创新能力培养为导向的《激光技术及应用》课程改革与实践

汪平河

（电子科技大学 四川·成都 611731）

信息化是时代发展趋势，而信息产业的核心是芯片产业。芯片制造依赖于光刻机，而准分子激光光源是光刻机最为关键的组成部分之一，其关键技术尚未突破，因此要求相关工科专业不仅需要培养研究生掌握宽广扎实的理论基础，科技创新与实践能力培养也亟待加强。对于光信息科学与技术专业而言，《激光技术及应用》课程是进行激光原理、技术与应用知识学习和创新能力培养的一门核心课程，也是光学工程学科的基础，课程内容包括短脉冲技术、模式选择技术、非线性光学技术等，提高学生的理论基础。随着产业发展需求不断变化、新技术不断更新，《激光技术及应用》课程也需要不断优化教学设计、完善教学内容，深化教学改革，培养研究生创新能力。

高质量的课程教学可以有效提升研究生的创新能力。国内高校在研究生一年级设置相关课程教学，以支撑研究生深入学习专业知识，但课程的“研究性”以及创新能力培养导向仍然不够突出。目前各高校对研究生创新能力培养为导向的课程改革进行了很多有益探索，如吉林大学优化研究生核心课程结构，强化实施体系，华南农业大学以系统学习、学术探究与应用实践深度结合为目标重构课程体系，南京大学以课程评价中发现的问题为导向，以点带面进行课程改革，南京航空航天大学以需求性为导向，以内容重构、思维交互展现、过程数字化等方面来培养学生研究能力和思维能力，哈尔滨工业大学以新工科背景下进行教学内容、体系和方法改革探索创新能力培养的教学模式。南昌航空大学通过任务型、案例与讨论式的课堂教学模式以及对于注重过程管理性能的考察进行了多种课程改革来培养学生的创新创业能力。然而，研究生课程教育在工科研究生教育方面，尤其是光信息科学与技术专业教育的核心课程改革探索仍然不足，本文以《激光技术及应用》为例，阐述了工科研究生核心课程的教学改革与实践。

1 以基础与前沿重构课程教学内容

《激光技术及应用》课程分为40个学时，共计两个学分，内容包括短脉冲技术、激光放大技术、激光选模技术、非线性光学技术等，目的是使学生掌握激光相关内容的基础理论和相关技术，具备从事光电子技术研发的基础能力。但是电子科技大学光电科学与工程学院研究生生源组成复杂多样，对于本门课程的先修课程《激光原理》掌握情况参差不齐，同时传统的《激光技术与应用》课程教学也不能满足新时代新技术飞速发展以及国家、社会对相关工程科技人才的要求，因此课程内容改革同时兼顾先修理论基础和技术发展前沿，在此基础上进行课程结构和内容调整，学时安排如表1所示。

表1：《激光技术及应用》学时安排

课程针对基础的教学方面增加了激光原理内容知识。课程教学内容第一部分增加各波段主流激光器、激光器的基本结构和工作原理等激光原理内容，可以为学生建立激光器基本机构和工作原理的知识框架，强化学生激光技术相关知识基础。这就可以保证在研究生基础参差不齐的情况下，在涉及到先修课程内容时，及时讲解相关知识，课程内容循序渐进，帮助没有先修基础的学生补足短板，同时也可以巩固已有基础的同学的知识体系。

课程针对前沿的教学方面增加了先进技术发展。将激光技术前沿发展与实际应用引入课堂，激发学生学习兴趣的同时，引导学生树立在激光技术方面进行创新研发的专业志向。如2018年诺贝尔物理学奖表彰了激光物理学领域的突破，物理学家探索研究激光镊子等激光工具，为人类观察极其小、极其快的进程成为可能；课程还以红宝石激光器和钛宝石激光器为实例讲解激光器的结构组成和工作原理，以科学性和时代性重构课程内容，激发学生创新性思维。（见表1）

