光学工程学科教学科研一体化实践与探索

梁兰菊，韦德泉，闫昕，王猛，李爱云

(枣庄学院 光电工程学院，山东 枣庄 277160)

0 引言

教学、科研和服务社会是高等学校的三大使命.教师通过教学把知识传递给学生，使学生全面发展，成为一个对社会有用的人.科学研究将教与学联系在一起，教是传授知识，学是探索知识，即教师和学生是教与学的关系也是一个研究者的角色.高等学校还肩负着为社会提供人才的使命.三者的关系中，众多学者争论的焦点都集中在教学与科研之间的关系，有些人认为教学重要，有些人认为科研重要，主要体现在，作为教师现在的压力较大，为了早日评上职称，把自己的工作重心都放在做科研上了，每天大部分实践都用来写文章，申请项目，耗费了大量的精力，教学方面花的时间就少了，上课效果也出不来，出现了现在的青年教师科研能力，教学水平提高相对较慢.一部分教师课上好了，没有职称评审压力，就疏忽了科学研究，以一本书为本，一直讲下去，课上的很精彩，但是知识更新慢，学生接受新知识相对较少，学生觉得学习的知识没有用途[1～3].上面教学与科研的认识在不同高校之间还有所不同，双一流高校基本是研究型大学，以科学研究为主，教授博导把主要的精力都放在指导培养研究生了，教学上时间就用的少了，而一般高等学校以教学为主，教师重教学，科研能力相对较弱，也就是教学型的大学[4～6].教学科研是分离的还是要融合在一起，笔者根据本校光学工程学科为例，提出了教学科研一体化方案，并例举了教学科研一体化的实践与探索.

1 教学科研一体化的本质

1.1 教学离不开科研，科研离不开教学

教学科研一体化教学的本质是相互促进相互融合，而不是相互对立相互分离.应该是教学离不开科研，科研离不开教学，应该是两个离不开，而不是两者相互独立相互对立.

教学为科研打基础.教师在进行光学工程学科教学中，教师主要讲述光学工程方向的基础课程，如光电子技术、电磁场理论等，这些课程的教材基本选择国家“十三·五”、高等教育等出版社出版的规范化教材，教材的编写者一般是国内这个领域知名的专家学者，教师上课选择教材，一般都会选择这些经典教材，同时任课教师还要拓展知识，参考其他学者的教材来丰富教学内容.教师以规定教材和参考教材进行教学的过程就是对基础知识进一步深化细化的过程，学生在教学过程中逐步掌握了光学工程学科的发展历史、应用前景，这些都为以后做好科研打下一个很好的理论基础.

科研能够促进教学.刚才讲到的经典教材，存在着知识更新慢，知识比较陈旧的缺点.而教师为了备课简单而一直选用这套教材，这样教师学生需要使用这套教材较长的时间，而教材的出版时间与当今科技发展在时间上就出现了断层，怎么弥补这个断层？选择最新的课本，是一个办法，但是教材的出版需要一个周期，就算最新的课本也与最新科技有差距，况且翻开最新的教材，虽然在经典教材的基础上有进步，但还是不全反映最新科技，而新科技的发展是基于原有科技的基础上进行发展的，这样最新发展的科技反映在教材上存在的不足就需要授课教师来弥补，教师可以通过了解最新科技和将自己在这个方向的最新科研成果应用到课堂教学中去，即在授课的过程中在原有经典知识的基础将最新的科技发展传授给学生，这样给学生的授课始终就是最新知识了.而将新知识和自己最新科研成果融入课堂教学，就是将科研融入教学的过程，科研将教与学联系在了一起.

1.2 有助于提升教师的未来发展潜力

教学科研一体化能有助于提升教师的教学科研能力，在教学科研两个离不开中已经阐述了一些观点，那就是通过教学为教师搞科研打下了坚实的理论基础，通过拓展课本知识内容以跟上最新的科研发展步伐，教师需要去查阅最新的光学工程方向的科研文献，并且找到与本学科发展相对应科研最新成果，将这些融合到课堂教学中去，从而达到了科研促进教学的目的.在这样一个过程中，教学要下大功夫，一是要吃透课本，吃透教案、吃透教学方法、吃透学生；二是要去查阅最新的学科研究方向和最新研究成果，并且归纳总结形成通俗的语言，与课堂知识和教学有效融合在一起；三是在备课的过程中实际上就是对知识的一个高度概括，类似于科研中的综述，做一个科研课题首先要有一个科研综述.上面的三个过程实际上就是教学科研一体化的过程，通过这个过程将大大的提升教师的教学科研能力，在不断的教学过程中，只要一直坚持下去，持之以恒，教学科研一体化就能有效提升教师的未来发展潜力.常常有这样的例子，一个博士生来校工作，由于教学任务比较重，慢慢的就荒废了科研，前三年还能吃吃老本发些文章，五年十年以后就变成一个纯粹的教书匠，在科研方面完全滞后了，形成了教学科研两脱节，从本质上讲，是教师没有将教学科研一体化这种思想贯彻到课堂教学中去，从而导致了上述的结果，教师发展就缺乏了发展潜力，这是教师本人和学科发展都不愿看到的情形.怎么样打破这一怪圈呢？那就要求教师在思想上高度重视起来，主动将教学科研融为一体，在教学中打好基础，时刻更新知识将最新科研成果方法融入教学，不断努力，不断学习，教师才能有未来发展潜力，否则两个跟不上，将会使教师失去发展潜力.

