研究生專業課與研究能力的培養

［摘 要］ 目前，研究生教育正逐漸從單一的課程培養模式轉向專業知識學習和科研能力培養相結合的模式。在這一模式下，課程教學不再局限于研究生基礎知識的學習，而是更廣泛地涵蓋科研能力的培養。從研究生專業課程的基礎內容、學科的演進歷程和最新研究進展三個維度出發，探討了如何通過創新的教學方法和考核方式，強化研究生的專業知識學習和科研能力培養。通過多元化的課堂教學和實踐考察，更有效地激發學生的學術興趣，促進其對專業知識的理解和科研能力的提升，為研究生教育的未來發展提供建議，推動教育模式的創新和優化。

［關鍵詞］ 教學改革；光纖光學；創新思維；能力培養

［基金項目］ 2020—2024年北京航空航天大學研究生核心課程建設項目“光纖光學”（4313037）

［作者簡介］ 肖 文（1962—），男，陜西西安人，博士，北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院教授，博士生導師，主要從事激光檢測及光纖傳感研究；潘 鋒（1979—），男，廣西桂林人，博士，北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院副教授，博士生導師（通信作者），主要從事三維成像及相干檢測研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）47-0161-04 ［收稿日期］ 2023-10-10

引言

2020年7月，習近平總書記強調，研究生教育在培養創新人才、提高創新能力、服務經濟社會發展、推進國家治理體系和治理能力現代化方面具有重要作用［1］。研究生教育是知識經濟時代國家創新體系的關鍵支柱，負責培養和輸送高素質的創新型人才。

研究生的科研能力是多方面的，包括科學思維和創新能力、問題發現和解決能力、邏輯思維和實際操作技能［2-3］。其中，創新能力被視為科研能力的基石。它涉及利用現有知識和經驗，通過加工和改造，產生新的知識、思想和方法的能力。因此，創新能力的培養成為研究生教育的核心焦點，不僅是研究生綜合素質的一個重要方面，也是衡量研究生培養質量的關鍵指標［4-5］。

本研究以“光纖光學”課程為例，探討了研究生專業課程教學改革和研究生科研能力培養。特別關注培養學生的創新意識，將科研創新性培養模式融入課程體系、教學方法和考核方式。通過深入分析了課程體系的構建、教學方法的創新和考核方式的優化，形成一個綜合、協調并進的教學模式，不僅可以提升學生的創新能力和科研素質，也將為研究生專業課程教學的持續改革和發展提供有價值的參考和建議。

一、專業課教學的基礎性與科研能力的培養

本科階段的課程設置旨在強化學生的基礎知識，課程涵蓋了學科的核心概念、理論和方法。雖然在本科階段已經建立了堅實的學科基礎，但學生要能夠獨立進行科學研究，還需要進一步的學術和實踐訓練［6-7］。因此，研究生課程設計不僅注重理論知識的傳授，也強調實踐應用能力和問題解決能力的培養。在授課過程中，教師和學生之間的互動也顯得尤為重要，教師可以引導學生深入探索學科問題，激發學生的學術興趣和創新潛能。

“光纖光學”課程內容涵蓋了光纖技術的基本原理和廣泛應用，包括光纖的工作原理、性能特點、制造工藝以及在通信、醫療、軍事等多個領域的實際應用。該課程通過理論與實踐相結合的教學方法，幫助學生建立扎實、全面的光纖技術知識體系。該課程還將深入探討新型光纖的技術特點和應用前景，根據市場和技術發展的最新趨勢，分析新型光纖的技術創新和應用潛力，使學生了解光纖技術的最新成果和最新動態，掌握其在未來技術和產業發展中的關鍵作用。總之，本課程旨在通過全面、深入的教學，培養學生的光纖技術理論知識和實際應用能力，為他們在未來的學術研究和職業發展中奠定堅實基礎。

