光電科研成果轉化為光電綜合實驗項目的研究與實踐

李世雄 陳德良 王 添

(貴州師范學院物理與電子科學學院 貴州·貴陽 550018)

光電信息科學與工程專業簡稱光電專業，該專業培養目標是要培養具備良好學習能力、實踐能力、專業能力和一定創新創業能力的應用型人才。學生動手能力、實踐能力和創新能力的培養是專業培養中非常重要的一個方面。專業人才培養主要分為理論教學和實驗教學，其中實驗教學作為專業人才培養的一個重要部分，在實現專業培養目標方面有著理論教學不可替代的重要作用。

隨著科技進步，光電技術飛速發展，在光電專業實驗教學中，除了一些基礎性強的實驗外，很多實驗較陳舊，已經不能滿足時代要求，無法體現最新的光電技術。另外這些實驗項目的陳舊和滯后導致無法提高學生的學習興趣，也起不到應用型人才的培養作用。因此，光電實驗教學改革也刻不容緩。光電專業教師在教學的同時還能進行科學研究，其科研成果與實際應用聯系緊密，包含了很多光電新方法。將一些可操作性強及較成熟的科研成果進一步設計成實驗項目，讓學生思考、討論科研成果中新方法的理論基礎及其應用；然后在老師的指導下設計出實驗方案并進行驗證，再讓學生在實際的實驗操作中完善實驗方法、修正實驗方案，最后將實驗項目應用到實驗教學中。將科研成果轉化為實驗項目是教學促進科研、科研反哺教學的重要途徑。科研成果轉化的實驗項目在實驗過程中能培養學生學習的主動性及自信心，使學生變被動學習為主動學習；學生能獲得一些本專業前沿的知識，用以開闊眼界；同時通過這些實驗項目還能激發學生對本專業的學習興趣。

科研成果轉化為實驗項目得到了大量研究者的研究和探討，[1-4]并結合實際情況進行了實踐，取得了較好的效果。本文結合本校光電專業為新辦專業的實際以及光電專業應用性強的工科特性，將本專業教師的科研成果進行歸納總結，并結合可操作性要求，設計出能夠在實驗教學中開展的實驗項目，并通過實驗教學驗證，最終確定為實驗課程中的實驗項目。

1 現狀分析

1.1 實驗項目現狀

我校光電信息科學與工程專業為新辦專業，2016 年開始招生。該專業實驗教學學分占比達到30%，包含了基礎實驗和專業性強的實驗。其中的光電綜合實驗是專業綜合性最強的一門實驗課。光電綜合實驗開設學期為第5 學期，共48 學時，12 個實驗，每個實驗4 學時。實驗項目包含：晶體聲光效應實驗、晶體磁光效應實驗、光電探測實驗、氫光譜實驗、光學傳遞函數測量及像質評價、光電定向實驗、激光器脈沖調Q實驗、光電傳感器實驗、電子及激光散斑實驗、光學/數字彩色圖像編碼實驗、光纖信息及光纖通信實驗（一）、光纖信息及光纖通信實驗（二）。該實驗課程目的是使學生掌握光電技術的原理、光電儀器設備組成以及它們的使用方法，通過實驗對光電技術基本儀器的特點及使用規范有初步的了解。因此選擇一些設計性和工程應用性較強的實驗，能培養學生在光電技術方面的科學實驗能力，提高學生的動手能力和科學研究能力。2016 級學生已經在2018 年下半年開設該課程，開設過程中發現的問題：光纖信息及光纖通信實驗（一）、光纖信息及光纖通信實驗（二）這兩個實驗和光通信原理與技術實驗課程中開設的實驗項目基本重復；激光器脈沖調Q 實驗較單一，且沒有體現激光應用。有必要對光電綜合實驗的實驗項目進行優化調整。

1.2 科研成果現狀

學院光電專業教師科研成果較多，截止2019 年7 月已發表論文20 余篇（含SCI、EI 收錄、中文核心等期刊），同時還取得了較多國家專利，都是涉及光電方面的研究成果，如《激光誘導等離子體加工石英微通道機理研究》《皮秒激光在熔融石英中誘導微爆炸形成微腔的研究》《動態大尺度物體形貌光學在線測量技術研究》《基于數字全息顯微的海洋浮游生物三維形貌快速重建方法研究》《數字全息顯微測量中相位畸變的矯正方法》等。[5-9]專業教師科研成果包含了激光應用、數字全息、相位測量輪廓術、光譜模擬等方面的研究。

2 科研成果向實驗教學項目轉化

2.1 篩選

光電專業教師科研成果多、雜、涉及的專業知識廣，篩選的實驗項目需要滿足下列原則：

（1）重復性、環保性和安全性。實驗項目中的實驗結果具有重復性，才能保證實驗項目的開展；實驗過程中還要保證師生的安全以及對環境無污染。

（2）項目成本。具備實驗項目開展的儀器設備，且由于需要不停地重復實驗，實驗耗材不應該太昂貴。

（3）能激發學生興趣。教師科研成果較多，篩選出的實驗項目要能激發學生的學習興趣，促進學生的探究能力。

（4）難度適中，體現光電新技術和新知識。教師科研成果綜合性強、涉及知識面廣，在設計實驗項目時需要考慮項目內容不能太復雜，又具有創新性和挑戰性，同時能體現最新的光電新技術。

