新工科背景下《應(yīng)用光學(xué)實(shí)驗(yàn)》開放式教學(xué)模式探討

趙超櫻 葛凡 黃清龍 應(yīng)皓 尤素萍

【摘要】《應(yīng)用光學(xué)實(shí)驗(yàn)》是我校光電類專業(yè)學(xué)生新開的一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比較，我們從教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、考核體系等方面提出了開放式教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間及儀器設(shè)備等方面對(duì)學(xué)生的全面開放，能有效提高教學(xué)效果和質(zhì)量，提升學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)用光學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 開放式 教學(xué)模式

【基金項(xiàng)目】2017年杭州電子科技大學(xué)理學(xué)院教學(xué)改革與研究項(xiàng)目資助（XYZ0918005）。

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）47-0233-01

近年來，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是當(dāng)前高校課程教學(xué)改革的一大熱點(diǎn)。理工科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在新工科背景下變得尤為重要。對(duì)學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)進(jìn)一步提出了更高的要求。如何激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。探索開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。最大程度的利用實(shí)驗(yàn)資源，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力。

一、傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式

1.實(shí)驗(yàn)課的安排與理論課的上課進(jìn)度不統(tǒng)一。有些知識(shí)是學(xué)習(xí)過的，有些需要后續(xù)才會(huì)接觸到，直接到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，對(duì)于陌生概念的理解會(huì)非常吃力。2.學(xué)生對(duì)待實(shí)驗(yàn)課的方式通常都是到課堂再看書，不會(huì)提前預(yù)習(xí)，稀里糊涂過來聽老師講解和手把手演示實(shí)驗(yàn)。這大大的限制了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新性。3.實(shí)驗(yàn)室的資源絕大部分時(shí)間是閑置的。教學(xué)班級(jí)統(tǒng)一安排實(shí)驗(yàn)，一個(gè)班40-50人，人數(shù)太多，實(shí)驗(yàn)儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。如果分散安排實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)效果會(huì)提高，但是教師的工作量又太大了。4.教師資源非常有限，通常只有一個(gè)老師上課。對(duì)于每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提升，存在很大的挑戰(zhàn)。

二、開放式教學(xué)模式

60年代初美國首次提出開放式物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的理念[1]。1979年，我國西安交通大學(xué)黃嘉豫教授首次提出了開展開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的倡議[2]。開放式教學(xué)模式可以提高教學(xué)質(zhì)量，是當(dāng)前和今后高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必然趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)課程開放式教學(xué)模式的教學(xué)理念是通過全面開放實(shí)驗(yàn)室或者部分開放實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)不同層次的學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)與應(yīng)用能力。是造就工程師的必不可少的環(huán)節(jié)。也利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題。這與現(xiàn)今的新工科背景是不謀而合的。

三、開放式教學(xué)模式探索

新工科背景下，如何將理科內(nèi)容與工科應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才，盡可能的帶動(dòng)學(xué)生進(jìn)行科技文獻(xiàn)的閱讀與實(shí)際工程問題的解決。將幾何光學(xué)、非線性光學(xué)、集成光學(xué)以及現(xiàn)代光譜技術(shù)等相結(jié)合，介紹最新的研究結(jié)果給學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)，對(duì)自己感興趣的內(nèi)容做創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

物理是一門實(shí)踐課程，而現(xiàn)今理科生普遍缺乏基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)技能。專業(yè)課教師需要從實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方式等幾個(gè)方面不斷進(jìn)行創(chuàng)新。允許學(xué)生自己組建團(tuán)隊(duì)，通過實(shí)驗(yàn)教材自主選擇2-3個(gè)實(shí)驗(yàn)，選擇團(tuán)隊(duì)成員的人數(shù)。實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制。組長(zhǎng)和組員商量確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并給出可行性分析，最后統(tǒng)一安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間。組長(zhǎng)組織成員按時(shí)完成課前實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（包括理想光學(xué)系統(tǒng)基點(diǎn)、基面計(jì)算、Zemax數(shù)值仿真分析、實(shí)驗(yàn)儀器的使用需要提前查看相關(guān)網(wǎng)絡(luò)視頻），充分掌握實(shí)驗(yàn)原理和基本的實(shí)驗(yàn)操作步驟。每個(gè)團(tuán)隊(duì)合理分工，根據(jù)Zemax數(shù)值仿真分析結(jié)果自行搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（并與理想光學(xué)系統(tǒng)基點(diǎn)、基面計(jì)算結(jié)果相比較），給出分析報(bào)告。實(shí)驗(yàn)操作過程中碰到問題，師生一起討論解決。實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核最終通過預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)處理和期末答辯幾個(gè)部分來評(píng)價(jià)。進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。每個(gè)組的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不一樣（譬如可以選擇不同型號(hào)的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)），在看不同組的期末答辯PPT講解的時(shí)候，也把其他的實(shí)驗(yàn)同時(shí)了解了。鼓勵(lì)動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生能夠進(jìn)一步閱讀更深層次的實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)，總結(jié)想法，更新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。鼓勵(lì)理論計(jì)算功底強(qiáng)的學(xué)生能夠進(jìn)一步閱讀更深層次的理論文獻(xiàn)，并撰寫畢業(yè)論文。鼓勵(lì)這兩部分能力都一般的學(xué)生能完成最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的操作。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉忠民.應(yīng)用光學(xué)實(shí)驗(yàn)開放式教學(xué)模式的探索和研究.教育教學(xué)論壇，2017（35）：109-111

[2]黃嘉豫.對(duì)理工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課改革的建議.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1979（2）：133-140