新工科背景下大型科研仪器在光电信息科学与工程专业实验教学中的应用
钱林勇1，冯雨1，王康妮2，吴光远3
（1.江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏徐州；2.扬州大学物理科学与技术学院，江苏扬州；3.齐鲁工业大学（山东省科学院）轻工科学与工程学院，山东济南）
摘要： 在新工科背景下，传统实验教学难以满足光电信息科学与工程专业人才培养的要求。通过教学课程改革，将高校大型科研仪器这一优质资源应用于本科实验教学，将有效促进科研资源参与人才培养，提高人才培养质量，打造出满足新时代需求的创新型工科人才。
关键词： 实验教学；改革；大型科研仪器；人才培养
一 引言
教育部在2012 年9 月发布新的普通高等学校本科专业目录中，“光电信息科学与工程”首次出现并被归为电子信息大类专业之一，经修订后形成了这一新工科专业。光电信息科学与工程专业培养覆盖光学、光电仪器、光子学技术、信息光学技术、光学技术及工程以及光电交叉学科等多个技术领域和方向，涉及光学、电子学、微电子学、通信工程、计算机科学等多学科交叉融合，是典型的“新工科”专业。在培养光电信息科学与工程专业的学生过程中，除了使其具有较扎实的理论基础和宽广的知识面之外，学生的科学实验和动手实践能力也需着重锻炼[1]。因此，在本专业的教学过程中，教师要把实验教学和理论教学摆在同等重要的位置。实验教学不但加深了学生对知识的理解，更能使学生的实验操作能力、科研探索能力、解决实际问题的等能力得到锻炼，而这些能力的锻炼是理论授课过程中难以实现的。近年来，国内高校越来越重视实验在课程教学过程中的作用，在课程设置中的分量也越来越重。然而随着信息时代的进步，各学科之间的交叉融合愈加深厚，传统的基础理工科实验难以满足“新工科”背景下的实验教学要求，也难以满足新行业对专业技术人才的实践素质和操作能力的要求。然而，随着我国科研投入的不断加大，高校先进的大型科研仪器设备逐渐增多，但这些仪器常常只应用于科学研究，却很少出现在本科生的实验教学当中[2]。试想若能将此类大型科研仪器合理地、充分地应用于光电信息科学与工程专业的本科实验教学中，不但可以提高仪器使用率，做到物尽其用，还能起到培养本科生实践和创新能力的作用，打造出“厚基础、强能力、重实践”的创新型人才。
二 在本科课程设置中加入基于大型科研仪器实验教学的意义
（一）增强专业能力培养，促进实验教学
为了向社会供应优秀的“新工科”人才，高等学校对工科类本科生的教学目标和教学方法应随之进行改革。在实验内容上，除了传统的基础类实验之外，适当加入高技术性、综合性、创新型实验非常有必要[3]。大型科研仪器无论是从原理、设计，还是从操作、数据分析等方面都体现出综合性和创新性。大型科研仪器是高校学科建设和科研活动的重要条件和物质保障，其所蕴含的先进技术，对于学科和专业建设具有不可替代的重要作用。在高校本科生实验教学中，更多地涉及使用大型科研仪器是对传统的基础类教学实验的有力补充，便于充实和完善实验教学内容。例如光电专业本科生，虽然在理论课程中学习过光栅这一光学元件，但是对光栅的应用，如光谱仪或分光光路，知之甚少，在基础光学实验方面也较少涉及。而在学习和使用过大型光谱仪之后，对光栅的原理和应用以及光谱分析原理会有更深入的理解，这对学生的专业技术能力培养有积极的推动作用，有助于学生更好地掌握专业知识并扩展相关知识面。
（二）提高仪器使用效率，激活资源配置
