光電專業(yè)中信息光學課程的教學思考

張桂菊 崔元昊

（蘇州大學光電信息科學與工程學院，江蘇 蘇州 215006）

0 引言

眾所周知，光學是一門古老而年輕的學科，是物理學中最重要的基礎學科，以激光技術為基礎的現(xiàn)代光學是目前發(fā)展最迅速和最活躍的現(xiàn)代科學研究前沿之一。隨著科技的進步，光學在計算機、通信、信息處理等領域都有著愈發(fā)重要的作用，因此，掌握光學專業(yè)基礎知識無論對學生就業(yè)或是進一步深造都有著重要的意義。國內(nèi)眾多高校的光電信息專業(yè)均開設了“應用光學”“物理光學”“信息光學”“半導體物理”和“激光原理”等光學專業(yè)類課程，這些課程相互交叉、相互滲透和相互促進的發(fā)展?！皯霉鈱W”和“物理光學”主要涉及經(jīng)典光學基礎內(nèi)容，是學習近現(xiàn)代光學專業(yè)課程的基礎，而激光的誕生促進了“信息光學”這一學科的誕生與發(fā)展。

蘇州大學光電信息科學與工程專業(yè)是江蘇省一流本科建設專業(yè)，依托國家級重點學科和優(yōu)勢學科光學工程而建設。該專業(yè)以光通信與光電技術、光電系統(tǒng)與信息處理技術等方向為主并相互交叉滲透，也是以光學、電子學等學科相互融合為特色的傳統(tǒng)而新興的專業(yè)。信息光學屬于該專業(yè)本科生的必修專業(yè)課程，在培養(yǎng)學生專業(yè)基本素養(yǎng)與基礎工程素質方面起著舉足輕重的作用。課程設置主要目標：通過教與學讓本專業(yè)及相關專業(yè)學生掌握光學系統(tǒng)可以看作一個二維線性空不變系統(tǒng)進行分析，涉及信息光學中非初等函數(shù)及卷積和相關等數(shù)學運算、線性系統(tǒng)的分析方法、二維傅里葉變換與抽樣定理、運用空間域和頻率域方法討論光波傳播問題。該課程也包含重要的應用方面講解：光學全息技術和現(xiàn)代光學信息處理等。針對本課程內(nèi)容豐富、概念抽象、理論性較強的特點，筆者結合多年的教學實踐，總結出幾點心得與大家一起探討。

1 信息光學課程的教學現(xiàn)狀

信息光學的課程教學與實踐研究中發(fā)現(xiàn)，在該課程的教學中，主要遇到以下幾方面的困難：

1.1 傳統(tǒng)教學內(nèi)容與模式單一

本科階段開設的信息光學，被教師和學生普遍認為是一門難度較大的專業(yè)課程。學信息光學中，存在大量的計算與推導，以及看似很復雜的理論公式，教師在開展教學活動時會不經(jīng)意的出現(xiàn)過度注重公式推導的情況。而學生的數(shù)學與物理基礎水平參差不齊，大量復雜的積分公式與數(shù)學推導勢必會導致學生對相關公式理論的本質缺乏理解，進而失去學習興趣與信心。信息光學是一門應用技術型課程，教師在授課過程中可能會出現(xiàn)無法將理論知識與實際應用相結合起來的情況。教學過程中如果同時采用線上線下混合模式，有其固有弊端，即手機必須要帶入課堂，這使得學生在課堂學習中玩手機的現(xiàn)象較嚴重，這種情況下教師過度注重理論講授勢必會導致學生學習積極性不足，進而影響學習效率。

1.2 傳統(tǒng)考核模式單一

以筆試為主的成績占比過高，許多學生會在期末考試前臨時抱佛腳，搞突擊，死記硬背蒙混過關，想靠著期末考試的高成績占比來達到課程及格標準，考試之后卻什么也沒有學到，這違背了教學的初衷。另外，過高的筆試成績占比還會導致學生重理論知識而忽視將理論結合實際，即使在開展的信息光學專業(yè)實驗課程中，也會忽視實驗基本原理，按部就班的機械操作及對實驗持敷衍了事態(tài)度。例如，傅里葉變換全息存儲實驗中，很多同學做出了實驗結果卻不知道實驗原理，導致了不會觀察其實驗現(xiàn)象。同樣亦是，只知原理知識而不能將其結合到具體的實驗現(xiàn)象中。

