將前沿科研方向融入教學(xué)

薛俊俊+智婷

摘 要 如今關(guān)于教學(xué)與科研相融合的教改文章和論著鋪天蓋地，但是實(shí)際操作中如何培養(yǎng)本科生的科研素質(zhì)這個(gè)關(guān)鍵問題上主要局限于理論教學(xué)的實(shí)踐活動(dòng)，大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目以及本科畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面，而對(duì)如何在本科課堂教學(xué)上培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)卻很少探討。加之原始的教學(xué)知識(shí)對(duì)比于當(dāng)前科研前沿?zé)狳c(diǎn)問題相對(duì)陳舊。學(xué)生對(duì)自我科研素質(zhì)的培養(yǎng)意識(shí)不足，更缺乏濃厚的興趣，因此，往往將科研和教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來成為了一紙空談。筆者為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教師，主講光纖通信原理課程，在該課堂上采取了一些教改措施，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，取得了一定的效果，希望本文能為廣大教育同仁提供一些有借鑒意義的思考。

關(guān)鍵詞 前沿科研方向 教學(xué) 光纖通信 課程

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.10.043

0 引言

高等教育的目的是大學(xué)擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展急需的高素質(zhì)優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人才和推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高層次杰出人才的雙重任務(wù)。這很好地體現(xiàn)了大學(xué)的“人才培養(yǎng)”這一基本職能。此外，在科技創(chuàng)新方面，大學(xué)是我國科技創(chuàng)新的動(dòng)力來源、知識(shí)和技術(shù)創(chuàng)新的引領(lǐng)者、教學(xué)研產(chǎn)一體化協(xié)同創(chuàng)新的智慧站，對(duì)于我們國家在日趨激烈的全球經(jīng)濟(jì)、科技和文化等領(lǐng)域的競爭中占據(jù)有利地位具有舉足輕重的影響。這很好地體現(xiàn)了大學(xué)的“科學(xué)研究”和“服務(wù)社會(huì)”這一基本職能。因此，大學(xué)特別是研究型大學(xué)所開設(shè)的課程及其相關(guān)教授內(nèi)容均應(yīng)自始至終在強(qiáng)調(diào)“科學(xué)研究”的基礎(chǔ)上，將“人才培養(yǎng)”和“服務(wù)社會(huì)”形成有機(jī)的整體。這就要求人才培養(yǎng)方面既要掌握系統(tǒng)全面的科學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)，又要培養(yǎng)成一定的科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力?？蒲兴刭|(zhì)主要囊括科研的意識(shí)、方法和精神。在當(dāng)前本科教學(xué)中，既要讓學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的科學(xué)理論知識(shí)，又要培養(yǎng)學(xué)生的科研基本素質(zhì)，為未來的研究生教育打好基礎(chǔ)已經(jīng)是許多大學(xué)的普遍共識(shí)。

筆者為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教師，主講光纖通信原理課程（雙語教學(xué)，48學(xué)時(shí)），在該課堂上采取了一些教改措施，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，取得了一定的效果。

1 以基本知識(shí)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)學(xué)科體系，從根本上將教學(xué)和科研相結(jié)合