（5）操作時間。由于實驗教學中一個實驗項目基本都是3-4 個學時，在轉化實驗項目時，實驗項目需要在要求的學時內能完成。如果實驗時間太長，學生就很難完成教學任務。

（6）項目開設時間。教師科研成果綜合性強、涉及專業知識面廣，將科研成果轉化實驗項目后，開設時間需要考慮學生是否能消化和吸收。對于大一和大二的學生由于接觸的基本都是基礎課程，對專業課程接觸較少，而大三的學生正好學習了較多專業課程，具備這一條件。因此實驗項目可考慮開設在大三以后的實驗課程中。

根據以上原則，在實際操作中，科研成果轉化過程中從以下兩種篩選方式進行：

（1）學生參與到教師科研項目中。光電專業所在學院除了光電專業學生外，還有物理學和電子信息專業，且已有多屆畢業生。在前期篩選過程中，讓學生申請大學生科研項目或通過業余科研加入到教師的科研項目中，對教師已經取得的科研成果進行設計和驗證，并在此基礎上進行改進和創新，通過這部分學生對研究成果的消化和吸收，篩選出較為合適的科研成果或科研的某一過程，設計出不同的實驗項目。

（2）將科研成果融入畢業論文選題中。在指導學生畢業論文時，將教師科研引入到學生論文選題中。一個或多個學生的整個論文環節（文獻閱讀確定題目，論文題目可行性分析，實驗設計與實驗，數據分析，論文總結）對應著一個實驗項目設計過程（包含前期調研，實驗可行性分析，實驗方案設計，實驗設備準備與組裝，實驗過程，數據分析，重復實驗過程，實驗總結）。完成一個畢業論文后，即驗證了一個科研轉化的實驗項目。在整個篩選過程中，應重視與這些學生的溝通和交流，發現哪些項目更能激發學生的興趣和創新熱情，哪些項目能引導學生自主設計實驗的能力。通過篩選，得到了科研轉化的實驗項目：基于數字全息顯微的透射型物體表面三維形貌測量、激光損傷與加工實驗、光譜測量及光譜模擬實驗、相位測量輪廓術(PMP)實驗、數字全息測量系統原理實驗、條紋投影三維外形測量實驗。

2.2 驗證與效果

按照以上篩選原則和方式，篩選出學生參與教師科研項目與學生畢業論文中涉及教師科研成果的大量實驗項目，同時考慮到學院光電設備的現實情況，分析了實驗項目開展的可行性。我們對光電綜合實驗項目存在的問題進行了分析，教師科研成果轉化的實驗項目替換了一些實驗項目，其中實驗項目基于數字全息顯微的透射型物體表面三維形貌測量替換原有光纖信息及光纖通信實驗（一），相位測量輪廓術(PMP)實驗替換原有光纖信息及光纖通信實驗（二），原有激光器脈沖調Q 實驗優化為激光損傷與加工實驗。其中的激光實驗，不管是優化前還是優化后，都是有一定危險性的實驗，該實驗首先需要在實驗指導教師的指導下進行，并做好防護措施；優化后的實驗項目更能體現激光的應用，有利于激發學生的興趣。最后，將優化后的光電綜合實驗在2017 級光電專業進行了驗證（2017 級該實驗課程于2019 年9 月開設），所有這些新實驗項目在實驗教學中取得了良好的效果，能在規定的實驗學時內完成。通過學生反饋，學生在這些新實驗項目中能接觸到光電新知識和前沿的東西，同時能打破學生的科研神秘感，增強學生的自信心和學習興趣。在實驗過程中，提前熟悉科研的整個過程，提高學生獨立思考和獨立動手的能力，進一步激發學生的創新熱情。最終實現本專業的培養目標。

考慮到光電科研成果轉化為實驗項目的效果，以及前期光電綜合實驗大綱中實驗項目存在的問題，同時考慮到2018 級光電專業的該實驗課程還未開設，我們從2018 級開始對光電綜合實驗大綱進行了修訂，將光電科研成果轉化的實驗項目寫入實驗大綱項目中。

3 結語

本文首先分析了光電專業光電綜合實驗實驗項目存在的問題，以及光電教師目前的科研成果情況；進一步討論了光電科研成果轉化為實驗項目的原則和方式，并篩選出合適的實驗項目。然后將轉化的實驗項目在專業實驗課程中進行驗證，并取得了較好的效果，最后將光電科研成果轉化的實驗項目寫入實驗大綱。光電科研成果轉化為實驗項目是教學促進科研、科研反哺教學的一個重要體現。整個過程既能激發學生的學習興趣，又能使教師提高教學、科研能力。該研究對于光電專業以及其它專業的實驗教學改革有一定的推動作用。

貴州省教學內容與課程體系改革項目：光電科研成果轉化為光電實驗教學的研究與實踐，批準號：2018520079)資助的課題