基于應用型人才培養(yǎng)的工程光學課程教學改革研究

張燕飛

摘 要 為滿足社會崗位需求的應用型人才為培養(yǎng)目標，針對目前“工程光學”教學過程中出現(xiàn)的問題，在教學內(nèi)容、教學方式、課后作業(yè)和考核方式等方面做了改革。具體改革方式是研讀專業(yè)培養(yǎng)方案，優(yōu)化教學內(nèi)容，銜接好該課與后繼課的關系；教學模式多樣化，課堂教學方法的多樣化，課后通過網(wǎng)絡與學生點對點指導和交流；改革傳統(tǒng)作業(yè)方式，讓學生修改題目創(chuàng)新題目設計題目主動思考認真學習；注重過程學習的考核方式。將應用型人才培養(yǎng)目標貫穿課程的始終，提高學生的自主學習能力和學習興趣。

關鍵詞 應用型人才 工程光學 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.01.025

Abstract In order to meet the needs of social posts， the application-oriented talents are the training objectives. In the current teaching process of Engineering Optics， the reforms have been made in terms of teaching content， teaching methods， homework and assessment methods. The specific reform method is to study the professional training program， optimize the teaching content， and link the relationship between the course and the follow-up course； diversify the teaching mode， diversify the classroom teaching methods， and guide and communicate with students through the network after class； reform the traditional operation mode makes students modify the topic of innovative topic design topics to actively think about serious learning； pay attention to the assessment method of process learning. The application-oriented talent training goal runs through the curriculum， improving students' self-learning ability and learning interest.

Keywords applied talents； Engineering Optics； teaching reform

光電信息科學與工程專業(yè)是一門多學科交叉專業(yè)，工程光學是光電信息與工程專業(yè)的一門重要的主干專業(yè)基礎課程，該課程對于提高學生的專業(yè)技能和素養(yǎng)具有重要的作用。黃山學院信息工程學院的光電信息和工程專業(yè)將其作為必修課程，該課程主要培養(yǎng)學生掌握一定的幾何光學和物理光學的知識，具備分析和解決工程技術(shù)上常見的光學問題的能力。因此，教師必須充分發(fā)揮主觀能動性，對教學內(nèi)容、教學方法和手段進行改革，[1]提高學生的學習興趣，使學生對枯燥、深奧的工程光學產(chǎn)生興趣，提高教學效果，這無疑是具有很重要的現(xiàn)實意義的。

1 教學現(xiàn)狀

1.1 教學理念

從工程光學教學實際情況來看，工程光學主要停留在傳統(tǒng)的教學模式中，不能很好的適應新世紀人才培養(yǎng)目標。該課程理論性較強，邏輯性強，教師在講授時一般會花費大量時間對課程中的重要概念、重要公式進行講解和推導，過程中涉及較多的高等數(shù)學和大學物理知識，需要學生有比較好的高等數(shù)學和大學物理基礎。這樣的教學過程枯燥無味，難以使學生融入工程光學課堂教學，從而導致工程光學教學的水準難以提高，無法得到滿意的效果。從近幾年的教學反饋來看，學生對教師的講授滿意度不夠高，在學習過程中反映課程相關知識點難懂，理論過于抽象，是一門“很難學的課程”。

1.2 教學內(nèi)容

工程光學是一門內(nèi)容繁雜的系統(tǒng)課程，通過學習本課程，可以使學生掌握較深的幾何光學和物理光學知識，但是工程光學教材為了保持自己的系統(tǒng)性和完整性，在教材中保留的部分教學內(nèi)容與其他已修或者待修課程有重合，這在當今專業(yè)課時緊張的現(xiàn)狀下，無疑是不經(jīng)濟的。典型的例如物理光學中的傅里葉光學與信息光學中的內(nèi)容重復。另一方面，從應用型本科院校的定位出發(fā)，工程光學應該突出課程的應用性，然而近年的工程光學的教學不能很好的符合這一定位和要求。主要體現(xiàn)在理論教學中，教師往往突出相關公式的推導和演算，對工程應用方面的講授很少，不能很好的培養(yǎng)學生的工程應用能力；這既不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，也不利于提高學生的學習興趣。

