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關(guān)鍵詞:光電子技術(shù);雙語教學(xué);多媒體課件;互動式教學(xué)
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)41-0130-02
一、光電子技術(shù)與雙語教學(xué)
光電子技術(shù)是一個非常寬泛的概念,它圍繞著光信號的產(chǎn)生、傳輸、處理和接收,涵蓋了新材料(新型發(fā)光感光材料、非線性光學(xué)材料、襯底材料、傳輸材料和人工材料的微結(jié)構(gòu)等)、微加工和微機(jī)電、器件和系統(tǒng)集成等一系列從基礎(chǔ)到應(yīng)用的各個領(lǐng)域。光電子技術(shù)作為一門專業(yè)課程,主要涵蓋光輻射與發(fā)光源、光的傳播、光的調(diào)制、光電探測、光電顯示與成像、光存儲等內(nèi)容。光電子技術(shù)不僅是一門專業(yè)課程,而且已發(fā)展成為一門學(xué)科,即電子技術(shù)與光子技術(shù)相結(jié)合而形成的一門新興的綜合性的交叉學(xué)科,主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)。光電子技術(shù)科學(xué)是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎(chǔ),涉及光電子學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等前沿學(xué)科理論,是多學(xué)科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學(xué)科,是未來信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。雙語教學(xué)是運(yùn)用外語進(jìn)行的非語言教學(xué),具有如下特征:第一,強(qiáng)調(diào)在語言類的專業(yè)學(xué)科中用外語教學(xué);第二,強(qiáng)調(diào)運(yùn)用外語進(jìn)行課堂教學(xué)的交流與互動。雙語教學(xué)與專業(yè)外語教學(xué)在性質(zhì)上完全不同。前者外語是一種教學(xué)語言,以外語為手段,講授一門課程為目的。后者是一種語言教學(xué),以相關(guān)知識為手段,講授外語為目的[1]。因此,在雙語教學(xué)中,專業(yè)知識與專業(yè)外語之間存在相互平衡的關(guān)系。在有限的學(xué)時條件下,教師既要講授專業(yè)知識又要講授專業(yè)外語,學(xué)生要在專業(yè)知識與專業(yè)外語兩方面取得進(jìn)步,二者之間的平衡關(guān)系需要根據(jù)課程的要求、學(xué)生的實(shí)際情況在教學(xué)過程中不斷調(diào)整。同時,專業(yè)知識與專業(yè)外語之間存在相互促進(jìn)的關(guān)系。扎實(shí)的專業(yè)知識為課程內(nèi)容的掌握奠定了基礎(chǔ),為專業(yè)外語的理解與提高提供了知識背景;堅(jiān)實(shí)的專業(yè)外語基礎(chǔ)為理解原汁原味的教材內(nèi)容提供了保障,促進(jìn)了學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)知識。
隨著知識經(jīng)濟(jì)、信息社會的到來,全球競爭日益激烈,現(xiàn)代科學(xué)正以前所未有的速度迅猛發(fā)展,不斷引發(fā)各個領(lǐng)域深層次的革命。為縮短差距,提高人才的國際競爭力,滿足社會對國際化復(fù)合人才的需求,雙語教學(xué)的迫切性和重要性日益凸顯。第一,雙語教學(xué)是知識經(jīng)濟(jì)發(fā)展的形勢需要。國際間競爭不僅表現(xiàn)為產(chǎn)品和市場競爭,更多表現(xiàn)為人力資源的競爭。面對競爭,只有善于抓住機(jī)遇,應(yīng)對挑戰(zhàn),加速高等教育國際化進(jìn)程,培養(yǎng)一流的人才,才能促進(jìn)科學(xué)教育的發(fā)展和變革,使學(xué)生具有參與未來國際活動和國際競爭能力。雙語教學(xué)有利于培養(yǎng)符合市場需求的高素質(zhì)國際化人才,增加就業(yè)機(jī)會,保證我國科學(xué)教育更加開放地面向世界,促進(jìn)我國科學(xué)教育可持續(xù)發(fā)展,促進(jìn)我國知識經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。第二,雙語教學(xué)是知識信息交流的客觀需要,加強(qiáng)中外交流,提高我國科學(xué)術(shù)水平,縮短與世界先進(jìn)國家的差距,為實(shí)踐科教興國的戰(zhàn)略做出貢獻(xiàn)。第三,雙語教學(xué)有利于復(fù)合型人才的培養(yǎng)。這種既懂外語,又有專業(yè)知識的復(fù)合型人才無疑提高了人才的競爭力。
二、“光電子技術(shù)”雙語課程建設(shè)
雙語課程建設(shè)內(nèi)容主要包括:大綱確立,教材選用,講稿教案撰寫,課件制作,課堂講授,課程考試[2]。下面,我們介紹在上述方面的具體工作。
1.“光電子技術(shù)”雙語課程教材的選取。西安工程大學(xué)理學(xué)院物理系自2009年以來開設(shè)《光電子技術(shù)(雙語)》課程,其定位為物理系各專業(yè)的一門平臺課。結(jié)合光電子技術(shù)的發(fā)展、光電子技術(shù)雙語課程的定位、物理系學(xué)生的具體情況以及就業(yè)去向,采用S.O. Kasap編著的“Optoelectronics and Photonics-principles and practices”為教材,并且以相關(guān)的中英文教材作為參考書[3-6]。課程以“普通物理”、“光學(xué)”、“量子力學(xué)”系列課程為基礎(chǔ),主要講授光的波動理論、介質(zhì)波導(dǎo)和光纖、半導(dǎo)體科學(xué)和發(fā)光二極管、光伏器件、激光基本原理與技術(shù)、光束的調(diào)制、光電探測等基本概念及基本技術(shù)。
2.“光電子技術(shù)”雙語課程大綱制定?!肮怆娮蛹夹g(shù)”雙語課程性質(zhì)為學(xué)科基礎(chǔ)課,授課對象為物理系本科三年級學(xué)生,48個學(xué)時,3個學(xué)分。制定課程大綱的宗旨和目標(biāo)在于,通過課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠?qū)怆娮蛹夹g(shù)中的基本概念、基本技術(shù)和基本器件有比較全面、系統(tǒng)的認(rèn)識,提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力。同時,學(xué)生能夠熟悉光電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,了解目前光電子技術(shù)的最新成就,掌握光電子技術(shù)的發(fā)展方向。采用雙語教學(xué)(漢語和英語),提高學(xué)生查英文文獻(xiàn)、讀英文著作、寫英文文章,以及專業(yè)的口頭交流能力。為了實(shí)現(xiàn)課程大綱中提出的目標(biāo),將每一章的內(nèi)容分為四個層次,即熟練掌握、掌握、理解和了解,并配以相應(yīng)的課時。
3.“光電子技術(shù)”雙語課程多媒體課件??紤]課程內(nèi)容更新速度較快的特點(diǎn),備課在依據(jù)原版教材的基礎(chǔ)上,增加了與教材內(nèi)容相關(guān)的一些嶄新成果。既讓學(xué)生感受到原汁原味的英語表達(dá)方法,又讓學(xué)生開拓了視野,把握學(xué)科發(fā)展動態(tài)和發(fā)展方向。課程的教案、講稿以及多媒體課件全部用英語書寫,多媒體課件包含下列特點(diǎn)。第一,內(nèi)容新穎:除了涵蓋教材的全部內(nèi)容,在每一章的最后部分增加了與這一章相關(guān)的科技新進(jìn)展,使學(xué)生在掌握課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上了解相關(guān)領(lǐng)域的動態(tài)和最新進(jìn)展,為提高學(xué)生的創(chuàng)新能力提供了切實(shí)的幫助。第二,結(jié)構(gòu)合理:由于課程涵蓋了經(jīng)典光學(xué)、波導(dǎo)與光纖、半導(dǎo)體、激光、光電探測、非線性光學(xué)等內(nèi)容,每一章都自成體系,可以進(jìn)行跳躍式教學(xué)。并且,每一章的開頭都有本章的目錄,每一章的結(jié)尾部分都進(jìn)行了小結(jié),做到了首尾呼應(yīng),有始有終。第三,圖表豐富:收錄了與本課程相關(guān)的光電子領(lǐng)域的一些著名科學(xué)家的照片,介紹了他們的簡歷及主要成就。同時加入了相關(guān)的動畫和視頻,使學(xué)生對抽象概念的理解與掌握變得直觀而容易,并且引用了一些著名科學(xué)家的重要話語,為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,開拓學(xué)生的視野,豐富學(xué)生的思維方式提供了翔實(shí)的資料。第四,行文規(guī)范:由于是雙語課程,課件的文字?jǐn)⑹雠c使用教材緊密聯(lián)系,并采用規(guī)范的科技英語表達(dá)方式,使學(xué)生在本科階段就能夠接觸相關(guān)的專業(yè)詞匯以及規(guī)范的專業(yè)英語,為將來的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和工作打下良好的專業(yè)英語基礎(chǔ).
