xué)內(nèi)容豐富，課時量大。表1所示為與激光相關(guān)的課程和實驗內(nèi)容，通常會有2～3門激光類必修課和1～2門激光類選修課，在專業(yè)實驗方面會有4～5個與激光相關(guān)的實驗研究內(nèi)容，在課程設(shè)計中也有較多的激光相關(guān)內(nèi)容。培養(yǎng)方案通常會將課程學(xué)習(xí)、實驗操作和課程設(shè)計安排在不同學(xué)期進(jìn)行，這不利于學(xué)生對知識的掌握和鞏固。而激光類知識在光電信息科學(xué)與工程專業(yè)中占有重要位置，且其相關(guān)課程要求理論性強，實驗要求技術(shù)性強，是非常適合開展專題研究型教學(xué)模式改革和嘗試的。

教師可從表1的課程和實驗中抽出幾個有著直接聯(lián)系的內(nèi)容，設(shè)計仿真與實驗相結(jié)合的合理的專題研究型教學(xué)內(nèi)容。實施時可將實驗和理論學(xué)習(xí)有機融合，結(jié)合課堂教學(xué)的內(nèi)容， 把握教學(xué)重要知識點，有針對性地設(shè)計幾個具體的專題內(nèi)容，組織實施專題研究型教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生完成研究型專題內(nèi)容的學(xué)習(xí)。通過整個學(xué)年的教學(xué)實施，專題研究型教學(xué)實現(xiàn)了課程教學(xué)和實驗教學(xué)的有機融合，達(dá)到了改善教學(xué)效果、提高學(xué)生綜合能力的目的。后續(xù)還需要進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的銜接性和延續(xù)性。

這門課程的整個教學(xué)過程可以分為如表1所示的三個部分。

首先，在課堂教學(xué)中，傳授涵蓋主要原理、技術(shù)和應(yīng)用方面的基礎(chǔ)性知識，通過增加演示性教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生觀察、思考、解決問題的能力，也促進(jìn)了理論教學(xué)質(zhì)量的提高。注重處理好課本中基礎(chǔ)知識、基本概念、基本性質(zhì)、基本現(xiàn)象的相互聯(lián)系，注重引導(dǎo)學(xué)生理解掌握理論公式的物理意義、內(nèi)涵與外延、應(yīng)用領(lǐng)域與應(yīng)用范圍，同時注重開展啟發(fā)式教學(xué)，加強對學(xué)生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

其次，靈活有效利用各種教學(xué)手段來提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。通過原理演示與教師講解，使學(xué)生對課程中的學(xué)習(xí)重點、難點有一定的感性認(rèn)識，以便于他們理解和掌握?？梢越Y(jié)合LabVIEW、Matlab軟件進(jìn)行模擬仿真教學(xué)，使學(xué)生在多變的教學(xué)環(huán)境中學(xué)習(xí)和思考，拓展想象空間，提高對軟件仿真方法和技術(shù)的認(rèn)識，提高針對問題開展具體實驗研究的積極性。

最后，在教學(xué)中將部分教學(xué)內(nèi)容設(shè)計成研究型專題提供給學(xué)生，學(xué)生通過自己的探索和實踐掌握仿真和實驗研究的方法，在研究中獲得知識，增加開辟新領(lǐng)域探索的勇氣。在此基礎(chǔ)上，還可以選拔優(yōu)秀的學(xué)生參與到教師的科研項目中開展科學(xué)研究和探索，以促進(jìn)其創(chuàng)新思維發(fā)展，提高其將理論學(xué)習(xí)和實踐相結(jié)合的能力。

對不同的知識點設(shè)計不同的專題研究型教學(xué)內(nèi)容時要體現(xiàn)基礎(chǔ)知識的掌握和應(yīng)用，并與課程設(shè)計內(nèi)容區(qū)別開來?，F(xiàn)舉幾個例子來說明。（1）在激光背景知識部分，提出的研究內(nèi)容是激光發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)是什么，研究方向是諧振腔的使用和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的實現(xiàn)。將這樣一個專題作為入門，一方面讓學(xué)生理解激光是綜合其他技術(shù)而出現(xiàn)的技術(shù)革新和突破，另一方面讓學(xué)生在研究過程中充分了解激光產(chǎn)生的歷史背景，增強后續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。（2）在激光光束特性部分，提出的研究內(nèi)容是激光光束在水中傳播特性研究，讓學(xué)生了解水中光束的散射特性，通過改變水的散射性質(zhì)，進(jìn)一步觀察高斯光束變換的相關(guān)問題。（3）在激光輸出特性部分，設(shè)置的研究內(nèi)容是弛豫振蕩特性的Matlab仿真及實驗研究?；谖_理論通過合理近似推導(dǎo)出弛豫振蕩特性參量的表達(dá)式，通過仿真相關(guān)特性的影響，結(jié)合實驗結(jié)果開展相關(guān)研究分析，可以達(dá)到非常好的學(xué)習(xí)效果和掌握程度。同樣地，在其他教學(xué)知識點也可以設(shè)計這種講授、仿真和實驗相結(jié)合的專題研究型教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建相關(guān)的一體化教學(xué)體系。

