殷建玲 周冰 沈?qū)W舉 李剛

摘要：教學(xué)與科研是高校教師的兩大核心任務(wù)，兩者相輔相成、互相促進(jìn)。為適應(yīng)高校教學(xué)改革，大力推進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，我們通過(guò)科研成果豐富教學(xué)內(nèi)容、科研項(xiàng)目指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)、科研平臺(tái)拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、科研思想改革教學(xué)方法等方式，以科研促進(jìn)《激光原理與技術(shù)》課程教學(xué)質(zhì)量的提高?？蒲休o助教學(xué)，將學(xué)科最前沿的科研動(dòng)態(tài)、研究方法、科研成果引進(jìn)課程教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，使科研成果與教學(xué)內(nèi)容充分接軌，以開(kāi)拓學(xué)生視野，增強(qiáng)科研興趣，增

引言

教學(xué)與科研是高校教師的兩大核心任務(wù)。早在1809年，德國(guó)教育家、思想家洪堡在指導(dǎo)建立柏林大學(xué)的過(guò)程中，就首先提出“通過(guò)研究進(jìn)行教學(xué)”的思想和“教學(xué)與研究統(tǒng)一”的原則，明確指出大學(xué)中教學(xué)和研究之間是辯證統(tǒng)一、相輔相成、互相促進(jìn)的關(guān)系，即教學(xué)是科研的基礎(chǔ)，科研是教學(xué)的發(fā)展與提高。但到底如何才能把科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，更好地為高校教學(xué)服務(wù)，從而促進(jìn)學(xué)員創(chuàng)新能力的提升是一個(gè)尚需探討的問(wèn)題。本文就科研輔助更新教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)員創(chuàng)新能力提升的一些具體方法與各位同行進(jìn)行探討。

一、科研對(duì)培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新能力的意義和價(jià)值

美國(guó)教育界早在20世紀(jì)70年代就明確提出培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神人才的教育目標(biāo)。英國(guó)大學(xué)的核心辦學(xué)思想也多為“探測(cè)、挖掘和開(kāi)發(fā)學(xué)生的潛在能力，激勵(lì)個(gè)人的創(chuàng)新精神”。德國(guó)高等教育也非常注重對(duì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)造性、獨(dú)立性的培養(yǎng)。2007年，我國(guó)教育部也明確指出“高等教育肩負(fù)著培養(yǎng)數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的高素質(zhì)專門人才和一大批拔尖創(chuàng)新人才的重要使命”。

創(chuàng)新人才培養(yǎng)的必要條件之一是師資水平的高低?！按髮W(xué)之大，非大廈之大，而是大師之大?！币凰髮W(xué)的教學(xué)質(zhì)量很大程度上取決于教師的學(xué)術(shù)水平、創(chuàng)新能力、治學(xué)態(tài)度和師德風(fēng)范。由于教師直接面對(duì)學(xué)生，是學(xué)生知識(shí)的直接傳授者，更是學(xué)生行為的影響者，所以，師資隊(duì)伍水平是教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。古人云：“問(wèn)渠那得清如許，唯有源頭活水來(lái)”，而科研過(guò)程本身就是創(chuàng)新過(guò)程，是教學(xué)的“源頭活水”。只有通過(guò)科研，教師才能形成新觀點(diǎn)、新理論，不斷提高自身學(xué)術(shù)水平；才能及時(shí)掌握學(xué)科發(fā)展最新動(dòng)態(tài)，不斷更新教學(xué)內(nèi)容；才能對(duì)相關(guān)領(lǐng)域有更深理解，真正做到講課高屋建瓴、深入淺出；才能養(yǎng)成創(chuàng)新思維習(xí)慣，從而在教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)起到潛移默化的影響。正如德國(guó)教育家雅斯貝爾斯所言：“只有自己從事科研的人才有東西教別人，而一般教書匠只能傳授僵硬的東西。”因此，教師高質(zhì)量的科研，是高水平教學(xué)能力的保證，是培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新能力的前提和基礎(chǔ)。

二、以科研促進(jìn)教學(xué)，推進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的方法和實(shí)踐

