地方本科高校工程光學(xué)課程工程體驗(yàn)式教學(xué)初探

周遠(yuǎn) 陳英 劉安玲 汪之又

摘 要：基于目前地方本科高校工程光學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容、模式、條件普遍難以滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)及新工科改革的需求的現(xiàn)象，文章針對(duì)工程光學(xué)課程教學(xué)探討了工程體驗(yàn)式教學(xué)方式，以提高學(xué)生工程實(shí)踐能力為核心重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。要將線上和線下、課內(nèi)和課外相結(jié)合，以問題、任務(wù)或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué);通過創(chuàng)建貼近工程實(shí)踐的教學(xué)平臺(tái)、“雙師型”教學(xué)隊(duì)伍、自主學(xué)習(xí)型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)及資源，為工程體驗(yàn)式教學(xué)提供條件;要以學(xué)生為中心，促使學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)并提升工程綜合能力。

關(guān)鍵詞：地方本科高校;工程光學(xué)課程教學(xué);工程體驗(yàn)式教學(xué)

一、引言

工程光學(xué)是光電、儀器、測(cè)控等類別專業(yè)的基礎(chǔ)課。[1]課程通過學(xué)習(xí)光學(xué)基本知識(shí)、理論、方法及典型光學(xué)系統(tǒng)和技術(shù)應(yīng)用，為解決專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題打下良好的光學(xué)工程理論基礎(chǔ)。在高校應(yīng)用型轉(zhuǎn)型發(fā)展和新工科建設(shè)背景下，地方本科高校工程光學(xué)課程教學(xué)不僅要求傳授光學(xué)基本理論知識(shí)，更需結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用培養(yǎng)學(xué)生光學(xué)方面的工程綜合實(shí)踐能力。工程體驗(yàn)式教學(xué)將課程教學(xué)與工程實(shí)踐緊密融合，讓學(xué)生在貼近工程實(shí)際的教學(xué)場(chǎng)景中通過完成任務(wù)或項(xiàng)目主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)，培養(yǎng)工程綜合能力。[2]因此，在工程光學(xué)課程教學(xué)中探索工程體驗(yàn)式教學(xué)方式，是地方本科高校應(yīng)用型轉(zhuǎn)型和新工科改革中課程教學(xué)研究的有益嘗試。

二、地方本科高校工程光學(xué)課程教學(xué)問題分析

在高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理知識(shí)基礎(chǔ)上，工程光學(xué)主要學(xué)習(xí)幾何光學(xué)和波動(dòng)光學(xué)的基礎(chǔ)理論，為其他專業(yè)課程打下光學(xué)基礎(chǔ)。該課程理論性、工程性、實(shí)踐性強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)多而零散，包含諸多抽象的概念和枯燥的公式。[3]對(duì)照地方高校應(yīng)用型轉(zhuǎn)型和新工科改革的要求，該課程的傳統(tǒng)教學(xué)大多凸顯以下不足：

一是教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)不利于提升學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，也難以有針對(duì)性地與地方相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相契合。目前地方本科高校工程光學(xué)課程內(nèi)容大多是基于學(xué)科邏輯的知識(shí)體系設(shè)計(jì)，仍按照學(xué)術(shù)型人才培養(yǎng)的思路制訂教學(xué)大綱，過于強(qiáng)調(diào)學(xué)科邏輯的系統(tǒng)性和完整性，而工程應(yīng)用難以達(dá)到應(yīng)用型轉(zhuǎn)型和新工科改革的要求。地方高校學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)普遍偏弱，這樣的教學(xué)內(nèi)容難以激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。另外，這種過于追求全面和深入的內(nèi)容設(shè)計(jì)淡化了課程知識(shí)與地方產(chǎn)業(yè)工程實(shí)踐的聯(lián)系，不利于培養(yǎng)區(qū)域相關(guān)行業(yè)需要的人才。

二是教學(xué)模式和方法難以體現(xiàn)以學(xué)生為中心、以能力培養(yǎng)為主的思路。地方高校工程光學(xué)課程的理論課教學(xué)大多借鑒以往學(xué)術(shù)人才培養(yǎng)的傳統(tǒng)模式，往往專注于光學(xué)理論的枯燥推演而對(duì)知識(shí)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用延展不足。[4]學(xué)生較少有機(jī)會(huì)參與課堂交流和討論，導(dǎo)致其學(xué)習(xí)興趣喪失，學(xué)習(xí)能力難以提升。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，由于光學(xué)器件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和加工十分繁雜，教學(xué)與工程實(shí)際普遍脫鉤嚴(yán)重，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容局限于基礎(chǔ)驗(yàn)證性的項(xiàng)目，難以使光學(xué)理論延伸到貼近工程的領(lǐng)域，不利于從知識(shí)傳授為主向工程能力培養(yǎng)為要的轉(zhuǎn)變。

