将前沿科研方向融入教学

薛俊俊+智婷

摘 要 如今关于教学与科研相融合的教改文章和论著铺天盖地，但是实际操作中如何培养本科生的科研素质这个关键问题上主要局限于理论教学的实践活动，大学生创新项目以及本科毕业设计等方面，而对如何在本科课堂教学上培养学生的科研素质却很少探讨。加之原始的教学知识对比于当前科研前沿热点问题相对陈旧。学生对自我科研素质的培养意识不足，更缺乏浓厚的兴趣，因此，往往将科研和教学有机结合起来成为了一纸空谈。笔者为电子科学与技术专业教师，主讲光纤通信原理课程，在该课堂上采取了一些教改措施，积累了一定的经验，取得了一定的效果，希望本文能为广大教育同仁提供一些有借鉴意义的思考。

关键词 前沿科研方向 教学 光纤通信 课程

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.10.043

0 引言

高等教育的目的是大学担负着培养国家经济社会发展急需的高素质优秀专业技术人才和推动社会经济发展的高层次杰出人才的双重任务。这很好地体现了大学的“人才培养”这一基本职能。此外，在科技创新方面，大学是我国科技创新的动力来源、知识和技术创新的引领者、教学研产一体化协同创新的智慧站，对于我们国家在日趋激烈的全球经济、科技和文化等领域的竞争中占据有利地位具有举足轻重的影响。这很好地体现了大学的“科学研究”和“服务社会”这一基本职能。因此，大学特别是研究型大学所开设的课程及其相关教授内容均应自始至终在强调“科学研究”的基础上，将“人才培养”和“服务社会”形成有机的整体。这就要求人才培养方面既要掌握系统全面的科学理论基础知识，又要培养成一定的科研素质和创新能力。科研素质主要囊括科研的意识、方法和精神。在当前本科教学中，既要让学生学习基础的科学理论知识，又要培养学生的科研基本素质，为未来的研究生教育打好基础已经是许多大学的普遍共识。

笔者为电子科学与技术专业教师，主讲光纤通信原理课程（双语教学，48学时），在该课堂上采取了一些教改措施，积累了一定的经验，取得了一定的效果。

1 以基本知识为基础，强调学科体系，从根本上将教学和科研相结合

无论课程学时多少，教学内容都要保证课程体系的完整性。内容完整、层次分明、脉络清晰的课程体系不仅是本科教学的基本要求，更是促进学生科研素质的基本条件。“光纤通信原理与系统”这门课涵盖内容十分宽泛，该课程的信息量和牵涉的理论也十分繁杂。因此，笔者在保证完整的教学体系的基础上，加强这门课的学科体系特点，促进学生的科研素质的培养，做到基础的原理知识只增不减，选择原理与具体知识点的结合点和突破口的具体事例，对工程工业化的知识进行一定的删减。首先，笔者在选择教学内容前仔细解剖光纤通信这门学科，寻找科研核心和脉络，尽可能的体现光纤通信的科研进程和科研思维。比如，笔者将光纤通信这门课划分为光学基础、光波导、光器件以及光纤通信系统四个大的方面，让学生能从纷繁的光纤类知识中有个整体的把握。其次，笔者同时将光学基础和光波导与光器件紧密结合起来。总所周知，光具有波粒二象性，那么光在波导中传播主要体现光的波动性，而在光器件中，主要体现光的粒子的性质。不断向学生强调所学知识点的真正背后的原理，让学生“知其所以然”。从一开始就培养学生的科研态度。最后，笔者将一些示例性、介绍性的内容以自习的形式布置给学生学习。比如，“光缆的制造”的内容笔者将其作为自习内容，不在课堂上赘述。

