让科研成果走进课堂

——记物理学院“近代物理实验——现代光学部分”实验课

    编者按:继“尊重的教育”理念后,学校又提出了“创造的教育”理念,即日起,校报将开设专栏,陆续对学校相关学院 (部) 践行“创造的教育”理念情况进行展示,希望以此激励广大师生,勤奋创新,砥砺前行,将“创造的教育”理念融入教育教学全过程,为学校“双一流”建设贡献智慧和力量!

    11时30分,下课铃响了。围在教学平台周围的欧钰城和他的三名同学意犹未尽地放下手中的实验仪器,纷纷记录下本次实验的相关数据,并相约下次课再继续。学生们上的这门课是物理学院的“近代物理实验———现代光学部分”实验课,至今已开设十六年,是根据刘益春教授的“可擦除光存储材料和新型实时全息干涉元件的研制”课题转化而来的,该课题获得了吉林省科技进步一等奖。将科研成果转化成课堂教学在当时是不多见的,但这门实验课是我校由科研成果转化为课堂的成功案例。

    寓教于研 知易行难

    培养学生的创新意识、创新精神是当下国家对高等教育提出的深切期望。而早在上世纪九十年代,我校就开始了这方面的探索与实践。1993年,刘益春教授在博士期间开始研究的可擦除光存储材料和新型实时全息干涉元件的研究课题 1998年获吉林省科技厅立项支持。这个课题在当时是存储领域的研究前沿,虽然这个项目按期结项,但关于这方面的研究并没有结束,一直不断深化和拓展,一做就是二十年。在这期间,不断有学生加入这些研究。

    刘益春教授发现,在参与研究的过程中,学生都对传统知识的理解有不同程度的深化和提升,尤其是主动思考问题和动手解决问题的能力。以知识传授为主的教育中普遍是以演绎教育为主,对“由特例中归纳出一般规律”的归纳法却不擅长。所以,学生的创新思维和意识培养不够,而科学研究最重要的就是创造力的培养。于是,他萌生了将这一成果转化实验教学、成为物理学院近代物理实验课的一部分的想法,希望在这门课中,能够让学生在获取知识的过程中突出教育的过程属性,改变传统“重演绎轻归纳”的模式,提升学生的创新能力。这与做科研的原理不谋而合。固然科研的目的在于解决科学问题和转化,但教师做科研还应有更深刻的内涵,就是把科研成果获得的创新知识转化并融入到教学中,让学生设计、参与实验,以激发他们的主观能动性,培养他们的批判反思归纳能力。

    那个年代,科研条件还不算好,实验设备都很珍贵,刘益春教授就把当年用 15万元科研经费购买的光学平台和激光器等无条件地“支援”了本科生的实验课。“开设实验课的基本条件之一就是得有实验设备。如果没有这些光学平台和激光器, ‘近代物理实验———现代光学部分’实验课就不会开得这么顺利。” 现教授近代物理实验课的刘春光副教授说。

    由科研成果向教学转化看似容易, 做起来其实很难。 “科研必须达到一定水平, 否则不能转化为教学。” 做光存储实验的张昕彤教授说。与科研不同,实验一旦作为正式的教学课程, 必须有稳定的实验结果以保证实验的可重复性, 也就是需要得到相对稳定的实验数据, 不能出现跳跃性的变化。此外,还涉及教师的知识水平、 学生的接受能力等因素。 这就要求团队成员不仅要对实验有宏观的了解,还要对每个实验环节了如指掌,同时,对本科生、研究生、博士生不同学生群体、不同学生的理解能力、 接受能力、 知识水平也要有一定的认识。

    教而不研则浅,研而不教则空。运用科学的方法,教学和科研可以实现“双赢” 。这样的实验教学过程也启发了该团队对紫外光敏感介质及其性质调控方法的研究,团队负责人刘益春教授于 2015年获得了国家自然科学二等奖。这一过程虽然很艰辛,但通过坚持不懈的努力成功使科研与教学相长,搅活了学校物理教学科研的“一池春水” 。

