梁迅 馬麗娜 姚瓊 張學亮 熊水東

摘要：按照部隊在現(xiàn)代化信息戰(zhàn)爭中對光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域人才的實際需求，2006年起我院在原有研究生課程《光纖傳感技術(shù)》的基礎(chǔ)上，對光學工程專業(yè)學員的光纖傳感技術(shù)課程進行了深度改革。針對技術(shù)類本科生、軍事指揮類本科生、碩士研究生和博士研究生的不同特點和未來適應(yīng)部隊工作的不同要求，建立了光纖傳感系列課程，通過深入教學研究，在多層次一體化課程體系建設(shè)、教學方法與手段改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教師隊伍建設(shè)等方面取得了較大成績。

關(guān)鍵詞：光纖傳感；軍隊人才培養(yǎng)；課程建設(shè)與改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）09-0065-04

一、引言

光纖傳感技術(shù)是一門基礎(chǔ)理論與工程應(yīng)用緊密結(jié)合、理論與實踐能力并重的系統(tǒng)學科，既要求學員有扎實的光學、電學基礎(chǔ)，又要求學員能夠擺脫課本的束縛、根據(jù)實際工程應(yīng)用靈活運用已學到的知識。為適應(yīng)這一形勢，2006年以來，我們針對技術(shù)類本科生、軍事指揮類本科生、碩士研究生和博士研究生的不同特點和未來適應(yīng)部隊工作的不同要求，建立了光纖傳感技術(shù)系列課程。

作為一門應(yīng)用學科，“學以致用”是光纖傳感技術(shù)系列課程的特色之一。為此，課程建設(shè)非常注重學員對課程知識的實踐應(yīng)用能力培養(yǎng)，在教學實踐中，結(jié)合課程特點和授課對象的學習特點，大力推進教學方法與手段的研究改革，在多層次一體化課程體系建設(shè)、教學方法與手段改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教師隊伍建設(shè)等方面取得了較大成績，下面分別進行介紹。

二、光纖傳感技術(shù)多層次一體化課程建設(shè)

我校早在上世紀90年代就開設(shè)了《光纖傳感技術(shù)》課程，并作為光纖傳感專業(yè)研究生的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，為培養(yǎng)光纖傳感技術(shù)人才起到了不可替代的作用。然而隨著光纖傳感技術(shù)在現(xiàn)代化信息戰(zhàn)爭中的應(yīng)用越來越廣泛，部隊對光纖傳感專業(yè)的人才數(shù)量和質(zhì)量要求越來越高。我校原有的只針對研究生展開的《光纖傳感技術(shù)》課程已經(jīng)遠遠不能適應(yīng)培養(yǎng)部隊所需人才的緊迫要求。從2004年開始我院開始醞釀對光纖傳感技術(shù)課程進行深入改革，將授課對象拓展到全校本科生和本院研究生，并從2006年開始實行。經(jīng)過6年多的系統(tǒng)建設(shè)，最終建立起了完備的多層次光纖傳感系列課程。

由于本科生和研究生、本專業(yè)和非本專業(yè)學員、技術(shù)類和軍事指揮類學員的知識基礎(chǔ)和應(yīng)用方向差異太大，如何科學劃分課程層次、清晰明確課程內(nèi)容、準確定位課程目標是光纖傳感系列課程建設(shè)的重點和難點。

在廣泛調(diào)研軍隊需求、不同類別學員的知識積累和興趣及國內(nèi)外學校同專業(yè)的課程設(shè)置基礎(chǔ)上，我們建立起了分別面向本科生和研究生、技術(shù)類和軍事指揮類、本院專業(yè)和全校學員的光纖傳感系列課程。新增了技術(shù)類《光纖傳感技術(shù)》、軍事指揮類《光纖傳感技術(shù)》，面向全校本科生專題研討課《基于虛擬儀器的光纖傳感技術(shù)》三門課程，原有針對研究生的《光纖傳感技術(shù)》則改為《光纖傳感系統(tǒng)》[1，2]。