2 增加前沿科研內容，打开学生的科学思维和视野，教学内容反映科研进展

在构建好教学体系之后，要从具体的教学内容引出当前本学科的最新科研方向，在必要的时候，适当添加与之相呼应的前沿的科研内容。笔者从若干国际主流期刊甄选出与光纤通信相关的科研方向，将其与课程的对应知识点进行协同类比，达到对课程和当前前沿科研知识共同加深理解的目的。例如，笔者选择当前最热的科研方向——“表面等离共振（surface plasmon resonance， SPR”效应作为学生学习的补充材料。首先， SPR效应是一种光在金属表面传播的一种特殊性质，因此金属亦可以被看做为一种特殊的光波导，这与我们光纤通信中的玻璃或者其他介电质波导本质上均是一样的。同时SPR中的表面等离极化激元（surface plasmon polariton， SPP）效应中电磁波的消逝场的传播方式与平面集成光波导的消逝场的传播方式以及SPP的耦合激发方式和集成光波导的光耦合方式基本是一致的。通过两方面知识的学习，学生不但对SPR效应不会感到那么陌生，更可以加深学生对电磁波在光波导中传播的理解。

当然，笔者在选择补充材料时，要选择能反应当前前沿科研的代表内容，讲究内容的时效性。同时补充内容不宜过多，否则将打乱正常的教学计划。此外，在讲授该部分补充内容是，笔者也从“隐形衣”的角度来介绍SPR的未来可能的发展应用，大大增强了该部分的趣味性，防止学生对科研产生过多的枯燥感。

3 多样化的作业方式，促进学生多思考

学会思考对于科研来说是一个十分重要的习惯。在讲授“光纤通信原理与系统”的时候，笔者采用三种作业方式，加强师生之间的沟通，促进了学生的独立思维。除了取用传统的“作业本”的作业方式外，笔者采用了两种随堂布置的“思考题”作业方式为补充。第一种思考题的方式是，在随堂授课过程中，遇到某些有一定理论深度的问题，布置给学生，鼓励他们采用多种学术搜索引擎（谷歌学术、Web Science等）来独立自主地寻找答案。并把自己的对该问题或者理论的看法和理解，以学术报告的形式发给授课老师。比如，光的传播速度主要受到材料本身的性质和波导的几何尺寸与形状决定。总所周知，材料性质影响光速主要依赖材料的折射率。而波导的几何如何影响光速这个问题通常容易被忽视，同时这方面理论又牵涉到电动力学和数学物理方程两个方面，并不能用三言两语解释的清楚，因此，这种问题更适合以学术报告的形式表达。此外，另一种思考题的作业方式是指，在上课过程中，遇到一些有意思的小问题，布置给学生，鼓励他们课后独立思考，或者通过适当资料查找就可以寻得答案。比如，为什么激光器中的受激辐射相应要比LED中的自发辐射响应快的很多？再如，激光器的谐振腔通过端面的高反射镜进行选模，那形成稳定的激光后如何从端面输出的？这些问题，往往容易忽视，并且常见的教科书中也会一笔带过。学生通过这些小问题的进一步启发，可以加深对许多科学问题的理解。endprint

4 双语教学，促进基本科研能力的培养

越来越多学生，在本科毕业后选择继续攻读硕士或者博士学位。因此，如果没有经历过双语教学的训练，许多学生很难有机会接触到、熟练掌握特有科研专业名词术语。因此，没有掌握过硬的学术、科研英语这种基本的科研能力，会限制学生未来进行深入的科研学术交流以及专业学术论文的质量，从而限制了他们未来研究工作的发展。为了学生更好地向未来的科研工作过渡，我们“光纤通信与系统”采用双语教学。教师教学的教案、PPT以及后续作业、考试均为全英文。只有在笔者口述授课内容上会加入少量的中文用以提示学生。

值得注意的是，在该课伊始，笔者先就双语教学的重要性跟学生进行耐心讲解。同时，在充分采纳学生的意见的基础上，在教学环节上进行微调，尽量降低学生对双学教学的抵触情绪。

5 小结

“光纤通信”类等通信电子类的课程要求教师具备扎实的知识背景、浓厚的兴趣以及强烈的责任心。加之前沿科研内容的融入，对教师提出了更高的要求，需要笔者在今后的教学过程中不断摸索。从近些年的教学实践中，笔者深切感受到，只有教师不断鼓励学生多思考，多探索，从主观上接受科研素质培养，才能真正地将科研和教学真正融合到一起。

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