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教学研究型改革与实践的探索

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《大学物理杂志》2014年第六期

1改革的重点与具体措施

1.1教学方法三维可视化为了解决大学生在学习过程中理解困难和前沿性的科研促教中缺乏实验条件验证的教学问题[3],教学团队将物理建模思想应用于教学实践中,通过三维可视化仿真,使复杂、抽象、烦琐的理论模型变得直观、具体、明了.例如:针对“空间光通信创新实验”课程中的光学天线设计及光传输、激光雷达成像和光子晶体光纤光传输等进行了三维动态可视化仿真.在对前沿性的科研促教中缺乏实验条件验证的情况下,拟采用理论建模与仿真验证方法来实现.

1.2创新实践自主化为了解决自主创新实践能力训练不足的教学问题[4],教学团队将光通信、微波光子学等交叉学科前沿技术与创新实践相结合,构建了“空间光通信”开放式创新实践平台,建设了综合型、设计型、创新型的开放式专业实验室.依托开放式创新实践平台,开展了大学生自主研究型学习,着力加强大学生自主创新实践能力的培养[5,6].加强科研促教,拓展创新思维,在“985高校”大学生创新训练计划支持下,实施了创新设计项目40余项.依托科研项目把学生带到学术前沿,进行了形式多样的学术研讨:教授、副教授、博士、硕士、本科生分别定期做主题报告、分组讨论、网上论坛、参加国际国内会议和暑期夏令营等方式促进学术交流,形成良好的学术氛围.学生在开放式专业实验室里自主进行理论建模、仿真设计与实验验证,在规定时间内撰写学术论文等,开展了大学生自主创新能力的培养模式.

1.3多元化的教学评价体系为了解决传统评价方式缺乏对创新实践、仿真设计与课程论文等环节的评价的教学问题[7,8],教学团队将理论考试和平时成绩相结合,实验操作与自主创新实践相结合,理论建模仿真与课程论文相结合,构成了多元化的评价体系.例如:把理论考试成绩所占的比例下调到60%,而课程论文的比例上升到40%,通过创新项目和课程论文等方式评价学生的学习;通过课程论文答辩方式,依据“假设的合理性、建模的创新性、结果的准确性、表达的清晰性”进行综合评定,实现从应试教育到素质教育的观念性转变.引领学生朝着有利于自身全面发展的方向努力.

1.5开放式教学资源建设为了解决传统教学资源不足的问题,教学团队加强了师资队伍的建设,进行了广泛的国际、国内教学研讨和学术交流.重点建设了丰富的数字化网络资源平台网络课程含教学录相、典型实例、创新设计系列实验教案、经典物理问题、及在线实践编程等模块;适时引入在线答疑、网络论坛及现场演示与讨论等交互式教学形式,形成了模块化、交互式、开放式教学资源平台.

2改革与实践的探索

实例1大学生在牛顿式光学天线系统测试平台(图1)上做的部分实验内容:图2为接收光斑实验测试,图3为利用光束质量诊断仪器测试光斑.通过三维可视化仿真,使复杂、抽象、烦琐的空间光通信系统中的激光传输理论模型变得直观、具体、明了,解决大学生在学习过程中理解困难的教学问题(大学生创新实验设计项目)。例如:老师们课堂上在讲解光子晶体的应用———布拉格光纤光传输特性时,就采用了仿真验证手段.通过详细举例以此来鼓励学生启迪思维、大胆创新设计、勇于实践.以下是学生们根据题目的要求,在老师的指导下做的部分仿真结果图.实例2等周期结构的布拉格光纤仿真(见图4—图6).实例3空间光通信系统激光传输特性仿真(见图7—图8).实例4波动方程的(动态)三维可视化(见图9).图9波动方程(动态)三维可视化图形实例5平面波用柱面波形式展开(见图10).图10平面波展开为柱面波仿真结果图形以上是具有代表性的大学生创新实验设计.“缺陷的光子晶体在偏振分束器等光学器件中的应用”(大学生参与者:黄鹤、刘天骄、陈逸舟)被学校推荐为2010年国家级大学生创新性实验计划项目;“推帚式激光雷达三维成像创新设计”(大学生参与者:谢国洋、顾大超、童磊)被学校推荐为2011年国家级大学生创新性实验计划项目.通过这种创新事例,能很好地锻炼和培养大学生的创造能力,大大激发了学生的创新欲望和学习兴趣.

3改革的实施成果

该课程未实行教学改革以前,我们实行的是传统教学模式(理论教学+笔试成绩+实验成绩),教学成果不理想.自从2009年本教学团队开展了对“空间光通信创新实验”课程教学研究型改革与实践的探索以来,特别是加强了针对“空间光通信创新实验”课程中的创新实践平台及《数学物理方法与仿真》、《光学天线设计》、《空间光通信创新设计实验》3本教材的重点建设.建立了1个基于大学生创新基地的空间光通信工程技术研究中心;并依托这个创新实践平台,开展了一系列的教学和科研项目.1)研发了十余个综合创新设计实验,例如:“卡塞格伦光学天线系统的光传输特性分析实验”、“光纤损耗与光纤耦合实验”、“激光准直与多波长光学天线传输实验”、“无线激光大气通信实验”等;2)2012年数学物理方法、三维可视化仿真及创新实践的“三位一体”教学模式改革获电子科技大学教学改革成果一等奖;3)教改项目:2009年“数学物理方法”教学研究与精品课程建设”,2010年“数学物理方法精品课程教学团队建设与改革”;4)团队教师指导大学生创新基金项目40余项,指导大学生发表论文40余篇(SCI收录6篇);5)开展了一系列高水平的科研项目,获得了国家自然科学基金项目2项,国家自然科学青年基金项目3项以及横向建设项目等;6)2011年建设了电子科技大学第一座2.0kW单晶硅太阳能发电站,并实现并网发电,以作为大学生新能源创新课题教学示范所用.7)发表教研论文20余篇、科研论文100余篇.取得了显著的教学成果,形成了交叉性学科前沿与创新实践相结合的人才培养模式.(教改前后对比情况见表1).

4结论

本实验课程的教学富有科学性和趣味性,旨在培养学生的创新思维,加强学生实践技能以及计算机仿真能力的训练.实践表明,教学团队长期开展的“空间光通信创新实验”课程教学研究型改革与实践的探索,对培养“理论基础扎实,实践能力强,创新精神好”的创新型人才具有突出的效果.

作者:何文森杨华军江萍柯莎莎单位:电子科技大学物理电子学院

大学物理杂志责任编辑:田老师    阅读:人次