基于丹麥奧爾堡大學(xué)PBL模式的應(yīng)用光學(xué)設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐探索

甄艷坤 阮幼津

摘 ? 要：本文概述了應(yīng)用光學(xué)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)背景，介紹了丹麥奧爾堡大學(xué)PBL模式的特色和核心元素，同時(shí)以該課程中球差教學(xué)內(nèi)容為例，將丹麥奧爾堡大學(xué)PBL模式融入到教學(xué)實(shí)踐中，構(gòu)建以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，發(fā)揮其在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中將課程理論與設(shè)計(jì)實(shí)踐靈活結(jié)合，鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，并通過教學(xué)反思分析在整個(gè)教學(xué)實(shí)踐過程中的得失。

關(guān)鍵詞：丹麥奧爾堡大學(xué)PBL模式 ?應(yīng)用光學(xué)設(shè)計(jì)課程 ?自主 ?小組合作

中圖分類號(hào)：G421; G642.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（b）-0203-03

隨著國內(nèi)外光電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，光電產(chǎn)業(yè)已成為國家的戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)，而其對(duì)光電專業(yè)人才的需求也越來越迫切。在光電專業(yè)相關(guān)課程體系中，以幾何光學(xué)為基礎(chǔ)的應(yīng)用光學(xué)設(shè)計(jì)課程，重點(diǎn)體現(xiàn)了對(duì)高素質(zhì)實(shí)踐應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。但目前該課程教學(xué)形式過于傳統(tǒng)化，教學(xué)方法上形式比較單一，在學(xué)習(xí)效果上出現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力差等問題。丹麥奧爾堡大學(xué)PBL（Problem Based Learning基于問題的學(xué)習(xí)法）模式[1]以問題為基礎(chǔ)、以學(xué)生為中心、以項(xiàng)目形式開展學(xué)習(xí)、以解決所提出的問題為最終目的，同時(shí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)過程以團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式進(jìn)行，其在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力和提高教學(xué)效果方面有顯著效果，是具有一定創(chuàng)新性的教育模式。

本文以應(yīng)用光學(xué)設(shè)計(jì)課程中的球差教學(xué)內(nèi)容為例，將丹麥奧爾堡PBL模式合理融入到教學(xué)實(shí)踐中，相較以往教學(xué)效果，其在加深學(xué)生概念理解、拓展解決實(shí)際問題的能力以及培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

1 ?課程教學(xué)背景

應(yīng)用光學(xué)設(shè)計(jì)課程是光電、光學(xué)工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐性必修專業(yè)課，旨在培養(yǎng)具有高素質(zhì)的實(shí)踐應(yīng)用型人才[2，3]。本文所涉及的應(yīng)用光學(xué)設(shè)計(jì)課程主要包含以像差理論為主體的理論教學(xué)內(nèi)容以及上機(jī)操作為輔的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。雖然近些年以加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力為出發(fā)點(diǎn)，不斷對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革，但根據(jù)近些年的教學(xué)情況來看，教學(xué)過程中仍存在以下問題。

1.1 學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足

應(yīng)用光學(xué)設(shè)計(jì)課程是一門實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程，但其所涉及的概念抽象、專業(yè)性強(qiáng)，且含有復(fù)雜幾何光路圖的分析和公式推導(dǎo)，無法使學(xué)生形成直觀的理解。這使得學(xué)生在后期上機(jī)實(shí)踐學(xué)習(xí)過程中，無法將實(shí)踐操作與像差理論相對(duì)應(yīng)，時(shí)而久之，學(xué)生覺得課程學(xué)習(xí)難度大，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。

1.2 學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣被動(dòng)

雖然主修該課程的學(xué)生學(xué)習(xí)能力之間存在差異，但他們的基礎(chǔ)儲(chǔ)備知識(shí)幾乎相同，其學(xué)習(xí)習(xí)慣也往往趨向于簡單遵循老師的教學(xué)步驟，而不是考慮自己應(yīng)該做什么以及為什么這么做。這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，往往忽略了對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)技巧要實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)用的目標(biāo)，降低了個(gè)人設(shè)計(jì)體驗(yàn)的強(qiáng)度。

1.3 整體課程的學(xué)習(xí)效率不高

由于上機(jī)實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)有限，老師若采用一對(duì)多、單向灌輸?shù)膫鹘y(tǒng)教學(xué)方式，不僅無法考慮到每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的差異性，也不能兼顧到光學(xué)設(shè)計(jì)本身所帶有的個(gè)性化和靈活性特點(diǎn)，整體課程學(xué)習(xí)效率不高。

1.4 評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果方式缺乏動(dòng)態(tài)性

光學(xué)設(shè)計(jì)過程本身是動(dòng)態(tài)過程，若以傳統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)果作為考核形式，不僅老師無法準(zhǔn)確、全面了解學(xué)生對(duì)于知識(shí)實(shí)踐應(yīng)用的真實(shí)情況，而且學(xué)生也無法獲得及時(shí)的反饋信息，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和提高學(xué)習(xí)效果。

