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摘 要：硕士研究生强化培训课程是区别于传统课程教学和课题研究的培养环节,以提升研究生创新实践能力为目标的专题强化培养.本文结合《虚拟光电仪器与综合实验》研究生强化培训课程教学实践,讨论了硕士研究生强化培训课程建设的必要性、强化培训课程内容设置的目标定位和教学组织过程中需要注意的几个问题.
关 键 词：强化培训；光学工程；虚拟仪器
中图分类号：G642.2文献标识码：A文章编号：1671―1580（2014）01―0046―03
一、引言
硕士研究生教育是我国教育体系中培养高层次人才的重要环节,肩负着培养高素质、创新性人才的重任,对于提高我国综合实力和实现民族复兴有着至关重要的影响.我国硕士研究生教育经过几十年的发展,在教学观念、教学内容、教学方法和考核方式等方面有了长足进步,取得了斐然的成绩,培养了大批优秀专业人才.硕士研究生教育是由基础课程教学、课程考核、社会实践和学位论文等诸多环节组成的一个缜密、严谨的知识架构和体系,它直接服务于研究生培养目标.为了提升硕士研究生培养质量,各研究生培养单位采取优化顶层设计、深化教学内容改革、丰富教学方法和强化学位论文研究等多种手段.
国防科学技术大学为推进研究生培育机制创新,深化教学模式改革,促进拔尖创新人才培养启动了“硕士研究生强化培训计划”.计划以满足“拔尖创新人才成长需求,以夯实数理基础,培养实践技能,提升外语水平,拓展学术视野,强化创新能力”为主要着眼点,进行专题性强化培养,为拔尖创新人才脱颖而出奠定基础.本论文以主要面向光学工程专业硕士研究生的《虚拟光电仪器与综合实验》强化培训课程建设实践为例,从硕士研究生强化培训课程设立的必要性、教学内容选择和教学过程应注意问题等几个方面探索硕士研究生强化培训课程建设.
二、硕士研究生强化培训课程设立的必要性
多年来,国内研究生培养单位对硕士研究生课程教育进行了有益的创新和改革,在教学内容和教学模式方面取得了巨大的进步,但是仍然存在一些不足.首先,硕士研究生课程学习中知识性课程仍偏多,实践性课程偏少.我校光学工程一级学科硕士研究生培养方案中课程学习要求24个学分,其中实验课程仅3个学分,可选的课程也只有2门.这导致一般硕士研究生在专业实践能力上培训不足,在进入课题研究时,对专业研究所需的重要手段、实验仪器和实验技术掌握不够,致使部分研究生课题开展前期进展缓慢.其次,课程设置普遍性较强,针对性不够.近年来,国内研究生培养单位鼓励跨学科人才培养,硕士研究生的来源比本科生和博士生都要复杂,学生经历也千差万别.有些学生在本科阶段即经过了创新实践训练,动手能力较强,而有些学生则完全没有基础.跨专业报考学员对本专业知识了解较少,部分导师会要求学生选修部分本科生课程来弥补专业知识的缺失.面对不同知识结构和能力层次的生源,我们缺乏因材施教的教学内容和方案设计.第三,教学内容与前沿技术脱节.硕士研究生课程内容以基础专业知识为主,虽然有部分涉及学科前沿的800级课程,但多为介绍性质,而相应的研究手段、测试技术以及实验方法几乎没有涉及.硕士研究生了解和掌握的学科研究技术与实验室实际使用的技术存在较大差别.
产生以上不足的主要原因是：现有课程体系灵活性不足,培养方案与教学内容改革通常要求一定的稳定性,改革还具有一定的周期性,因此最新的学科发展成果不可能及时在教学中得到体现；其次,研究生进入课题后的研究方向比较分散,不是所有学员都对某方面技术感兴趣,组织开课比较困难；另外,最新的科学仪器和实验技术通常价格昂贵、数量有限,科研工作安排也非常繁重,科研人员一般不愿将其投入到教学中去.