（一）建立起針對本院技術(shù)類本科生的《光纖傳感技術(shù)》課程內(nèi)容體系，以“扎實廣泛的技術(shù)基礎(chǔ)為核心，典型的系統(tǒng)應(yīng)用為亮點”

考慮到授課學員在學習本課程之前已經(jīng)在《光纖通信》、《光電檢測技術(shù)》等課程中對光纖和光纖器件等有初步了解，在本課程中首先介紹光纖傳感技術(shù)的概念和內(nèi)涵，然后針對光纖傳感系統(tǒng)的特點，介紹光纖、光纖器件、光纖傳感原理和光纖傳感信號解調(diào)原理。這四部分內(nèi)容涵蓋了強度型、偏振型、波長型、相位型和分布式光纖傳感的系統(tǒng)構(gòu)成、傳感原理和關(guān)鍵技術(shù)，為光纖傳感基礎(chǔ)知識，具有信息量大、知識點多、覆蓋范圍廣泛的特點；最后以2-3種典型的光纖傳感系統(tǒng)為例，向?qū)W員示范在系統(tǒng)中如何對基礎(chǔ)知識進行靈活應(yīng)用，啟發(fā)學員根據(jù)學到的基礎(chǔ)知識來分析理解新型光纖傳感系統(tǒng)。

（二）研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程以“系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)為核心，系統(tǒng)設(shè)計為亮點”

與原有的研究生《光纖傳感技術(shù)》相比，新的課程內(nèi)容和標準進行了大幅度的改革，突出“系統(tǒng)應(yīng)用”，大幅度削減了光纖傳感基礎(chǔ)知識，而是以四大類典型光纖傳感系統(tǒng)為授課重點。課程中的四大類典型光纖傳感系統(tǒng)選取了目前應(yīng)用最為廣泛或技術(shù)難度較高的光纖水聽器系統(tǒng)、光纖陀螺系統(tǒng)、分布式光纖傳感系統(tǒng)和光纖光柵傳感系統(tǒng)，針對每一類對其應(yīng)用背景、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)指標和關(guān)鍵技術(shù)進行詳細分析，構(gòu)建課本知識到實際工程應(yīng)用的技術(shù)橋梁。在講解完每一類典型光纖傳感系統(tǒng)后，特別設(shè)計了光纖傳感系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)，要求學員以分組的形式，根據(jù)特定應(yīng)用背景設(shè)計出光纖傳感系統(tǒng)，闡明系統(tǒng)特色和關(guān)鍵技術(shù)。

課程調(diào)整所面臨的最大難題在于：學習本課程的研究生既包括本校本專業(yè)的學員，也包括來自于外院和外校的本科非光信息專業(yè)的學員。對于前者，通過本科生階段的《光纖傳感技術(shù)》學習已經(jīng)具備了良好的基礎(chǔ)，在新課程學習中應(yīng)盡量避免內(nèi)容重復；對于后者，直接學習典型光纖傳感系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)存在一定難度，需要對光纖傳感基礎(chǔ)知識進行介紹。為此，在研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程中，首先設(shè)定了3個課時對光纖傳感基礎(chǔ)知識進行回顧和總結(jié)，并點明各部分基礎(chǔ)知識所涉及的參考書。同時由于使用了與本科生《光纖傳感技術(shù)》課程同一系列的教材，為解決學員基礎(chǔ)參差不齊的難題提供了有效的解決辦法，而面向全校的《基于虛擬儀器的光纖傳感技術(shù)》則為畢業(yè)于本校其他專業(yè)的研究生學員提供了學習本課程的基礎(chǔ)。

（三）軍事指揮類本科生的《光纖傳感技術(shù)》課程以“完善學員知識結(jié)構(gòu)為重點，突出軍事應(yīng)用特色為亮點”，為學員提供裝備相關(guān)知識基礎(chǔ)