無論課程學(xué)時(shí)多少，教學(xué)內(nèi)容都要保證課程體系的完整性。內(nèi)容完整、層次分明、脈絡(luò)清晰的課程體系不僅是本科教學(xué)的基本要求，更是促進(jìn)學(xué)生科研素質(zhì)的基本條件。“光纖通信原理與系統(tǒng)”這門課涵蓋內(nèi)容十分寬泛，該課程的信息量和牽涉的理論也十分繁雜。因此，筆者在保證完整的教學(xué)體系的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)這門課的學(xué)科體系特點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生的科研素質(zhì)的培養(yǎng)，做到基礎(chǔ)的原理知識(shí)只增不減，選擇原理與具體知識(shí)點(diǎn)的結(jié)合點(diǎn)和突破口的具體事例，對(duì)工程工業(yè)化的知識(shí)進(jìn)行一定的刪減。首先，筆者在選擇教學(xué)內(nèi)容前仔細(xì)解剖光纖通信這門學(xué)科，尋找科研核心和脈絡(luò)，盡可能的體現(xiàn)光纖通信的科研進(jìn)程和科研思維。比如，筆者將光纖通信這門課劃分為光學(xué)基礎(chǔ)、光波導(dǎo)、光器件以及光纖通信系統(tǒng)四個(gè)大的方面，讓學(xué)生能從紛繁的光纖類知識(shí)中有個(gè)整體的把握。其次，筆者同時(shí)將光學(xué)基礎(chǔ)和光波導(dǎo)與光器件緊密結(jié)合起來。總所周知，光具有波粒二象性，那么光在波導(dǎo)中傳播主要體現(xiàn)光的波動(dòng)性，而在光器件中，主要體現(xiàn)光的粒子的性質(zhì)。不斷向?qū)W生強(qiáng)調(diào)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的真正背后的原理，讓學(xué)生“知其所以然”。從一開始就培養(yǎng)學(xué)生的科研態(tài)度。最后，筆者將一些示例性、介紹性的內(nèi)容以自習(xí)的形式布置給學(xué)生學(xué)習(xí)。比如，“光纜的制造”的內(nèi)容筆者將其作為自習(xí)內(nèi)容，不在課堂上贅述。

2 增加前沿科研內(nèi)容，打開學(xué)生的科學(xué)思維和視野，教學(xué)內(nèi)容反映科研進(jìn)展

在構(gòu)建好教學(xué)體系之后，要從具體的教學(xué)內(nèi)容引出當(dāng)前本學(xué)科的最新科研方向，在必要的時(shí)候，適當(dāng)添加與之相呼應(yīng)的前沿的科研內(nèi)容。筆者從若干國際主流期刊甄選出與光纖通信相關(guān)的科研方向，將其與課程的對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同類比，達(dá)到對(duì)課程和當(dāng)前前沿科研知識(shí)共同加深理解的目的。例如，筆者選擇當(dāng)前最熱的科研方向——“表面等離共振（surface plasmon resonance， SPR”效應(yīng)作為學(xué)生學(xué)習(xí)的補(bǔ)充材料。首先， SPR效應(yīng)是一種光在金屬表面?zhèn)鞑サ囊环N特殊性質(zhì)，因此金屬亦可以被看做為一種特殊的光波導(dǎo)，這與我們光纖通信中的玻璃或者其他介電質(zhì)波導(dǎo)本質(zhì)上均是一樣的。同時(shí)SPR中的表面等離極化激元（surface plasmon polariton， SPP）效應(yīng)中電磁波的消逝場(chǎng)的傳播方式與平面集成光波導(dǎo)的消逝場(chǎng)的傳播方式以及SPP的耦合激發(fā)方式和集成光波導(dǎo)的光耦合方式基本是一致的。通過兩方面知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生不但對(duì)SPR效應(yīng)不會(huì)感到那么陌生，更可以加深學(xué)生對(duì)電磁波在光波導(dǎo)中傳播的理解。

當(dāng)然，筆者在選擇補(bǔ)充材料時(shí)，要選擇能反應(yīng)當(dāng)前前沿科研的代表內(nèi)容，講究內(nèi)容的時(shí)效性。同時(shí)補(bǔ)充內(nèi)容不宜過多，否則將打亂正常的教學(xué)計(jì)劃。此外，在講授該部分補(bǔ)充內(nèi)容是，筆者也從“隱形衣”的角度來介紹SPR的未來可能的發(fā)展應(yīng)用，大大增強(qiáng)了該部分的趣味性，防止學(xué)生對(duì)科研產(chǎn)生過多的枯燥感。

