研究生光电技术实验课程教学探索与实践

摘要：实验课程教学对于提高学生理论联系实际能力、动手操作能力以及创新思维能力等均具有重要作用。在研究生人才培养中如何充分发挥好实验课程的重要作用，培养和锻炼研究生实践创新能力，这是一个值得深入探讨和研究的问题。本文以我校研究生课程《高等光电技术实验》为例，以研究生培养目标为出发点，将提高人才培养质量作为目标，结合近些年该课程的教学实践，介绍了在研究生实验课程教学探索中的一些经验和体会。

关键词：研究生实验课程;光电技术实验;创新人才培养

中图分类号：G643     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）22-0106-03

研究生教育属于国民教育序列中的高等教育，它对于国家创新人才培养以及提高国家科技竞争力具有决定性意义。研究生教育不仅要求学生在本门学科内掌握坚实的基础理论和系统的专门知识，而且要求具备从事科学研究和教学工作或独立担负专门技术工作的能力以及创新能力[1]。因此，与本科及其之前的教育不同，研究生教育的本质是培养研究者的教育[2]，其核心是培养学生的科研能力、工程实践能力以及创新能力。教学是为教育培养目标服务的，是实现教育目标的手段和途径[3];教学同时也是人才培养的核心，是提高人才培养质量的关键。那么，研究生课程教学该如何实现研究生培养目标，并保证人才培养质量？这是高等教育工作者和研究者普遍关注的一个问题，它近些年来也是国内教育界研究的热点[4，5]。

为更好地实现培养目标、提高培养质量，当前国内外很多工科类大专院校在研究生阶段的课程系统中开设有实验课程。以2012年全国光学工程学科排名靠前的几所高校为例，调研可发现他们基本均开设有光学或光电相关实验课程。之所以出现这种情况，原因显而易见：实验课程对于研究生人才培养而言作用是众所周知的，它不仅可充分培养研究生分析问题和解决问题的能力、动手实践操作能力以及对自然规律的分析提炼等方面的能力，还培养和锻炼学员的创新能力和科研素质，为今后从事科研或教学工作打下坚实基础。国防科大为适应新形势下光学工程专业研究生的人才培养要求、进一步提高人才培养质量，投入大量资金构建了以光电技术为核心的研究生实验教学和创新实践活动平台，建成光电技术综合实验中心，并依托该中心开设研究生核心课程《高等光电技术实验》，推动了构建光学工程学科完善的人才培养体系[6]。然而，实验课程不同于理论课程，其教学具有自身特色，实验课程教学中采取何种方式进行？该如何充分发挥其在研究生人才培养中的重要作用？这些都是需深入研究的问题。近三年，笔者有幸参与了《高等光电技术实验》的教学实践活动[7]，并作为教学团队成员对教学方式进行改革和探索，下面结合以往的教学实践经历，就研究生实验课程教学方法简单谈谈我们的做法与体会，以供参考。

一、联系理论，紧贴应用

在现有的条件下，《高等光电技术实验》已可为我校《光电子学》、《激光物理》以及《光纤光学》等课程教学提供支撑。为此，光电技术实验课程教学中需要密切联系理论，在讲授清楚基本原理的基础上，结合具体实验，让学员对相关理论问题有更为深入的认识和理解。举例来说，在氦氖激光器实验中，当测得氦氖激光器输出功率随着增益电流变化的曲线后，利用简单的数据分析方法即可观察到激光器中所谓的自饱和效应，为解释清楚该效应，结合激光物理中的自洽方程组等基础理论知识进行说明，这样学员不仅对自洽方程组这样抽象的公式有了进一步认识，同时进行实验现象的物理本质的理解也更深一步。借助实验教学，研究生光电技术实验课程等另一个重要作用是，提高学员运用知识和工程实践的能力，为此，实验课程教学需结合相关技术的应用进行。这不仅能开拓学生视野、提高其理论联系实际的能力，还可提高其课题学习的兴趣。以法珀腔实验为例，当学员进入实验后，绝对多数同学认为法-珀腔属于很古老的光学器件，没有研究和应用价值，因此实验热情不高。此时，若阐述法-珀腔对于近代光学（特别是激光技术）的重要意义，并结合科研实际介绍法-珀腔在线宽压窄、传感测量以及腔衰荡技术等新兴领域中的应用情况，学员课程学习的积极性明显得到提高。

二、鼓励提问，引发思考

正如前面所述，研究生教育其本质是研究者的教育，需要培养学生独立从事科研工作的能力以及创新思维能力。发现问题、分析问题和解决问题是进行科研工作的基本步骤，如何培养和锻炼研究生科研能力是一个值得关注的问题。在实验课程中，通过结合实验过程中出现的系列现象，引导学员发现问题，进而思考问题，从而进行相关科研技能的培养和锻炼[8]。譬如在法-珀腔实验中，当搭建好系统后，即可从示波器上观察到系列现象。这时即可引导学员描述现象，并要求发现和提出问题，如示波器上两种颜色表征的信号分别对应法-珀腔的那些物理量？为何三角波信号扫描时法珀腔腔长时，其输出信号存在两个相距很近的峰？等等。进一步引导学生进行思考，此时学员便会结合法-珀腔的理论知识探究这些问题，最终得到正确理解。通过这些过程，当学生在今后科研实际中碰到类似问题时，他们就会将实验量和物理量联系起来，同时提出和发现问题，并结合理论进行思考，这就为今后的创新科学研究奠定基础。