課程針對軍事指揮類本科學員培訓的主要目標，將軍事指揮類本科生《光纖傳感技術(shù)》課程的主要任務(wù)確定為拓展軍事指揮類學員的知識面，完善知識結(jié)構(gòu)，了解最新軍用傳感器技術(shù)，一方面可以充分發(fā)揮我軍現(xiàn)有裝備的作戰(zhàn)效能，另一方面可以掌握外軍作戰(zhàn)手段，有效克敵制勝。課程簡化了基礎(chǔ)知識部分內(nèi)容，擴充了典型光纖傳感部分，特別是注重光纖水聽器、光纖陀螺和分布式光纖傳感器在軍事中的應(yīng)用，并拓展光纖水聽器在聲納系統(tǒng)應(yīng)用中的相關(guān)知識，讓學員在進行工作崗位后可以更快的掌握相關(guān)裝備的使用和維護。

（四）面向研究生的《虛擬光纖傳感技術(shù)》以“引導學員自主學習為核心，激發(fā)學員獨立思考為亮點”

課程以光纖傳感技術(shù)中相干檢測技術(shù)為背景，以虛擬儀器技術(shù)為手段，通過一個具體實例為研討對象，讓學員一邊學習新知識，一邊動手做實驗，一邊學會自主學習。課程首先在學員高中已經(jīng)具備的光學知識基礎(chǔ)上講解干涉型光纖傳感的基本內(nèi)容，然后引導學員自習LabVIEW虛擬儀器語言，通過研討學習心得讓學員掌握LabVIEW基本知識，最后要求學員利用所學知識和工具完成光纖傳感中一個典型信號處理問題。整個課程以學員自己動手動腦為主，精選了一門易學好用的虛擬儀器語言LabVIEW，使學員可以在四到五次課的時間內(nèi)學會，并結(jié)合光纖傳感技術(shù)系列課程的建設(shè)成果，讓學員可以在課程上針對典型的干涉型光纖傳感系統(tǒng)進行信號處理實驗，一方面提升了學員的學習的積極性，另一方面加強了學員的自信心，并為學員以后的創(chuàng)新實踐奠定了基礎(chǔ)。

三、教學方法與手段改革

在教學過程中，在教學方法和教學手段上也進行了一系列的改革，使用了大量的新技術(shù)、新手段、和新的教學方式。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）充分運用科研成果和虛擬儀器技術(shù)的特點，增加了大量的課堂演示實驗環(huán)節(jié)

在光纖傳感技術(shù)系列課程中引入堂演示實驗，對于加深學員對知識的理解效果最為明顯。在課程建設(shè)中，充分利用所在實驗室在光纖傳感技術(shù)研究上的優(yōu)勢，在每門課程講授中都加入了1～2個課堂演示實驗。

與專門的實驗課不同，課堂演示實驗的側(cè)重點在實驗效果上，通常都是完整的光纖系統(tǒng)，包括光源、光傳輸鏈路、光接收模塊、顯示模塊等等，并注重演示效果。以往的光纖系統(tǒng)雖然功能性明顯，但結(jié)構(gòu)復雜。近年來，課題組所在的實驗室在光纖傳感系統(tǒng)的工程可靠性研究上投入了大量精力，一些便攜式高可靠性的光纖傳感集成模塊在科研項目中得到廣泛應(yīng)用；這些科研成果的突破使得在課堂上演示一些復雜的光纖傳感系統(tǒng)實驗成為可能[5]。另一方面，由于虛擬儀器技術(shù)在光纖傳感技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，復雜的信號解調(diào)可以通過電腦直觀的顯示在課堂多媒體系統(tǒng)中，“所見即所得”的方式使得課堂演示實驗的效果非常直觀和可信。以研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程為例，我們選取了光纖光柵應(yīng)變系統(tǒng)作為課堂演示實驗內(nèi)容。在硬件上，這套系統(tǒng)的光收發(fā)模塊為集成化的便攜式光纖光柵解調(diào)儀，采用法蘭盤對接可串接起多個光纖傳感陣列；而復雜的信號解調(diào)系統(tǒng)則全部通過虛擬儀器技術(shù)在電腦上軟件實現(xiàn)，解調(diào)結(jié)果直接顯示在電腦程序界面中。通過這套系統(tǒng)，我們完整地演示了光纖傳感器設(shè)計、光纖傳輸鏈路構(gòu)成、復用光纖傳感網(wǎng)絡(luò)、和光纖傳感信號解調(diào)等多項知識內(nèi)容，學員普遍反映通過這一演示實驗對光纖傳感系統(tǒng)有了清晰深刻的了解。