3 多樣化的作業(yè)方式，促進(jìn)學(xué)生多思考

學(xué)會(huì)思考對(duì)于科研來說是一個(gè)十分重要的習(xí)慣。在講授“光纖通信原理與系統(tǒng)”的時(shí)候，筆者采用三種作業(yè)方式，加強(qiáng)師生之間的溝通，促進(jìn)了學(xué)生的獨(dú)立思維。除了取用傳統(tǒng)的“作業(yè)本”的作業(yè)方式外，筆者采用了兩種隨堂布置的“思考題”作業(yè)方式為補(bǔ)充。第一種思考題的方式是，在隨堂授課過程中，遇到某些有一定理論深度的問題，布置給學(xué)生，鼓勵(lì)他們采用多種學(xué)術(shù)搜索引擎（谷歌學(xué)術(shù)、Web Science等）來獨(dú)立自主地尋找答案。并把自己的對(duì)該問題或者理論的看法和理解，以學(xué)術(shù)報(bào)告的形式發(fā)給授課老師。比如，光的傳播速度主要受到材料本身的性質(zhì)和波導(dǎo)的幾何尺寸與形狀決定?？偹苤?，材料性質(zhì)影響光速主要依賴材料的折射率。而波導(dǎo)的幾何如何影響光速這個(gè)問題通常容易被忽視，同時(shí)這方面理論又牽涉到電動(dòng)力學(xué)和數(shù)學(xué)物理方程兩個(gè)方面，并不能用三言兩語解釋的清楚，因此，這種問題更適合以學(xué)術(shù)報(bào)告的形式表達(dá)。此外，另一種思考題的作業(yè)方式是指，在上課過程中，遇到一些有意思的小問題，布置給學(xué)生，鼓勵(lì)他們課后獨(dú)立思考，或者通過適當(dāng)資料查找就可以尋得答案。比如，為什么激光器中的受激輻射相應(yīng)要比LED中的自發(fā)輻射響應(yīng)快的很多？再如，激光器的諧振腔通過端面的高反射鏡進(jìn)行選模，那形成穩(wěn)定的激光后如何從端面輸出的？這些問題，往往容易忽視，并且常見的教科書中也會(huì)一筆帶過。學(xué)生通過這些小問題的進(jìn)一步啟發(fā)，可以加深對(duì)許多科學(xué)問題的理解。endprint

4 雙語教學(xué)，促進(jìn)基本科研能力的培養(yǎng)

越來越多學(xué)生，在本科畢業(yè)后選擇繼續(xù)攻讀碩士或者博士學(xué)位。因此，如果沒有經(jīng)歷過雙語教學(xué)的訓(xùn)練，許多學(xué)生很難有機(jī)會(huì)接觸到、熟練掌握特有科研專業(yè)名詞術(shù)語。因此，沒有掌握過硬的學(xué)術(shù)、科研英語這種基本的科研能力，會(huì)限制學(xué)生未來進(jìn)行深入的科研學(xué)術(shù)交流以及專業(yè)學(xué)術(shù)論文的質(zhì)量，從而限制了他們未來研究工作的發(fā)展。為了學(xué)生更好地向未來的科研工作過渡，我們“光纖通信與系統(tǒng)”采用雙語教學(xué)。教師教學(xué)的教案、PPT以及后續(xù)作業(yè)、考試均為全英文。只有在筆者口述授課內(nèi)容上會(huì)加入少量的中文用以提示學(xué)生。

值得注意的是，在該課伊始，筆者先就雙語教學(xué)的重要性跟學(xué)生進(jìn)行耐心講解。同時(shí)，在充分采納學(xué)生的意見的基礎(chǔ)上，在教學(xué)環(huán)節(jié)上進(jìn)行微調(diào)，盡量降低學(xué)生對(duì)雙學(xué)教學(xué)的抵觸情緒。

5 小結(jié)

“光纖通信”類等通信電子類的課程要求教師具備扎實(shí)的知識(shí)背景、濃厚的興趣以及強(qiáng)烈的責(zé)任心。加之前沿科研內(nèi)容的融入，對(duì)教師提出了更高的要求，需要筆者在今后的教學(xué)過程中不斷摸索。從近些年的教學(xué)實(shí)踐中，筆者深切感受到，只有教師不斷鼓勵(lì)學(xué)生多思考，多探索，從主觀上接受科研素質(zhì)培養(yǎng)，才能真正地將科研和教學(xué)真正融合到一起。

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