1.3 有助于提升学生的创新能力

随着网络技术的发展，各种形式的网上授课方式冲击着我们的课堂教学，学生可以从网上去学习我们讲的这门课程，有慕课等多种形式的课件，网上课件都可以找到，许多资源都对外免费开放，现在的学生从小学开始就已经接触到了互联网，接触到了手机，他们接触信息的能力有时候已经超越了我们的授课教师，在这样一个背景下，给我们教师授课提出了高要求，你讲的不精彩，学生更愿意去网上寻找答案，这实际上是一个挑战，给老师的挑战，但是互联网也有它的缺点，就是现在的互联网还缺乏互动环节，你可以从慕课上听这一堂课，但是你无法与授课教师交流，慕课教师就解决知识难题会做的很好，但是如何将授课内容与学科发展及与本地经济发展结合不能够作出解答.因此这就给了我们授课教师机会，我们可以紧紧抓住这个突破点做好自己的教学工作，讲课本知识延伸，让科研作为知识延伸的重要手段，将学生拉回课堂，喜欢上课，喜欢与你探讨，使学生感兴趣，这样就会大大的提高学生的创新能力.创新能力是我们的国家战略，培养具有创新能力的学生也是我们课堂教学要达成的目标.教师教学科研一体化的这个过程就是一种创新过程，延伸经典知识，搜集最新的科研文献加以整理，形成一套讲课思路，这就是一个教学科研的过程，教师在课堂上讲解，实际上就是将这种思路传达给了我们的学生，学生在潜移默化的过程中自然而然的学会了这种方法，学生在以后的工作学习中就会把这种思维传达下去，这就是提升学生创新能力的本质.

2 光学工程学科教学科研一体化的举措和成效

2.1 打造了一支教学科研教师队伍

围绕教学科研一体化的目标，光学工程学科近年来通过人才引进打造了一支高层次人才队伍，近几年，光学工程学科加大人才引进力度，先后引进双聘院士1人，长江学者1人，国家高层次人才专家3人，泰山领军人才1人，优秀的中青年博士20余人，获批各类项目20余项，经费达到2000万元，光学工程学科具有了一支战斗力的教学科研一体化师资队伍.

2.2 建设了高水平科研团队服务教学

其中激光与光电子技术创新团队由中国科学院院士领衔,团队依托山东省院士专家工作站建设,团队聚焦国家2018年“战略性先进电子材料”重大专项项目指南中的激光清洗领域以及山东省新旧动能转换“十强产业”之智慧海洋产业中海洋信息领域,着力围绕激光清洗和空-海激光通信两个方向开展工作,改变传统清除物体表面污物、锈斑的机械与化学清洗方法,发展非接触、绿色环保的激光清洗技术;摒弃传统超长波空海通信方式,发展先进的水下激光通信。这方面的研究有利于贯彻落实国家环境保护和海洋资源战略,并将开拓我省高端装备产业和智慧海洋产业应用新领域。

低维光电材料创新团队由国家高层次人才领衔,团队依托山东省低维量子传感器件工程技术研究中心建设,围绕低维量子材料开展工作,通过研究其光电响应与量子效应,探索功能量子材料在光电信息,超敏传感,绿色能源等领域的应用,为开发新型功能异质结,超敏光电探测元件,量子气敏传感器等新一代微电子器件提供理论、技术和人才支撑。

太赫兹技术及应用创新团队依托山东省光学工程重点学科、山东省光电信息处理与显示重点实验室、枣庄市重点实验室太赫兹科学技术建设,围绕太赫兹新型编码超构材料、太赫兹生物医学检测和太赫兹通信三个方向,研究开发适用于太赫兹波段的新材料、新器件、新工艺、新方法,解决产业化关键技术,拓展其应用领域。该团队2017年被评为“山东省黄大年式团队”。

