學(xué)科交叉背景下生物光子學(xué)課程建設(shè)與實(shí)踐

摘? 要：學(xué)科交叉背景下的交叉學(xué)科課程建設(shè)非常重要。生物光子學(xué)是融合生命科學(xué)和光子技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興交叉學(xué)科。本文以西安電子科技大學(xué)的生物光子學(xué)課程為例，對(duì)生物光子學(xué)的形成與研究?jī)?nèi)容進(jìn)行總體介紹，闡述生物光子學(xué)的課程目標(biāo)和課程體系，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)理念和教學(xué)評(píng)價(jià)等方面對(duì)生物光子學(xué)課程的建設(shè)與實(shí)踐進(jìn)行探索，有效提高了教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科交叉融合的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：學(xué)科交叉? 交叉學(xué)科? 生物光子學(xué)? 課程體系? 課程建設(shè)與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）02（b）-0171-03

Course Construction and Practice of Biophotonics under the Background of Interdisciplinary

LIU Lixin

（School of Physics and Optoelectronic Engineering， Xidian University， Xi'an， Shaanxi Province， 710071 China）

Abstract： The construction of interdisciplinary courses is very important under the background of interdisciplinary subjects. Biophotonics has developed as a new interdisciplinary subject by the integration of life sciences and photonics technology. Taking the course of biophotonics from Xidian University as an example， this paper generally introduces the formation and research content of biophotonics， elaborates the curriculum goals and curriculum system， and explores the course construction and practice from the aspects of teaching content， teaching methods， teaching concepts and teaching evaluation. This research effectively improved the teaching quality and achieved the teaching effect of interdisciplinary integration.

Key Words： Interdisciplinarity; Interdisciplinary subject; Biophotonics; Curriculum system; Course construction and practice

學(xué)科交叉已經(jīng)成為提升大學(xué)辦學(xué)水平、人才培養(yǎng)質(zhì)量和整體競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)跨越發(fā)展的必由之路。學(xué)科交叉研究體現(xiàn)了科學(xué)向綜合性發(fā)展的趨勢(shì)。華中科技大學(xué)教育科學(xué)研究院劉獻(xiàn)君教授在《學(xué)科交叉是建設(shè)世界一流學(xué)科的重要途徑》一文提出，在“雙一流”建設(shè)中，一流學(xué)科建設(shè)是其基礎(chǔ)和核心，而學(xué)科交叉是建設(shè)一流學(xué)科的重要途徑[1]。

學(xué)科交叉是指不同學(xué)科之間的相互交叉、融合、滲透，其結(jié)果是逐漸形成一批新興交叉學(xué)科。近代科學(xué)發(fā)展特別是科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)，國(guó)計(jì)民生中的重大社會(huì)問(wèn)題的解決等，常常涉及到不同學(xué)科之間的相互交叉和相互滲透。高校要為學(xué)科交叉創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境，而面向本科生、研究生的交叉學(xué)科課程建設(shè)與實(shí)踐是其中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)[2]。

生物光子學(xué)課程是一門(mén)多學(xué)科交叉的綜合性課程。本文以西安電子科技大學(xué)的生物光子學(xué)課程為例，介紹生物光子學(xué)的形成與研究?jī)?nèi)容，闡述生物光子學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)和課程體系，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)理念和教學(xué)評(píng)價(jià)等方面探討學(xué)科交叉背景下生物光子學(xué)課程的建設(shè)與實(shí)踐。

1? 生物光子學(xué)形成及課程教學(xué)目標(biāo)

生物光子學(xué)（Biophotonics）是在20世紀(jì)量子理論、技術(shù)革命、基因科學(xué)三大科技進(jìn)步的基礎(chǔ)上，融合生命科學(xué)和光子技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興交叉學(xué)科。它交叉于光學(xué)、光電子學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)等諸多領(lǐng)域，其應(yīng)用涉及到生物學(xué)研究、醫(yī)學(xué)疾病診斷、治療及預(yù)防等，多學(xué)科的相互交叉融合又會(huì)為新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用開(kāi)辟新的途徑。圖1所示為生物光子學(xué)的總體介紹[3]。