1.3 教學方式

在教學方式上，“工程光學”盡管實現(xiàn)了從板書到多媒體的轉(zhuǎn)換，但是不能真正發(fā)揮多媒體的功效，提高學生的興趣，大部分教師的多媒體應用的主要表現(xiàn)是PPT的使用。雖然，ppt演示相對板書更為美觀，圖形更為形象，但是由于節(jié)省了教師的書寫時間，ppt的課堂信息容量大增，大大的增加了學生的負擔；使學生學習囫圇吞棗，似是而非，教學效果很不理想。

2 教學改革措施

2.1 優(yōu)化教學內(nèi)容，促進學生綜合素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展

“工程光學”分為上篇和下篇，上篇介紹的是幾何光學與光學設計，下篇介紹的是物理光學?！肮こ坦鈱W”作為“光學系統(tǒng)設計”和“信息光學”的先修課程，內(nèi)容上即要做到銜接，又要做到不重復，如信息光學里介紹傅里葉光學，而傅里葉光學也是工程光學里下篇的一章，而由于學時的關系，這個內(nèi)容就放在信息光學里介紹。“工程光學”是光電信息科學與工程學生解觸到的第一門專業(yè)基礎課，2014級安排在學生入學第三學期上，而2015級學生安排在入學的第二學期上，這時大學物理電磁部分還沒上，因此需要將光的電磁理論作介紹。為培養(yǎng)綜合型應用人才，加強課程之間的銜接和整合，適應專業(yè)培養(yǎng)方案的調(diào)整，調(diào)整“工程光學”課程教學內(nèi)容，課時有的章節(jié)進行微調(diào)，刪去傅里葉光學，新添光的電磁理論。具體修訂如表1所示。

2.2 基于“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式，提高同學的學習積極性

教學改革的主要內(nèi)容就是教學方法改革，針對“工程光學”課程的基本概念抽象，元件很多，光路復雜，干涉衍射現(xiàn)象平時很難接觸，散、亂和知識點多的特征，采取線下和線上相結(jié)合的“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學模式，使學生喜歡工程光學，勤思考，多交流，提高學生的學習主動性和積極性。

2.2.1 線下教學

（1）課堂內(nèi)容：近年來，隨著課改的進行，PPT基本是上課的必備材料，它的好處很多，比如直觀形象，省去許多板書時間，課堂內(nèi)容很多。工程光學需要課件，幾何光學的光路圖比如照相機、望遠鏡和顯微鏡的光路圖比較復雜，課堂板書畫圖就很花功夫，因此用PPT分析理論是可以節(jié)省畫圖時間，但是一直用課件不利于學生對講授知識的消化。通過幾年的摸索，老師在課堂中將PPT和板書有機結(jié)合起來，圖片展示光路圖和一節(jié)課內(nèi)容的概念思路和總結(jié)，而具體分析帶著學生一步一步的板書推導，讓學生在推導中慢慢的領會公式的理解和應用。但幾何光學里作圖求像法是個很重要的方法，介紹這里時，為了讓學生加深印像，要求學生現(xiàn)場上黑板畫圖，學生的積極性和緊張性馬上就出來了。

（2）以實物、簡易實驗促進課堂教學。幾何光學主要是以光學設計為目標的，讓學生學會設計光路很重要，一個集成光路元件很多，幾何光學的前三章課堂主要內(nèi)容就是介紹基本元件的主要性質(zhì)，盡量利用手邊有的實物展示給學生看，比如介紹凸面鏡時將汽車的后觀鏡給學生看，放大鏡時拿凸透鏡去課堂讓學生現(xiàn)場看放大效果，談望遠鏡時拿實物對著分析，在分析的過程中提出要求，讓學生思考怎么設計簡單光路。談光柵衍射時將CD、DVD、還有光柵拿到課堂上直接展示實物，并用激光筆照在CD、DVD和光柵上讓學生對具體現(xiàn)象產(chǎn)生興趣，從而進入新內(nèi)容的學習。

