光学工程专业研究生教学案例设计探索
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摘要：本论文依据本校光学工程专业研究生课程设计，从案例教学基本需求及建设特征出发，分析了本专业研究生案例教学中案例与课程内容知识点之间的关联性以及案例设计对学生能力培养的方向，通过分析提出并设计与本专业研究生培养联系紧密且知识点覆盖较全的10个案例。本文为光学工程相关专业研究生案例教学设计规划提供了一定的借鉴。
关键词：光学工程；研究生教育；教学案例
中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）33-0094-02
一、前言
案例教学一直是专业学位研究生教学的有效手段，2009年在教育部《关于做好全日制硕士专业学位研究生培养工作的若干意见》的指导下[1]，各高校专业学位研究生教学案例库积极开展建设。近年来，传统的应试教育已经日臻完善并发展到了鼎盛时期，然而，随着社会对工科类研究生各种技能需求的增加，其内在的弊端日益严重和凸显，以应试教育为主要教学手段的教学方法形式单一化，将考试分数和各种证书看作是学习成功的主要评价体系成果，实质上却是在培养学生的一种低层次认知、学习和解决问题的能力，难以提高其综合运用能力。2013年，我国教育部针对专业学位研究生的培养分别提出《教育部国家发展改革委财政部关于深化研究生教育改革的意见》《教育部人力资源社会保障部关于深入推进专业学位研究生培养模式改革的意见》[2，3]，加速推动了国内专业学位研究生教学案例库建设。然而目前国内对于光学工程专业相关教学案例库的建设仍未见相关报道。国外针对专业学位研究生的教育提出CDIO理念，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的课程之间有机联系的方式学习工程技术[4]。这种CDIO理念的教学模式与国内案例教学模式有相似之处，但针对光学工程的案例建设也未见相关报道。
光学是社会工程应用中不可或缺的一门基础学科，而基于光学与其他学科交叉发展的光学工程是相应工程方向的基础，其重要性不言而喻。为此开展光学工程专业学位研究生教学案例库的建设不仅具有必要性，其未来应用前景也非常广阔。
二、案例教学法基本原理
案例教学法是一种理论教学与实践活动相结合的教学方法，自1870年创立以来，已经在法学、管理学、经济学、教育学、医学、政治学、计算机技术等各种教学中广泛使用，并取得了良好的教学效果，对培养学生的思维和创新能力起到了积极的推动作用。案例教学法，就是学生在教师的指导下，根据课程的教学目的和大纲，组织学生对课程的典型案例进行文献检索、阅读、思考、分析、方案的讨论和交流、问题的解决与总结等一系列的思维与动手的实践活动，传授和培养学生分析问题和解决问题的方法和原理，从而提高分析问题和解决问题的能力，加深学生对课程基本概念、原理的理解和综合应用的一种特定教学方法，其具有真实性、完整性、典型性以及启发性四大基本特征。
对处于高速发展信息化时代中的高校所培养的各类研究生，特别是工程类的研究生来说，思维能力、分析和解决问题的能力、创新能力与社会的需求还是具有一定的距离。因此，通过对案例法在工程类研究生的实践教学中的应用做一些探索，希望对我国的工程类创新型研究生的培养起到一定的推动作用。
三、光学工程专业研究生课程需求与案例之间的关联性
光学工程是光学在工程技术应用领域的延伸。它应用光学原理和方法，解决、处理光学以及相关技术领域科学研究和生产实践中的工程技术问题。光学工程发展至今，已经成为一门以光学为主，并与信息科学、能源科学等多学科紧密交叉和相互渗透的学科。光学工程专业学位碩士研究生的教育是衔接基础课程学习与实际应用研究重要的一个环节，是教育学生由学习知识向发现问题、独立思考并构建研究体系的过程，为此针对这一阶段研究生培养的教学设计显得尤为重要。首先，光学工程专业以光学为基础，与多门课之间存在交叉，对于教学而言，使学生形成系统性的知识架构是非常重要的，系统性知识架构的建立最直接、最有效的方式是使学生在问题的解决过程中形成；其次，光学工程专业内的部分课程与实际的联系之间具有隐晦性，需要学生不断思考、探索、理解才能够掌握，这种课程的有效讲授也应当以案例展现为主，让学生能够在教学过程中更好地理解理论知识，并与实际应用联系起来。案例教学就是以学生为中心，以案例为基础，通过呈现案例情境，将理论与实践紧密结合，引导学生发现问题、分析问题、解决问题，从而掌握理论、形成观点、提高能力的一种教学方式，因此对于专业学位研究生教育而言是强化专业学位研究生实践能力培养，推进教学改革，促进教学与实践有机融合的重要途径，是推动专业学位研究生培养模式改革的重要手段[5]。