4.“光電子技術(shù)”雙語課程互動式教學(xué)。當(dāng)前的社會需求對課程的教學(xué)方式提出了新的要求,其中包括教學(xué)內(nèi)容的整合,教學(xué)內(nèi)容的拓展,教學(xué)手段的更新,教學(xué)方法的改革等。在全球步入信息化時代的今天,講課不僅是對己有知識的簡單闡述,而且是教師的一種再創(chuàng)造過程?!耙粔K黑板加一支粉筆”這樣的傳統(tǒng)教學(xué)方法己經(jīng)不適合現(xiàn)代化的今天了,現(xiàn)今的教學(xué)方法應(yīng)該更趨多元化。不但要注重課程體系的完整性,課程內(nèi)容之間的有機(jī)聯(lián)系,而且要豐富教學(xué)手段,圖文聲像等多種效果的多媒體課件與板書結(jié)合的模式,同時要采用啟發(fā)式、互動式的教學(xué)方法。在明確教學(xué)目標(biāo),考慮教學(xué)目的和本專業(yè)實(shí)際情況的條件下,我們采取互動式的授課方式,表現(xiàn)在如下幾個方面:第一,學(xué)生之間、師生之間互動行程。在課堂上,首先簡要回顧上次課的主要內(nèi)容,讓二位同學(xué)依次補(bǔ)充細(xì)節(jié)。其次,講解并翻譯這次課所涉及的專業(yè)術(shù)語以及重點(diǎn)段落,領(lǐng)讀一遍后,讓一位同學(xué)讀一遍,其他同學(xué)找不足之處,然后進(jìn)行課程內(nèi)容講授,多媒體課件與板書全部用英語書寫,漢語講授為主,英語為輔。其間,教師常常會提出和講授內(nèi)容相關(guān)的問題,并鼓勵學(xué)生可隨時提問,收到了非常好的教學(xué)效果。第二,教師在課后的反思。互動式教學(xué)的主要目的是激發(fā)學(xué)生獲取知識、提高能力的主動性和積極性。要有效實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),應(yīng)將以下幾個方面有機(jī)地結(jié)合起來:知識的傳授、互動題材、師生之間互動行程、教師的點(diǎn)評??傊?,量體裁衣地選用互動模式才能確保教學(xué)互動流程的順暢,才能激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性,增強(qiáng)學(xué)生的自信心與表達(dá)能力。
光電子技術(shù)和微電子技術(shù)是未來信息領(lǐng)域的兩大支柱。光電子技術(shù)的雙語教學(xué)不但能夠促進(jìn)學(xué)生對相關(guān)學(xué)科前沿學(xué)科理論的掌握與了解,而且有利于學(xué)生外語綜合能力和跨國文化交際能力的培養(yǎng)。在雙語教學(xué)中,專業(yè)知識與專業(yè)外語之間既存在相互平衡的關(guān)系,又存在相互促進(jìn)的關(guān)系。雙語課程建設(shè)應(yīng)在大綱確立、教材選用、講稿教案撰寫、課件制作、課堂講授、課程考試等方面加大力度。采用互動式教學(xué)方法講授光電子技術(shù),將知識的傳授、互動題材、師生之間互動行程、教師的點(diǎn)評等方面有機(jī)地結(jié)合起來,有利于激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性,增強(qiáng)學(xué)生的自信心與表達(dá)能力。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:光電子技術(shù);實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革;教學(xué)方法
作者簡介:李忠洋(1983-),男,山東棗莊人,華北水利水電學(xué)院電力學(xué)院,講師;邴丕彬(1982-),男,山東青島人,華北水利水電學(xué)院電力學(xué)院,講師。(河南 鄭州 450011)
基金項(xiàng)目:本文系華北水利水電學(xué)院2011年教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目的研究成果。
中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)10-0165-02
光電子技術(shù)是激光技術(shù)、微電子技術(shù)、光纖傳感、光纖通信等眾多領(lǐng)域的交叉學(xué)科,它以電磁波為基本信息載體,通過對電磁波的控制、調(diào)制、接收、存儲、處理和顯示等技術(shù),獲取所需要的信息?!肮怆娮蛹夹g(shù)”課程是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課,承擔(dān)著鞏固基本原理、拓寬專業(yè)知識、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要作用。通過對本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠建立起有關(guān)光電子技術(shù)的基本概念,獲得與光電子技術(shù)相關(guān)的基本理論和基本技能,為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及今后從事本專業(yè)的工程技術(shù)工作和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?!肮怆娮蛹夹g(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以使學(xué)生加深對“光電子技術(shù)”理論知識的理解和鞏固,通過對實(shí)物的觀察和研究,增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識,深化對光電子技術(shù)深層次規(guī)律的理解和領(lǐng)悟。開展“光電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)學(xué)生提出問題、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察記錄、分析推理等方面的能力十分有利。然而現(xiàn)在面臨的情況是一方面隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異,光電子技術(shù)信息量成爆炸式增加;另一方面由于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的改革,使“光電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)時數(shù)進(jìn)一步減少。這種矛盾的出現(xiàn),要求教師必須及時對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)手段等進(jìn)行改革與優(yōu)化,努力提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,以便在有限的教學(xué)時間內(nèi),將豐富的信息傳遞給學(xué)生,提高學(xué)生的動手能力,保質(zhì)保量地完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。
一、當(dāng)前“光電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題及原因分析
目前,隨著國內(nèi)高校高級教育人才的不斷引進(jìn),“光電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量不斷提高,但是隨著研究的深入發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)課程仍然存在著一些問題。
1.對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性認(rèn)識不夠
部分學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)受傳統(tǒng)“應(yīng)試教育”思想的影響,長期以來重視理論教學(xué),輕視實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。認(rèn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅是作為理論知識的驗(yàn)證,是理論教學(xué)的附屬品?;谏鲜鲥e誤認(rèn)識,學(xué)校對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)時越壓越少。從實(shí)驗(yàn)教師的角度來講,實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對于理論教學(xué)難度大,實(shí)驗(yàn)教學(xué)不但需要教材,而且需要實(shí)驗(yàn)器材;不但需要動腦,而且需要動手;不但需要與校內(nèi)各部門打交道,而且有時還需要聯(lián)系校外有關(guān)單位。另外,實(shí)驗(yàn)教師在評優(yōu)、評職稱等方面機(jī)會較少、難度很大,因此很多教師沒有在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上投入較多精力。