（二）借鑒國外大學相關(guān)專業(yè)的教學模式，在考核中引入小型綜合設(shè)計環(huán)節(jié)，充分考察學員的綜合素質(zhì)

課題組的兩位教員具有國外留學的經(jīng)歷，在課程建設(shè)中充分參考國外大學在光纖傳感技術(shù)課程的教學方法，在作業(yè)環(huán)節(jié)引入小型光纖傳感綜合設(shè)計內(nèi)容，并將其作為課程考核評價標準的一部分，實現(xiàn)對學員綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和考核評價。

光纖傳感綜合設(shè)計參考了香港理工大學和英國南安普頓大學的教學經(jīng)驗，以對知識的綜合運用為主要考察目標。本科生光纖傳感技術(shù)采用適當?shù)木C合設(shè)計題目難度，重視對知識融會貫通和綜合應(yīng)用能力的考察，一般在授課過程中只進行1次；研究生除了要求基礎(chǔ)知識綜合應(yīng)用能力，更注重對實際工程應(yīng)用系統(tǒng)的完整性和前沿問題的拓展性考察[6]，一般則開設(shè)2～3次。綜合設(shè)計作業(yè)由學員分組完成，小組內(nèi)成員根據(jù)資料調(diào)研、方案設(shè)計、報告撰寫等工作內(nèi)容的不同進行明確分工，并推選一位組員參加課堂專門設(shè)置答辯環(huán)節(jié)。

（三）針對授課內(nèi)容的層次劃分和授課對象的學習特點，科學合理設(shè)置研討專題

研討式教學我校近年來大力推廣的教學方式之一。由于光纖傳感技術(shù)具有經(jīng)典與前沿相結(jié)合、理論與工程應(yīng)用相結(jié)合的特點，在系列課程建設(shè)中，課題組在原有研究生《光纖傳感技術(shù)》的研討式專題內(nèi)容基礎(chǔ)上，進行了深入的思考和大膽的拓展，將課程中的研討專題劃分為三大類：經(jīng)典理論知識的研討、前沿研究的研討和學位論文研究方法的研討。

經(jīng)典理論知識的研討要求學員在授課之前對相關(guān)內(nèi)容進行預(yù)習，并在課堂上對全體學員講解自己對該問題的理解。如在進行“光纖干涉儀傳感系統(tǒng)”的授課時，要求學員預(yù)習時弄明白兩個問題：什么是隨機相位衰落？什么是偏振誘導信號衰落？進行研討時不要求學員對這兩個問題進行深入剖析，但要求學員用精煉的語言闡明問題的物理含義。學員普遍認為這種研討專題不是特別復雜，通過預(yù)習教材即可，但大部分學員會準備PPT課件，且自愿上講臺講述的學員一般在以往的學習過程中接觸過與該專題相關(guān)的研究工作，因此在其課件上還會加入自己以往的工作、自己對該問題的擴展認知及自己尚未弄明白的問題等。這種教學效果是在深入了解學員的知識積累基礎(chǔ)上，通過巧妙設(shè)置研討專題取得的。

前沿研究的研討要求學員進行大量的資料查閱，特別是光纖傳感前沿研究課題的查閱。對于某一個問題，由于課堂講授的時間受限或者教材中沒有系統(tǒng)的描述，對該問題的課堂講授可能不夠全面，在這種情況下，教師會提供相關(guān)信息，要求學員查閱該文獻并進行精讀，然后在課堂上進行研討。這種研討專題分為兩種：一種是教師提供明確的檢索信息，由學員查閱到該文獻后精度文獻，分析文獻的精華及不足；另一種則是教師提供所要解決的問題，由學員對該問題進行解讀，提煉關(guān)鍵檢索信息，進行檢索后，對檢索文獻進行初步分析，總結(jié)該問題的研究現(xiàn)狀。學員反映這種研討專題的難度稍大于第一種，但一般稍花時間都能解決。