2 ?丹麥奧爾堡大學(xué)PBL模式

丹麥奧爾堡大學(xué)創(chuàng)建于1974年，其把PBL作為基本的教學(xué)理念，并在此基礎(chǔ)上形成了全員性、系統(tǒng)性、跨學(xué)科的丹麥奧爾堡大學(xué)PBL模式[4]。該模式核心元素[5，6]主要包含以下幾方面。

2.1 問題的產(chǎn)生

奧爾堡PBL模式強(qiáng)調(diào)在一般課程和項(xiàng)目課程的課程體系框架下，學(xué)生把問題作為學(xué)習(xí)過程的起點(diǎn)。而該問題的產(chǎn)生應(yīng)是學(xué)生以團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式從現(xiàn)實(shí)生活和生產(chǎn)實(shí)踐中產(chǎn)生相關(guān)實(shí)際問題，并非教師預(yù)先設(shè)計(jì)。當(dāng)然為了界定學(xué)習(xí)和研究的領(lǐng)域范圍，學(xué)生所提出的問題應(yīng)具有典型示范性[7]，即問題能夠返回并運(yùn)用到專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的具體實(shí)踐環(huán)節(jié)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，能夠具體說明或展示與學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)或?qū)W習(xí)方式相關(guān)的綜合學(xué)習(xí)效果。同時(shí)由于學(xué)生在問題的產(chǎn)生過程中，需要對(duì)問題進(jìn)行深入探究和分析，會(huì)選擇相應(yīng)學(xué)習(xí)內(nèi)容和合理方法去解決問題，從而促進(jìn)學(xué)生自主知識(shí)構(gòu)建。

2.2 項(xiàng)目的開展

丹麥奧爾堡大學(xué)PBL模式以具體問題為學(xué)習(xí)過程核心，而非具體任務(wù)或?qū)W科作業(yè)，所以此模式形成了獨(dú)具特色的以問題為基礎(chǔ)、以項(xiàng)目為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)模式。在項(xiàng)目的開展過程中，為了強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程的真實(shí)性學(xué)習(xí)原則，處理的問題應(yīng)來自真實(shí)的問題情境，學(xué)生具有很高的自由選擇權(quán)，來完成項(xiàng)目計(jì)劃目標(biāo)的分析、規(guī)劃和管理，讓學(xué)生找到理論學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)踐的聯(lián)系。

2.3 小組的合作

基于社會(huì)建構(gòu)理論[8]，在丹麥奧爾堡大學(xué)PBL模式中，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)是整個(gè)學(xué)習(xí)過程的重要組成部分。在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，小組成員將圍繞所產(chǎn)生的問題式項(xiàng)目，協(xié)同完成問題分析、時(shí)間計(jì)劃安排、研究任務(wù)分配、團(tuán)隊(duì)管理準(zhǔn)則、團(tuán)隊(duì)合作反思等，一定程度上模擬了真實(shí)工作情境。

結(jié)合以上核心元素，丹麥奧爾堡PBL模式經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)成為PBL領(lǐng)域的重要典范并引起了各國教育界的廣泛關(guān)注。

3 ?應(yīng)用光學(xué)設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐

考慮到學(xué)科培養(yǎng)方案和課程體系構(gòu)架的實(shí)際情況，本文僅將丹麥奧爾堡大學(xué)PBL模式作為應(yīng)用光學(xué)設(shè)計(jì)課程的輔助部分，合理融合到教學(xué)實(shí)踐中開展教學(xué)探索。

3.1 學(xué)習(xí)目標(biāo)

為了讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中真正成為自我負(fù)責(zé)的學(xué)習(xí)者，由學(xué)生主導(dǎo)和教師輔助進(jìn)行學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)，主要包括：（1）從知識(shí)框架方面，學(xué)生應(yīng)在已有的像差理論知識(shí)基礎(chǔ)上，加深理解球差產(chǎn)生的原因、影響等知識(shí)點(diǎn)，自主學(xué)習(xí)并靈活運(yùn)用多種控制球差的方法，同時(shí)通過軟件操作深入體驗(yàn)光學(xué)設(shè)計(jì)過程。（2）從團(tuán)隊(duì)合作方面，由學(xué)生主導(dǎo)開展相互分享、緊密合作的小組學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

考慮到學(xué)生的學(xué)習(xí)背景和特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)過程中簡化了理論推導(dǎo)，加強(qiáng)了實(shí)踐應(yīng)用。因此，學(xué)習(xí)內(nèi)容將涵蓋3個(gè)板塊：理論部分（球差），工具部分（光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的基本功能介紹），實(shí)踐部分（問題的挑戰(zhàn)）。圖1為學(xué)習(xí)內(nèi)容板塊關(guān)系圖，其中理論板塊主要介紹球差的大小、產(chǎn)生原因、影響后果等，工具板塊以介紹光學(xué)設(shè)計(jì)軟件基本操作功能為重點(diǎn)，將此兩板塊充分結(jié)合將成為實(shí)踐板塊的重要基礎(chǔ)，不僅有助于學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)控制的球差方法和技巧，尋求挑戰(zhàn)問題的解決辦法，還有助于學(xué)生深入體驗(yàn)光學(xué)設(shè)計(jì)的基本過程。

