激光與光學信息技術應用實踐教學體系建設探索

方寶英　李毅　董祥美　賈宏志

摘要：本文提出并建立了集基礎型、設計型和創新型為一體的綜合性激光與光學信息技術應用實踐教學體系，增強光電信息類工科大學生的學習能力培養和創新思維提高，實現因材施教和實驗資源的最佳配置，并在教學實踐中取得了良好的效果。

關鍵詞：實驗教學；激光應用；光學信息技術；開放式教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）12-0136-02

一、引言

實驗是學生從實踐中學習的重要手段，如何在有限的時間內讓學生學到更多的知識，掌握更新的技能是實驗教學必須考慮的問題[1]。光電信息類各專業的學生必須具備較強的工程實踐能力和研究創新能力，才能適應時代發展需求[2]。傳統的以課堂為中心，學生圍著教師轉的教學方法已經不再適應新形勢的需要，如何轉變傳統人才培養模式，是擺在實驗教學工作者面前的問題，這就要求我們不斷地開發新的實驗，積極探索提高實驗教學效果的方法和途徑，使學生的實踐能力得到更大的提高。在光學工程專業的實驗教學中，加強實驗教學改革，創新實驗教學模式，設立開放探索性實驗教學平臺，以學生獨立操作為主，教師輔導為輔，自主地進行實驗設計與探索，這樣的實驗教學模式可以讓學生感到自己是在真正地做實驗，而不是年復一年地重復別人的實驗[3]。

在激光與光學信息技術應用實踐教學體系建設的過程中，我們在基礎光學實驗中增加了現代光學的內容，注重了定性觀察、定量研究和結果思考。設計型、科研型和創新型實驗的引入，可以讓學生自己設計、獨立操作和分析結果，允許實驗失敗，不以實驗結果論成績，這種實驗教學模式力圖激發學生興趣，使過去被視為既傷眼睛又枯燥乏味的光學實驗，變成了興趣盎然、富有挑戰性的課程。同時，我們加入了開放式實驗教學的元素，學生的主動性被充分調動起來，激發了其潛在好奇心和求知欲，從而培養學生的科學精神、創新思維以及自主分析問題、解決問題的能力，為今后走向就業崗位和自主創業打下良好的基礎[4]。

二、激光與光學信息技術應用實踐教學體系的建立

激光與光學信息技術實驗中心是一個不斷發展與進步的實驗教學基地，伴隨著精品課程的建設，我們更新教學手段，注重啟發式教學，通過網絡答疑等形式，加強師生間的互動交流，并將最新的科研工作和教學相結合，建立了新的教學評價體系，將理論考核、實驗動手能力和科研創新能力結合起來，綜合考慮評價學生的成績。同時，我們注重配套實驗室的建設，重點加強科研型和創新性實驗的設置與建立，將最新的光電產品引入實驗教學，結合學術導師的課題內容，搭建起綜合性創新型實驗平臺，以便于學生了解光學產業前沿及創新思維的培養。同時，我們探究并實現了開放式實驗教學模式，實現了實驗室資源共享，培養了同學之間的團隊合作意識。

1.嚴格化實驗室教學和管理制度。激光與光學信息技術實驗中心是一個系統性強的實驗教學基地，其內容全面，體系合理，結構科學。激光應用光學實驗室中，光學儀器的造價比較高、精密度高，在日常實驗教學中，要求實驗儀器保存和維護狀況良好。在實驗操作過程中，實驗環境和客觀人為等因素都可能影響實驗結果，所以，加強實驗設備的管理與維護，建立完善的實驗規章制度是非常必要的。我們要求每位同學必須穿鞋套進入實驗室，實驗全程注意衛生，實驗室內不能隨意搬動儀器設備。在做實驗之前，必須首先熟悉光學元件和儀器設備的使用規則和維護措施，預習好實驗內容，做好實驗的準備，實驗前實驗教師會針對實驗內容做隨機提問和簡短答辯，實驗操作期間不得隨意進出實驗室，如果惡意損壞儀器應照價賠償，等等。