專題研究型教學(xué)內(nèi)容的考核與評價：做好專題研究型教學(xué)內(nèi)容的考核是非常重要的，需要考慮與課程實驗考核和課程設(shè)計考核的區(qū)別及聯(lián)系，由學(xué)生利用課下時間在專業(yè)實驗室獨立完成。為了更好地反映教學(xué)效果，應(yīng)做以下三方面的考慮：其一，相關(guān)任課教師應(yīng)是專題研究型教學(xué)內(nèi)容設(shè)計和考核的主體。其二，將專題研究型教學(xué)納入激光課程中，所涉及的擴展實驗部分，由專業(yè)實驗室提供場地和設(shè)備，限制完成時限，由學(xué)生自主完成。其三，合理設(shè)置考核分?jǐn)?shù)占比。也可以將專題研究型教學(xué)內(nèi)容作為大作業(yè)布置給學(xué)生去完成。

四、專題研究型教學(xué)模式實施的效果分析

專業(yè)課程與實驗是各自獨立的教學(xué)內(nèi)容，現(xiàn)有的教學(xué)模式缺少兩者的有機結(jié)合，達(dá)不到理想效果。本課題的研究通過仿真與實驗相結(jié)合的專題研究型教學(xué)，采用合理的教學(xué)模式和方法，改善教學(xué)效果，提升學(xué)生知識掌握程度，使學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)得到完善，對提高學(xué)生綜合能力具有積極的作用。我們在光電信息科學(xué)與工程專業(yè)本科生整個大三學(xué)年實施了專題研究型教學(xué)，獲得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生普遍反映專題研究型教學(xué)不僅有助于鞏固理論知識的掌握效果，也讓學(xué)生有機會嘗試從事科學(xué)研究、解決關(guān)鍵技術(shù)問題的基本方法，在掌握知識以及提升能力和素質(zhì)方面均得到了較好的專業(yè)引導(dǎo)與鍛煉。

五、結(jié)論與展望

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)屬于新工科的專業(yè)，開展專業(yè)課程教學(xué)模式改革研究對于新工科專業(yè)的教學(xué)模式建設(shè)有重要意義。通過專題研究型教學(xué)模式的改革探索發(fā)現(xiàn)該教學(xué)模式適用于理論性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，所獲得的研究成果值得相關(guān)專業(yè)特別是新工科專業(yè)的課程教學(xué)借鑒。雖然采用該教學(xué)模式能取得良好的教學(xué)效果，但應(yīng)重視做好對教師和學(xué)生兩者積極性的保護(hù)。對教師來說，這樣的專題研究型教學(xué)需要大量精力的投入，從目前來看，能夠與教師的科研工作有機結(jié)合起來無疑是一種比較理想的方式。對學(xué)生來說，提高研究型學(xué)習(xí)考核比例，將研究型學(xué)習(xí)提升至競賽乃至產(chǎn)出創(chuàng)新性成果的水平，無疑是提高學(xué)生深入研究積極性的有效辦法?？v觀整個專題研究型教學(xué)改革發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，面對國家對高層次人才的需求，專業(yè)課程教學(xué)方法和模式的改革仍需要積極探索。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 孫剛成，楊晨美子.發(fā)達(dá)國家研究生教育教學(xué)改進(jìn)的典型方式及啟示：以美國、德國、英國、日本為例[J].黑龍江高教研究，2019（7）：126-132.

[2] 趙嵩卿，焦志勇.光學(xué)工程專業(yè)碩士實驗教學(xué)體系的構(gòu)建及實驗室的建設(shè)[J].中國教育技術(shù)裝備，2013（3）：140-141+148.

[3] 譚中奇，姜廣文，謝文科，等.淺談研究生課程《高等光電技術(shù)實驗》的教學(xué)體會[J].高等教育研究學(xué)報，2012（1）：68-70.

[4] 楊應(yīng)平，曾延安.光電信息類實驗教學(xué)改革及實驗教學(xué)體系[J].理工高教研究，2006（2）：127+140.

[5] 楊曉紅，王凱淵，王兆春，等.設(shè)計性實驗教學(xué)在研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的探索與實踐[J].西南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018（11）：166-171.

[6] 任宏萍，沈赟，支猛.專題研究型教學(xué)方法的探討與實踐[J].高教學(xué)刊，2016（18）：157-158.

[7] 孫琪.研究型大學(xué)本科人才培養(yǎng)模式改革研究及啟示[J].山東師范大學(xué)學(xué)報（人文社會科學(xué)版），2013（6）：109-114.

[8] 王志，江兆潭.研究型固體物理課程教學(xué)探索與實踐[J].大學(xué)物理，2017（10）：57-60+76.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]

[收稿時間]2020-06-11

[基金項目]教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“產(chǎn)學(xué)合作機制下光電專業(yè)實驗教學(xué)改革師資提升計劃”（201902282026）;哈爾濱工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究項目“新工科背景下研究生跨學(xué)科聯(lián)合培養(yǎng)模式研究”（JGYJ-2019039）。

[作者簡介]潘玉寨（1976-），男，山東濟(jì)寧人，博士，副教授，研究方向：激光技術(shù)和光電專業(yè)教學(xué)改革。