教師的責(zé)任不僅僅是傳授知識(shí)，更應(yīng)著眼于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。我院光學(xué)學(xué)科通過(guò)以下措施和方式，將科研與教學(xué)緊密結(jié)合，以科研促進(jìn)教學(xué)，探索創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的模式和方法。

（一）科研成果豐富教學(xué)內(nèi)容

科研成果豐富教學(xué)內(nèi)容主要包括兩方面：一是科研內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，二是科研成果轉(zhuǎn)化為教材?？蒲袃?nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容是指將科研所產(chǎn)生的新成果、新技術(shù)、新知識(shí)補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容中，促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的更新和改革，保證教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)?？蒲谐晒D(zhuǎn)化為教材是指將科研成果及學(xué)科前沿知識(shí)進(jìn)行梳理與優(yōu)化，不斷融入教學(xué)內(nèi)容，并通過(guò)教案加以固化成果。這樣，既可以豐富教學(xué)內(nèi)容，使其更加新穎，案例更加具體，又可以開(kāi)拓學(xué)員視野，培養(yǎng)其科研和創(chuàng)新的興趣和思維方式。

由于科技的飛速發(fā)展，《激光原理與技術(shù)》教材內(nèi)容明顯落后于時(shí)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其教學(xué)已不能再單純地對(duì)教材知識(shí)和概念進(jìn)行簡(jiǎn)單灌輸，更需要就理論研究的前沿動(dòng)態(tài)，把如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題、思考問(wèn)題及解決問(wèn)題的方式、方法教授給學(xué)生。例如，在講授《激光調(diào)制技術(shù)》內(nèi)容時(shí)，都是簡(jiǎn)單地提到激光通信作為該技術(shù)的案例進(jìn)行講解，但激光通信的具體用途等鮮有提及，學(xué)生學(xué)起來(lái)既枯燥，又晦澀難懂。我們?cè)谥v授這部分內(nèi)容時(shí)，首先以一種新式間諜儀器——激光竊聽(tīng)器來(lái)引題，引發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣；進(jìn)而以激光竊聽(tīng)器的工作原理為案例，講解本節(jié)內(nèi)容——激光調(diào)制原理，使學(xué)員帶著強(qiáng)烈的求知欲望學(xué)習(xí)激光調(diào)制的理論知識(shí)；緊接著，又進(jìn)一步提出新的疑問(wèn)“如何避免竊聽(tīng)？”，此時(shí)，結(jié)合鮮活的案例——美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局的反間諜官員在所有政要人物和機(jī)構(gòu)的玻璃窗上，安裝上一種特制的小型顫動(dòng)器，破壞竊聽(tīng)。在此基礎(chǔ)上，教員進(jìn)一步結(jié)合科研內(nèi)容，為學(xué)員講解激光通信的另一主要用途——衛(wèi)星通信最后1公里的關(guān)鍵技術(shù)，拓展學(xué)員的知識(shí)結(jié)構(gòu)；并將科研內(nèi)容“激光圖像加密技術(shù)在激光通信中的應(yīng)用”介紹給學(xué)員，讓其了解激光通信過(guò)程中的防竊聽(tīng)（保密）技術(shù)。通過(guò)上述方式，將學(xué)科最前沿的科研動(dòng)態(tài)、研究方法、科研成果引進(jìn)課堂，使教學(xué)內(nèi)容與科研成果充分接軌，從而開(kāi)拓學(xué)員的視野，培養(yǎng)其科研和創(chuàng)新的興趣和思維方式。

（二）科研項(xiàng)目指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)

學(xué)生直接參與科研，可把學(xué)生所學(xué)的理論轉(zhuǎn)化成解決實(shí)際問(wèn)題的能力，更重要的是，教師能通過(guò)自身言傳身教的方式影響學(xué)生，逐步培養(yǎng)學(xué)生具備基本的科研素質(zhì)和創(chuàng)新精神，因此，教師不僅要自己從事科研，更要帶動(dòng)學(xué)生參與科研。我們充分利用科研積累多、經(jīng)費(fèi)充足的優(yōu)勢(shì)，將教師承擔(dān)的科研項(xiàng)目?jī)?nèi)容作為畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，使學(xué)生通過(guò)實(shí)實(shí)在在的項(xiàng)目、研究?jī)?nèi)容、研究方法加深對(duì)基礎(chǔ)理論概念的理解及實(shí)際應(yīng)用。