2.實驗體系的分層次教學。根據理論教學內容及專業培養目標，實驗課程中各個實驗項目的具體實現形式可以采用驗證型、操作型、演示型、設計型中的一種或多種。為了保證實驗課程的教學質量，該實驗課程實行小班上課，以組為單位，每組使用一套實驗系統，每組人數和小班人數根據具體的實驗內容和學時長短確定。實驗課程在設計時，采用分層次教學的思想。整個教學內容包括兩大類：一是基礎實驗環節，二是實驗提高環節。基礎實驗環節是根據培養目標，對所有學生實施的基本實驗教學內容，以配合理論教學順利進行。實驗提高環節是針對能夠輕松完成基礎實驗環節，又有進一步提高愿望的部分學生實施的實驗教學內容，以實現培養優秀工程技術人員及研究型人才的目標。根據學生的個性和發展需求，按研究型、應用型、特長型三類模式培養，對不同類型學生按照不同的培養方法，培養不同的能力，鼓勵個性化發展。加強具有探索性原理實驗環節的建設，夯實專業理論基礎。光電信息類課程理論性比較強，內容比較抽象，學生理解有一定的難度。為此，國內許多高校往往會有針對性地開設一些原理性課程實驗，但是這類實驗多為驗證性的演示實驗，教學效果并不理想。針對這一現狀，激光應用實驗室準備系統性地開設一些具有探索性原理的科研型實驗環節，切實保證本科教學效果。這在國內同類專業院校實驗室建設中是一次新的大膽嘗試。實驗課是使學生加深理解課程內容、提高實踐能力的重要環節。在實驗教學中，我們突破傳統的實驗課模式，設置了大型綜合性設計型實驗，對于綜合性設計實驗，教師只提出方向，不規定具體的實驗題目，由學生自己創意、制訂方案，論證其可行性，然后由教師審核。審核通過后學生自行搭建光路，編制軟件，調試實驗。在實驗報告中，要求闡明題目的意義、方案的可行性以及調試的結果，最后談自己的感想，需要改進的方面及措施。這些創新型實驗調動了學生的學習積極性，發揮了學生的想象力，培養了學生的創新意識和能力。

3.實驗考核評價體系。在實驗教學中，確立公平、公正的實驗考核評價體系也是對學生成績公平性的體現。我們嘗試著把實驗成績劃分為三部分：實驗預習成績、實驗操作成績和實驗結果報告成績。其中，實驗預習成績主要來自于學生的預習實驗報告以及實驗開始之前的隨機提問抽查；實驗操作成績的評定主要依據學生在實驗過程中的具體表現，包括對實驗儀器的熟悉程度、對實驗過程和實驗現象的了解和理解情況以及實驗過程中排除操作故障的能力，并對學生的表現進行記錄作為考核的依據，在學生離開實驗室之前，檢查每組學生的實驗數據是否完整合理；實驗報告成績依賴于學生的實驗報告是否完整、準確，誤差分析是否合理，實驗現象分析是否正確，實驗誤差是否在允許范圍之內以及誤差的處理和分析情況來評定。

4.關于開放式實驗教學的探索和實踐。開放式實驗教學是一個系統工程，是從封閉的教學模式中走出來，為學生提供一個能夠充分發揮自主性、創造性的學習環境，提供更為豐富的、可以留給學生更大思考空間的教學模式[4]。同時，開放實驗室可以實現實驗設備的共享，相關領域知識的滲透，加強同學之間的合作、交流、討論與提高。開放實驗項目向本專業或相關專業的學生公布，主要面向本科優等生和低年級研究生，學生對感興趣的項目提出申請，由指導教師及相關實驗教師共同做好錄取工作，學生的實驗項目確定后，制訂出實驗方案，再將方案提交給指導教師和實驗技術人員，共同商定實驗日程。在學生進入實驗室時，先由實驗技術人員對學生培訓，培訓內容包括實驗室規章制度、實驗室儀器設備使用、低值耗材使用及日常排列要求等。在培訓過程中盡量細節化，這樣做即讓學生對實驗室布局和儀器設備有了更深的了解，也能最大限度的提高儀器設備的使用安全性，保證實驗的順利進行。當學生在實驗中遇到各種困難、障礙時，可以自由討論，也可以和教師一起研究和討論，共同尋求解決問題的方法，這樣能對培養學生的創新思維起到重要的作用，為今后從事科學研究與開發奠定基礎，同時也完善了實驗教材中實驗項目的知識結構，豐富了實驗教學內容，適應新時代人才培養的要求[5，6]，實現師生互動、教學相長，對實驗教學工作者的業務能力也提出了更高的要求。

三、結語

在傳統光電實驗中增加現代內容，注重定性的觀察與定量分析，理解實驗過程，探究實驗結果，加入開放性實驗教學元素，讓學生自己設計和研究，提高實驗興趣和挑戰性，這樣的教學改革受到學生的普遍歡迎，并在日常教學實踐中起到良好效果。綜合性實驗教學體系使學生的視野開闊了，實驗技能提高了，不僅培養了他們對光學探究的能力，并且在一定程度上提高了學生的創新思維能力、實踐能力和科研能力。在不斷的探索過程中，激光與光學信息技術應用實踐教學體系已經基本建立，基礎型、設計型、科研型和創新型元素相結合，能夠合理安排實驗資源，同時也實現了因材施教。在不斷的建設、總結和教學實踐過程中，我們認真思考，勇于開拓，也體會到實驗教學改革是多方面的，也是系統性的。我們將在不斷探索、研究的基礎上，繼續更新與完善。

參考文獻：

[1]巫建坤，趙雙琦.工程光學基礎課程的實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2007，20（1）：39-40.

[2]余厚全，吳凌云.電子信息類專業實驗教學的幾點思考[J].實驗室研究與探索，2009，28（6）：102-104.

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[4]田麗娟，陶波.開放式實驗教學模式培養創新人才[J].黑龍江教育學院學報，2010，29（3）：67-70.

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[6]汪靜，胡玉才，遲建衛.物理實驗教學示范中心建設的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2013，30（2）：131-133.