2.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)問題
實(shí)驗(yàn)儀器落后陳舊,科技含量普遍較低;實(shí)驗(yàn)室面積不足,使得目前實(shí)驗(yàn)條件難以滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。以華北水利水電學(xué)院電力學(xué)院為例,光電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室面積不足40平方米,實(shí)驗(yàn)臺只有4個,每次只能滿足8位同學(xué)同時做實(shí)驗(yàn),而一個年級光電子技術(shù)專業(yè)的學(xué)生有120余人,所以實(shí)驗(yàn)室面積的不足嚴(yán)重限制了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。另外,有些光電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)需要使用激光器、光學(xué)探測器、光譜分析儀等貴重儀器,而實(shí)驗(yàn)室沒有足夠的經(jīng)費(fèi)購買這些儀器,因此實(shí)驗(yàn)器材的短缺嚴(yán)重制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常開展。
3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織管理和考核問題
實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理制度不夠完善,因此出現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)多個部門都管而實(shí)際上誰都管理不善的現(xiàn)象。教學(xué)質(zhì)量評價體系不夠健全,學(xué)生實(shí)驗(yàn)課成績考核不夠細(xì)致,對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求遠(yuǎn)沒有對理論教學(xué)要求的嚴(yán)格,使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量難以保證。
由于上述各方面的因素,高?,F(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、教學(xué)方法,以及各種實(shí)驗(yàn)教學(xué)配套設(shè)施等都存在著與現(xiàn)代社會對高素質(zhì)人才要求不相適應(yīng)的地方。為適應(yīng)社會發(fā)展的需要,培養(yǎng)創(chuàng)新型、高素質(zhì)人才必須重視和強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。
二、“光電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的對策分析
華北水利水電學(xué)院的“光電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)由電力學(xué)院電子教研室承擔(dān),在教學(xué)過程中,該教研室積極響應(yīng)教改要求,從自身水利水電的特色出發(fā),針對上述問題積極探索新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,對如何提高教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行了深入探討,逐步形成了一套自己的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。
1.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的好壞在一定程度上取決于實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施的優(yōu)劣。提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,必須加大投入,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),爭取讓每一個學(xué)生都有實(shí)驗(yàn)的機(jī)會和平臺。在設(shè)施精良的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中培養(yǎng)學(xué)生的主動探索能力,無疑會極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,更好地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力,因此實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性不言而喻。對于實(shí)驗(yàn)室的建設(shè),一方面可依托學(xué)科基礎(chǔ),積極申請實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資金,通過項(xiàng)目資助的方式逐步推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè);另一方面可積極尋求與相關(guān)單位的合作,以項(xiàng)目合作的形式取得雙方共贏,在鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ耐瑫r,也促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。學(xué)校有關(guān)職能部門要把好關(guān),根據(jù)學(xué)校的開課情況做好實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃,提前落實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各項(xiàng)措施。實(shí)驗(yàn)教師要千方百計(jì)的提高實(shí)驗(yàn)室利用率,避免資源閑置和浪費(fèi)。
2.構(gòu)建一支精良的實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍
一支高水平的實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵所在,因此建設(shè)一支理論水平高、實(shí)驗(yàn)技術(shù)精湛、年齡結(jié)構(gòu)合理、責(zé)任心強(qiáng)、具有奉獻(xiàn)精神的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍刻不容緩?;诖?,高校在引進(jìn)教師時應(yīng)盡可能引進(jìn)既具有較高專業(yè)理論知識又有較強(qiáng)實(shí)踐能力的綜合型人才。對剛參加工作的青年教師進(jìn)行職業(yè)道德和實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn),使青年教師樹立職業(yè)道德觀念,提升業(yè)務(wù)水平;聘請業(yè)內(nèi)知名專家對青年教師進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn),使青年教師學(xué)習(xí)新思想、新方法,掌握新設(shè)備、新技術(shù),提高青年教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。改善和提高從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作教師的待遇,提高廣大實(shí)驗(yàn)教師的積極性,吸引廣大教師尤其是高職稱教師積極參與實(shí)驗(yàn)教學(xué),使實(shí)驗(yàn)教學(xué)崗位成為能夠吸引人才和留住人才的崗位。