近年来，随着国家和地方政府对高校科研投入的不断增加，高校自主购买的先进大型科研仪器越来越多。例如我院基于江苏省光学工程优势学科及省重点实验室平台，购买了高性能的电子束蒸发镀膜机、原子力显微镜、扫描电镜和分光光度计等大型科研仪器。但受限于放置环境和操作规范的要求，这类仪器多采用分散式、封闭式的管理模式。所以，受此传统管理模式的影响，一方面使得设备闲置、使用率低，另一方面重复采购，造成资金浪费严重，导致大型科研仪器资源的教研价值未能充分发挥[4]。光信专业相关实验较少涉及上述大型仪器，因此本科生对这类仪器十分陌生又倍感好奇。如能通过相关实验课程能让本科生接触或深入学习使用此类仪器，将充分激活了科研资源使用率，有效服务于人才培养这一高校本职工作。
（三）培养学生专业兴趣，打造科研基础
对本科生开放大型科研仪器，增加学生与科研“零距离”接触的机会，使学生切实参与到科学研究中，将有效提高学生动手能力和专业素养。由于本科生在高中阶段的学习以应试教育为主，动手能力普遍较差。此外，本科教学的课程设置也导致很多学生对科研工作感到陌生和距离感，更谈不上兴趣。通过接触大型科研仪器，学习仪器原理和使用方法，亲身经历过科研实验后，有助于学生了解一些前沿性的科技知识，也能激发他们对本专业的认知和对科研工作的兴趣，促使更多的学生投身到科学研究中，为国家科学技术的发展贡献力量。在使用仪器的使用过程中，敦促学生做好记录和仪器运行状态登记，严格按照操作流程和使用规范操作仪器，也有助于他们在本科阶段就养成规范严谨的科研习惯，为后续研究生从事科研工作打下较好的基础，然而这类训练在基础实验课程中是难以充分实现的。
“条件求值”是一类根据已知条件求代数式的值的问题.微课程除了帮助学生掌握解题方面的知识技能，更重要的是对条件求值的各种方法的来龙去脉，为什么要用这种方法，怎么想到用这种方法，怎么用这种方法进行阐述，让学生不但知其然，而且知其所以然，帮助学生形成良好的认知结构.
（四）增加学生就业机会，扩展择业范围
受诸多因素影响，长期以来诸多高校将主要精力放在科研成果的产出上，形成了“重科研、轻教学”的错误观念。在人们的心目中，大型仪器价格昂贵，资源稀少，是科研工作的“专属品”，这造成此类设备应用于教学环节受到很大限制。从使用现状来看，此类设备大多掌握在课题组老师手中，主要应用于科学研究，重视的是研究功能而非教学功能的开发。究其原因是人们没有突破传统观念，忽视或不重视实验教学。这样不当的观念，大大制约了大型仪器在本科教学尤其是理工类本科实验教学的应用，同时也影响了毕业生培养的质量，导致大型仪器这类资源的闲置及浪费。大型科研仪器是高校科研工作者的必备工具，但也需要发挥其教书育人的效作用，而不应成为科研工作的“自留地”。因此，高校教学相关人员急需纠正错误观念，切实将本科生的高质量培养放在首要位置，重视实验教学，做到理论教学和实践教学并重，将大型科研仪器这一优质资源利用好。
选取2015年7月～2018年7月我院收治的中风后吞咽障碍患者56例作为研究对象，参照随机数字表法将其均分为两组，各28例。其中，参照组女13例，男15例，年龄30～61岁，平均年龄（45.54±5.64）岁；实验组女15例，男13例，年龄31～62岁，平均年龄（46.88±5.31）岁。对两组患者一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。纳入标准：医学影像学检查和病史分析满足临床判断脑外伤标准，具有高空坠落或者车祸等严重突发事故，所有患者以及家属全面了解治疗内容后自愿签字认可；对本院伦理委员会上报后获得成功许可。排除标准：严重心功能异常患者；严重器质性疾病患者。
三 大型科研仪器应用于实验教学过程中面临的问题
（一）高校普遍存在的看重科研，忽视教学的错误观念