學位論文研究方法的研討目的在于：無論是本科生還是研究生，在學習完相應(yīng)的光纖傳感技術(shù)課程后馬上就要投入到學位論文工作中。通過對這類問題的研討，學員逐漸掌握了在未來從事學位論文研究中必須具備的研究方法，這類的研討主要培養(yǎng)學員的仿真計算能力和光纖傳感系統(tǒng)的設(shè)計能力。例如在講授完光纖光柵的基本理論之后，學員反映耦合模理論的公式很繁瑣，難以一眼看出其中的物理特性，為此，我們安排了相關(guān)理論的仿真計算研討，要求學員根據(jù)課堂講授的公式進行理論仿真，計算光纖光柵反射光譜，并繪制帶寬、反射率等關(guān)鍵參數(shù)隨著光柵參數(shù)的變化曲線。學員在課堂研討時要講述自己的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置和仿真結(jié)果。通過這種研討方式，學員對光纖光柵的反射譜特性建立了深入的了解，效果遠遠好于課堂直接講授相關(guān)結(jié)論。

根據(jù)光纖傳感課程層次劃分，不同的光纖傳感技術(shù)課程對三種研討專題的應(yīng)用程度也不相同，本科生的光纖傳感技術(shù)課程以經(jīng)典理論知識的研討為主，并設(shè)置1～2次前沿研究的研討；研究生的光纖傳感技術(shù)課程則以前沿研究的研討專題和學位論文研究方法的研討專題為主，對特別重要的概念設(shè)置少量經(jīng)典理論知識的研討專題。

四、以光纖傳感技術(shù)課程為支撐的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用范圍極廣，一套實用的光纖傳感系統(tǒng)可以很龐大很復雜，也可以很小巧靈活。針對這一特點，課題組教師在學院本科生和研究生的各項教學活動中，積極開展與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的各項活動。

針對本科生的光纖傳感技術(shù)系列課程，在授課結(jié)束后，在光電設(shè)計大賽、畢業(yè)設(shè)計等教學活動中開設(shè)了大量關(guān)于光纖傳感技術(shù)應(yīng)用的課題，引起學員濃厚的興趣和廣泛的參與熱情。一方面，參與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的本科畢業(yè)設(shè)計學員數(shù)量大幅度提高。以技術(shù)類本科畢業(yè)設(shè)計為例，2013、2014年參與光纖傳感技術(shù)相關(guān)課題的學生均達到光信息專業(yè)學員總數(shù)的50%以上。另一方面，學員完成課題的質(zhì)量也得到大幅度提升，近年來有8名本科生獲得學校創(chuàng)新資助，從側(cè)面反映出光纖傳感技術(shù)課程教學效果的日漸提高。這些競賽成果也作為評價授課效果的標準之一，并將學員在課外延拓活動中的效果和意見及時反饋到教學過程中[3，4]。

針對研究生的光纖傳感技術(shù)系列課程，一方面鼓勵學員在課程學習的基礎(chǔ)上努力拓展研究深度，在光纖傳感研究領(lǐng)域不斷創(chuàng)新。在課題組所在實驗室所培養(yǎng)的研究生中，有3名研究生獲得學校創(chuàng)新資助，1名研究生獲得湖南省創(chuàng)新資助，其課題都是光纖傳感領(lǐng)域的研究重點和難點。此外還有5項研究生參與申請的光纖傳感技術(shù)相關(guān)專利；另一方面，鼓勵學員積極參與到與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的科研項目中，在實際工程環(huán)境中對課程知識進行融會貫通。目前在光纖信息專業(yè)的畢業(yè)研究生中，參加過光纖傳感相關(guān)的湖上或海上試驗的學員達到95%以上，為其真正走向工作崗位后充分適應(yīng)部隊對光纖傳感技術(shù)人才的需要積累了寶貴的經(jīng)驗。

五、高素質(zhì)教師隊伍建設(shè)