2 以目标导向设计课程教学

立足国家战略、行业需求和学院人才培养目标加强《激光技术及应用》课程教学设计，借助学院科研优势，引入学院相关学术研究，结合实际应用，激发创新思维。电子科技大学光电科学与工程学院在光纤激光器方面开展了深入学术研究，并且积累了丰厚的科研成果。为服务于学院人才培养目标，借助学院科研优势，拓宽学生学习的广度和深度，课程设计中以学院现有光纤激光器的技术研究为基础，对掺杂光纤激光器、短脉冲光纤激光器等进行讲解与探讨，引导学生开放学习和探究学习。

以多学科思维融合、跨专业能力融合为导向，课程设计结合工程应用实际，激发研究生专业志趣和创新创造活力。在课程教学中以激光技术为主线，结合激光技术在不同专业方向的实际应用，如激光武器技术、激光加工技术、激光测距和雷达、激光技术在生物医学中的应用等，通过工程实际来培养研究生跨学科思维和勇于创新的精神，促进其知识、能力和素质培养的有机融合。以激光技术在生物医学中的应用为例，课程教学中详细介绍了光学相干层析技术（OCT）在医学上的应用和实验平台的搭建，探索组成高速扫频源OCT系统的各个模块如光源、参考臂、样品臂、数据处理和成像的具体功能本质，进而阐述高速扫频源OCT系统作用深层次的机制，引导研究生突破习惯性认知模式，培养学生对应用激光技术解决实际问题的兴趣，在此基础上，设置思考题与小组讨论作业，供学生课后复习与巩固。

3 以科学可测量改革课程管理与评价

改革课程管理与评价，丰富课程过程管理，严格考试评价，同时做实做细过程管理和考试评价材料，从而激发学生思辨创新与勤奋钻研精神，增强学生由此获得专业能力和创新能力提升的成就感。

课程过程管理包括课堂知识应用实时互动、课外前沿阅读拓展和先进技术专题汇报三个方面。为提高课堂效率，促进学生知识理解与运用，备课时提前准备与本节课知识相关的实际应用问题，如讲解激光器的基本结构和工作原理时，设置如下提问：形成激光输出的条件有哪些？世界上首台激光器是什么激光器？它的主要发射波长为多少？ YAG激光器的激活粒子是什么？它的主要发射波长为多少？在课程中适时发问，增强师生互动的同时，引发学生思考。课外设置前沿阅读作业延伸课程知识，以提升课程学习深度与广度要求学生广泛阅读激光器发展前沿报道与文献，如详解2018年诺贝尔物理学奖中激光器的技术突破等。先进技术专题汇报则根据新型激光器的发展设置题目：共焦显微成像技术、多光子显微成像技术、中红外激光光源、随机激光器，要求阅读参照30篇以上的中文文献和英文文献进行相关技术的原理与实现汇报。通过以上非标准性的过程评价，提升课程挑战度，扩大学生课程知识面，从而激发学生思辨创新能力。

严格考试评价，引导学生掌握扎实的激光技术理论基础和创造性学习能力。采用闭卷式考试方式，设置填空题、选择题、简答和计算题考察激光技术专业知识，设置创新考题如学生结合课程学习，指出某种激光器在结构或功能上的不足，并提出改进方案，或者提出一种新功能的激光器并且设计其结构，创新考题激发学生自主学习动力，实现创新能力培养。

4 结论

以《激光技术及应用》课程为例进行工科核心课程改革探索，通过课程内容、教学设计和管理评价等方面的改革实践，将学院科研优势、科技发展前沿与实际应用引入课程，结合和科学可量化的管理评价，激发专业兴趣和学习动力，促进学生创新能力的提高，学生课程评价一致好评。接下来将以学生中心、持续改进的理念，深化教学改革，进一步完善《激光技术及应用》的教学模式，培养担当中华民族复兴大任的科技人才。