    以生为本 创新课堂

    “提出一个问题比解决一个问题更重要。 ”注重过程的探究教育,让学生参与获得知识的过程,从而培养学生的创造性思维和能力。要做到这一点,这门实验课的教师团队一致认为大学老师应做一名“懒”老师,如果老师事必躬亲,学生就很难主动思考。“实验课本身就是一种探索,不是照个方就能做出来的,应充分调动和激发学生的各种能力。 ”

    所以, 在上实验课之前, 老师会让学生提前复习教材“近代物理实验” 第六章的现代光学, 但这部分教材内容只介绍了实验的基本原理和内容。如果学生想要做好光学实验, 他们还得查阅大量的学术文献, 设计实验方案, 这个过程往往需要花费几天的时间, 但学生却乐此不疲。之后, 学生将自己设计的实验方案以 PPT 的形式向老师和同学们汇报,大家会针对其中一些环节或内容进行提问。在整个实验的准备过程中, 学生永远是主体, 老师只是起到一个主持人的作用。

    纸上得来终觉浅, 绝知此事要躬行。 “可擦除光存储材料和新型实时全息干涉元件的研制”不仅产生稳定的科研结果,还摸索出了可供后学借鉴的实验体系。现在, 本科生在做光存储实验时, 参考以前成熟的科研经验和实验流程,少走了很多弯路。比如, 在做偶氮类光存储实验时, 由一名同学负责摆放样品, 一名同学调整透镜的角度, 一名同学观察光线的平稳性, 一名同学记录数据。这样不仅锻炼学生的动手操作能力,还培养了大家的团结协作能力。
    现代物理理论原本枯燥乏味,但通过亲自设计、操刀的实验变得鲜活了。老师将自己的科研经验和思想传递给学生,学生在与老师的讨论互动中,获得创新的灵感,师生的良好互动让实验课也变得越来越活跃了。

    教研相长 薪火相传

    “近代物理实验———现代光学部分”的实验室只有二十多平米,空间很紧凑。但经过二十载的教学实践,却培养了千余名本科生走上了实验台,体验到了做实验的快乐。一届届优秀毕业生薪火相传,很多学生在学习了这门实验课程之后萌发出继续在这一领域深造的想法,有的毕业后选择教授“近代物理实验”课,有的在其他工作岗位继续相关领域的研究。

    问渠那得清如许, 为有源头活水来。付申成副教授参与了早期光储存材料的实验研究, 毕业后留校任教, 现教授“近代物理实验—— —现代光学部分” 的实验课。他对教研融合深有体会, “在教授实验课之前, 我自己得先阅读大量资料, 要不然不能指导学生提出的设计方案和想法。这虽然会多花费一些时间, 但无疑也拓宽了我的科研思路, 对一些问题的思考更加明晰透彻了, 学生在实验课上的反馈也使我产生了新的科研灵感, 教学成为科研的隐形助力。”

    “学不至于乐,不可谓之学”是研究生韩秀秀上了这门实验课后最大的感受,“这门课充分发挥了我获取知识的主动性,让我主动探究未知世界,获得丰富实践经验,提高了创新能力和动手能力。以后当老师,离不开带学生做实验。老师对知识不仅要知其然,还要知其所以然,了解实验的过程,站在讲台上才更有底气。 ”

    工作已经签到鄂尔多斯市准噶尔旗市级中学的2013级本科生张龙回忆“近代物理实验课”时说,“这门实验课教会了我用归纳的方法思考问题。这门实验课,还要求我们按照发表论文的格式来写文献综述和实验报告,这培养了我很强的论文写作能力,也使我对科研产生了浓厚的兴趣。 ”

    由“可擦除光存储材料和新型实时全息干涉元件的研制”科研项目向“近代物理实验———现代光学部分” 课程的转化, 是科研成果向教学成果转化的成功实践, 实现了教育过程由知识形态向教育形态转化, 将结果教育转化为以问题驱动的过程教育,做到了对学生创造力的培养, 这也是我校现在提出的 “创造的教育”理念在具体实践中的鲜活体现。 “这给更多的老师想将科研成果应用到教学中提供了经验和蓝本。 未来, 东北师大将有更多的科研创新之花在教学的沃土中结出丰硕果实。” 我校科学技术处徐海阳处长信心满满地说。