2 課程建設分析與思考

2.1 優(yōu)化教學內(nèi)容

高等學校最基本的職能是培養(yǎng)高級專門人才，育人即是高校教育的主要目標，教學是實現(xiàn)其職能的基本途徑，始終是高校工作的重心。目前，光學課程的教學大多偏重理論教學，對于知識的應用性與工程性的關注偏少，理論未能充分聯(lián)系實際，在教學之中不自覺地存在“重理論基礎，輕工程應用”的傾向，這不利于培養(yǎng)高綜合素質學生。在信息光學的教學過程中，單純通過理論授課使學生充分理解基礎知識概念是相當困難的。考慮到本課程內(nèi)容豐富、理論性強和概念抽象的特點，并調動學生學習積極性，筆者在開學第一課安排了光學發(fā)展史講述環(huán)節(jié)，詳細介紹信息光學發(fā)展史中的幾件大事：1947年用于像質評價的光學傳遞函數(shù)建立、1948年全息術的提出和1960年激光的誕生。此外，也有對牛頓、笛卡爾、菲涅爾等歷史名人事跡的介紹，講述了一代代先輩們?yōu)榱斯鈱W的發(fā)展做出的貢獻，以及為了昭示真理所做出的斗爭。例如，以大科學家牛頓為代表的微粒說與以惠更斯為代表的波動說間的斗爭。在光的本性問題研究過程中，雙方各持己見，這也是一個不斷上升發(fā)展的過程，即真理具有客觀性、條件性與相對性。讓學生認識到在科學面前，再大的名氣都毫無用處，科學是一個自我校正系統(tǒng)，任何錯誤在其中都不能長期隱瞞下去，只能老老實實用科學的態(tài)度來對待科學，借此養(yǎng)成嚴謹求實的科學態(tài)度。

信息光學又名“傅里葉光學”，顧名思義，傅里葉變換將貫穿教學始終。許多概念和公式都是經(jīng)過一步步復雜的推導而來的，考慮到本科生教學需求，這一部分的授課講解重點考慮詳略得當，保證每位同學都能知道公式和結果的由來，對于想要進一步探究和推導公式的同學，在課余時間會給出詳細的公式推導。這樣充分結合利用了課上課外的時間，使得學生對于晦澀難懂的概念留有學習印象，為本專業(yè)的深入學習打下基礎，并能滿足優(yōu)秀學生進一步學習的需求，加強了他們的理論基本功底。

2.2 優(yōu)化教學模式

網(wǎng)絡教學平臺的迅速普及和發(fā)展，給傳統(tǒng)授課模式注入了新鮮的活力。本課程教師充分發(fā)揮網(wǎng)上在線大學平臺優(yōu)勢，進行網(wǎng)上課程資源整合與利用，并多次進行翻轉課堂的混合教學模式改革實踐。在線大學課程資源主要有三大功能模塊：自主學習模塊、學情分析模塊和作業(yè)考試模塊。自主學習模塊中，上傳了與本課程相關的講座視頻、授課PPT、訓練題庫、知識圖譜、課外文獻與補充學習資料，學生可以根據(jù)自己的需求進行選擇性地學習。學情分析模塊中，充分利用了大數(shù)據(jù)的功能，在學情數(shù)據(jù)里可以看到學生的學習情況，學習進度跟蹤，幫助教師了解和關注學生平時的學習情況。作業(yè)考試模塊中，包括在線測試與考試功能，教師用于在課堂上及時發(fā)布隨堂測試與課后作業(yè)，使學生能夠進一步鞏固課程所學內(nèi)容。在線下課堂中，教師在講授理論知識的同時也穿插著提問環(huán)節(jié)，對于較為基礎、較為重要的知識點，在課堂教學中要保證充分調動學生的積極性，鼓勵學生積極主動地參與課堂活動，提出自己的疑問。

此外，充分利用課程群建設優(yōu)勢，將工具類課程（如Matlab科學計算與工程應用）與光學專業(yè)課有機結合學習。例如，信息光學中重要的卷積概念，在教學中可應用Matlab軟件來模擬卷積過程。這有利于學生充分理解卷積的物理意義，同時也能夠加強學生應用Matlab軟件分析與解決問題的能力，這對于學生后期的畢業(yè)論文設計、畢業(yè)實習及將來走上社會找工作都是大有裨益的。在線下的課程中，也不再是傳統(tǒng)的教師上課，學生聽講，而是采用互動課堂的形式，基礎知識教學與課上問答相輔相成，這能夠有效地提升學生聽課效率，及時鞏固聽課成果。對于一些學生初次接觸或認為“晦澀難懂”的概念，單靠授課講解學生很難理解知識點，授課過程中，教師應充分利用實驗室資源，選取具有代表性的實驗儀器帶入課堂展示，搭建光路，將理論知識具體化于實驗操作之中，寓教于行，充分幫助學生理解疑難知識。在信息光學的教學中后期，組織文獻閱讀匯報，以信息光學書本中某一點理論知識或應用實踐為切入點，引導學生完成相關文獻搜集、閱讀和匯報總結工作。在這過程中，學生自己獨立思考與討論，在相互交流之間拓寬知識面，完成對理論知識的思考與探究。