四、案例设计
案例的选择离不开专业课程内容设置以及专业研究生培养目标。光学工程专业方向主要包含了：
①光纤技术。其中涉及分布式光纤传感技术、光纤光栅传感技术、光纤智能传感网及其在智能建筑、大型工程安全监测物联网等方面的应用，光纤放大器与激光器等器件的性能测试、方案设计及应用等。②光电仪器及测量。其中涉及物理、化学、生物量的光学测量技术及仪器，材料颜色、光泽度检测技术及仪器，光电视觉检测及分类等。③光电图像及信息处理。其中涉及高光谱图像处理、图像识别及处理。④半导体光电技术。其中涉及半导体照明技术及测量、太阳能光伏发电技术及监控等。⑤光电材料与器件。其中涉及发光材料与器件、红外材料与器件、光学晶体材料与器件、光纤材料与器件、半导体太阳能材料与器件、LED与散热材料等。
为此，根据这些课程内容以及本专业主要的一些研究方向，提出了10项相关的案例，包括：①应用Silvaco TCAD软件对IBC结构晶硅太阳能电池设计及优化；②具有金字塔与纳米柱形貌的硅基减反结构设计与制备；③含Au纳米粒子的SERS衬底在低浓度罗丹明溶液拉曼检测中的应用；④LED植物生长灯光学结构设计；⑤基于Zigbee+GPRS通信结构的光伏LED路灯设计；⑥分布式光伏电站资源信息采集、监控及评估系统设计；⑦应用GR-5000全空间快速分布光度计对LED球泡灯光特性测试及分析；⑧柔性晶硅薄膜光伏电池的制备及封装工艺；⑨AFM及椭偏技术对PECVD制备SiNx材料的特性测试及分析；⑩FBG温度传感在电力开关中的应用。 综合看来，这些案例涵盖了本专业课程的重要知识点，比如应用Silvaco TCAD软件对IBC结构晶硅太阳能电池设计及优化这一案例，涉及光电材料与器件、半导体材料与器件表征分析中的基本理论知识，对于学生掌握针对器件的模型构建、性能的模拟分析具有很好的指导意义。另外，AFM及椭偏技术对PECVD制备SiNx材料的特性测试及分析这一案例囊括了光学检测技术、半导体材料与器件表征分析等方面的知识点。其中AFM案例的讲解能够有助于学生理解材料表面形貌测试的基本机理，掌握利用静电力开展测试的基本理念。椭圆偏振测试案例的讲解则有助于学生理解光的特性以及利用偏振态测试薄膜特性的基本理念，同时在数据的分析过程中还能够帮助学生理解材料介电模型构成以及与材料自身特性之间的关联性。除此之外，含Au纳米粒子的SERS衬底在低浓度罗丹明溶液拉曼检测中的应用这一案例涉及目前光谱学研究前沿课题，通过该案例能够有助于学生了解材料与光之间相互作用所产生的一些指纹检测功能，以及基于这些功能所能夠带来的一些检测技术手段。
五、总结
工程类创新型研究生实践课程的案例教学，目前还处于探索和试验阶段，随着时代的进步，技术的发展，案例的更新、教学方法的改进都需要大量的实践才能日益完善和趋于成熟。在实施过程中，存在着案例标准扩大化、案例教学实施盲目化、案例教学作用被夸大等诸多不足。本文结合光学工程专业课程内容，对案例选取、设计方法、原则进行了讨论，并对案例教学的实施方法进行了分析，最终提出了10个与光学工程专业相关的教学案例。本文对于光学工程专业案例库建设具有一定的指导借鉴意义。
参考文献：
[1]教育部.关于做好全日制硕士专业学位研究生培养工作的若干意见[Z].教研[2009]1号，2009-03-19.
[2]教育部，国家发展改革委，财政部.关于深化研究生教育改革的意见[Z].教研[2013]1号，2013.
[3]教育部，人力资源社会保障部.关于深入推进专业学位研究生培养模式改革的意见[Z].教研[2013]3号，2013-11-04.
[4]王洋，范剑英，刘泊.结合CDIO理念工程光学教学方法改革的探索[Z].Proceedings of 2010 Third International Conference on Education Technology and Training，2010，（8）.
[5]教育部.关于加强专业学位研究生案例教学和联合培养基地建设的意见[Z].教研[2015]1号，2015-05-07.
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