随着技术的信息技术的不断进步，近年来相关企业对毕业生专业素质的要求水涨船高，这导致了毕业生的就业难度越来越大，因此对大学的课程设置也提出了更高要求。高校需适时合理地调整教学目标，提高学生的就业竞争力[5]。近来我院近年来开展了本科生学业导师制，学生可以根据自己的兴趣和教师的研究方向，自主联系导师，并双向选择，由导师带领本科生参与科研项目。在这过程中，不仅开阔了学生的视野，也让学生学会了相关大型科研仪器的使用，为就业创造机会。例如，本组的科研课题涉及平面衍射光栅的制备工艺，所指导的本科生在参与课题的过程中，实际体验了全息干涉曝光工艺，加深了对干涉现象的认识。此外，实验过程中还接触了激光器、原子力显微镜及检测光谱的大型光谱仪等设备。这有利于学生在就业的选择上增加微细加工、光谱检测、检测仪器技术支持与销售等择业方向，有力增加学生的就业机会并扩展择业范围。
（二）教学模式单一，不能有效实现动手能力的提高
——司法鉴定制度改革应当具备与《实施意见》指导性改革文件的方向相一致的新理念。司法鉴定制度是解决诉讼涉及的专门性问题、帮助司法机关查明案件事实的司法保障制度。因此，司法鉴定制度改革还需要为提高鉴定质量的目标提供条件和扫清障碍。为此，2017年12月司法部颁布了《关于严格准入 严格监管 提高司法鉴定质量和公信力的意见》（司发〔2017〕11号）（以下简称《双严》）。该《意见》要求，“对没有法律、法规依据的鉴定事项，司法行政机关一律不予准入登记”。由于有些省市的地方法规对“四大类”以外鉴定事项存在规定，对此理解应当关注以下问题。
（三）管理机制的缺失和不健全
高校主管教学的领导和相关教师首先要做到解放思想，以新理念和新思路，全面深化高校综合改革，不断改进本科实验教学目标和方法。将大型科研仪器运用到实验教学中，充分发挥科研资源在实践教学中的重要示范作用，培养学本科生动手和实践能力以及创造和创新精神，更能出色地完成光电信息科学与工程等工科类专业的培养目标。高校应做好顶层设计，通过合理有效的部署及课程设计，淡化传统的教学观念，积极倡导教学与科研并重，逐步打通院系教学和科研壁垒，实现此两者紧密结合。此外，还要加强宣传工作，积极动员各部门通力协作，达成共识，以不断提升创新人才培养质量为核心目标。要将“新工科”专业建设作为一个良好的契机，为培养高质量的创新型人才做出更大贡献。
目前，部分高校在进行本科教学改革时，将大型仪器设备逐渐引入本科实验教学，采取的教学模式却大都以学生观摩为主。在利用大型仪器进行实验教学的过程中，通常在相关仪器负责的老师进行原理讲解之后，再给学生进行操作演示，本科生不进行亲手实践操作，这种情况只会降低学生的参与感和积极性，久而久之也失去了实验教学的意义。这种模式注重理论知识和设备功能的了解，属于观摩性质而非实验技能的锻炼，实际上难以有效地培养学生的动手能力，更难以完成高质量人才培养的目标。造成现有教学模式的主要原因是大型科研设备结构和操作复杂，管理者担心让本科生独立操作，会增加仪器的损坏几率，无形中会增加维修和运行成本。因此，很多管理者认为采用观摩教学是保护大型科研仪器的必要手段，这也是制约大型仪器应用于本科教学的一个客观现实。
四 有效将大型仪器应用于光信专业教学的措
（一）扭转观念，强调创新型实验教学在本科课程设置中的地位
由于高校科研实验室的属性复杂，评价体系、考核指标等也不尽相同，因此，大型科研仪器参与本科教学面临协调部门关系、整合评价和考核标准难以量化等问题。此外，在大型科研仪器的实验教学计划制定、实验课程设置、实验教学改革、教材选编等方面，高校教务部门通常存在调研不充分，工作不精细的问题。由于管理机制缺失和不健全，学校职能部门和学院教学管理人员还存在分工不明确或管理工作不到位的问题，加之工作内容繁杂，如果没有适当的绩效措施，很难将此项工作落实到位。因此，在大型科研仪器参与本科实验教学之初，学校职能部门的相关人员有必要深入院系基层，加强调查研究，做好顶层设计，进行统筹规划，制定相应措施和管理机制，确保这项工作的落实。