但是我校硕士研究生的研究课题通常以教研室当前项目为依托,一般要应用到最新的实验仪器、测试手段和研究方法.而这些学员又没有得到培训,这就造成了课程学习与课题研究之间的脱节.学员需要较长时间,通过边干边学的形式逐步掌握.但是这种方法的不足是培训效率低,学员进入角色慢,加之硕士研究生课题研究时间有限,在掌握专门技术后用于真正课题研究的时间就不足了.我们调研了英国南安普顿大学的光电研究中心和加拿大渥太华大学的物理系对研究生的培养情况,发现他们研究生跨学科的现象较为普遍,但是不少跨学科研究生可以在较短的时间内进行独立研究,并取得较好的成绩,这与他们在研究生入学后的专题技术培训有关.他们采取的措施是针对研究生课题研究中可能用到的实验技术和科学仪器,结合前沿研究内容开展集中培训.该培训既可以让学员在短时间内对研究室的研究内容有一个深入了解,又可掌握最新的实验技术和科学仪器.学生在学习过程中不仅可以对以往知识进行复习整理,更重要的是可以学习如何将所学知识应用到实践中去解决问题,同时对知识的了解更加深刻,因此学生学习积极性很高.
三、硕士研究生强化培训课程教学内容的设计及案例分析
1.基础性
强化培训课程虽然是一种专题培训,但目标是针对特定学生群体的能力培养,而不仅仅是教一些具体的技巧.同时为了扩大收益面,应尽量选择适合面更广的教学内容.我们在《虚拟光电仪器与综合实验》硕士研究生强化培训课程内容选择过程中,通过调研发现,虽然我们光学工程的学员在本科阶段都学习过c、fortran等编程语言,但不少学员从来没有利用这些语言解决一个实践问题.究其原因是因为这些语言与硬件结合困难,例如在实际工作中学员往往会选用单片机、DSP或FPGA来实现数据采集和设备控制,完成这一任务需经历硬件知识学习、电路制作及软件编程等几个阶段,同时要开发硬件,导致开发周期长,甚至会让部分学员望而却步.虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用.LabVIEW是集成高效软件和模块化硬件的开发平台,可以充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强和开发时间短的优势.硕士研究生如果掌握了基于LabVIEW的虚拟仪器技术,配合必要的硬件模块,对于完成课题研究将会有很大帮助.因此,我们选择基于LabVIEW的虚拟仪器技术作为强化培训课程的基础内容,并以此为基础开展专业实验仪器和测量技术的教学工作.2.实践性
在目前,我国研究生教育的教学方式主要以课堂授课为主,多认同性而缺乏创造性.分析原因,除了长期“单向灌输式”教育方式的惯性外,硬件制约也是非常重要的因素.一方面研究生专业方向多,实验仪器要求多样,使得配备实验设备困难.加之仪器设备更新速度较快,易使实验设备过时.另一方面,这些年硕士研究生招生规模不断扩大,使得实验条件更难满足需求,最终导致硕士研究生教学的实践性较差.《虚拟光电仪器与综合实验》强化培训课程的目的就是要培养硕士研究生的创新实践能力,为开展研究生课题研究奠定技术基础,因此非常重视实践性,要求每次课都有操作或练习内容.利用虚拟仪器技术的模块化硬件可以大大降低学生实践操作所需的成本,缩短实验的时间.在讲授数据采集技术时,我们购置了一批NI公司的MyDAQ多功能数据采集卡,并结合实验室已有数据采集设备,保证上课的学生都可以动手操作,甚至可以把设备带回去继续练习.在仪器控制与远程通讯教学过程中,我们为学员笔记本电脑配备了USB转RS232数据线,使学员不仅可以相互之间进行串口通讯,还可以带回实验室对光电仪器进行通讯和远程控制练习.
3.针对性
针对性是强化培训课程的重要指标.强化培训课程教授的内容应该是针对传统课题教学的薄弱环节、研究生创新实践能力方面的短板进行有益的加强.我校光学工程硕士研究生在计算机测试应用能力方面存在不足,一般学员只能利用计算机进行数值模拟或数据处理,但是不会用计算机进行信号采集、信号处理和设备控制.《虚拟光电仪器与综合实验》强化培训课程主要针对硕士研究生计算机测试应用能力不足,利用虚拟仪器技术,并结合典型光电测试系统开展信号采集、数据处理和仪器远程控制方面的培训.
