科教融合视角下的光学与长度计量课程建设研究

熊玉朋 王建鹏 戴一帆 陈善勇 方剑委

[摘           要]  科教融合是研究型高校强化科研育人，培养学生创新能力的有效途径。以光学与长度计量课程为例，剖析了课程的性质和特点，分析了科教融合引用的可行性，并从基于问题导向的课堂教学、基于案例探究的专题研讨和基于设计思维的课程实验三个方面以科教融合的视角对课程建设进行了研究。

[关    键   词]  科教融合;光学与长度计量;课程建设

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2021）24-0150-02

科教融合思想最早出现在19世纪初的德国，洪堡以“教学与科研相结合”为理念创建了柏林大学，奉行科教并重全面育人，对德国成为世界科学中心发挥了重要作用，培养出以爱因斯坦、普朗克、薛定谔为代表的科学巨擘和以黑格尔、马克思、恩格斯为代表的哲学大师[1]。19世纪末，科教融合的思想传入美国，卡耐基教学基金会主席博耶强调要以科教融合重建本科教育，将科教融合理念带入了美国大学，在美国各高校中引起了广泛关注，斯坦福大学专门成立了“融合中心”引导和帮助科研人员将科研成果转化为教学内容[2]。科教融合理念已经成为世界一流大学的核心办学理念，在“双一流”建设的背景下，国家对各高校推进科教协同育人、加快人才培养模式改革、完善高水平科研支撑拔尖创新人才培养机制提出了新的更高要求。本文结合专业实际，在光学与长度计量课程建设的过程中进行科教融合的改革和实践探討。

一、光学与长度计量的课程性质和特点

光学与长度计量是一门针对我校测控技术与仪器（计量技术）专业的课程，课程应用特色十分突出，分为课堂教学和实验教学两部分，包含课堂教学16学时、实验教学8学时。课程目标是使学生通过本课程的学习掌握光学和长度计量的基本方法，让学生理解和掌握光学和长度计量在武器装备运维中发挥的作用，增强学生的创新能力，在文化知识的传承与创新中推动计量事业的不断发展。

二、科教融合应用于光学与长度计量课程的可行性

（一）丰厚扎实的科研实践

国防科技大学精密工程方向起源于1979年钱学森先生倡导下创建的机械学科。精密工程团队针对高分、02等国家重大专项对特种功能结构制造精度的极高要求，重点研究光学零件现代制造装备和工艺，建立跨尺度零件纳米精度制造的数字化创新理论和方法。目前已经取得了以国家技术发明二等奖1项、军队科技进步一等奖1项、湖南省科技进步一等奖1项、省部级二等奖2项等为代表的高水平研究成果。目前已经拥有较好的实验条件、丰富的学术资源，为科教融合的实施奠定了基础。同时，精密工程团队在超精密加工和测量等领域创造了中国精度，自主研制的磁流变、离子束抛光装备突破了国外封锁，极紫外光刻物镜制造精度达到0.2 nm的世界级水平，形成了“精无止境、尽善尽美、创造卓越”的团队文化。

（二）互融互补的师资团队

教师队伍建设是课程建设的关键，光学与长度计量课程的师资团队由教学经验丰富的学术带头人担任课程负责人，成员梯次层次分明，均来自科研一线，具有良好的科研实践经验，在专业方向上具有互融互补的优势。团队一直注重科研反哺教学，目前已经出版学术专著6部，承担课程4门，系统构建了“本科教育—研究生教育—任职教育”的课程体系，在课程教学过程中注重利用已有的科研成果激发学生的学习兴趣，采用启发式、研讨式等多样性的教学手段培养了一大批高素质人才。

三、光学与长度计量课程科教融合的建设实践

光学与长度计量课程以科教融合的建设理念为引领，将科研成果转化为教学资源融入课程体系，实现形式与内容的有机融合。在课程建设过程中综合运用基于问题导向的课堂教学、基于案例探究的专题研讨和基于设计思维的课程实验，梯次达到寓知识传授、能力提升于一体的效果，协同推进教学科研的同频共振，提升教学和人才的培养质量。