目前我專業(yè)學(xué)員的研究生畢業(yè)論文題目90%來(lái)自導(dǎo)師的科研項(xiàng)目，10%來(lái)自創(chuàng)新性更強(qiáng)的預(yù)先研究類項(xiàng)目；本科學(xué)員的畢業(yè)論文題目則100%來(lái)自科研項(xiàng)目，并與研究生一起由導(dǎo)師指導(dǎo)，研究生協(xié)助指導(dǎo)。這樣，促使學(xué)生在科學(xué)研究的過(guò)程中培養(yǎng)其創(chuàng)新思維，提高其綜合素質(zhì)。例如，“高精度激光光源控制技術(shù)研究”、“大氣湍流對(duì)激光通信技術(shù)的影響”、“微納材料在全光開(kāi)關(guān)上的應(yīng)用研究”、“光子晶體在多波段兼容偽裝技術(shù)中的應(yīng)用”等題目均來(lái)自教員的科研項(xiàng)目。由于教員在相關(guān)領(lǐng)域科研積累較多、各類資源軟件豐富，學(xué)員做起論文起步快，教員指導(dǎo)也得心應(yīng)手。另外，我們還根據(jù)學(xué)員的特點(diǎn)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)題目中適當(dāng)涵蓋一些教學(xué)研究類課題。例如，有的學(xué)員對(duì)于三維模型制作感興趣，我們就將教學(xué)類項(xiàng)目——《激光原理與技術(shù)》虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)作為某次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。學(xué)員的創(chuàng)造能力出乎想象：由于學(xué)員自身興趣所在，所以，學(xué)員非常有動(dòng)力，他不僅自學(xué)并熟練掌握了Solidworks三維模型制軟件、NGRAIN Producer三維制作平臺(tái)、會(huì)聲會(huì)影視頻制作軟件等相關(guān)軟件，而且還進(jìn)一步自行利用Dreamweaver網(wǎng)頁(yè)制作軟件設(shè)計(jì)了整個(gè)課程的各級(jí)網(wǎng)頁(yè)，最終圓滿完成了“He-Ne激光器模式測(cè)試”和“調(diào)Q激光器輸出特性”虛擬實(shí)驗(yàn)的制作，見(jiàn)圖1。該實(shí)驗(yàn)已在2104年和2015年《激光原理與技術(shù)》課程中加以試用，學(xué)員普遍反映效果很好。

（三）科研平臺(tái)拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

2007年，教育部指出“高等教育肩負(fù)著培養(yǎng)數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的高素質(zhì)專門人才和一大批拔尖創(chuàng)新人才的重要使命”。其中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是達(dá)到這一目的的重要手段，是培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)造性實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，這就要求實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須跟上學(xué)科發(fā)展的步伐。為了適應(yīng)激光技術(shù)的快速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須不斷推陳出新，盡快將新技術(shù)、新方法轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而不斷充實(shí)和更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完善綜合與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)體系，突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)。

我院《激光原理與技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)涵蓋在《現(xiàn)代光學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程中。隨著軍隊(duì)院校教學(xué)改革任務(wù)的推進(jìn)，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)以教學(xué)模式改革為契機(jī)，以教師的科研成果和科研條件為基礎(chǔ)，大力推進(jìn)《現(xiàn)代光學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程改革，將教師的部分成熟科研實(shí)驗(yàn)的使用范圍從研究生擴(kuò)展到本科學(xué)員。例如，我們將科研課題“圖像加密”實(shí)驗(yàn)為本科學(xué)員開(kāi)放，并與原本“激光通信”實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)員通過(guò)親自動(dòng)手參與前后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，形成完整的科學(xué)研究思路，使學(xué)生在理論課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，充分發(fā)展動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維模式。由于“圖像加密”實(shí)驗(yàn)條件屬于自組性實(shí)驗(yàn)，完全可以勝任其他相關(guān)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)，所以，我們利用該條件，又進(jìn)一步為學(xué)員提出了探究性課題——“激光竊聽(tīng)器的設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)。學(xué)員可以根據(jù)自己的興趣，自行調(diào)研、設(shè)計(jì)和組裝實(shí)驗(yàn)。在完成上述實(shí)驗(yàn)和課題的過(guò)程中，學(xué)員分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，以及研究創(chuàng)新能力都會(huì)得到充分的鍛煉和提高，同時(shí)，還能逐步養(yǎng)成實(shí)際科研能力和科學(xué)的思維方式。