（3）教學方法的多樣化。工程光學的知識點很多，散亂是它的主要特征。為了讓學生主動學習，每次課堂上課前七八分鐘，都是復習時間，提三個以上前一次課的主要知識點，點名學生回答，讓學生快速進入學習氛圍，也達到突出重點的目的。比如：上第一章第四節(jié)球面光學成像系統(tǒng)之前，老師提問的問題是：a、什么是符號法則？用自己的理解表述出來。b、什么是近軸條件？c、近軸區(qū)單球面的折射公式怎么用？

“工程光學”的公式很多，通過幾年的教學總結(jié)發(fā)現(xiàn)，有部分學生常常是求反射時錯用折射公式，該利用單球面公式時錯用凸透鏡公式，張冠李戴，錯漏百出。有部分學生常常在解題是分析不清楚實像虛像，由于反射情況和折射情況下，實像虛像的判斷口訣容易混淆，在教學過程中，筆者一般用作圖法讓學生領會真正反射情況和折射情況下光線的走法，而不是死記口訣。

怎么讓學生理解透公式很重要，因此，老師盡量將公式統(tǒng)一化，比如：平面鏡反射、平面折射、單面鏡（又分為凸面和凹面）反射、折射等都有各自的公式，記憶麻煩，在講授時，可以從費馬原理出發(fā)證明這些公式，也可以直接由近軸假設得到這些公式，課堂上兩種思路都做介紹分析，并且將反射和折射都統(tǒng)一在一個公式里。這樣就不會讓學生覺得亂了。

（4）善于應用系統(tǒng)框圖。物理光學主要介紹干涉、衍射和偏振，其中干涉和衍射的本質(zhì)是當相遇點的光波數(shù)目不同、光程差滿足條件不同時產(chǎn)生的現(xiàn)象之分。這部分內(nèi)容中光柵衍射是一個比較復雜的綜合知識點，它即有干涉也有衍射。因此，筆者用這樣的方框圖（圖1）來設計物理光學中光柵衍射，將知識點融會貫通，讓學生好理解。

2.2.2 線上教學

分享網(wǎng)絡資源：分享國家級精品課程天津大學的“工程光學”的教學視頻，分享課堂教學PPT，積極調(diào)動學生的學習興趣。

建立班級網(wǎng)絡交流平臺：QQ、微信、微博等通信工具已經(jīng)廣泛的應用于日常生活交流中，通過建立班群，將上課的PPT、課堂思考練習、課后思考等問題放在群中，及時和學生點對點的交流，為學生解惑。而且通過學習群的建立，他們在大三大四準備考研時，也方便和學生交流。

2.3 改革作業(yè)提高學生思考積極性

我校使用的書是天津大學郁道銀主編的《工程光學》，這本書例題很少，因此如何讓學生通過理論的學習，達到能夠解決問題的能力是我一直以來思考的問題。2014級時我是讓學生完成書上習題中的部分題目。2015級通過建立課后習題集發(fā)揮課下網(wǎng)絡學習優(yōu)勢，2016級更進一步提高學生的課后學習積極性，要求學生在習題集的基礎上，自己修改題目，讓學生通過改變某一給定的題目，修改兩個以上的數(shù)據(jù)或條件重新做題，要求學生改變條件但要能夠解出答案。這樣的改進有利于學生思考題目可以改變哪些量，理解光學系統(tǒng)，理解符號法則等知識。通過修改題目，許多學生有奇思妙想，有的同學會簡單的將題目中的數(shù)據(jù)修改下，但是改的不好是做不出答案的，這給了學生鍛煉機會，在計算過程中，學生進一步理解了許多公式的應用，符號法則的要求。有的學生改元件，比如將凸面改成凹面，將反射改成折射，這類都是比較普遍的現(xiàn)象。學到典型光學系統(tǒng)時，修改題目就比較困難了，已經(jīng)比較綜合，許多學生改題過程中就主動和我交流，這即是鍛煉他們，也是鍛煉我自己。從近三年的試卷分析（如表2）可以看出，學生的卷面成績通過這些改革在進步。