我校物理與光電工程學(xué)院于2012年起開(kāi)設(shè)了本科生的生物光子學(xué)選修課，在本科教學(xué)水平工作評(píng)估和工程教育專業(yè)認(rèn)證的推動(dòng)下，不斷完善并優(yōu)化該課程的教學(xué)大綱和教學(xué)體系。課程教學(xué)目標(biāo)是從光和生物組織體相互作用的基本現(xiàn)象入手，系統(tǒng)、深入地介紹基本概念、基本原理、技術(shù)、方法和應(yīng)用進(jìn)展，并通過(guò)講授生物光子學(xué)中的典型應(yīng)用實(shí)例、最新科研成果及研究動(dòng)態(tài)，給學(xué)生提供一個(gè)關(guān)于學(xué)科知識(shí)和技術(shù)應(yīng)用的簡(jiǎn)明主線。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能對(duì)這門(mén)新興學(xué)科的方法、技術(shù)和現(xiàn)狀有較為深刻的認(rèn)識(shí)，為設(shè)計(jì)生物醫(yī)學(xué)光學(xué)檢測(cè)儀器和從事生物光子學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和科研興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，進(jìn)而提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。

2? 生物光子學(xué)課程建設(shè)與實(shí)踐

在學(xué)科交叉背景下，對(duì)生物光子學(xué)課程的建設(shè)與實(shí)踐進(jìn)行探索和研究。實(shí)現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)理念和教學(xué)評(píng)價(jià)等方面的改革與創(chuàng)新，提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和激情，提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的多元化思維、國(guó)際化視野以及協(xié)同創(chuàng)新能力[4-5]。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

在推進(jìn)一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)的進(jìn)程中以及在教育部工程教育專業(yè)認(rèn)證的推動(dòng)下，完成對(duì)生物光子學(xué)課程教學(xué)大綱的優(yōu)化和修訂，設(shè)計(jì)不同的課程模塊，提高課程實(shí)踐所占比例，注重發(fā)展性、過(guò)程性考核。在教材選擇上，為學(xué)生提供了國(guó)內(nèi)外相關(guān)多種參考書(shū)籍和文獻(xiàn)資料，授課時(shí)以紐約州立大學(xué)布法羅分校Paras N. Prasad教授的《生物光子學(xué)導(dǎo)論》（何賽靈譯），以及由駱清銘、張鎮(zhèn)西教授主編的國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)/教育部生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)“十三五”規(guī)劃教材《生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)》為指導(dǎo)。課程體系設(shè)計(jì)如圖2所示[3-6]。在教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)上，分為基礎(chǔ)知識(shí)、案例教學(xué)和互動(dòng)實(shí)踐三部分：基礎(chǔ)知識(shí)包括光子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、光與生物體相互作用，以及光電檢測(cè)技術(shù)的基本概念、基本原理，以老師講授為主，開(kāi)展線上答疑;案例教學(xué)包括專題講座和實(shí)驗(yàn)示例，主要對(duì)生物光子學(xué)中的重要技術(shù)、方法和應(yīng)用進(jìn)行講解，并輔以典型的實(shí)驗(yàn)，如光鑷、全內(nèi)反射熒光顯微技術(shù)等進(jìn)行展示;實(shí)踐部分選取本領(lǐng)域重要的技術(shù)及應(yīng)用，以課堂分組討論和口頭報(bào)告的形式由師生互動(dòng)完成。在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)合理設(shè)計(jì)使內(nèi)容深入淺出，提高學(xué)生自學(xué)和課上反饋比例，注重理論與實(shí)踐的結(jié)合。

2.2 教學(xué)方法

教學(xué)方法和手段是教學(xué)改革與實(shí)踐的重要內(nèi)容之一。本課程采用混合式教學(xué)模式，線上線下相結(jié)合，綜合運(yùn)用課堂講授、提問(wèn)鞏固、案例教學(xué)和主題發(fā)言等方法[5，7-8]。根據(jù)課程需要，將不同的方法與課程內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成“教”與“學(xué)”的統(tǒng)一，提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。授課過(guò)程中，將網(wǎng)絡(luò)、多媒體等現(xiàn)代教學(xué)手段和管理模式有機(jī)結(jié)合并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高參與程度。教師結(jié)合自己的科研工作，講解具體案例及注意事項(xiàng)，加深學(xué)生對(duì)于相關(guān)原理的理解和掌握，強(qiáng)化學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。學(xué)生在有效閱讀文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，自行選擇某一主題，在課堂上發(fā)表自己的見(jiàn)解，提高了獨(dú)立思考能力和語(yǔ)言表達(dá)能力。開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐，老師布置某項(xiàng)任務(wù)由學(xué)生分組完成并在課堂上進(jìn)行匯報(bào)，增強(qiáng)了互助合作的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室參觀學(xué)習(xí)并積極參與課題研究，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手操作能力，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力和創(chuàng)新意識(shí)具有重要作用。