2.3 優(yōu)化考核模式

對于一門課程來說，考核是督促學生學習、檢驗學習效果的重要手段。教師課堂教學質量如何，學生通過本課程的學習對于本專業(yè)的基本理論和專業(yè)知識掌握多少，以及能否對這些理論知識加以運用，這都需要嚴格的課程考核才能檢驗出來。傳統(tǒng)的考核方式是筆試，但是筆試在很大程度上只能考核學生理論知識的掌握情況，學生的實踐能力與綜合素養(yǎng)無法考核。在本課程的教學過程中，主要采用考試與考查相結合的考核方式。對于課程理論基礎部分，安排有期中考試與期末考試來考核學生們對知識點的掌握情況，成績占比50%～60%。平時成績上，則充分利用在線大學網(wǎng)上教學平臺的優(yōu)勢，綜合學生平時學習時間、課后作業(yè)完成情況以及課上表現(xiàn)給予相應的平時成績。此外，文獻閱讀和匯報研討用于考核學生對本課程的綜合理解程度的形式，也計算在平時成績中。兩種考核方式結合，一方面鍛煉學生問題分析能力、報告撰寫能力和表達交流能力，另一方面使學生更深刻掌握本課程的基礎知識，解決專業(yè)問題的基本方法與專業(yè)技能。

這里，給出一次具體考核實例。筆試考核具體措施：期中考試采用開卷方式，只允許攜帶該課程指定教材，重點考核二維線性分析系統(tǒng)和標量衍射理論兩章內(nèi)容，成績占比20%；期末采用閉卷形式，對本學期所學內(nèi)容考察，期末閉卷考試對于總體檢驗學生學習成果來說是必要的，成績占比40%，不高的成績比例可以防止學生期末臨時抱佛腳情況的出現(xiàn)，也使學生們平日的學習更加投入。平時考查方式的具體措施：（1）通過學生小組文獻閱讀匯報形式完成。內(nèi)容可以圍繞信息光學的具體知識點展開，或通過閱讀文獻拓寬視野，增加對專業(yè)知識的理解及專業(yè)研究技能與方法的掌握，以此夯實專業(yè)知識掌握程度，成績占比10%。（2）課堂表現(xiàn)及在線大學上完成的課后作業(yè)及課堂上的章節(jié)測試成績，這里可以考查學生一學期的表現(xiàn)及督促學生平時的學習，并綜合了學生線上學習時間與效果和線下實體課堂表現(xiàn)，成績占比30%。這一考核模式，使得一學期的教學過程中將知識、能力和素養(yǎng)融為一體貫穿于整個信息光學課程中。將多種考核方式相互配合使用，從不同角度對學生進行訓練與檢測，進而促進學生綜合能力的提高。這種考核方式改變了傳統(tǒng)的期中、期末考試決定課程最終成績的舊模式，使得學生經(jīng)過這一階段的學習之后，能夠真正了解掌握信息光學的基本原理與專業(yè)知識，達到教與學的有機結合。

3 結語

綜上，筆者在信息光學課程的實踐教學方式中進行了探索和實踐。從優(yōu)化教學內(nèi)容、優(yōu)化教學模式和優(yōu)化考核模式出發(fā)，力求在專業(yè)課程教學中激發(fā)學生學習興趣、拓寬知識面、提高學生綜合素質和夯實專業(yè)基礎。并充分利用網(wǎng)絡教學平臺這一資源，改變傳統(tǒng)授課模式，使得學生更容易接觸到信息光學相關知識，并能夠利用有關計算工具和仿真軟件，學習和理解書本知識。在課程教學過程中，涉及線上、線下混合式教學模式，教學內(nèi)容與教研融合，引導學生主動探究光學專業(yè)領域的已知和未知，為培養(yǎng)出高素質應用型光電專業(yè)人才做出應有的貢獻。