3.2 學(xué)習(xí)過程

由于本課程的教學(xué)背景強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)應(yīng)該在實(shí)踐中應(yīng)用，所以如表1所示，整個(gè)學(xué)習(xí)過程將經(jīng)過3個(gè)階段：（1）為了在下階段中學(xué)生所提問題具有典型示范性，教師將作為引導(dǎo)者，以傳統(tǒng)教學(xué)方式提供和引導(dǎo)學(xué)生掌握相關(guān)基礎(chǔ)資源，如參考文獻(xiàn)、視頻、術(shù)語、PPT等。（2）學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，并結(jié)合第一階段知識(shí)模塊提出的初級(jí)問題。在此階段學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生所提問題應(yīng)具有一定導(dǎo)向性，同時(shí)面對(duì)問題會(huì)自主擴(kuò)充學(xué)習(xí)資源和拓展知識(shí)視野。（3）學(xué)生會(huì)自主組建小組，并提出來自實(shí)踐領(lǐng)域的真實(shí)性問題。例如采用單個(gè)對(duì)稱雙凸透鏡的系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)起始點(diǎn)，其中光源波長為632.8nm，透鏡由N-BK7制成，透鏡表面半徑為18mm，透鏡厚度為5mm，而物體空間中的數(shù)值孔徑為0.3，物距為30.2mm，像距為41mm，尋找到控制球差的最佳過程方案。如果此時(shí)小組成員之間所掌握控制球差方法越具有多樣性，意味著小組成員之間通過同伴學(xué)習(xí)和協(xié)作方式，獲得解決具體實(shí)際問題的渠道越豐富，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)最佳結(jié)果的可能性也越大。老師在此階段會(huì)鼓勵(lì)小組成員之間的合作，讓小組成員之間互動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)資源，對(duì)知識(shí)和技巧進(jìn)行共享。

3.3 學(xué)習(xí)效果評(píng)估

在此學(xué)習(xí)過程中，對(duì)于學(xué)習(xí)效果的評(píng)估主要包括過程評(píng)估和最終評(píng)估兩種類型。過程評(píng)估不僅可以由教師進(jìn)行，也可以由學(xué)生通過同伴評(píng)估形式系統(tǒng)進(jìn)行。最終評(píng)估是教師在學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)以口頭答辯和紙質(zhì)報(bào)告形式來評(píng)估學(xué)習(xí)成果。答辯過程中，每個(gè)小組成員都應(yīng)該展現(xiàn)出解決問題的過程是自身經(jīng)過深入思考并根據(jù)實(shí)踐操作做出判斷的過程，而不是簡單機(jī)械地記憶。同時(shí)老師會(huì)檢查紙質(zhì)報(bào)告并將建議及時(shí)反饋給學(xué)生，并將優(yōu)秀的報(bào)告放在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行展示。

4 ?教學(xué)反思

雖然在此教學(xué)實(shí)踐中，并沒有完全參照PBL模式運(yùn)行，但其模式關(guān)鍵要素在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中起到了重要積極作用：（1）挑戰(zhàn)性問題的產(chǎn)生，來自于學(xué)生自主實(shí)踐體驗(yàn)，不斷激勵(lì)學(xué)生尋找最佳答案。（2）小組合作建立積極學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生通過參與具有共同目標(biāo)和平等協(xié)作的小組學(xué)習(xí)過程，形成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的同伴學(xué)習(xí)方式，這讓學(xué)生更容易從學(xué)生角度，通過交流，自主構(gòu)建多層次網(wǎng)絡(luò)知識(shí)框架。（3）在有限的上機(jī)實(shí)踐學(xué)時(shí)內(nèi)，學(xué)生可根據(jù)自身情況，有更多的機(jī)會(huì)自主學(xué)習(xí)更多設(shè)計(jì)技巧和體驗(yàn)到更深層次的設(shè)計(jì)過程，大大提高整體課程的學(xué)習(xí)效率。（4）及時(shí)評(píng)估和反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，將積極促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程的參與度和對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度。

當(dāng)然，在教學(xué)實(shí)踐的過程中也出現(xiàn)了許多問題，例如在教學(xué)過程中相關(guān)課程融合度不高;學(xué)生對(duì)問題本身的構(gòu)建和分析缺少足夠的真實(shí)性;學(xué)生在處理團(tuán)隊(duì)沖突時(shí)缺少合理的處理方式。這些問題也是將來本課程教學(xué)實(shí)踐改革中努力的方向。

5 ?結(jié)語

綜合以上內(nèi)容，丹麥奧爾堡大學(xué)PBL模式在培養(yǎng)學(xué)生自我負(fù)責(zé)的能力、挖掘?qū)W生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力、提升課堂教學(xué)效能等方面，確實(shí)對(duì)開展本課程教學(xué)實(shí)踐改革有一定的借鑒意義，但如何立足于現(xiàn)實(shí)教學(xué)情況，并將其運(yùn)行模式與傳統(tǒng)教學(xué)框架和課程體系相融合，而不局限于工具層面的教學(xué)實(shí)踐實(shí)施，這對(duì)老師、學(xué)生和教育管理者來說都是巨大的教學(xué)改革挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

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