4.前沿性
我国研究生教育非常注重前沿性,一方面要求课堂教学内容设计上与时俱进,另外开设专门课程介绍学科前沿技术.但是,一般课程教学以前沿技术理论介绍为主,对最新的实验仪器、测试手段和研究方法涉及较少.不少硕士研究生会感觉当前科技很先进,但是自己掌握的手段很落后,很难完成课题研究.其实,我校光学工程学科通过985和211项目的支持,已经建成了非常现代化的实验室,各种先进实验仪器已频繁地在科研中得以应用,《虚拟光电仪器与综合实验》强化培训课程的一项重要任务就是向学员介绍一些常用先进光电仪器的操作和应用.
四、《虚拟光电仪器与综合实验》研究生强化培训课程实施
1.招收确实需要的学员
强化培训课程是面向各个学科方向的有特定需求的学员开设的专题选修课,目的是提升他们的创新实践能力,尤其是在课题研究中所需的能力的提升.比如,生物学方面的学生希望采用光学的方法进行相关课题研究,这种强化培训课程对他们是十分有益的.因此,我们采取广泛宣传和导师推荐相结合的方式进行招生.我们通过宣传让学员和导师准确地知道本强化培训课程的定位和教学内容,学员根据自己能力提升或课题研究需要,并经导师同意后申请报名.通过这种形式,基本保证学员都是带着目的来学的,不要浪费学员自己的时间和宝贵的教学资源.
2.实践环节成为课程主题
强化培训课程是针对硕士研究生某方向能力的专题培训,目的是要在有限的时间内使学员的实践能力得以提升,并具备在后续课题研究中应用的能力,因此实践性尤为重要.《虚拟光电仪器与综合实验》课程的主要目的是使学员掌握光学工程相关研究中的数据采集、仪器控制、基本信号处理和简单控制反馈方法,因此每次课我们都安排了课堂练习.比如在数据采集教学过程中,我们配备了数据采集卡给学员,让他们在课堂上对实际信号进行采集；在仪器控制教学过程中,我们利用USB转RS232数据线,让学员实现相互之间的计算机通讯和与多种光电仪器进行数据通讯.最后我们还设计了光纤迈克尔逊干涉仪,要求学员利用学习的知识实现信号调制、数据采集、信号处理和报告生成完整过程,充分体验科研实践的全过程.
3.解决学员的实际问题,提高学员学习的积极性
虚拟仪器技术不仅具有强大的功能,而且具有巨大的灵活性,可以解决硕士研究生课题研究中的绝大部分问题.如果一门课程可以解决学员在实际工作中遇到的问题,将极大地提高学员的学习积极性,并能引发学员探索钻研的兴趣.因此,我们在开课初期就对学员征集科研过程中的工程问题,通过对问题的整理,我们提炼出典型案例,并给出初步解决方案,在课堂上进行
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分析,让学员知道哪些课程内容可以解决相应问题.比如,有学员提出多光路大功率激光泵浦的安全监测问题,我们设计了用NI6251对32路温度传感器进行同步采样,通过LabVIEW平台进行信号处理,并用电脑内部音频输出设备发出报警信号的方案.还有同学提出如何对飞秒激光器相位补偿单元进行控制的问题,结合系统的硬件条件我们提出了利用LabVIEW图像处理插件进行误差量解算,再通过多功能卡输出控制电平调整相位补偿单元的方案,学员对整个工作豁然开朗,明白了自己的核心工作应该在误差信号的解算上,其他问题通过虚拟仪器技术就可以完全解决.学员带着问题来学习,主动性会大幅增强,问题得到解决后成就感也较高,教学效果明显好于灌输式教学方法.五、结束语
硕士研究生强化培训课程是研究生培养体系改革的重要创新探索,通过专题培训的方式可以对硕士研究生能力薄弱方面进行针对性训练,使研究生的创新实践能力得到全面提升.本文以《虚拟光电仪器与综合实验》硕士研究生强化培训课程的建设为例,探讨了硕士研究生强化培训课程建设应该重视的特点及在课程教学过程中应该把握的重点,为硕士研究生强化培训课程建设提供一定的参考.
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