光电科研成果转化为光电综合实验项目的研究与实践

李世雄 陈德良 王 添

(贵州师范学院物理与电子科学学院 贵州·贵阳 550018)

光电信息科学与工程专业简称光电专业，该专业培养目标是要培养具备良好学习能力、实践能力、专业能力和一定创新创业能力的应用型人才。学生动手能力、实践能力和创新能力的培养是专业培养中非常重要的一个方面。专业人才培养主要分为理论教学和实验教学，其中实验教学作为专业人才培养的一个重要部分，在实现专业培养目标方面有着理论教学不可替代的重要作用。

随着科技进步，光电技术飞速发展，在光电专业实验教学中，除了一些基础性强的实验外，很多实验较陈旧，已经不能满足时代要求，无法体现最新的光电技术。另外这些实验项目的陈旧和滞后导致无法提高学生的学习兴趣，也起不到应用型人才的培养作用。因此，光电实验教学改革也刻不容缓。光电专业教师在教学的同时还能进行科学研究，其科研成果与实际应用联系紧密，包含了很多光电新方法。将一些可操作性强及较成熟的科研成果进一步设计成实验项目，让学生思考、讨论科研成果中新方法的理论基础及其应用；然后在老师的指导下设计出实验方案并进行验证，再让学生在实际的实验操作中完善实验方法、修正实验方案，最后将实验项目应用到实验教学中。将科研成果转化为实验项目是教学促进科研、科研反哺教学的重要途径。科研成果转化的实验项目在实验过程中能培养学生学习的主动性及自信心，使学生变被动学习为主动学习；学生能获得一些本专业前沿的知识，用以开阔眼界；同时通过这些实验项目还能激发学生对本专业的学习兴趣。

科研成果转化为实验项目得到了大量研究者的研究和探讨，[1-4]并结合实际情况进行了实践，取得了较好的效果。本文结合本校光电专业为新办专业的实际以及光电专业应用性强的工科特性，将本专业教师的科研成果进行归纳总结，并结合可操作性要求，设计出能够在实验教学中开展的实验项目，并通过实验教学验证，最终确定为实验课程中的实验项目。

1 现状分析

1.1 实验项目现状

我校光电信息科学与工程专业为新办专业，2016 年开始招生。该专业实验教学学分占比达到30%，包含了基础实验和专业性强的实验。其中的光电综合实验是专业综合性最强的一门实验课。光电综合实验开设学期为第5 学期，共48 学时，12 个实验，每个实验4 学时。实验项目包含：晶体声光效应实验、晶体磁光效应实验、光电探测实验、氢光谱实验、光学传递函数测量及像质评价、光电定向实验、激光器脉冲调Q实验、光电传感器实验、电子及激光散斑实验、光学/数字彩色图像编码实验、光纤信息及光纤通信实验（一）、光纤信息及光纤通信实验（二）。该实验课程目的是使学生掌握光电技术的原理、光电仪器设备组成以及它们的使用方法，通过实验对光电技术基本仪器的特点及使用规范有初步的了解。因此选择一些设计性和工程应用性较强的实验，能培养学生在光电技术方面的科学实验能力，提高学生的动手能力和科学研究能力。2016 级学生已经在2018 年下半年开设该课程，开设过程中发现的问题：光纤信息及光纤通信实验（一）、光纤信息及光纤通信实验（二）这两个实验和光通信原理与技术实验课程中开设的实验项目基本重复；激光器脉冲调Q 实验较单一，且没有体现激光应用。有必要对光电综合实验的实验项目进行优化调整。

1.2 科研成果现状

学院光电专业教师科研成果较多，截止2019 年7 月已发表论文20 余篇（含SCI、EI 收录、中文核心等期刊），同时还取得了较多国家专利，都是涉及光电方面的研究成果，如《激光诱导等离子体加工石英微通道机理研究》《皮秒激光在熔融石英中诱导微爆炸形成微腔的研究》《动态大尺度物体形貌光学在线测量技术研究》《基于数字全息显微的海洋浮游生物三维形貌快速重建方法研究》《数字全息显微测量中相位畸变的矫正方法》等。[5-9]专业教师科研成果包含了激光应用、数字全息、相位测量轮廓术、光谱模拟等方面的研究。

2 科研成果向实验教学项目转化

2.1 筛选

光电专业教师科研成果多、杂、涉及的专业知识广，筛选的实验项目需要满足下列原则：

（1）重复性、环保性和安全性。实验项目中的实验结果具有重复性，才能保证实验项目的开展；实验过程中还要保证师生的安全以及对环境无污染。

（2）项目成本。具备实验项目开展的仪器设备，且由于需要不停地重复实验，实验耗材不应该太昂贵。

（3）能激发学生兴趣。教师科研成果较多，筛选出的实验项目要能激发学生的学习兴趣，促进学生的探究能力。

（4）难度适中，体现光电新技术和新知识。教师科研成果综合性强、涉及知识面广，在设计实验项目时需要考虑项目内容不能太复杂，又具有创新性和挑战性，同时能体现最新的光电新技术。