（四）科研思想改革教學(xué)方法

科研方法轉(zhuǎn)化為教學(xué)方法是指科研方法在課堂教學(xué)中的運(yùn)用，使教學(xué)效果高、好、強(qiáng)、靈?！都す庠砼c技術(shù)》課程知識(shí)點(diǎn)繁多，大多數(shù)內(nèi)容過(guò)于抽象，相關(guān)實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)與本課程間隔時(shí)間較長(zhǎng)。為了提高《激光原理與技術(shù)》課程的教學(xué)效果，大力推進(jìn)學(xué)員創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，我們以科研方法促進(jìn)教學(xué)手段改革，使教學(xué)手段靈活多樣，抽象理論形象生動(dòng)；以科學(xué)思維促進(jìn)教學(xué)方法改革，在課堂上廣泛開(kāi)展任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、研討式、啟發(fā)式、互動(dòng)式等形式多樣、內(nèi)容豐富的教學(xué)方法。

例如，在講解“調(diào)Q技術(shù)理論”這一章節(jié)時(shí)，我們以科研中經(jīng)常用到的Matlab軟件為工具，對(duì)調(diào)Q激光器的峰值功率、巨脈沖能量、脈沖時(shí)間特性進(jìn)行編程，并用GUI仿真平臺(tái)的方式直接進(jìn)行展現(xiàn)。這樣，學(xué)員既可以借助軟件輸出結(jié)果，理解抽象問(wèn)題，又可以通過(guò)對(duì)程序編寫過(guò)程的理解，了解調(diào)Q激光器的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，從而在潛移默化中養(yǎng)成創(chuàng)新思維習(xí)慣。再比如，我們?cè)谥v解“高斯光束的聚焦”這一章節(jié)時(shí)，我們不再按照教材常規(guī)順序教學(xué)，而是借助科研的思維模式，采取“任務(wù)驅(qū)動(dòng)法”進(jìn)行教學(xué)：我們首先給學(xué)員演示激光打標(biāo)機(jī)，讓學(xué)員意識(shí)到了解該技術(shù)在日常生活中的普遍性；然后，指出該設(shè)備能夠精細(xì)打標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是聚焦技術(shù)；接著，把任務(wù)——設(shè)計(jì)激光打標(biāo)機(jī)輸出光路交給學(xué)員，由他們自行查閱資料，自學(xué)相關(guān)知識(shí)，并初步給出光路設(shè)計(jì)；最后，教員對(duì)學(xué)員的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)收評(píng)價(jià)，指出存在的問(wèn)題，并對(duì)學(xué)員自學(xué)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充和修正。通過(guò)這種方式，不僅提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，而且學(xué)員作為設(shè)計(jì)者進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以初步體會(huì)科研的整個(gè)過(guò)程，科研興趣和創(chuàng)新意識(shí)也得到鍛煉和提高。

三、小結(jié)

本文以《激光原理與技術(shù)》課程為例，探討了以科研促進(jìn)教學(xué)的一些方法和途徑。通過(guò)科研成果豐富教學(xué)內(nèi)容、科研項(xiàng)目指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)、科研平臺(tái)拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、科研思想改革教學(xué)方法等方式，不但拓展了課堂教學(xué)的內(nèi)容，促進(jìn)了教學(xué)實(shí)踐方法的改革，更把科研的思維方式傳授給學(xué)生，把科研中的新成果、新技術(shù)、新理論直接運(yùn)用到教學(xué)中，從而極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了課堂教學(xué)質(zhì)量，推進(jìn)了學(xué)員創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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