3.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法,精煉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,改變傳統(tǒng)的“教師講,學(xué)生聽、教師演示,學(xué)生觀看”的方法,以新穎的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,激發(fā)學(xué)生探索未知世界的興趣。如在講到非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)時,先提出問題:一束不可見的激光在一定條件下能不能產(chǎn)生各種顏色的可見光,這樣會激起學(xué)生的興趣,使學(xué)生集中精力繼續(xù)聽下去;然后通過教師的實(shí)驗(yàn)演示可看到在不同的實(shí)驗(yàn)條件下,不可見光可以轉(zhuǎn)換成紅橙黃綠青藍(lán)紫各種顏色的光。這樣在強(qiáng)烈興趣的引導(dǎo)下,學(xué)生會迫不及待的探索實(shí)驗(yàn)、了解實(shí)驗(yàn)原理,因此好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法會起到事半功倍的作用。
4.以興趣帶動教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力
在人才教育中,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣尤為重要。興趣在學(xué)習(xí)和認(rèn)識過程中起著巨大的內(nèi)驅(qū)作用。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要想方設(shè)法地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,讓學(xué)生主動參與實(shí)驗(yàn)的全過程,并在參與中體會到學(xué)習(xí)的樂趣和成功的喜悅,真正調(diào)動起學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情。通過參加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)給學(xué)生提供自我展示的平臺,充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。為了給學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會,華北水利水電學(xué)院光電子實(shí)驗(yàn)室設(shè)立了激光開放實(shí)驗(yàn)室、光纖傳感開放實(shí)驗(yàn)室、光譜分析開放實(shí)驗(yàn)室、光學(xué)探測開放實(shí)驗(yàn)室,為學(xué)生在課外時間提供了廣闊的實(shí)驗(yàn)平臺,吸引了一大批學(xué)生進(jìn)入到各個開放實(shí)驗(yàn)室,在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下主動探索未知領(lǐng)域,在鞏固理論知識的同時又鍛煉了學(xué)生們的實(shí)際動手能力。在近幾年學(xué)校組織的光電子類和機(jī)電類的競賽中華北水利水電學(xué)院取得了較優(yōu)異的成績。
5.改革實(shí)驗(yàn)考核方式,促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展
傳統(tǒng)的考試題型和方式只適合對學(xué)生進(jìn)行理論知識的評價,而實(shí)驗(yàn)?zāi)芰t是學(xué)生將理論知識應(yīng)用于實(shí)踐的綜合能力,傳統(tǒng)的題型和方式顯然無法勝任評價任務(wù),因此對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核要探索新的方式。為了使學(xué)生畢業(yè)后能更好地適應(yīng)當(dāng)前社會對高素質(zhì)人才的需求,在探索實(shí)驗(yàn)考核的新方式時一定要注意與社會職業(yè)技能鑒定接軌,要建立起基本技能、專業(yè)技能及綜合技能考核體系,鼓勵學(xué)生參加各種職業(yè)技術(shù)能力考試,取得社會公認(rèn)的職業(yè)技能資格考試證書。另外,還要培養(yǎng)學(xué)生良好的從業(yè)規(guī)范和職業(yè)素質(zhì),使其在畢業(yè)時能達(dá)到勞動準(zhǔn)入制度所要求的相關(guān)技能等級。
三、教學(xué)效果
本文通過分析“光電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程存在的問題,從實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、教師隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)考核等多個環(huán)節(jié)對“光電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行了深入分析,提出了改革方案。實(shí)踐證明,改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠有效激發(fā)學(xué)生的興趣,使學(xué)生在鞏固理論知識的同時又鍛煉了動手能力,有效提高了“光電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量。
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與傳統(tǒng)光學(xué)不同的是,由光學(xué)與微電子、微機(jī)械、納米技術(shù)互相融合、滲透、交叉而形成的前沿學(xué)科――微納光學(xué),變革了傳統(tǒng)光學(xué)與技術(shù)的發(fā)展路線。這門新興的交叉學(xué)科在信息、能源、生命、環(huán)保、宇航、國防等領(lǐng)域均已產(chǎn)生新的重要應(yīng)用。在我國,微納光子學(xué)的發(fā)展也日益受到重視,未來發(fā)展前程似錦。
1996年,付永啟博士畢業(yè)。近20年過去,付永啟一直沒有離開過微納光學(xué)研究領(lǐng)域,在他看來,盡管微光學(xué)似乎看不見,摸不著,但從人們的生活乃至國家的高尖端科學(xué)都離不開它。這正是它的魅力所在。
“微納光子雖小,照亮我們未來的路”
1994年,付永啟在中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所攻讀博士學(xué)位,“當(dāng)時是跟導(dǎo)師一起做國家航天項(xiàng)目中的一個子項(xiàng)目――‘動態(tài)目標(biāo)發(fā)生器’的研究,我主要負(fù)責(zé)曲面光刻的研究?!蹦鞘撬佑|到微光學(xué)并逐漸對微光學(xué)元器件的設(shè)計(jì)制作產(chǎn)生興趣的開始。
在博士后研究階段,付永啟又接著在衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)制作方面開展了深入研究。隨后為了開闊視野、提升研究能力,付永啟于1998年赴新加坡南洋理工大學(xué)精密工程與納米技術(shù)中心作研究員,借助當(dāng)?shù)貎?yōu)越的軟硬件條件繼續(xù)深入開展微光學(xué)以及后期納米光學(xué)領(lǐng)域的研究工作。
從此,一個嶄新的世界――納米光學(xué)這個交叉領(lǐng)域逐步在他面前展開。
正如他所說的“學(xué)得越多就會發(fā)現(xiàn)自己不懂的東西越多”,在學(xué)習(xí)和研究過程中,他覺得不應(yīng)該囿于領(lǐng)域,萌生了走出國門看看的念頭。1998年,他選擇赴新加坡南洋理工大學(xué)精密工程與納米技術(shù)中心做研究員。后來,又通過那里獲得了在麻省理工學(xué)院作訪問學(xué)者的機(jī)會。
通過與科研院所及工業(yè)界的合作,付永啟開展了多個橫向和縱向項(xiàng)目研究,接觸到了微電子、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微納加工、納米計(jì)量及生化分析等多學(xué)科領(lǐng)域的知識,先后完成了多項(xiàng)重大研究課題,并取得了許多創(chuàng)新性成果。
借助于國外較好的軟硬件條件,付永啟快速提高了獨(dú)立開展科研工作的能力。東西方文化在他身上相遇,已經(jīng)不再是形式的混體,而是精神層面的和平融合,使得付永啟的治學(xué)態(tài)度里,囊括了中國智慧的通達(dá)以及西方思想嚴(yán)密的邏輯性,在這種態(tài)度的指引下,他對科研工作有了更深層次的認(rèn)識,同時對科學(xué)研究也更加熱愛。