二、專業課教學的基礎性

本課程將深入探討光纖的基本理論和實際應用。首先，講解光纖的基礎知識，包括光纖光學的基本概念、重要參數和主要特性。具體內容涵蓋光纖的基本結構、分類、主要用途、拉制方法、重要參數（如數值孔徑、相對折射率差和歸一化頻率）、光學特性（損耗和色散）和物理化學特性。其次，分析光波在光纖中的傳輸行為的基本理論和思路，主要是波動理論，通過求解麥克斯韋方程來分析電磁波的場分布，通常會簡化方程或采用數值分析方法進行求解。再次，講解光纖無源和有源器件的原理和應用，包括光纖耦合器、偏振器、濾波器、隔離器、光纖光柵、特種光纖、光纖激光器和光纖放大器等。然后，探討光纖特征量的測量方法，包括衰減測量、基帶測量、色散測量、截止波長測量、折射率分布測量、模場直徑測量、數字孔徑測量、高雙折射率拍長測量和幾何參數測量等。最后，深入探討光纖技術在通信和傳感領域的應用。

三、研究生科研能力的培養

（一）認知能力培養

在授課過程中講解光纖技術的發展歷史，讓學生深入了解這一技術的演變過程和背后的研究背景。通過學習光纖技術的歷史發展，使學生將更好地理解和欣賞前人的創新成果，從而為自身的學術探索和創新思維的培養奠定基礎。光纖技術的發展歷程充分展示了創新的重要性。

早在19世紀，人們就觀察到了水柱導光的現象，這一日常現象激發了導光彎曲玻璃棒的創新想法。1966年，高琨發表了具有創新性的論文，深入探討了光纖損耗的根源，并提出了可行的解決方案。他指出，只要能夠提純光纖材料，就能制造出適用于長距離通信的光纖。1970年，康寧公司根據高琨的理論，成功研發出損耗低于20 dB/km的光纖產品，標志著光纖通信技術的實用化。1975年，損耗進一步降低到0.16 dB/km的常規光纖正式面世，推動了光纖技術的廣泛應用和快速發展。2009年，高琨因其對光纖技術的卓越貢獻被授予諾貝爾物理學獎。

通過學習光纖技術的發展歷程，學生能夠深刻認識到創新在科技進步中的關鍵作用，培養對前人創新成果的尊重和理解，同時激發其自身的創新意識和探索精神。

（二）分析能力培養

在授課過程中，通過深入分析光纖技術的創新過程，引導學生學會換位思考和細致分析問題，幫助他們在吸收知識的同時，培養勤學多想的分析習慣。

以光纖設計問題為例，在課堂上提出一系列討論問題，如“前人是如何解決的呢？”“如果我們面對這個問題，有沒有更好解決方案？”……通過這樣的互動討論，引導學生深入思考和分析問題，鍛煉了分析和解決問題的能力。另外，以PIN型光電二極管的創新改進為例，詳細分析前人的創新思維和解決方案，通過增加一層本征半導體材料擴大了耗盡區，使得入射光充分照射在耗盡區內，同時其絕緣特性使得絕大部分二極管電壓落在這一層，因而其內部場強非常強。通過這樣的引導思考，使學生深入理解創新過程。

通過上述教學方法，學生能夠更好地理解創新的前因后果，學會如何分析和解決實際問題，幫助學生養成創新思維，為未來的學術研究和技術創新奠定堅實基礎。

（三）探索能力培養

通過課堂教學，在給學生傳授專業知識的同時，激發他們的探索興趣和創新能力，引導他們勇于探索新世界、發展新思維。為此，在課程教學環節中引入了一系列討論環節。例如，在探討高速光纖通信擴容的問題時，引入了開放式的討論環節，學生自由地探討限制通信容量的兩個重要瓶頸問題，即色散問題和非線性問題。在討論非線性四波混頻問題時，引導學生積極思考色散如何影響四波混頻的產生條件；在分析關于高功率脈沖傳輸的問題時，思考如何利用不同波長復用的脈沖在時間上進行交叉復用。

這樣的討論不僅使課堂氣氛變得熱烈，也鍛煉了學生的科學思維和表達能力。討論的重點不在于結果是否完美，而是學生的參與和思維的碰撞。通過這樣的教學方式，學生的創新意識和能力將得到有效培養，為其未來的學術生涯和職業生涯奠定堅實的基礎。