（5）操作时间。由于实验教学中一个实验项目基本都是3-4 个学时，在转化实验项目时，实验项目需要在要求的学时内能完成。如果实验时间太长，学生就很难完成教学任务。

（6）项目开设时间。教师科研成果综合性强、涉及专业知识面广，将科研成果转化实验项目后，开设时间需要考虑学生是否能消化和吸收。对于大一和大二的学生由于接触的基本都是基础课程，对专业课程接触较少，而大三的学生正好学习了较多专业课程，具备这一条件。因此实验项目可考虑开设在大三以后的实验课程中。

根据以上原则，在实际操作中，科研成果转化过程中从以下两种筛选方式进行：

（1）学生参与到教师科研项目中。光电专业所在学院除了光电专业学生外，还有物理学和电子信息专业，且已有多届毕业生。在前期筛选过程中，让学生申请大学生科研项目或通过业余科研加入到教师的科研项目中，对教师已经取得的科研成果进行设计和验证，并在此基础上进行改进和创新，通过这部分学生对研究成果的消化和吸收，筛选出较为合适的科研成果或科研的某一过程，设计出不同的实验项目。

（2）将科研成果融入毕业论文选题中。在指导学生毕业论文时，将教师科研引入到学生论文选题中。一个或多个学生的整个论文环节（文献阅读确定题目，论文题目可行性分析，实验设计与实验，数据分析，论文总结）对应着一个实验项目设计过程（包含前期调研，实验可行性分析，实验方案设计，实验设备准备与组装，实验过程，数据分析，重复实验过程，实验总结）。完成一个毕业论文后，即验证了一个科研转化的实验项目。在整个筛选过程中，应重视与这些学生的沟通和交流，发现哪些项目更能激发学生的兴趣和创新热情，哪些项目能引导学生自主设计实验的能力。通过筛选，得到了科研转化的实验项目：基于数字全息显微的透射型物体表面三维形貌测量、激光损伤与加工实验、光谱测量及光谱模拟实验、相位测量轮廓术(PMP)实验、数字全息测量系统原理实验、条纹投影三维外形测量实验。

2.2 验证与效果

按照以上筛选原则和方式，筛选出学生参与教师科研项目与学生毕业论文中涉及教师科研成果的大量实验项目，同时考虑到学院光电设备的现实情况，分析了实验项目开展的可行性。我们对光电综合实验项目存在的问题进行了分析，教师科研成果转化的实验项目替换了一些实验项目，其中实验项目基于数字全息显微的透射型物体表面三维形貌测量替换原有光纤信息及光纤通信实验（一），相位测量轮廓术(PMP)实验替换原有光纤信息及光纤通信实验（二），原有激光器脉冲调Q 实验优化为激光损伤与加工实验。其中的激光实验，不管是优化前还是优化后，都是有一定危险性的实验，该实验首先需要在实验指导教师的指导下进行，并做好防护措施；优化后的实验项目更能体现激光的应用，有利于激发学生的兴趣。最后，将优化后的光电综合实验在2017 级光电专业进行了验证（2017 级该实验课程于2019 年9 月开设），所有这些新实验项目在实验教学中取得了良好的效果，能在规定的实验学时内完成。通过学生反馈，学生在这些新实验项目中能接触到光电新知识和前沿的东西，同时能打破学生的科研神秘感，增强学生的自信心和学习兴趣。在实验过程中，提前熟悉科研的整个过程，提高学生独立思考和独立动手的能力，进一步激发学生的创新热情。最终实现本专业的培养目标。

考虑到光电科研成果转化为实验项目的效果，以及前期光电综合实验大纲中实验项目存在的问题，同时考虑到2018 级光电专业的该实验课程还未开设，我们从2018 级开始对光电综合实验大纲进行了修订，将光电科研成果转化的实验项目写入实验大纲项目中。

3 结语

本文首先分析了光电专业光电综合实验实验项目存在的问题，以及光电教师目前的科研成果情况；进一步讨论了光电科研成果转化为实验项目的原则和方式，并筛选出合适的实验项目。然后将转化的实验项目在专业实验课程中进行验证，并取得了较好的效果，最后将光电科研成果转化的实验项目写入实验大纲。光电科研成果转化为实验项目是教学促进科研、科研反哺教学的一个重要体现。整个过程既能激发学生的学习兴趣，又能使教师提高教学、科研能力。该研究对于光电专业以及其它专业的实验教学改革有一定的推动作用。

贵州省教学内容与课程体系改革项目：光电科研成果转化为光电实验教学的研究与实践，批准号：2018520079)资助的课题