三是教學(xué)的條件難以支撐應(yīng)用型光電工程技術(shù)人才的培養(yǎng)。地方高校辦學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，其課程教學(xué)的軟硬件條件較為缺乏。相對(duì)電子等類別的課程，工程光學(xué)實(shí)踐所需的光學(xué)儀器設(shè)備及耗材往往昂貴且對(duì)環(huán)境要求較高。很多高校僅能依靠大學(xué)物理課程的光學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備做一些原理性實(shí)驗(yàn)，[5]無(wú)力更進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的光學(xué)工程實(shí)踐能力。另外，課程教師大多為學(xué)術(shù)型師資，缺乏一線工程經(jīng)驗(yàn)，在指導(dǎo)工程實(shí)踐時(shí)顯得力不從心。

工程體驗(yàn)式教學(xué)是解決以上問題的可選方式，它以提高學(xué)生工程能力為核心目標(biāo)重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，以貼近工程實(shí)際的任務(wù)或項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)促使學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)并提升工程能力和素質(zhì)，通過創(chuàng)建貼近工程實(shí)際的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、建設(shè)雙師型師資隊(duì)伍來(lái)營(yíng)造工程實(shí)踐氛圍，為工程體驗(yàn)式教學(xué)提供軟硬件保障。

三、工程光學(xué)工程體驗(yàn)式教學(xué)實(shí)施步驟

（一） 以提高學(xué)生工程能力為核心重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)地區(qū)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的光學(xué)知識(shí)及工程素質(zhì)能力確定課程教學(xué)目標(biāo)。圍繞目標(biāo)，結(jié)合本校學(xué)生基礎(chǔ)及后續(xù)專業(yè)課程教學(xué)需求，在課程原有光學(xué)知識(shí)體系基礎(chǔ)上有針對(duì)性地重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，提煉知識(shí)模塊，形成教學(xué)大綱。一要讓教學(xué)回歸工程，即注重各知識(shí)模塊的實(shí)際工程應(yīng)用。盡量將課程知識(shí)融入工程案例，形成貼近工程實(shí)際應(yīng)用的問題、任務(wù)或項(xiàng)目。二要打破以往基于學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而以產(chǎn)業(yè)所需的光學(xué)知識(shí)及能力要求為主線設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。將產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的內(nèi)容作為教學(xué)重點(diǎn)，安排足夠課時(shí)保證教學(xué)效果。對(duì)于在大學(xué)物理課程中已學(xué)的知識(shí)模塊（如干涉、衍射理論）僅安排較少課時(shí)回顧總結(jié)。對(duì)于與后續(xù)專業(yè)課有重復(fù)的內(nèi)容可安排在后續(xù)課程中學(xué)習(xí)，如光度學(xué)和色度學(xué)知識(shí)可安排至光學(xué)檢測(cè)技術(shù)課程，像差理論可安排至光學(xué)設(shè)計(jì)課程等。根據(jù)產(chǎn)業(yè)相關(guān)工程技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，適當(dāng)增加前沿光學(xué)研究成果、最新光學(xué)工程應(yīng)用進(jìn)展等內(nèi)容。

