《光纤传感系统》研讨式教学探索

摘要：《光纤传感系统》是一门融合了经典理论与前沿研究的课程，授课对象一般为高年级研究生。采用研讨式的教学不仅可适应该课程的教学特点，同时还可培养学生文献查阅、理论仿真、系统综合设计等学位论文研究阶段必不可少的技能。我们在进行授课过程中，对该课程的特点进行了深入分析，采用研讨式教学方式，取得了很好的教学成果。本文对研讨专题的设置、研讨时间的安排和研讨专题实施形式方式等问题进行了探讨。

关键词：光纤传感；研讨教学；探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A文章编号：1674-9324（2012）01-0183-02

一、引言

从上个世纪中后期以来，光纤传感技术取得了迅猛的发展。一方面，光纤传感技术研究成为国内外许多高等院校的研究和人才培养方向，如清华大学、南开大学、天津大学、华中科技大学、国防科技大学等，这使得各种新型光纤传感系统不断被研发出来，光纤传感技术成为光学研究的重要分支，每一年半举行一次的光纤传感技术会议（OFS，Optical Fiber Sensor）吸引着世界范围的学者参与；另一方面，光纤传感产业也在同步的飞速发展，目前市场化的光纤传感产品种类繁多，其应用覆盖到国民生活的各个领域，并发挥着不可替代的作用，且随着光纤传感实验室研究的发展，各种光纤传感系统不断推陈出新，科学研究向市场化产品转化的速度非常快。正是由于光纤传感系统这种前沿性和工程化应用性紧密结合的特点，在高等院校中光纤传感技术的教学工作具有经典与探索相结合、严密与开放相结合的特点。一般而言，光纤传感技术的授课专业性较高，授课对象一般为高年级的研究生，人数较少，便于组织研讨式的教学活动，采用这种方式更容易将研究前沿融合进经典理论中。我校的光纤传感技术教学已有近十年的历史，目前高等光纤传感技术的课程名称定为《光纤传感系统》，授课对象为高年级的研究生。在近十年的教学活动中，针对课程特点和授课对象特点，我们对教学内容和方式不断进行探索。近年来我们在研讨式教学上做了大量的摸索，取得了较好的教学成果。

二、研讨专题的分类

研讨式教学是我校目前对研究生课程的授课形式的重要要求之一。传统经典课程的研讨式教学一般按照专题，要求学生对授课中的某个小问题自行预习教材和调研资料，并在课堂上讲述自己对该问题的理解，由其他同学补充自己的看法，最后由授课教师对该问题作补充或者总结性讲述。相比于传统经典课程的教学，《光纤传感系统》课程中融入了大量前沿研究工作，同时考虑到学生在结束课程学习后将马上投入到研究生学术论文研究工作中，因此我们将《光纤传感系统》的研讨式专题内容进行了大胆的拓展，可分为三类：经典理论知识的研讨、前沿研究的研讨和学位论文研究方法的研讨。经典理论知识的研讨要求学生在授课之前对相关内容进行预习，并在课堂上对全体学生讲解自己对该问题的理解。如在进行“光纤干涉仪传感系统”的授课时，要求学生预习时弄明白两个问题：什么是随机相位衰落？什么是偏振诱导信号衰落？进行研讨时不要求学生对这两个问题进行深入剖析，但要求学生用精炼的语言阐明问题的物理含义。在我们授课过程中，学生普遍认为这种研讨专题比较简单，通过预习教材即可，但大部分学生会准备PPT课件，且自愿上讲台讲述的学生一般在以往的学习过程中接触过与该专题相关的研究工作，因此在其课件上还会加入自己以往的工作、自己对该问题的扩展认知及自己尚未弄明白的问题等。这种教学效果是在深入了解学生的知识积累基础上，通过巧妙设置研讨专题取得的。前沿研究的研讨要求学生进行大量的资料查阅，特别是光纤光学前沿研究课题的查阅。对于某一个问题，由于课堂讲授的时间受限或者教材中没有系统的描述，对该问题的课堂讲授可能不够全面，在这种情况下，教师会提供相关信息，要求学生查阅该文献并进行精读，然后在课堂上进行研讨。在我们的授课过程中，这种研讨专题分为两种：一种是教师提供明确的检索信息，由学生查阅到该文献后精读文献，分析文献的精华及不足；另一种则是教师提供所要解决的问题，由学生对该问题进行解读，提炼关键检索信息，进行检索后，对检索文献进行初步分析，总结该问题的研究现状。学生反映这种研讨专题的难度稍大于第一种，但一般稍花时间都能解决。学位论文研究方法的研讨目的在于：通过对这类问题的研讨，学生逐渐掌握了在未来从事学位论文研究中必须具备的研究方法，这类的研讨主要培养学生的仿真计算能力和光纤传感系统的设计能力。例如在本课程中讲授完光纤光栅的基本理论之后，学生反映耦合模理论公式很繁琐，难以一眼看出其中的物理特性，为此，我们安排了相关理论的仿真计算研讨，要求学生根据课堂讲授的公式进行理论仿真，计算光纤光栅反射光谱，并绘制带宽、反射率等关键参数随着光栅参数的变化曲线。学生在课堂研讨时要讲述自己的关键参数设置和仿真结果。通过这种研讨方式，学生对光纤光栅的反射谱特性建立了深入的了解，效果远远好于课堂直接讲授相关结论。