作為教育的重要媒介，教師是活動中的主要因素。教員整體素質(zhì)的高低，直接影響著教學質(zhì)量的高低。因此，建立一支教學水平高、結(jié)構(gòu)合理的高素質(zhì)師資隊伍顯得尤為重要。

（一）從教學和科研兩個方面錘煉教師隊伍，使教師的教學水平和科研能力相互促進共同提高

科學研究是教師工作的重要組成部分，是提高教學水平的重要手段，也是提高自身素質(zhì)的重要途徑。對于光纖傳感技術(shù)系列課程而言，學即能致用是其重要特點之一，教學和科研的相互促進作用尤為明顯。課題組全部教員均參加了多個重大科研項目。通過重大科研項目的歷練，教員的學術(shù)水平得到很大的提高，一方面教員接觸了學術(shù)前沿，開拓了學術(shù)視野，經(jīng)歷了科研實踐，在課堂教學中自然會將科研最新成果、專業(yè)發(fā)展動向帶進課堂，另一方面，教員在參與重大科研項目時對光纖傳感的技術(shù)內(nèi)容有了更加深刻的認知，對于在課堂上清楚明白的講好各個知識點至關(guān)重要。同時，通過教學活動中對課程內(nèi)容的反復推敲及與學員之間展開的研討交流，可以加深教員對技術(shù)環(huán)節(jié)的領(lǐng)悟，甚至激發(fā)教員的靈感。通過在科研和教學兩個方面同時錘煉，促進教師知識更新和自身進步，提高教師的創(chuàng)新能力和教學質(zhì)量，將真正做到科研教學一體化。

（二）鼓勵教員進行對外交流，充分借鑒國內(nèi)外同類專業(yè)課程的教學經(jīng)驗

課題組有兩名教員具有國（境）外留學經(jīng)歷，其他教員也多次參加國內(nèi)外的學術(shù)活動和教學活動交流，在課程建設(shè)過程中充分利用了這一優(yōu)勢。在教員已經(jīng)帶回的國外大學教學經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，鼓勵教員在回到學校后仍然定期與留學單位交流，及時獲取留學單位最新的課程設(shè)置和教學安排信息，并通過交流，不斷補充自身的不足，更新課程內(nèi)容，豐富教學手段，提高自身教學水平。在對外學術(shù)活動交流中，有意識的了解其他院校同類專業(yè)課程的教學情況，對于感興趣的單位積極主動與對方聯(lián)系進行實際考察?；钴S的對外交流活動極大地激發(fā)了教師的教學熱情，并不斷提高其教學水平。

（三）加強青年教師的教學技能培訓

目前，課題組教員是一支相對年輕化的隊伍，很多才剛剛博士畢業(yè)，青年教師充滿熱情，思想活躍，比較了解學員的思想，與學員進行交流方面具有優(yōu)勢。但是，他們大多沒有經(jīng)過系統(tǒng)的教學技能訓練，普遍缺乏教學經(jīng)驗。為了使青年教師盡快掌握教學技能，提高業(yè)務(wù)能力與水平，課題組指定認真負責、教學經(jīng)驗豐富的老教師擔當青年教師的導師，對青年教師實行“一對一”的“傳、幫、帶”指導，指導青年教師備課、編寫教案；采取措施督促教員投入足夠的精力。教員上崗前，必須經(jīng)過教研室、系所、學院三級試講，每次授課必須重新編寫教案、編寫課件、編制教學日歷；在教學過程中，教學指導委員會、督導組、院系領(lǐng)導經(jīng)常性聽查課，督促教學水平的提高。

通過從科研和教學兩方面錘煉教學隊伍，課題組教員自身水平得到了大大提高，多次在全軍和全校獲得教學優(yōu)秀獎，其中獲軍隊院校育才獎1人次，優(yōu)秀研究生導師獎3次，校本科“研究型”教學比賽三等獎1人次，校研究生教學優(yōu)秀三等獎1人次，教員在國內(nèi)教學期刊上發(fā)表高水平教學論文10篇，課題組已經(jīng)成為了一支能獨立承擔授課任務(wù)的高水平教師隊伍。

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