四、教學方式的調整與學生適應能力的提高

為了充分調動學生學習的主動性、增強學生認知、分析和探索能力，養成對知識思考分析并探索發展的思維習慣，在教學過程中融入了課題討論、實物演示、應用舉例和配套實驗等教學環節。

（一）課堂教學中開展分組課題討論

學生掌握了一定的基礎知識后，需要進一步激發他們的學習積極性和探索精神。將課程知識點進行整合和分類，采用小組討論的方式，讓學生深入探討與教學內容緊密相關的課題。每個小組在獲得課題后，進行深入的調研，查閱和收集相關資料，然后進行概括、分析和總結，制訂自己的課題研究方案。

在這個過程中，學生不僅要深入學習和理解課程知識，還需要學會如何進行學術研究，如何分析和解決實際問題。這不僅能夠幫助他們更好地掌握知識，還能培養他們的獨立思考能力和創新能力。各小組將自己的研究成果和內容整理成報告，并進行匯報和展示。這不僅是對他們研究成果的一次檢驗，也是一次鍛煉他們公共演講和交流能力的好機會。通過展示，學生有機會發表自己的觀點，并與其他學生進行交流和討論。

進一步，充分利用第二課堂，教授學生如何利用各種數據庫和工具進行文獻閱讀和資料收集，幫助他們更高效地進行學術研究，培養他們的自學能力和獨立研究能力。

（二）課堂教學中實物展示和軟件演示相結合

在教學過程中，開展實物教學環節。幫助學生更直觀、更具體地理解和掌握光纖技術的相關知識。在此過程中，教師會引導學生走進實驗室，讓他們親自操作各種儀器設備，加深他們對這些設備的感性認識和理解。例如，在講解光纖的相關內容時，將光纖光源引入課堂，讓學生直觀地看到光纖的工作原理和效果。在講解光纖功率的內容時，將光功率計引進課堂，讓學生能夠親自操作，加深學生對光纖功率的感性認識和理解。

在課堂建設中，設置演示環節。通過直接、生動的視覺效果，幫助學生更好地理解和掌握光纖技術的原理和公式。以光纖傳感系統為例，在課堂上演示探測結果，讓學生直觀地了解光纖傳感系統的工作效果和應用價值。對于一些結構復雜、不便于在課堂上直接演示的內容，利用網絡資源和實驗演示視頻進行展示。這不僅能夠幫助學生更好地理解和掌握復雜的光纖技術，也能激發他們的學習興趣和探索欲望。

進一步，介紹虛擬儀器技術在光纖傳感方面的應用。特別是在復雜調制信號解調方面，基于Labview軟件平臺的虛擬儀器能夠對采集信號進行有效的濾波和降噪處理，幫助學生更好地理解和掌握光纖傳感技術的相關知識。通過這些豐富多樣的教學方法和手段，幫助學生建立起完整、系統的光纖技術知識體系，培養他們的實踐技能和創新能力。

（三）課程教學中引入配套實驗

在課程教學中，理論與實踐的緊密結合是提升學生學習效果的關鍵環節。由此，設計了一系列實驗，讓學生通過親手操作，直觀地理解和掌握光纖光學的基本概念和技術。

實驗課程內容包括：（1）光纖傳感技術實驗。學生將學習如何利用光纖進行精確的測量和檢測，包括溫度、壓力和其他物理參數的測量，從而理解光纖傳感技術在現代工業和科學研究中的廣泛應用。（2）光纖通信系統設計實驗。學生將設計自己的光纖通信系統，包括光纖的選擇、光源和檢測器的配置，以及系統性能的評估和優化。（3）光纖網絡技術實驗。學生將深入了解光纖在現代通信網絡中的應用，包括光纖到戶（FTTH）和數據中心網絡的設計和實施。

引入更多的實戰項目和案例分析，讓學生將理論知識應用到實際問題的解決中，鼓勵學生參與到真實的科研和工程項目中，與企業和研究機構合作，解決實際的技術和工程問題。通過這種綜合、多元的教學方法，學生能夠更全面、更深入地學習和掌握光纖光學的知識，培養他們的實踐技能和創新能力。