三、研讨专题的时间安排

根据不同研讨专题分类的特点，各种研讨专题的安排时间也需进行综合设计。经典理论知识的研讨专题一般针对重要的物理概念展开，需要学生对教材进行预先阅读并体会其中的物理含义，因此，这类研讨专题的布置一般安排在一堂课结束之前，预先说明下堂课要教授的知识后，要求学生对其中一到两个重要的物理概念进行预习。经典理论知识研讨专题的实施在正式开始讲授相关内容之前，首先由学生自愿上讲台讲述，然后由其他同学进行补充，最后由教师对问题进行系统总结，并由此引导课堂进入正式的授课过程中。前沿研究的研讨专题是建立在学生对某一问题已经有了较深入的了解后，为进一步加深学生对这一问题的理解、并掌握相关研究的现状而开设的。研讨专题的布置时间是在对某一问题系统讲解完毕之后。这种研讨专题的实施时间一般在布置完后的第二次课中实施，既留给学生足够的时间，同时根据人的记忆规律，在几天后学生有可能已经对该问题印象变淡的时候重新提及这一问题，有利于学生加深对相关方法和理论的记忆。学位论文研究方法研讨专题的开展需要学生对某一类的光纤传感系统有全面的了解，这种研讨专题一般开设在某一章节讲完之后，要求学生通过理论仿真计算或者系统综合设计，灵活应用课堂中学到的知识，完成对特定光纤传感系统的综合分析或设计。学位论文研究方法的研讨专题一般在课程结束之前组织实施，留给学生准备的时间较长，一般在3周以上。相比于前两种研讨专题，这种方式的难度最大，同时也最能体现出学生个体的差异，一般在课程中开设的次数不超过两次。

四、研讨专题的组织实施形式

根据三种研讨方式的难易程度不同，其组织实施方式也不同。

经典理论知识的研讨专题通过对教材的预习即可完成准备工作，难度较低，因此这种研讨专题要求单个学生来完成。采取自愿的原则，在教师布置完研讨专题后，由学生自愿报名，并自行准备PPT。教师对学生不做任何限制，但要求学生讲清楚基本的物理含义。在我们授课过程中，研讨专题的设置充分考虑了学生在本科阶段的学习或研究经历，自愿上讲台讲述的学生一般在以往的学习过程中接触过与该专题相关的研究工作，因此在其课件上还会加入自己以往的工作、自己对该问题的扩展认知及自己尚未弄明白的问题等。这种教学效果是在深入了解学生的基础上，通过巧妙设置研讨专题取得的。前沿研究的研讨专题要求学生进行特定的资料查阅工作，难度稍大，但仍要求单个学生完成。学生根据自己的兴趣自愿报名上讲台讲述自己的调研结果。一般而言，在课堂上听课较为认真、领悟能力较快的学生乐于参加此类的研讨，通过自身的调研和阅读来补充课堂授课内容的不足，容易激发学生的好奇心，但这种好奇是建立在对课堂授课内容充分理解的基础上的。在我们的授课过程中，往往会有学生将短短2~3页的英文文献做成几十张PPT，将文献进行深入的剖析和解读，并对全体学生介绍他们的领悟和理解。研究方法类的研讨专题难度是最大的，涉及到理论分析、仿真计算、系统设计、性能评估等多个方面，仅依靠单个的学生是难以完成的，因此在我们的授课过程中，将所有的学生分为三个小组，对于同一个研讨专题，要求三个小组都必须通过适当的分工和合作，完成研讨内容，出具研讨报告，并准备研讨的PPT。三个小组之间通过比较选取最优方案。

《光纤传感系统》是一门融合了经典与前沿的特殊课程，针对学生为高年级研究生，且一般在其进入实验室之前开设，这就要求课程授课中要尽可能的将经典的理论和前沿研究都进行综合设置。采用研讨式的教学不仅可达到上述目的，同时可培养学生文献查阅、理论仿真、系统综合设计等学位论文研究阶段必不可少的技能。

我们在进行授课过程中，对该课程的特点进行了深入分析，通过对研讨专题的巧妙设置、研讨时间的合理安排和研讨专题实施形式的正确组织，取得了很好的教学成果。但研究生的研讨式教学是一个随着相关研究不断发展而不断优化的过程，也是一项艰巨的任务，本文旨在对该问题进行有益的探索，期待抛砖引玉，加强与各位同行在这方面的交流。

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作者简介：马丽娜（1981-），女，河北石家庄人，国防科技大学光电科学与工程学院讲师、博士。