（二）探索工程體驗(yàn)式教學(xué)模式

工程體驗(yàn)式教學(xué)的理論依據(jù)是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀，突出以學(xué)生為中心，通過“情景、協(xié)作、會(huì)話、意義建構(gòu)”四個(gè)要素促使學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)光學(xué)知識(shí)，獲得工程能力。[6]教師首先要?jiǎng)?chuàng)設(shè)貼近工程的情景，包括創(chuàng)建光學(xué)類工程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)及資源，給學(xué)生布置貼近實(shí)際應(yīng)用的光學(xué)問題、工程任務(wù)或項(xiàng)目。學(xué)生自主調(diào)研資料，通過與同學(xué)、教師的協(xié)商討論，確立方案并完成任務(wù)，最終建構(gòu)知識(shí)并內(nèi)化為工程能力和素質(zhì)。需圍繞光學(xué)知識(shí)的應(yīng)用來(lái)設(shè)計(jì)問題或任務(wù)，可為光學(xué)器件、系統(tǒng)參數(shù)理論設(shè)計(jì)，也可為實(shí)物設(shè)計(jì)和制作。如在學(xué)習(xí)光柵衍射時(shí)，可根據(jù)光柵分光的性能要求布置學(xué)生設(shè)計(jì)光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，也可指導(dǎo)學(xué)生調(diào)研資料設(shè)計(jì)和制作分光測(cè)色儀。教學(xué)中師生、生生間的“協(xié)作、討論”可通過線上和線下，課內(nèi)和課外相結(jié)合的教學(xué)模式。課前教師通過網(wǎng)上教學(xué)平臺(tái)提供教學(xué)視頻、課件、案例等教學(xué)資源并布置任務(wù)，學(xué)生課外線上自學(xué)，調(diào)研資料并思考方案。線下理論課堂師生一起總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，討論知識(shí)的實(shí)際工程應(yīng)用并交流解決方案。實(shí)驗(yàn)教學(xué)多采用貼近工程實(shí)際的綜合性、設(shè)計(jì)性項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)。例如，可引導(dǎo)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室條件自主設(shè)計(jì)方案測(cè)光波波長(zhǎng)、介質(zhì)折射率、飲料糖度等。課程設(shè)計(jì)或?qū)嵱?xùn)環(huán)節(jié)宜布置難易度適中的典型工程實(shí)踐案例任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)研資料，設(shè)計(jì)方案，利用貼近工程的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)完成實(shí)踐項(xiàng)目，從而掌握相關(guān)工藝，熟悉工程流程，提高工程設(shè)計(jì)能力。例如，可引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)和制作望遠(yuǎn)鏡，檢測(cè)光學(xué)元件面型精度、像差、傳函等。課外創(chuàng)新教學(xué)只針對(duì)部分學(xué)有余力的學(xué)生，讓學(xué)生參與教師科研，以大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽等為載體，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，以導(dǎo)師制實(shí)施，旨在進(jìn)一步提升學(xué)生工程綜合能力。

（三）創(chuàng)設(shè)工程體驗(yàn)式教學(xué)條件

工程體驗(yàn)式教學(xué)必須創(chuàng)設(shè)工程“情景”以保障教學(xué)的實(shí)施，包括創(chuàng)建工程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)師資隊(duì)伍、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)及課程教學(xué)資源。宜與地區(qū)光電類生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)、教儀研發(fā)企業(yè)等合作，建設(shè)貼近工程實(shí)踐的教學(xué)平臺(tái)或校外真實(shí)工程實(shí)踐平臺(tái)，將工程技能、素質(zhì)內(nèi)化于教學(xué)。例如，可建立工位式光學(xué)器件組裝與檢驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)，全面系統(tǒng)地模擬光學(xué)元件檢測(cè)、光學(xué)系統(tǒng)像差檢測(cè)、光學(xué)鏡頭組裝等的“原理—設(shè)計(jì)—裝配—測(cè)試”一整套工藝流程。通過培訓(xùn)和聘用相結(jié)合的方式建設(shè)“雙師型”課程教學(xué)師資隊(duì)伍。通過校企合作，選派教師參與企業(yè)工作或各種形式的光學(xué)類工程技術(shù)培訓(xùn)來(lái)積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也可聘請(qǐng)企業(yè)工程師參與實(shí)踐教學(xué)。建設(shè)宜于線上線下混合式教學(xué)的自主學(xué)習(xí)型工程光學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，方便師生、生生交流討論和資源展示。利用多媒體課件、慕課視頻、工程實(shí)踐視頻圖片、工程過程動(dòng)畫、工程案例等資源輔助教學(xué)。精選Zemax、Lighttools等光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的學(xué)習(xí)資料上傳網(wǎng)上平臺(tái)，便于教師引導(dǎo)學(xué)生課后自學(xué)。

四、結(jié)語(yǔ)

在工程光學(xué)課程教學(xué)中嘗試工程體驗(yàn)式教學(xué)，順應(yīng)了地方本科高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)和新工科課程教學(xué)改革的需求。當(dāng)前地方高校的工程光學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容不利于提升學(xué)生工程能力，教學(xué)模式難以體現(xiàn)以學(xué)生為中心，教學(xué)條件難以支撐應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)的需求。工程體驗(yàn)式教學(xué)需要以提高學(xué)生工程實(shí)踐能力為核心重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，還要以學(xué)生為中心，線上線下、課內(nèi)課外相結(jié)合，以問題、任務(wù)或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，促使學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)，獲得工程能力，同時(shí)通過創(chuàng)建貼近工程實(shí)踐的教學(xué)平臺(tái)、“雙師型”教學(xué)隊(duì)伍、自主學(xué)習(xí)型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和教學(xué)資源，為工程體驗(yàn)式教學(xué)提供條件。

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