2.3 加强课程改革，增加科研基础课程

在课程中适当增加科研基础课有助于提升师生科研一体化，为此光学工程学科进行了教学大纲的修订，增加了MATLAB仿真实训、CST设计、Python程序设计、文献检索、专业英语等课程的学习.这些专业基础课为学生进行科研打下了一个坚实的基础，为学生解决课本知识提供了一种新的方法，这种方法就是可以用计算机仿真软件去计算平时用笔去做的工作，既锻炼了学生的编程能力，也为用科研手段解决课本问题打通了一条通道.教师在授课时也会布置一些教学相关的课外科研小课题让学生去完成，如电磁场理论课程中二次项展开对电偶极子近远场辐射的影响，课本中只展开到第二项，后面几项都忽略不记了，教师在上课时就布置了课后任务，让学生推导后三项、四项等对电偶极子辐射的影响，并应用所学习的MATLAB对其仿真.课后在老师的指导下，学生积极完成，结合学习的文献检索、专业外语等课程将研究成果发表了学术论文，实现了课堂教学的延展，锻炼了学生的科研能力.如在光电子学课程教学中，讲到光纤这一节课，如何描述光纤的损耗，在导师的指导下，学生应用MATLAB编程解决了光纤传输距离与损耗的关系等问题，结合学习的文献检索、专业外语等课程将成果发表了核心期刊论文.通过类似的教学实践，拓展了课堂教学，将科研融入了课堂教学，提高了学生的科研创新能力.光学工程学科课程改革取得了初步成效.

2.4 加强新教师科研服务教学的培训力度，将教师科研有效融入教学

为了有效提高师生的教学科研一体化进程，光学工程学科多次组织师生进行数值计算仿真软件的培训，分别于2016年邀请COMSOM软件工程师来校对光学工程学科教师进行COMSOL多模物理场计算软件培训，2017年对光学工程学科全体教师和30名光学工程学科学生进行CST电磁仿真软件全覆盖培训，2018年又对80名学生进行了CST电磁仿真软件培训.通过数值计算软件的培训增强了教师学生做科研的能力.在2017、2018、2019三年的毕业论文中，应用CST等软件进行数值仿真做毕业论文的学生逐年调高，分别达到10%、20%和30%.丰富了学生毕业论文选题思路.学生仿真成果经过老师指导发表相关论文30余篇，其中一名学生毕业论文获得省级优秀毕业论文.

2.5 加大学生参与教师科研项目力度

为了有效促进教学科研一体化进程，除了在课堂上教师将科研融入教学外，课后教师要引导学生参与教师的科研项目.本科生参与教师科研项目在双一流高校已经是很普遍的现象，但是地方本科院校，主要是以教学为主，本科生从事科研相对较少，怎么延申课堂教学，光学工程学科借鉴双一流高校的做法，引导学生参与教师的科研项目.为此，光学工程学科充分发挥人才资源、科研平台、科研经费优势资源，光学工程学科主动加大学生参与教师科研项目的力度，为本科生参与科学研究提供了保障.在导师的指导下，近几年共有100余名学生参与导师科研项目，学生发表了多篇高层次科研论文.并相继由多名学生考入双一流高校继续深造研究生学位.

2.6 加强师生教学科研的互动交流

课堂教学的时间总是比较短暂，课堂上要完成教学大纲的教学任务，还要将科研融入教学，基本上时间是不够用的，只能通过课堂上布置一些课后作业让学生完成，同时增加教师学生的互动交流.光学工程学科针对以上问题设立了学生互动交流时间，单双周的课，没有课的那周定为教师学生交流时间，电磁场理论这门课程在2018年坚持这个方案，取得了不错的效果.同时建立了班级微信群，教师不定期将最新课程科研研究成果发到微信群，而且在微信群里面与学生加强交流.

2.7 加强评教机制对科研服务于教学的考核

为了鼓励任课教师积极将科研融入教学，光学工程学科加强评教机制，对科研服务教学取得明显成效的教师，在年终考核优先评优中，根据取得成果增加个人年终考核分数.

3 构建“四个一”建设方案助力教学科研一体化建设

光学工程学科完善教学科研一体化建设，针对学生大学四年学习特点提出“四个一”建设方案(1)至少参加一个科研组织，这个科研组织包括学生科技协会、学生科技社团、教师科研团队、学院科研团队、学校科研团队、科研平台等，通过学生参与科技组织，让学生接受科研启蒙，并进行科研基础培训；(2)至少参加一次科技竞赛，大学四年有很多比赛，要求学生积极参与至少一次科技竞赛，让学生实际进行科研制作等，增加学生科技实践能力；(3)至少参与一项科研项目，科研项目包括学生SRT项目、国家创新科技项目、大学生互联网+项目、教师科研项目等，通过参与科研项目，使学生接受科研规范化训练，熟悉科研流程，科研的严谨性等；(4)至少产出一项科研成果，科研成果包括一篇科研调研报告、一个科技制作作品、一篇科研论文、一项国家专利等，形式多样，要求学生结合专业知识独立完成，完成这项工作也为学生毕业论文打下坚实基础.通过“四个一”教学科研一体化建设，光学工程学科教师教学积极性提高了，学生学习的积极性进行也提高了，师生互动也增多了，教学用科研延伸了，建设取得了初步成效.

4 总结

文章基于教学与科研的辩证关系，由教学科研一体化的本质提出了教学科研互相促进，不可分离，进而以本校光学工程学科为例，从人才队伍、课程改革、师生培训、参与科研项目、互动交流、教学考核等六个方面阐述了教学科研一体化建设举措和取得的成效，构建了“四个一”教学科研一体化建设方案，措施有效，研究结论为教学科研一体化建设提供参考.