“工程光學(xué)”課程教學(xué)改革探討

邢笑雪，羅 聰，董 朔

測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)是建立在精密機(jī)械、電子、光學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)等多學(xué)科基礎(chǔ)上的工科專業(yè)［1］.“工程光學(xué)”是測(cè)控專業(yè)的必修課程，不僅要求學(xué)生掌握幾何光學(xué)和物理光學(xué)相關(guān)的基本理論，而且要求學(xué)生能利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)和像質(zhì)優(yōu)化［2-3］.該課程學(xué)習(xí)的效果直接影響后續(xù)光學(xué)專業(yè)課的學(xué)習(xí)，為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，本文對(duì)“工程光學(xué)”的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，針對(duì)目前教學(xué)中存在的問題對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式進(jìn)行了改革.實(shí)踐結(jié)果表明，改革實(shí)施后其教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果得到明顯提升.

1 “工程光學(xué)”教學(xué)存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容更新慢

研讀“工程光學(xué)”的教學(xué)大綱后發(fā)現(xiàn)，其教學(xué)內(nèi)容與其他課程的教學(xué)內(nèi)容重疊，如幾何光學(xué)中的光度學(xué)基礎(chǔ)與光電檢測(cè)技術(shù)重復(fù)，光的干涉衍射與大學(xué)物理重復(fù)等.此外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容偏向于基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少，這不利于學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

1.2 教學(xué)方法單調(diào)

在教學(xué)方法上，長(zhǎng)春大學(xué)的教師目前多采用PPT+板書的方式，該方法在一定程度上提高了教學(xué)效果，但是也帶來了相應(yīng)的問題.首先，PPT 的使用增大了課堂信息量，壓縮了學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的理解時(shí)間；其次，PPT 的應(yīng)用使得教學(xué)內(nèi)容更加緊湊，增大了學(xué)生的課后學(xué)習(xí)壓力，進(jìn)而導(dǎo)致教學(xué)效果不明顯.為此，需要改進(jìn)教學(xué)方法，增加多媒體輔助，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.

1.3 考核方式單一

在考核方式上，“工程光學(xué)”課程采用的是平時(shí)、實(shí)驗(yàn)和期末結(jié)合的方式，平時(shí)∶實(shí)驗(yàn)∶期末的占比為2∶1∶7.期終考試占比較高，學(xué)生只注重期終考試的成績(jī)，而忽略了平時(shí)學(xué)習(xí)的累積，這種考核方式單一，考核內(nèi)容不全面，忽視了過程學(xué)習(xí)的重要性，不能體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性.

2 “工程光學(xué)”的教學(xué)改革與實(shí)踐

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化理論與應(yīng)用的結(jié)合

目前，長(zhǎng)春大學(xué)選用的是由郁道銀、談恒英教授主編，機(jī)械工業(yè)出版社出版的《工程光學(xué)（第4 版）》，教材內(nèi)容分為上、下兩篇，為了保證教材內(nèi)容的完整性，其很多內(nèi)容與其他前續(xù)或者后續(xù)課程重疊.受到學(xué)時(shí)的限制，課程組對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整：壓縮了經(jīng)典光學(xué)的內(nèi)容，刪除了光度學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，刪除了與大學(xué)物理學(xué)課程重復(fù)的內(nèi)容（如光的干涉與衍射），增加了新型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等相應(yīng)內(nèi)容.調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容更加突出了重要知識(shí)點(diǎn)，強(qiáng)化了理論與應(yīng)用的結(jié)合，使學(xué)生能夠更好地把握教學(xué)內(nèi)容，加深了對(duì)基本理論的理解.具體修訂見表1.

表1 “工程光學(xué)”教學(xué)內(nèi)容調(diào)整表

2.2 搭建SPOC 教學(xué)平臺(tái)，豐富教學(xué)模式

SPOC（Small Private Online Course）即“小規(guī)模私人在線課堂”［4-5］，SPOC 教學(xué)平臺(tái)可以為學(xué)生提供更多樣化的學(xué)習(xí)資源.例如微視頻、習(xí)題、作業(yè)、測(cè)試、論壇討論等，SPOC 教學(xué)平臺(tái)的搭建豐富了教學(xué)模式，能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果.以光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制單元為例，課程組在超星SPOC 平臺(tái)上傳了12 段課堂教學(xué)微視頻、2 份習(xí)題、2 份作業(yè)、5 份測(cè)試，發(fā)布了3個(gè)論壇討論主題，極大地方便了學(xué)生學(xué)習(xí).工程光學(xué)SPOC 教學(xué)平臺(tái)門戶頁見圖1.

圖1 “工程光學(xué)”SPOC 教學(xué)平臺(tái)門戶頁

2.3 增加虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

虛擬光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)必不可少的輔助手段之一.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，利用Matlab、Labview 等軟件搭建虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)，可以為學(xué)生提供更加豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，平臺(tái)的演示效果可以幫助學(xué)生充分理解理論知識(shí)，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果.以光學(xué)像差實(shí)驗(yàn)為例，課程組分別搭建了基于Matlab GUI 和基于Labview 的光學(xué)像差實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)［6］，實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)見圖2 和圖3.從圖2 和圖3 中可以看出，該仿真平臺(tái)具有簡(jiǎn)潔直觀的人機(jī)交互界面，可以直觀地觀察校正情況，更有助于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的深入理解.

圖2 基于Matlab GUI 的仿真平臺(tái)模擬示例

圖3 基于Labview 的仿真平臺(tái)前面板

2.4 注重過程考核，考核方式多樣化

依據(jù)過程考核優(yōu)于結(jié)果考核的原則，課程組對(duì)考核方式作如下嘗試：實(shí)行分階段考核方式，增加平時(shí)測(cè)試和期中考試.改革后，“工程光學(xué)”綜合成績(jī)是由平時(shí)成績(jī)+平時(shí)測(cè)試1+平時(shí)測(cè)試2+期中考試+實(shí)驗(yàn)成績(jī)+期末考試成績(jī)組成.其中平時(shí)成績(jī)主要由課堂提問、出勤和作業(yè)成績(jī)組成，占綜合成績(jī)的15%；平時(shí)測(cè)試1 和平時(shí)測(cè)試2 各占綜合成績(jī)的5%；期中考試占綜合成績(jī)的10%；實(shí)驗(yàn)成績(jī)占比提高到15%，期末考試成績(jī)占綜合成績(jī)的50%.多樣化考核方式促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，更有利于課程教學(xué)質(zhì)量的提高.

改革后的成績(jī)見表2，從表2 中可以看出，“工程光學(xué)”的改革達(dá)到了一定的效果，學(xué)生的成績(jī)明顯提升.及格率從2015 級(jí)的60.04%上升到2016 級(jí)的74.28%，再上升到2017 級(jí)的83.26%.

表2 近三年成績(jī)分析表

3 結(jié)語

本文針對(duì)長(zhǎng)春大學(xué)測(cè)控專業(yè)“工程光學(xué)”教學(xué)的實(shí)際情況，借鑒其他同行的課程改革的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，對(duì)“工程光學(xué)”的教學(xué)改革進(jìn)行研究.具體方式為：優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，做好與前序和后續(xù)課程的銜接，強(qiáng)化理論與應(yīng)用的結(jié)合；搭建SPOC 線上教學(xué)平臺(tái)，豐富教學(xué)模式；增加虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源；實(shí)行分階段考核方式，注重過程考核，多樣化考核方式.實(shí)踐結(jié)果表明，這種改革方式極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)得到了明顯地提高.