近三年卷面成績分析列于表3，從中可以看出，工程光學改革的成效是明顯的。學生的成績明顯呈上升趨勢。及格率從2014級的31.08%上升到2015級的78.16%，再上升到2016級的85.145。

2.4 改革考核方式，強調(diào)過程性學習

“工程光學”是光電信息科學與工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，綜合成績由平時成績和期末考試卷面成績組成，平時成績主要為考勤和作業(yè)。但是具體操作方式在不斷的補充，如：考勤2014級是老師課堂點名，從2015級開始主要由班干部課前點名，一周一統(tǒng)計，達到課堂管理的目的。2014級的作業(yè)主要以課堂作業(yè)為主，2015級的作業(yè)主要以課下網(wǎng)絡布置的為主，2016年主要以學生自己修改的為主，為了提高學生的學習主動性，每一章學習結(jié)束，都會做一次課堂習題作業(yè)，讓學生現(xiàn)場完成，而這些習題的部分來源就是學生自己修改的比較好的題目，基本兩章內(nèi)容上下來，學生就會彼此交流修改題目，達到主動學習的目的。還有課堂表現(xiàn)，為公平性一門課我爭取做到每個學生都能有一次以上的回答問題機會，有的學生感覺回答不好，還有自告奮勇上黑板解題的機會，為提高學生自主學習和自我管理能力，我將課程的考核方式盡量多樣化，具體如下：

第一部分是學生出勤和課堂表現(xiàn)，這以考勤和回答問題上黑板完成題目質(zhì)量互動為依據(jù)；第二部分是課后參與度，修改作業(yè)、每章課堂作業(yè)、課堂筆記為依據(jù)；第三部分是期末卷面成績，以閉卷形式考核，主要考察知識點的應用、設計，淡化公式推導。

3 結(jié)語

為了滿足學校向應用型高校轉(zhuǎn)型的要求，培養(yǎng)與社會接軌、畢業(yè)后能夠勝任工作崗位的應用型人才，作為第一重要的培養(yǎng)方式——課堂，需要與時俱進，了解社會需要，即要把基本理論教好，又要讓自己所教的是學生將來有用的，這是教育工作者一直摸索的方向，也是我這幾年來一直思考的問題：怎么上好一門課，怎么提高學生的學習興趣?！肮こ坦鈱W”作為光電信息科學與工程專業(yè)學生接觸到的第一門專業(yè)課，就要開個好頭，第一，認真研讀該專業(yè)的培養(yǎng)方案，優(yōu)化課程內(nèi)容；第二，豐富教學方法，建立線上和線下多渠道多交流的教學模式，讓學生課上認真聽課，課下能第一時間找到我交流解惑，構(gòu)建良好的學習氛圍；第三，作業(yè)方式的變化從以前學生自己解題就好到解出題目分析題目考點修改題目最終再解出題目，這其實是個復習設計的過程，特別是后面的綜合題的設計，認真設計就是一次小創(chuàng)新；第四，改革考核方式，注重過程學習和自主學習。以應用型人才培養(yǎng)為課程改革的目標，理論聯(lián)系實踐，實踐反過來又推進理論學習，提高學生的學習興趣， 實現(xiàn)培養(yǎng)應用型人才的目的。

參考文獻

[1] 柏俊杰，張小云，吳英.面向工程應用的工程光學教學改革與實踐[J].重慶科技學院學報，2012（13）：186-188.

[2] 郁道銀.談恒英.工程光學[M].2011.6：1-293.

[3] 楊磊，蔡懷宇，呂且妮等.天津大學“工程光學”“慕課”教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2017（4）：143-145.