教學研究型改革與實踐的探索范文

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《大學物理雜志》2014年第六期

1改革的重點與具體措施

1．1教學方法三維可視化為了解決大學生在學習過程中理解困難和前沿性的科研促教中缺乏實驗條件驗證的教學問題［3］，教學團隊將物理建模思想應用于教學實踐中，通過三維可視化仿真，使復雜、抽象、煩瑣的理論模型變得直觀、具體、明了．例如:針對“空間光通信創新實驗”課程中的光學天線設計及光傳輸、激光雷達成像和光子晶體光纖光傳輸等進行了三維動態可視化仿真．在對前沿性的科研促教中缺乏實驗條件驗證的情況下，擬采用理論建模與仿真驗證方法來實現．

1．2創新實踐自主化為了解決自主創新實踐能力訓練不足的教學問題［4］，教學團隊將光通信、微波光子學等交叉學科前沿技術與創新實踐相結合，構建了“空間光通信”開放式創新實踐平臺，建設了綜合型、設計型、創新型的開放式專業實驗室．依托開放式創新實踐平臺，開展了大學生自主研究型學習，著力加強大學生自主創新實踐能力的培養［5，6］．加強科研促教，拓展創新思維，在“985高校”大學生創新訓練計劃支持下，實施了創新設計項目40余項．依托科研項目把學生帶到學術前沿，進行了形式多樣的學術研討:教授、副教授、博士、碩士、本科生分別定期做主題報告、分組討論、網上論壇、參加國際國內會議和暑期夏令營等方式促進學術交流，形成良好的學術氛圍．學生在開放式專業實驗室里自主進行理論建模、仿真設計與實驗驗證，在規定時間內撰寫學術論文等，開展了大學生自主創新能力的培養模式．

1．3多元化的教學評價體系為了解決傳統評價方式缺乏對創新實踐、仿真設計與課程論文等環節的評價的教學問題［7，8］，教學團隊將理論考試和平時成績相結合，實驗操作與自主創新實踐相結合，理論建模仿真與課程論文相結合，構成了多元化的評價體系．例如:把理論考試成績所占的比例下調到60%，而課程論文的比例上升到40%，通過創新項目和課程論文等方式評價學生的學習;通過課程論文答辯方式，依據“假設的合理性、建模的創新性、結果的準確性、表達的清晰性”進行綜合評定，實現從應試教育到素質教育的觀念性轉變．引領學生朝著有利于自身全面發展的方向努力．

1．5開放式教學資源建設為了解決傳統教學資源不足的問題，教學團隊加強了師資隊伍的建設，進行了廣泛的國際、國內教學研討和學術交流．重點建設了豐富的數字化網絡資源平臺網絡課程含教學錄相、典型實例、創新設計系列實驗教案、經典物理問題、及在線實踐編程等模塊;適時引入在線答疑、網絡論壇及現場演示與討論等交互式教學形式，形成了模塊化、交互式、開放式教學資源平臺．

2改革與實踐的探索

實例1大學生在牛頓式光學天線系統測試平臺(圖1)上做的部分實驗內容:圖2為接收光斑實驗測試，圖3為利用光束質量診斷儀器測試光斑．通過三維可視化仿真，使復雜、抽象、煩瑣的空間光通信系統中的激光傳輸理論模型變得直觀、具體、明了，解決大學生在學習過程中理解困難的教學問題(大學生創新實驗設計項目)。例如:老師們課堂上在講解光子晶體的應用———布拉格光纖光傳輸特性時，就采用了仿真驗證手段．通過詳細舉例以此來鼓勵學生啟迪思維、大膽創新設計、勇于實踐．以下是學生們根據題目的要求，在老師的指導下做的部分仿真結果圖．實例2等周期結構的布拉格光纖仿真(見圖4—圖6)．實例3空間光通信系統激光傳輸特性仿真(見圖7—圖8)．實例4波動方程的(動態)三維可視化(見圖9)．圖9波動方程(動態)三維可視化圖形實例5平面波用柱面波形式展開(見圖10)．圖10平面波展開為柱面波仿真結果圖形以上是具有代表性的大學生創新實驗設計．“缺陷的光子晶體在偏振分束器等光學器件中的應用”(大學生參與者:黃鶴、劉天驕、陳逸舟)被學校推薦為2010年國家級大學生創新性實驗計劃項目;“推帚式激光雷達三維成像創新設計”(大學生參與者:謝國洋、顧大超、童磊)被學校推薦為2011年國家級大學生創新性實驗計劃項目．通過這種創新事例，能很好地鍛煉和培養大學生的創造能力，大大激發了學生的創新欲望和學習興趣．

3改革的實施成果

該課程未實行教學改革以前，我們實行的是傳統教學模式(理論教學+筆試成績+實驗成績)，教學成果不理想．自從2009年本教學團隊開展了對“空間光通信創新實驗”課程教學研究型改革與實踐的探索以來，特別是加強了針對“空間光通信創新實驗”課程中的創新實踐平臺及《數學物理方法與仿真》、《光學天線設計》、《空間光通信創新設計實驗》3本教材的重點建設．建立了1個基于大學生創新基地的空間光通信工程技術研究中心;并依托這個創新實踐平臺，開展了一系列的教學和科研項目．1)研發了十余個綜合創新設計實驗，例如:“卡塞格倫光學天線系統的光傳輸特性分析實驗”、“光纖損耗與光纖耦合實驗”、“激光準直與多波長光學天線傳輸實驗”、“無線激光大氣通信實驗”等;2)2012年數學物理方法、三維可視化仿真及創新實踐的“三位一體”教學模式改革獲電子科技大學教學改革成果一等獎;3)教改項目:2009年“數學物理方法”教學研究與精品課程建設”，2010年“數學物理方法精品課程教學團隊建設與改革”;4)團隊教師指導大學生創新基金項目40余項，指導大學生40余篇(SCI收錄6篇);5)開展了一系列高水平的科研項目，獲得了國家自然科學基金項目2項，國家自然科學青年基金項目3項以及橫向建設項目等;6)2011年建設了電子科技大學第一座2．0kW單晶硅太陽能發電站，并實現并網發電，以作為大學生新能源創新課題教學示范所用．7)發表教研論文20余篇、科研論文100余篇．取得了顯著的教學成果，形成了交叉性學科前沿與創新實踐相結合的人才培養模式．(教改前后對比情況見表1)．

4結論

本實驗課程的教學富有科學性和趣味性，旨在培養學生的創新思維，加強學生實踐技能以及計算機仿真能力的訓練．實踐表明，教學團隊長期開展的“空間光通信創新實驗”課程教學研究型改革與實踐的探索，對培養“理論基礎扎實，實踐能力強，創新精神好”的創新型人才具有突出的效果．

作者：何文森楊華軍江萍柯莎莎單位：電子科技大學物理電子學院