2.3 教學(xué)理念

教學(xué)理念對(duì)教學(xué)活動(dòng)有著極其重要的指導(dǎo)意義。教學(xué)過(guò)程中，教師積極轉(zhuǎn)變思路，不以灌輸知識(shí)為目的，而以學(xué)生為主體，關(guān)注學(xué)生的進(jìn)步與發(fā)展;從宏觀著眼，細(xì)節(jié)著手，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)交叉學(xué)科和專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)識(shí);以任務(wù)為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力;推薦相關(guān)的專業(yè)書(shū)籍、參考文獻(xiàn)和講座報(bào)告，鼓勵(lì)學(xué)生分組討論、上臺(tái)演講，由被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)參與，培養(yǎng)學(xué)生在多元文化環(huán)境和國(guó)際環(huán)境中獨(dú)立思考和協(xié)同創(chuàng)新的能力;利用“學(xué)在西電”課程平臺(tái)、QQ課程群、微信等方式和學(xué)生開(kāi)展教學(xué)互動(dòng)、課后答疑、報(bào)告推送等，充分發(fā)揮線上線下、課堂內(nèi)外的優(yōu)勢(shì)組合與多元融合，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的不斷深化。

2.4 教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)評(píng)價(jià)主要包括對(duì)教師教學(xué)工作過(guò)程的評(píng)價(jià)和對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)。教師通過(guò)平臺(tái)發(fā)放隨機(jī)問(wèn)卷由學(xué)生進(jìn)行評(píng)教，根據(jù)評(píng)教意見(jiàn)完善課程內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)等，從而不斷提高教學(xué)質(zhì)量。在對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)時(shí)，不以一次考試為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，注重發(fā)展性、過(guò)程性評(píng)價(jià)。課程總成績(jī)包括10%的課堂測(cè)驗(yàn)成績(jī)，30%的課程研究性學(xué)習(xí)成果成績(jī)和60%的期末報(bào)告成績(jī)。

3? 結(jié)語(yǔ)

學(xué)科交叉和融合既是科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，又是未來(lái)學(xué)科發(fā)展的主要方向，已經(jīng)引起大多數(shù)高校的重點(diǎn)關(guān)注。新時(shí)期辦學(xué)要改變傳統(tǒng)的教育教學(xué)方法，建設(shè)開(kāi)放、多元的學(xué)科文化，重視學(xué)科交叉背景下的交叉學(xué)科課程建設(shè)，培養(yǎng)具有多學(xué)科背景、具有獨(dú)立思考和協(xié)同創(chuàng)新能力、適應(yīng)國(guó)際化發(fā)展需要的復(fù)合型人才。在學(xué)科交叉背景下從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)理念和教學(xué)評(píng)價(jià)等方面成功探索了生物光子學(xué)課程的建設(shè)與實(shí)踐，將為其他交叉學(xué)科課程的開(kāi)展和建設(shè)提供借鑒和指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉獻(xiàn)君. 學(xué)科交叉是建設(shè)世界一流學(xué)科的重要途徑[J]. 高等教育管理， 2020， 14（1）： 1-7，28.

[2] 劉立新. 交叉學(xué)科發(fā)展與本科生培養(yǎng)的一些思考[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2018， 15（23）： 192-194.

[3] Paras N Prasad. Introduction to Biophotonics [M]. Hoboken， New Jersey： John Wiley & Sons， Inc.， 2003.

[4] 程芳琴， 曹麗瓊. 交叉學(xué)科背景下資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)研究生課程建設(shè)研究[J]. 教育理論與實(shí)踐， 2019， 39（27）： 50-52.

[5] 孫克萍，江廷磊，林愛(ài)青，等.分子生態(tài)學(xué)課程建設(shè)與實(shí)踐[J]. 高校實(shí)驗(yàn)室工作研究， 2017（1）：1-3.

[6] 李昂，崔崇威，馬放，等.學(xué)科交叉背景下的微生物生理學(xué)課程體系改革與建設(shè)[J].微生物學(xué)通報(bào)， 2018， 45（3）： 581-588.

[7] 張蓓蓓， 武丹， 李婉. 基于混合式教學(xué)模式的教學(xué)實(shí)踐與效果分析研究[J]. 湖北開(kāi)放職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2019， 32 （9）：133-134.

[8] Jennifer Catharine Evans， Hennie Yip， Kannass Chan， Christine Armatas， Ada Tse. Blended learning in higher education： professional development in a Hong Kong university. Higher Education Research & Development， 2020， 39（4）： 643-656.