2001年,付永啟將目光專注到了一種新的微納光學(xué)元件一步加工制作方法―聚焦離子束制作技術(shù)上,經(jīng)過兩年的反復(fù)研究、實(shí)驗(yàn),終于獲得成功并使該技術(shù)逐漸走向成熟。
付永啟利用納米加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了微光學(xué)元件與光電子元/器件的集成一體化,即利用聚焦離子束技術(shù)直接一步將微光學(xué)元器件甚至納米光子元器件與光電子器件(如半導(dǎo)體激光器、光導(dǎo)纖維等)集成于一體,從而達(dá)到直接控制光束的目的。這一技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)的采用離散光學(xué)元件對激光束進(jìn)行準(zhǔn)直或聚焦的方法,不但減少了光學(xué)系統(tǒng)的元件數(shù),而且節(jié)省了空間,更容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輕量化和小型化,對微系統(tǒng)的開發(fā)具有重要意義。
同時,他還發(fā)現(xiàn)了兩種材料,它們在聚焦離子束轟擊下具有材料自組織成型特性,該特性可直接用于微光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)成型。以該技術(shù)為基礎(chǔ),能夠制作出幾種特定的微光學(xué)元件,包括微正弦光柵、微閃耀光柵等。
此外,付永啟還利用聚焦離子束直接寫入法和輔助沉積法成功實(shí)現(xiàn)了微光學(xué)元件與光電子元/器件的集成一體化;也就是說,該集成一體化既可以采用基于聚焦離子束去除材料的方法實(shí)現(xiàn),也可以利用材料生長的方法來得到。從而為光學(xué)系統(tǒng)的小型化、微型化、平面化提供了制作技術(shù)保障。該集成一體化元/器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、生化、通信、數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域,至今仍在應(yīng)用,還沒有其他方法能夠替代。
值得一提的是,聚焦離子束技術(shù)在微電子行業(yè)的廣泛應(yīng)用,大大提高了微電子工業(yè)上材料、工藝、器件分析及修補(bǔ)的精度和速度,目前已經(jīng)成為微電子技術(shù)領(lǐng)域必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時,由于它集材料刻蝕、沉積、注入、改性于一身,有望成為高真空環(huán)境下實(shí)現(xiàn)器件制造全過程的主要加工手段。
“研究要服務(wù)社會,我們要瞄準(zhǔn)國家重大需求”
“在國外更能體會到‘國家’兩字的真實(shí)內(nèi)涵,真心希望自己的祖國能夠早日強(qiáng)大。當(dāng)2008年北京奧運(yùn)會開幕式上播放出《我的祖國》這首歌時,激動的心情難于言表,內(nèi)心百感交集?!?付永啟感慨道。2007年,付永啟放棄國外優(yōu)越的待遇和生活,帶著累累碩果和先進(jìn)理念回國,先后受聘于中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所微細(xì)加工光學(xué)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院。
“剛回國時想有一個屬于自己獨(dú)立的科研小組和相對寬松的科研環(huán)境,在這種環(huán)境中能靜下心來實(shí)際做點(diǎn)科研,希望能從科研工作和培養(yǎng)學(xué)生方面體現(xiàn)出自身的價值所在??茖W(xué)研究最終是要服務(wù)社會的,而具體的應(yīng)用領(lǐng)域要瞄準(zhǔn)國家的重大需求。”付永啟是這樣說的,也是這樣做的。
在學(xué)校和所在團(tuán)隊(duì)的支持下,付永啟在納光子結(jié)構(gòu)、元器件及其應(yīng)用方面取得多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。提出了兩種基于納金屬結(jié)構(gòu)的超分辨透鏡,該透鏡可方便地通過聚焦離子束技術(shù)一步制作出來,其光學(xué)表征可利用近場掃描光學(xué)顯微鏡實(shí)現(xiàn);基于表面等離子體極化用于生化免疫分析:設(shè)計(jì)和制作了菱形納金屬顆粒,并成功地用于老年癡呆癥(ADDL)以及SEB病毒素的測試;有源及無源光電子器件與衍射光學(xué)元件的集成;基于聚焦離子束技術(shù)的微光學(xué)元器件的一步制作技術(shù)的開發(fā)和拓展;基于納光子器件微探頭的納米計(jì)量系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì):提出利用納光子超透鏡微探頭并結(jié)合激光多普勒外差干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)納米缺陷的動態(tài)在線檢測,該內(nèi)容已獲得美國專利授權(quán)。
研究工作的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在微光學(xué)元件的加工制作技術(shù)上,國際上首創(chuàng)采用聚焦離子束技術(shù)直接一步加工和制作微小光學(xué)元件,具體包括微型衍射、折射、折衍混合、柱面、及橢球面透鏡等。這一創(chuàng)新技術(shù)解決了一些常規(guī)微光學(xué)元件制作方法難以實(shí)現(xiàn)的微光學(xué)元器件集成一體化問題,為光學(xué)系統(tǒng)緊湊化和小型化,以及微光學(xué)系統(tǒng)的研究開發(fā)提供了一條新的有效途徑。
如果把才華比作劍,那么勤奮就是磨刀石。付永啟和課題組成員付出了超乎尋常的努力,經(jīng)過多年的努力拼搏,在納米光學(xué)、微細(xì)加工、納米加工、衍射光學(xué)及微光學(xué)領(lǐng)域取得多項(xiàng)研究成果,在國際相關(guān)著名學(xué)術(shù)期刊和國內(nèi)核心學(xué)術(shù)期刊上150余篇,其中被SCI檢索收錄論文120余篇,以第一作者撰寫和58篇,以通訊作者100余篇,JCR分區(qū)一區(qū)刊物論文23篇,影響因子IF>3.0的論文46篇(占SCI論文總數(shù)的34%),論文累計(jì)被引次數(shù)1100余次,單篇他引最高次數(shù)83次,JCR統(tǒng)計(jì)h指數(shù)18。其中,代表論文之一:“Optics Express 18(4), 3438-3443 (2010)”被國際文獻(xiàn)追綜機(jī)構(gòu)BioMedLib于2011年2月28日評為納光子結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的“Top10”論文之一;此外,在該領(lǐng)域國際著名學(xué)術(shù)刊物Plasmonics(該刊物屬于JCR分區(qū)一區(qū)刊物)上陸續(xù)發(fā)表系列研究論文22篇。
此外,付永啟在微納加工及納米光學(xué)領(lǐng)域分別撰寫五部英文專著中的各一章:即Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology(2nd Edition,出版號:ISBN: 1-58883-159-0)、Lithography: Principles, Processes and Materials(出版號:I S B N: 978-1-61761-837-6) 、Plasmonics: Principles and Applications(出版號:ISBN: 979-953-307-855-6)Ion beams in Nanoscience and Technology(出版號:ISBN 978-3-642-00622-7)、和《Nanofabrication》 (出版號ISBN: 978-953-307-912-7);并獨(dú)立撰寫中、英文專著各一部,分別為《納光子學(xué)及其應(yīng)用》(出版號ISBN: 978-7-80248-537-2)(該書是目前國內(nèi)唯一一部具有自己獨(dú)立編著版權(quán)的全面系統(tǒng)地介紹納米光學(xué)發(fā)展前沿的中文專著,出版后得到同行的一致好評。)、英文專著書名為《Subwavelength Optics:Theory and Technology》;并以此為基礎(chǔ),在國內(nèi)首次開設(shè)了《亞波長光學(xué)》課程,于2009年秋在電子科技大學(xué)作為研究生專業(yè)課程講授。自2010年電子科技大學(xué)研究生院和中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究生部均采用《納光子學(xué)及其應(yīng)用》一書作為研究生專業(yè)課程:《亞波長光學(xué)》及《納米光學(xué)》的指定教材。該書作為2011年電子科技大學(xué)“十二五”規(guī)劃研究生教材建設(shè)立項(xiàng)支持(項(xiàng)目編號:11211CX20401),于2012年12月末成功出版了修訂版。