五、考核方式與科研能力提升的關系與嘗試

在課程的考核中，多元化、綜合性的評估體系是必要的，其目的是確保學生不僅掌握理論知識，還能將這些知識應用于實踐中。為此，設計了一個綜合的考核體系，包括以下幾個方面：（1）理論考試。評估學生對光纖光學理論知識的掌握程度。考試題目類型包括選擇題、填空題、計算題和論述題，檢驗學生的理論知識和分析能力。（2）實驗技能考核。學生將在實驗室中完成一系列實驗任務，根據他們的操作技能、實驗報告和創新能力進行評估。（3）課程項目。學生分組完成一個小型的課程項目，可以是一個實驗、一個研究報告或一個設計任務。由此評估他們的分析和解決問題的能力。（4）課堂參與。鼓勵學生積極參與課堂討論，提出問題和分享自己的觀點。根據他們的參與度和貢獻進行評估。（5）口頭報告。學生定期做口頭報告，分享他們的學習成果和研究成果。以此評估他們的表達、溝通和演講技能。

為了更準確地評估學生的綜合能力，引入了同行評審和自我評估，學生將有機會評價自己和同學的表現，這不僅可以提高他們的評估和反思能力，還可以增強他們的團隊合作和溝通技能。

結語

教學策略不僅注重知識的傳授，更注重學生創新能力和實踐技能的培養。學生被鼓勵積極參與課堂討論，提出問題和分享觀點。這種互動式、探索式的學習方法有助于學生更好地理解和掌握知識，發展思維和創新能力。在這個過程中，教師的角色也在發生變化，從知識的單一傳遞者轉變為學生學習和發展的引導者和伙伴。通過提供豐富、多樣的學習資源和機會，幫助學生發現和解決問題，發展知識和技能。本項目研究目標是通過一系列創新的教學和評估策略，使研究生能在深入學習光纖光學理論知識的同時，發展和鍛煉實踐技能和創新能力。期待看到學生在光纖光學和相關領域取得卓越的成就，為國家和社會的發展做出貢獻。通過這樣的努力，未來的光纖光學領域將充滿更多的創新和機會。

參考文獻

［1］習近平對研究生教育工作作出重要指示強調 適應黨和國家事業發展需要 培養造就大批德才兼備的高層次人才 李克強作出批示［EB/OL］.（2020-07-29）［2023-09-10］.http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/s6052/moe_838/202007/t20200729_475754.html.

［2］崔瑞霞，謝喆平，石中英.高等教育內涵式發展：概念來源、歷史變遷與主要內涵［J］.清華大學教育研究，2019，40（6）：1-9.

［3］陳永杰，王莉.中國高校研究生創業教育模式及戰略轉型［J］.研究生教育研究，2014（5）：12-16.

［4］王戰軍，常瑯.研究生教育強國：概念、內涵、特征和方略［J］.中國高教研究，2020（11）：13-18.

［5］梁傳杰.深刻領會發展思路內涵 引領研究生教育高質量發展［J］.學位與研究生教育，2020（11）：7-11.

［6］張飛龍，于苗苗，馬永紅.科教融合概念再構及研究生教育治理［J］.中國高教研究，2020（11）：31-37.

［7］王凱，孫芳.高等教育現代化背景下碩士研究生課程體系建設問題研究［J］.高等農業教育，2020（2）：107-112.

Graduate Professional Courses and the Cultivation of Research Abilities： A Discussion Starting from Fiber Optic Technology

XIAO Wen， PAN Feng

（School of Instrumentation and Optoelectronic Engineering， Beihang University，

Beijing 100191， China）

Abstract： Graduate education is currently transitioning from a single-focus course training model to a dual-focus model that combines professional knowledge learning and research capability development. This study originates from three dimensions： the fundamental content of graduate professional courses， the evolution of academic disciplines， and the latest research developments. We explore how to strengthen the learning of professional knowledge and the cultivation of research abilities among graduate students through innovative teaching methods and assessment approaches. By diversifying classroom teaching and practical investigations， we can more effectively stimulate students’ academic interests， facilitate their understanding of professional knowledge， and enhance their research capabilities. This paper provides recommendations for the future development of graduate education， promoting the innovation and optimization of educational models.

Key words： teaching reform; fiber optic technology; innovative thinking; capability development