三、适时点拨，授之以渔

在科研实际中，掌握基本的分析问题的方法，从而找到解决问题的途径是非常重要的。研究生学员经过本科教育后，虽然初步掌握了学科相关的基础知识，但理论联系实际的能力还相对较弱，当单独面临实际科研问题时，如何分析问题、解决问题往往显得不知所措或者无法抓住问题的关键，因此在研究生课程教学中传授他们基本的分析问题的方法是极有意义的。在实验课程教学中，进行有关能力的培养和锻炼优势明显，它可结合实验过程中问题的分析和思考进行。具体为：当问题明确后，首先引导实验学员进行集体讨论，给予他们充分的深入思考和阐述自己观点的时间，并在关键的时刻进行引导，以免误入歧途。得到正确结论后，再进行简单归纳总结，得到一般的分析类似问题的方法和步骤。在氦氖激光器实验中，需要学员测量激光器功率与增益管位置的关系曲线，进行实验并获得结果后，对于如何会出现这样的实验结果问题，学员往往不知分析该如何下手。此时，点拨学员回想在激光原理中学过的理论知识，这样学员很快便会顺藤摸瓜，得到该现象的合理解释。经过类似的锻炼后，学员遇到问题时便会从与现象直接相关的物理量开始分析，利用排除法、类比法等方法进行问题探究，从而得到正确结果或结论。

四、重视过程，培育素质

除理论联系实际的能力外，在科研的道理上，研究生进行独立科学研究还需要有动手操作经验和坚韧不拨的科研素质。研究生光电技术实验为学员提供了这样一个平台，经过该课程的系列学习，学员可以掌握基本的光学仪器使用方法、光学系统搭建技巧以及光学器件调节技能等，从而具备从事光学及其相关学科科学研究所需的技能。由于实验是一个环环相扣的完整过程，同时考虑到学员能力的培养是一个由浅入深、由简单到复杂的过程，因此实验教学中要求学员全面体验和参与实验整个过程，但这并不意味着要求学员按照某种预先设定操作步骤进行实验。动手操作能力的培养除了要求学员完成规定的实验环节外，还要求实验结果满足预定设想，若实验结果不符合理论分析结果，则需要学员分析并找出原因。除动手操作能力外，实验课程还要培养学员细心、耐心以及恒心等方面的科学精神。光学实验是一项急需恒心和毅力的工作，有些实验系统的调节需要连续数小时甚至数天的时间，这时，需要给予学员以鼓励，让他们有将实验进行到底的信心和决心。这个过程中教员应该充当的角色是同行者，但尽量不要主动动手帮忙解决实际问题，以免剥夺他们锻炼的机会。

五、灵活组织，激励创新

党的十八大指出：“科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。”作为研究生教育，必须将创新人才培养思想贯彻落实在教学实践整个过程中。创新人才的表述中，其素质特征可概括为三方面，即创新人格、创新思维和创新能力[9]，那么在研究生实验课程中如何进行这些方面能力或素质的培养和锻炼呢？首先，实验课程不为学员设定条条框框，他们在思想上是自由的，只要不涉及仪器使用安全和人身安全问题，学员可以自由组织和开展实验过工作，教员在整个过程充当的角色是旁观者或者观察员，当然，必要时刻应该给予学员提示或指点，以免误入歧途。当学员小组对设计的实验方案或者实验结果存在分歧时，教员更多应该充当辩论的组织者或主持人，让学员充分阐述自己的意见，并由他们自己得到结论或是激发出新的实验方案。其次，在课程考核方式进行相应调整，利用政策导向引导和激励学员进行创新活动。具体而言，课程成绩考核指标中增加创新思维和创新能力的评价，对于能设计并开展新颖实验方案的学员给予加分等等。创新能力的培养在实验课程中主要是结合科研实例分析或方案设计进行，譬如在法-珀腔实验完成后，给学生安排课后设计任务，要求学员解决商用扫描法-珀腔干涉仪光谱覆盖范围较窄的缺点，借此培养和锻炼学员创新能力。

结束语：

在我校《高等光电技术实验》课程过去三年的教学实践中，我们以研究生培养目标为出发点、以提高人才培养质量为目标，对于研究生实验课程的教学方式进行尝试和探索。并依照上述思路和方法，进行了教学改革和实践，取得初步成效，得到选课学员的普遍好评，同时该课程在近三年的教学督导中多次获校级优秀评价。然而，研究生教学改革与创新是没有止境的，在今后的教学实践中，我们将从提升研究生学员分析和解决实际问题的能力、调动他们进行创新实验的热情和积极性以及培养他们协同合作的意识等方面下功夫，进一步把该课程建设成为研究生一流课程。

参考文献：

[1]百度百科——研究生教育[DB/OL].Baike.baidu.com/view/644603.

[2]韩壮志，尚朝轩，何强.研究生专业课教学设计模式研究[J].中国电力教育，2010，152（1）：90-92.

[3]郭成.课堂教学设计[M].北京：人民教育出版社，2006.

[4]谢美华，张增辉.探究式教学在研究生课程教学中的实践[J].高等教育研究学报，2011，34（2）：61-63.

[5]王晋茹，邱玲.研究生教学中探究式教学（Inquiry Teaching）模式初探——以《小波与偏微分方程》课程为例[J].中国科教创新导刊，2012，（22）：61.

[6]梁永辉.“十一五”研究生实验条件建设项目论证方案[Z].内部.

[7]谭中奇，姜广文，谢文科，张斌，汪之国.浅谈在研究生课程《高等光电技术实验》中的教学体会[J].高等教育研究学报，2012，35（1）：111-114.

[8]杨辉，王丹，路大勇.综合性大学普物实验探究式教学初探[J].大学物理，2012，25（5）：109-110.

[9]秦石乔，吴建华，汪莹.创新教育是极大值教育[J].高等理科教育，2013，110（4）：14-21.

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