有關(guān)利用聚焦離子束一步制作微光學(xué)元件的內(nèi)容被法國DELAWARE大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程系Robert G.. Hunsperger教授寫入其編著的教科書《Integrated Optics: Theory and Technology》(第五版)的一個章節(jié)中。部分研究結(jié)果還被美國網(wǎng)絡(luò)多媒體組織NANOPOLISTM于2007年出版的《納米技術(shù)百科全書》多媒體教程引用并收錄, 并被邀請作“聚焦離子束”章節(jié)的內(nèi)容評審人。
學(xué)術(shù)刊物論文中有關(guān)基于聚焦離子束直接沉積實(shí)現(xiàn)微型柱面透鏡與邊緣發(fā)射型半導(dǎo)體激光器集成化實(shí)現(xiàn)激光束的一維和二維整形的技術(shù)、以及類金剛石薄膜上一步寫入微透鏡技術(shù),被國際上面向工業(yè)界的雜志Laser Focus World分別摘錄并以新聞簡報(bào)的形式在“光電子世界新聞”欄目中公布;并已分別獲得美國發(fā)明專利和中國發(fā)明專利的授權(quán)。
鑒于他出色的科研成就,近年來相繼在美國、加拿大、日本、韓國、新加坡、中國等國舉辦的衍射光學(xué)與微光學(xué)、微加工及納米加工、離子束及應(yīng)用、精密工程、納米技術(shù)NanoTech 2004、亞洲光電子Photonics Asia 2004、ICAMT2005、NanoMan2008、Nanophotonics2009等專題會議及年會上作大會報(bào)告及特邀報(bào)告。
2010年,付永啟被國家科技部聘請為國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(973)項(xiàng)目“光學(xué)自由曲面制造的基礎(chǔ)研究”的項(xiàng)目專家組成員;并受邀分別擔(dān)任國際學(xué)術(shù)刊物Physics Express、Quantum Matter、Journal of Electromagnetic Field Analyses and Applications的高級主編、副主編、及編委。
龔立群在講話中指出,中原經(jīng)濟(jì)區(qū)吸引了全國乃至世界的高度關(guān)注,為加快河南發(fā)展提供了重要機(jī)遇,對科技創(chuàng)新提出了新挑戰(zhàn),為廣大科技工作者提供了廣闊舞臺。論壇對全省科技界深入了解世界科技發(fā)展趨勢,推動科技創(chuàng)新與進(jìn)步,為建設(shè)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)提供科技支撐,具有重要意義。
梁留科在主持論壇開幕式時指出,本屆論壇是河南省科協(xié)舉辦的一次重要國際性高層論壇,也是推進(jìn)科技創(chuàng)新、服務(wù)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)的具體體現(xiàn)。論壇旨在把目前國內(nèi)外尖端的高新技術(shù)進(jìn)展領(lǐng)域引領(lǐng)到河南,發(fā)揮高新技術(shù)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要作用。這次論壇集中介紹了“小分子藥物、電話和數(shù)字通信、光電子器件、微波通信”等領(lǐng)域目前國際上最新研究進(jìn)展和最新成果,以激發(fā)更多科技工作者創(chuàng)新活力,提升創(chuàng)新能力,促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合,助推產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,為中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。
克里斯托弗?阿達(dá)米(Christoph Adami):金融市場的進(jìn)化博弈論
阿達(dá)米是將進(jìn)化博弈理論成功應(yīng)用于宏觀金融市場分析研究的先行者,美國太空總署“杰出貢獻(xiàn)獎”獲得者,美國著名科學(xué)家,美國密歇根州立大學(xué)微生物學(xué)和分子遺傳學(xué)教授、物理學(xué)和天文學(xué)教授。阿達(dá)米教授介紹了博弈論的起源與應(yīng)用歷程,介紹了進(jìn)化穩(wěn)定策略、納什均衡、固定點(diǎn)和相畫像等進(jìn)化博弈論的主要概念,并用簡單的例子作了解釋,展示了博弈論在市場經(jīng)濟(jì)泡沫形成現(xiàn)象的應(yīng)用。
諾伯特?格諾特(Norbert Grote):遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信應(yīng)用光子學(xué)部件近期取得的成就和發(fā)展趨勢
諾伯特•格諾特是德國遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信應(yīng)用光子學(xué)領(lǐng)域著名科學(xué)家,德國亞琛技術(shù)大學(xué)物理學(xué)和光電學(xué)博士,德國研究機(jī)構(gòu)“弗勞恩霍夫協(xié)會”成員。格諾特認(rèn)為,全球通信網(wǎng)絡(luò)中的IP數(shù)據(jù)交通一直高速持續(xù)增長,預(yù)計(jì)在未來五年內(nèi)會翻兩番。為了應(yīng)對這種變化,這種光學(xué)系統(tǒng)所需的光子學(xué)部件的需求量持續(xù)增加,以達(dá)到更高的傳輸能力。
格諾特介紹了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信應(yīng)用光子學(xué)部件的主要發(fā)展趨勢,包括:更高速度,更低能耗,更高性能,更少痕跡,更低成本。他說,使用先進(jìn)的調(diào)制格式,包括光相位調(diào)制(如QPSK格式),已經(jīng)成為一項(xiàng)能提供總數(shù)據(jù)傳輸率100Gb/s以上的關(guān)鍵技術(shù),結(jié)合高頻譜效率和魯棒性對抗光纖損傷。25Gb/s和40Gb/s的設(shè)備使用傳統(tǒng)的調(diào)幅,對單路和多路的多通道傳輸是有高回報(bào)的,可能達(dá)到甚至超過100Gb/s的數(shù)據(jù)速率。
李同寧(Lisa):光電子器件技術(shù)的發(fā)展和挑戰(zhàn)
李同寧是美國著名科學(xué)家,美國InPhenix公司首席運(yùn)營官和高級工程副總裁,主要負(fù)責(zé)經(jīng)營公司并開發(fā)新的光電設(shè)備、醫(yī)療、光纖傳感、國防、電信和工業(yè)應(yīng)用等。
李同寧在報(bào)告中說,現(xiàn)代社會是信息社會,信息共享將世界溶為一體。光能將信息傳播得最快,因?yàn)楣饪梢砸悦棵?0萬公里的速度在空氣中傳播。古人用烽火臺的光傳遞信息,電的發(fā)明又使用電燈取代了油燈,激光的發(fā)明,則使光學(xué)這門古老的學(xué)科進(jìn)入了復(fù)興時期,擴(kuò)大了光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用范圍,大大提高了光學(xué)技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位。光電子器件技術(shù)成為光纖通信、光纖傳感、醫(yī)用光學(xué)、生物光學(xué)、軍事光學(xué)等先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域的核心器件。而半導(dǎo)體電子器件技術(shù)則以它的體積小、易集成、功耗低、性能好、成本低成為激光群中一顆璀璨的明星。
他在報(bào)告中介紹了InPhenix公司研制開發(fā)的最新的半導(dǎo)體大功率寬帶寬超輻射發(fā)光二極管和半導(dǎo)體光放大器及其最新的應(yīng)用領(lǐng)域,同時追溯了半導(dǎo)體光電子器件的發(fā)展歷程及其面臨的挑戰(zhàn)。
劉澎:小分子抗病毒藥物――8個核苷的故事及其啟示