当DFL=1时，说明企业无付息债务，利息为0。由公式得知，财务杠杆与利息(分母的减项)成正比，反映了财务风险大小。在边际贡献、固定成本等其他因素不变的情况下，付息债务越多，债务利息越大，财务杠杆系数越大，则财务风险越大。下面举例说明建立财务杠杆模型，探讨对经营风险决策的分析方法。
（二）建立健全管理和激励制度，提供工作落实的政策保障
开放大型科研设备时，需要制定并完善相关仪器使用的规章制度，以便确保仪器的正常运转和安全，最大限度的减少仪器的损伤。为此，需要针对本科生制定全面细致的管理制度，这将涉及仪器设备管理、仪器维修保养、仪器培训和操作管理等制度，在实践中还要逐步修改与完善。此外，还要做好仪器使用的登记台账，方便出现问题时进行回查。因此，还应针大型科研仪器管理技术人员的工作量考核建立起一套科学、完整、可操作性强的大型精密仪器考核制度和激励机制，明确评价管理水平的机制、用何种指标考核、采取何种激励措施，并且尽可能做到可量化，以便提高相关教师的教学积极性和主动性。
（三）增加设备开放途径，扩宽接触大型科研仪器的渠道
在为大学生开放和共享大型仪器的过程中，我们应该增加设备开放途径和渠道。如以进行本科实验创新为主要手段，开设具有综合性质的实验内容，通过综合实验课程要求学生更加自主地去探索，在此过程中循序渐进的完成大型仪器的认识和操作。这类综合实验训练扩展为作为本科生毕业设计的基础，也可将实验得到的结果归纳总结成论文发表。此外，在指导过程中，教师可将授课重点转移到对实验内容的把控和对学生操作的观察，及时纠正操作错误。利用这种轻松的实验环境能激发和培养本科生的创造性思维和意识。但是仅仅通过实验教学活动来向本科生开放大型仪器是远不够的，还将各类创新型实践竞赛或设立学生自主科研项目作为依托，逐步增加仪器开放程度。此外，还可以设置实验室勤工助学岗位、科研助理岗位或加强实践类毕业设计指导等措施，作为向本科生开放大型科研仪器的进一步补充。
五 结束语
“新工科”背景下，对光电信息科学与工程专业本科生的培养提出了更高目标。通过在本科教学实验中引入大型科研仪器有利于实验教学课程的改革，增强学生的科研好奇心和实际动手能力，不仅为就业增添有力筹码，也能为学生的深造奠定良好基础。高校教学管理者应主动改变传统观念，切实把培养高质量人才放在首要位置，为国家输送更多创新型人才。
参考文献
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[5]刘志范.促进高职院校毕业生充分就业的对策研究[J].长沙大学学报2013(5):109-111.
本文引用格式： 钱林勇，等.新工科背景下大型科研仪器在光电信息科学与工程专业实验教学中的应用[J].教育现代化，2019，6(87):167-169.
基金项目： 2018 年江苏省现代教育技术立项课题：基于现在信息技术《计算材料学》课程建设的研究（No.2018-R-61174）；中国轻工业联合会2018 年度课题：新工科背景下印刷工程专业人才培养建设研究与实践（No.QGJY2018052）;齐鲁工业大学2018 年校级教研项目：新工科背景下印刷工程专业虚拟仿真教学的实践探索（No.201848）。
作者简介： 钱林勇，男，连云港人，工学博士，江苏师范大学教师，研究方向：主要从事光电信息科学与工程专业人才培养。
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.87.063
标签：实验教学论文; 改革论文; 大型科研仪器论文; 人才培养论文; 江苏师范大学物理与电子工程学院论文; 扬州大学物理科学与技术学院论文; 齐鲁工业大学(山东省科学院)轻工科学与工程学院论文;