（一）基于问题导向的课堂教学

光学与长度计量在哈勃望远镜、激光核聚变、极紫外光刻等许多工程实践中都发挥着重要作用，将这些工程实际问题转化为光学与长度计量问题，将解决工程和科研的思路、方式方法传授给学生，将科研成果融入教学，可以有效激发学生学习的兴趣，提高学生分析和解决具体问题的能力，从而提高教学质量。

以光学与长度计量的第二章“波像差测量”为例，教学过程中从哈勃望远镜发射后成像不清晰的实际问题出发，按照“问题研讨—学生主动参与—启发式解答”的课堂教学模式，首先通过哈勃望远镜波像差测量不准确导致成像模糊的问题激发学员的探索兴趣，然后引导学生主动提出问题解决方案，最后讲述科学家和工程师是如何考虑和解决这一问题的。学生在问题的探求中找到光学元件面形误差、位置误差和光学系统波像差之间的关系，主动建立了知识之间的横向联系，使学生感受到光学与长度计量知识既有趣又有用，锻炼学生独立思考和解决问题的能力。

（二）基于案例探究的专题研讨

基于案例探究的专题研讨实施的关键在于教师的角色转变，教师要从知识的“讲授者”转变为教学“组织者”，真正做到以学习为中心、以教师为主导和以学生为主体。光学与长度计量第四章为光电系统的参数测量，在教学实施的过程中，教师以“红外热像仪的参数测量”为题开展探究式专题研讨，教师团队以从事的多个与红外热像仪相关的项目为基础，精心设计了专题研讨提纲，将学生按照4～5人划分研讨小组，并提前两周将研讨提纲下发给各小组，要求各小组按照专题研讨提纲准备汇报课件并进行专题研讨。

通过案例探究式的专题研讨并组织各小组进行自评和互评，激发了学生的自主学习能力，各小组的学生查阅和研读大量的文献资料，掌握了红外热像仪的原理和分类，理解了信号传递函数SiFT、调制传递函数MTF、噪声等效温差NETD、最小可分辨温差MRTD、最小可探测温差MDTD等十分容易混淆的关键参数，并掌握了这些关键参数的测试和评价方法。同时，在专题研讨的过程中，很好地培养了学生的协同性和实践性，在实践中提高了创新能力。

（三）基于设计思维的课程实验

光学与长度计量的课程实验主要由四次实验课构成，四次实验课由教师团队以所承担的科研项目为基础并根据设计思维设置的，以期达到将学科知识的学习和创新能力的培养融于课程之中。实验课程的基本情况如表所示，它们均需一定的自主设计，所利用的实验仪器均为研究领域广泛使用的高精度测量设备，具有一定的前沿性和探索性。

在课程实验实施的过程中，教师团队注意发挥启发的作用，引导学生按照“启发—构思—实施”的设计思维思路进行课程实验。实际情况表明，通过基于设计思维的课程实验，学生不仅掌握了课程目标要求的知识，而且获得了独特感受与精神体验，自我评价都比较高，增强了学生的信心。

四、结语

提升大学课堂的教学质量是一项长期的工作，需要每一名教师不断地思考和实践。本文以光学与长度计量课程为例，进行课程科教融合的课程建设研究，从基于问题导向的课堂教学、基于案例探究的专题研讨和基于设计思维的课程实验三个方面着手提升教学质量，取得了一定的效果。在今后的教学工作中，需要将更多、更新鲜和更高质量的科研成果融入教学资源中，进一步提升光学与长度计量的教学质量。

参考文献：

[1]顾明远.教育大辞典[M].上海：上海教育出版社，1998：1720.

[2]裴正兵，田彩云.高校教师科研成果转化教学案例意义、基础与模式研究[J].高教学刊，2018（17）：82-85.

[3]陈阳凤.也谈大学的必由之路：科教整合[J].决策与信息，2016（10）：29-30.

编辑 司 楠