劉澎是小分子藥物專家、核苷類靶向藥物研究領(lǐng)域?qū)<摇⒘裘泪t(yī)學(xué)博士,2000年河南省杰出青年基金獲得者。劉澎在報(bào)告中對小分子藥物和抗病毒藥物作了簡要介紹,之后向與會者詳細(xì)講解了8個核苷類抗病毒藥物的“故事”:ACV及其衍生物,DHPA及其衍生物,BVDU及其衍生物,F(xiàn)MAU及其衍生物,AZT及其類似物,3TC、FTC及L-核苷,ABC、ETV及碳環(huán)核苷,2’-甲基核糖核苷衍生物。
姚萌:微波通信在乳腺癌檢測領(lǐng)域的應(yīng)用
姚萌是微波通信領(lǐng)域著名科學(xué)家,華東師范大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院通信工程系教授,美國密歇根州立大學(xué)燈塔中心、遺傳算法應(yīng)用與研究實(shí)驗(yàn)室訪問教授。姚萌向與會者介紹了微波通信技術(shù)在乳腺癌檢測領(lǐng)域的最新應(yīng)用情況。
(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)電子工程學(xué)院 天津 300222)
摘要:現(xiàn)代教育思想認(rèn)為,學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,在教學(xué)活動中要充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力,從而提高教育教學(xué)效果。在《基礎(chǔ)光學(xué)》課程第五章“光的偏振”的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中,采用啟發(fā)式教學(xué)方法及類比思維方法,可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動性。
關(guān)鍵詞 :自主學(xué)習(xí);教學(xué)設(shè)計(jì);啟發(fā)式教學(xué)法;類比思維法
中圖分類號:G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-5727(2014)01-0086-03
《基礎(chǔ)光學(xué)》課程是我校電子工程學(xué)院電氣信息大類(高本)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課,主要講述幾何光學(xué)和物理光學(xué)知識。本課程的學(xué)習(xí),可使學(xué)生掌握成像和光的波動的基本理論和計(jì)算方法,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)諸如光電子器件與技術(shù)、光信息處理技術(shù)、光纖通信和集成光學(xué)等課程奠定理論基礎(chǔ),同時也為學(xué)生從事光學(xué)儀器的開發(fā)、光路的設(shè)計(jì)和從事光學(xué)教學(xué)等打下基礎(chǔ)。由于生源水平參差不齊,對于理論強(qiáng)、公式多、理解難、知識點(diǎn)繁的光學(xué)課程的學(xué)習(xí)有一定的難度。筆者針對《基礎(chǔ)光學(xué)》第五章“光的偏振”的課堂教學(xué)設(shè)計(jì),從分析處理教材、選擇教學(xué)方法、設(shè)計(jì)教學(xué)過程等方面進(jìn)行了積極探索,旨在使課堂授課能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),獨(dú)立完成分析、探索、實(shí)踐、質(zhì)疑、創(chuàng)造等學(xué)習(xí)階段,實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。
工科專業(yè)光學(xué)教學(xué)存在的問題
光學(xué)課程的特點(diǎn)使工科學(xué)生學(xué)習(xí)起來有一定難度 《基礎(chǔ)光學(xué)》課程知識體系獨(dú)立,理論性強(qiáng),加之工科專業(yè)學(xué)生物理、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識相對薄弱,對光學(xué)的學(xué)習(xí)有一定的難度。例如,在“偏振”一章中,利用菲涅爾公式推導(dǎo)反射光與透射光的偏振態(tài),學(xué)生不僅要熟練運(yùn)用三角公式進(jìn)行推導(dǎo),還要對物理概念如振動分量、傳播方向等有明確認(rèn)識,并要建立數(shù)學(xué)結(jié)果與物理結(jié)論之間的聯(lián)系。由于光學(xué)本身有一定難度,再加上學(xué)時減少、學(xué)生基礎(chǔ)薄弱等因素的存在,工科專業(yè)光學(xué)課程的教學(xué)模式往往會導(dǎo)致教師滿堂灌輸、學(xué)生死記硬背被動學(xué)習(xí)局面,直接影響教學(xué)效果。
與專業(yè)聯(lián)系不緊密,學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高 《基礎(chǔ)光學(xué)》課程本身與電氣類專業(yè)方向聯(lián)系不夠緊密,特別是電氣信息大類二年級的學(xué)生對光電子學(xué)科了解不足,往往導(dǎo)致“重電輕光”的局面。對學(xué)生的調(diào)查顯示,超過60%的學(xué)生認(rèn)為模擬電路、微機(jī)原理等與電類緊密關(guān)聯(lián)的課程較光學(xué)課程更重要;大約30%的學(xué)生認(rèn)為光學(xué)與電學(xué)有一定聯(lián)系,同等重要;僅有約10%的學(xué)生認(rèn)為光電子技術(shù)是科技發(fā)展的前沿,而其基礎(chǔ)光學(xué)需要牢固掌握。學(xué)生不重視,學(xué)習(xí)積極性不高,就會出現(xiàn)曠課、消極學(xué)習(xí)等現(xiàn)象。
只注重理論知識的積累,不注重分析應(yīng)用能力的培養(yǎng) “授之以魚,不如授之以漁?!苯逃哪康牟粌H僅是教會學(xué)生知識,更重要的是學(xué)以致用,學(xué)會運(yùn)用知識分析解決實(shí)際問題。比如,學(xué)生在掌握基本理論、基本概念的基礎(chǔ)上,創(chuàng)造性地提出偏振光的產(chǎn)生方法、偏振態(tài)的檢驗(yàn)方法以及偏振的應(yīng)用,教師引導(dǎo)學(xué)生將書本知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生分析解決實(shí)際問題的能力等等。但實(shí)際上由于學(xué)時有限、學(xué)生無法與教師進(jìn)行有效互動等因素,導(dǎo)致教師采用“填鴨式”教學(xué)方式,使教學(xué)過程變成單純教師教的過程,束縛了對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
引導(dǎo)啟發(fā),培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力
《基礎(chǔ)光學(xué)》教學(xué)大綱對“光的偏振”一章的教學(xué)內(nèi)容和要求如表1所示。
“光的偏振”是在掌握光的干涉和衍射等基本波動理論基礎(chǔ)上講述的內(nèi)容,要求學(xué)生對光的波動本性、橫波性、振動態(tài)等有清晰的認(rèn)識。同時,“偏振”一章講述的內(nèi)容多且雜,包括偏振與橫波性關(guān)系、五種常見偏振態(tài)、反射光和透射光的偏振態(tài)、雙折射現(xiàn)象、光在晶體中的波面與波線、偏振態(tài)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、偏振光的干涉等。教師要理清教學(xué)思路、設(shè)計(jì)教學(xué)過程、合理使用教學(xué)方法,安排講、學(xué)、練的時間,做到教師“講”得思路清晰、激發(fā)興趣,學(xué)生“學(xué)”得清楚明白、認(rèn)真投入。在授課過程中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí),更有效地學(xué)會知識,掌握分析解決實(shí)際問題的能力。
(一)分析教材、梳理思路、整合知識
教材中“光的偏振”一章分為9個小節(jié),涉及知識點(diǎn)較多,但綜合起來可總結(jié)為以下4個問題:(1)光的偏振現(xiàn)象與橫波性的關(guān)系;(2)五種常見偏振態(tài);(3)如何將自然光改造成偏振光;(4)偏振光的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。
對本章的整體知識結(jié)構(gòu)可作如下分解。
第一,明確偏振現(xiàn)象與橫波性的關(guān)系;理解為什么偏振現(xiàn)象可以作為區(qū)分橫波和縱波的標(biāo)志;分析為什么橫波有偏振現(xiàn)象而縱波沒有,進(jìn)而總結(jié)偏振的基本概念(教材第一節(jié))。
第二,了解橫波振動量振動狀態(tài)的多樣性,介紹五種常見偏振態(tài),包括自然光、線偏振光、部分偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光;詳細(xì)介紹自然光、線偏振光、部分偏振光,重點(diǎn)學(xué)習(xí)如何將自然光改造成線偏振光和部分偏振光,其中包括反射光和透射光的偏振態(tài)(教材第一節(jié)、第二節(jié))。
第三,理解光在各向異性晶體中的雙折射現(xiàn)象、波面和波線,理解由各向異性晶體制作的偏振器件的基本光學(xué)特性。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步學(xué)習(xí)圓偏振光與橢圓偏振光的獲取方法(教材第三節(jié)到第七節(jié))。
第四,偏振光的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和偏振光的干涉(教材第八節(jié)、第九節(jié))。
其中,第一、第二部分用2學(xué)時,第三部分用5學(xué)時,第四部分用3學(xué)時,實(shí)驗(yàn)用2學(xué)時。筆者僅就講解“偏振”的第一次課分析課堂教學(xué)程序設(shè)計(jì)。
本章知識框架如圖1所示。
(二)以教為輔、以學(xué)為主、教學(xué)相長
1.溫故引新、聯(lián)系實(shí)際、激發(fā)興趣。興趣是學(xué)生主動學(xué)習(xí)的前提。新課的引入要起到激感的作用,使學(xué)生受到感染,產(chǎn)生求知欲,產(chǎn)生主動學(xué)習(xí)的能動性。新課的引入分為兩個部分,即溫故引新和聯(lián)系實(shí)際。
首先,以三個關(guān)聯(lián)問題溫故引新,引發(fā)思考,使學(xué)生帶著問題開啟新課的學(xué)習(xí),對新課的意義有清晰的認(rèn)識。(1)以復(fù)習(xí)回顧的形式,向?qū)W生提出“光的波動性如何得到證實(shí)”,學(xué)生在既有知識的基礎(chǔ)上回答“光的干涉和衍射都無可辯駁地證明光的波動本性”。(2)提出“光波是橫波還是縱波”的問題,引導(dǎo)學(xué)生思考振動與波動之間的聯(lián)系,即光的振動分量與光波的傳播方向之間是垂直的還是平行的關(guān)系。以學(xué)生的既有知識或經(jīng)驗(yàn)知識會得到“光波是橫波,其振動量的振動方向垂直于光的傳播方向”。(3)“如何證實(shí)光的橫波性”,偏振現(xiàn)象可以證明光的橫波性,它是如何證明光的橫波性的?它與橫波間有何聯(lián)系?采用舊知引新知的方法,可以使學(xué)生了解知識間的連貫性,以問題的形式引入新課內(nèi)容,使學(xué)生帶著思考學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)目的明確。
其次,引用實(shí)例,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情。引用圖片等媒體資源向?qū)W生展示液晶屏、偏振片、3D立體電影等基于光的偏振的新技術(shù),理論聯(lián)系實(shí)際地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣。
2.設(shè)疑置問、引導(dǎo)思維、以學(xué)為本。本節(jié)新課程的內(nèi)容包括偏振與橫波性的關(guān)系,自然光、線偏振光和部分偏振光的基本特性,偏振光的獲取方法及實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn),其中偏振與橫波性的關(guān)系是本節(jié)的重點(diǎn),更是關(guān)鍵點(diǎn),只有概念明確,才能對偏振現(xiàn)象進(jìn)行深入研究,而難點(diǎn)落在反射和透射光的偏振態(tài)上。關(guān)鍵點(diǎn)知識的講解采用啟發(fā)式的教學(xué)方法。啟發(fā)式教學(xué)法是教師在教學(xué)過程中扮演引導(dǎo)者的角色,通過設(shè)置幾個層層嵌套的問題,引發(fā)學(xué)生思考,在逐一解決問題的過程中使學(xué)生完成新課學(xué)習(xí)。為了學(xué)習(xí)偏振與橫波性的關(guān)系,可設(shè)計(jì)如下三個問題,層層深入,引發(fā)思考:(1)創(chuàng)造并分析機(jī)械橫波與縱波的偏振現(xiàn)象。學(xué)生很容易會設(shè)計(jì)出手握繩子上下抖動形成機(jī)械橫波;手推彈簧,沿彈簧往復(fù)振動形成機(jī)械縱波的例子。教師演示兩個實(shí)例的偏振實(shí)驗(yàn),由學(xué)生觀察與分析得到“只有橫波才有偏振現(xiàn)象”的結(jié)論。(2)為什么橫波有偏振現(xiàn)象而縱波沒有呢?學(xué)生經(jīng)分析得出橫波的振動方向相對于傳播方向具有不對稱性,而縱波的振動相對于波的傳播永遠(yuǎn)呈對稱分布的結(jié)論,即“振動方向相對于傳播方向的不對稱性”是造成偏振的直接原因,就是偏振的概念。(3)光波是否具有偏振現(xiàn)象呢?在了解偏振片工作原理的基礎(chǔ)上,教師實(shí)驗(yàn)演示自然光通過兩塊偏振片后出射光強(qiáng)隨第二塊偏振片轉(zhuǎn)動而發(fā)生周期性變化,學(xué)生得出“光波具有偏振現(xiàn)象,光波是橫波”的結(jié)論。
對于關(guān)鍵點(diǎn)知識的講解采用類比機(jī)械波的思維方法,形象生動,易于理解。同時,通過學(xué)生的分析探究,可加深學(xué)生對知識的理解。
自然光、線偏振光、部分偏振光的偏振態(tài)、通過偏振片后的現(xiàn)象及合成與分解等內(nèi)容雖是重點(diǎn),但理解起來較簡單,主要采取繪制振動圖像,使學(xué)生建立感性認(rèn)知,對知識融會貫通。
課程知識的應(yīng)用與提高擬解決兩個問題:(1)如何將自然光改造成線偏振光和部分偏振光。這里主要采取教師引導(dǎo)、學(xué)生分組討論、教師適當(dāng)補(bǔ)充、學(xué)生綜合總結(jié)的方式,解決本節(jié)的重點(diǎn)同時也是難點(diǎn)的問題。將自然光改造為線偏振光,最簡單的方法是利用偏振片即可實(shí)現(xiàn);也可以利用平面界面的反射和玻堆片的透射來實(shí)現(xiàn)。部分偏振光的獲得可利用平面界面的反射和透射來實(shí)現(xiàn)。反射光、透射光偏振態(tài)的確定需要借助菲涅爾公式進(jìn)行三角運(yùn)算和分析得到,理論性較強(qiáng),運(yùn)算過程較繁瑣,所以可適當(dāng)做詳略處理:對于反射光的偏振態(tài),教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)的推導(dǎo),掌握方法;而對透射光的偏振態(tài)則可布置為小組作業(yè),由學(xué)生仿照教師引導(dǎo)的方法獨(dú)立學(xué)習(xí)、分析完成。(2)如何用實(shí)驗(yàn)的方法區(qū)分自然光、線偏振光和部分偏振光?可采用分組討論的方式提出解決方案,方案可以在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)課上通過動手操作得到驗(yàn)證。
本節(jié)的課程結(jié)構(gòu)和課時安排,引入部分8分鐘,重點(diǎn)知識的講解30分鐘,難點(diǎn)知識20分鐘,例題及應(yīng)用練習(xí)27分鐘,課后總結(jié)5分鐘。
“學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)”,這是現(xiàn)代教學(xué)的指導(dǎo)思想。教師在教學(xué)過程中要充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,使他們變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí),變厭學(xué)為樂學(xué)。筆者通過“光的偏振”課堂教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì),引發(fā)學(xué)生思考,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生積極參與到教學(xué)活動中,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。
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