“物理光學(xué)”一流課程建設(shè)探索與實(shí)踐

云茂金　劉眉潔　王進(jìn)　王美　邵渭泉　滕冰

關(guān)鍵詞 一流課程;課程思政;物理光學(xué)

課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。為此，教育部堅(jiān)持學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的理念和高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的標(biāo)準(zhǔn)，于2019年全面開展一流本科課程建設(shè)[2]。青島大學(xué)“物理光學(xué)”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)自2014年開始以應(yīng)用物理學(xué)國家級(jí)特色專業(yè)（現(xiàn)為國家級(jí)一流本科專業(yè)）、光電信息科學(xué)與工程省級(jí)品牌特色專業(yè)（現(xiàn)為省級(jí)一流本科專業(yè)）和國家級(jí)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心為平臺(tái)，以山東省重點(diǎn)教研項(xiàng)目為抓手，圍繞課程建設(shè)開展了一系列課程教學(xué)改革，在課堂教學(xué)傳授知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過融入光學(xué)領(lǐng)域的前沿研究成果，拓展光學(xué)向相關(guān)學(xué)科的交叉和延伸，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。這與當(dāng)前國家級(jí)一流本科課程“創(chuàng)新性、高階性、挑戰(zhàn)度”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，知識(shí)、能力、素質(zhì)三位一體的人才培養(yǎng)目標(biāo)完全吻合。在多年的課程建設(shè)過程中，“物理光學(xué)”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)取得了一定的階段性成果，如：2014年獲山東省高等教育省級(jí)教學(xué)成果三等獎(jiǎng)2項(xiàng)、2018年獲山東省高等教育省級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。在此基礎(chǔ)上，“物理光學(xué)”課程分別于2019年和2021年入選山東省首批一流本科課程和山東省課程思政示范課程、“物理光學(xué)”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2021年入選山東省課程思政示范教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

1 “物理光學(xué)”課程的基本情況及存在的問題

“物理光學(xué)”是面向物理科學(xué)學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)國家級(jí)一流本科專業(yè)、光電信息科學(xué)與工程省級(jí)一流本科專業(yè)等專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，主要從光的電磁場(chǎng)理論出發(fā)，研究光的本性、傳播及光與物質(zhì)的相互作用，是激光原理與技術(shù)、信息光學(xué)、光纖通信原理與技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)等課程的學(xué)科基礎(chǔ)[3-7]。此前，“物理光學(xué)”課程建設(shè)與國家級(jí)一流本科課程的建設(shè)思路基本一致，但在“創(chuàng)新性、高階性、挑戰(zhàn)度”的標(biāo)準(zhǔn)上存在一定的差距，在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式上存在諸多問題，如：

（1） “物理光學(xué)”課程既要培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)，又要培養(yǎng)其動(dòng)手能力，既要開闊其視野，又要拓展課程的深度，提高學(xué)業(yè)“挑戰(zhàn)度”，更要培養(yǎng)其自信，如何兼顧？

（2） 如何把教學(xué)的重點(diǎn)從單純的理論推導(dǎo)轉(zhuǎn)向培養(yǎng)靈活的思維能力上來，在提高“參與度”的前提下，提升興趣，激發(fā)求知欲，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的“創(chuàng)新性”、人才培養(yǎng)的“高階性”？

（3） “課程思政”是實(shí)現(xiàn)過程育人、全員育人的新要求[8，9]，“物理光學(xué)”課程在確保“兩性一度”的標(biāo)準(zhǔn)上，如何在教學(xué)中思考和挖掘相關(guān)知識(shí)內(nèi)容中的思政元素，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)與思政教育的統(tǒng)一？

無論是百年未有之大變局下的新發(fā)展格局，還是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命引發(fā)的深刻變革，都對(duì)新時(shí)代人才培養(yǎng)提出了新要求。為此，我們對(duì)“物理光學(xué)”課程的課程體系、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式進(jìn)行了全面深入的改革，并取得了顯著的成效，對(duì)同類課程的建設(shè)起到一定的示范和推廣作用。

2 “物理光學(xué)”一流課程建設(shè)的具體舉措及實(shí)施

傳統(tǒng)課堂存在著少、弱、多、悶等諸多弊端，師生互動(dòng)少，學(xué)生主動(dòng)思考少，老師滿堂灌，課堂氣氛沉悶，學(xué)生能力得不到有效的培養(yǎng)。為此“物理光學(xué)”課程團(tuán)隊(duì)以“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的理念對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行了全面深入的改革（見圖1），課程改革以學(xué)生發(fā)展為中心，以立德樹人為根本任務(wù)，在講授課本內(nèi)容的基礎(chǔ)上通過課程論文設(shè)計(jì)、以賽促學(xué)、學(xué)生參與授課等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)方式及內(nèi)容的“創(chuàng)新性”;通過參與科研項(xiàng)目、仿真計(jì)算、專題討論、融入前沿等環(huán)節(jié)提高學(xué)業(yè)“挑戰(zhàn)度”;通過高端學(xué)術(shù)講座和過程性考核，實(shí)現(xiàn)課程人才培養(yǎng)目標(biāo)的“高階性”;課程思政與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合，貫穿所有教學(xué)環(huán)節(jié)，起到有意無形、潤物無聲地育人作用。具體措施如下：

2.1 遵循“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)，重構(gòu)課堂教學(xué)內(nèi)容

基于國家級(jí)一流課程“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同專業(yè)需求以及課時(shí)設(shè)置情況，我們重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，開設(shè)了64學(xué)時(shí)（4學(xué)分）、48學(xué)時(shí)（3學(xué)分）兩個(gè)不同的課程設(shè)置。課程內(nèi)容突出光學(xué)基礎(chǔ)主干，通過光的干涉、衍射、偏振等基礎(chǔ)知識(shí)的進(jìn)階應(yīng)用，將量子光學(xué)、微納光子學(xué)、拓?fù)涔庾訉W(xué)等前沿知識(shí)融入到物理光學(xué)的教學(xué)中，視學(xué)時(shí)及基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況來拓展學(xué)習(xí)深度、提高課程內(nèi)容的挑戰(zhàn)度，使基礎(chǔ)知識(shí)重心上移、課程內(nèi)容深度由淺入深，最終實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的高階性、挑戰(zhàn)度（見圖2）。課堂上采用“雨課堂”等現(xiàn)代信息技術(shù)與課堂討論深度融合的“創(chuàng)新性”教學(xué)方式，考核中布置有“挑戰(zhàn)度”的課堂討論、課程論文、計(jì)算仿真等開放性作業(yè)，將知識(shí)、能力、素質(zhì)有機(jī)融合實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的“高階性”。

例如：課程論文拓展課程深度方面，我們讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)選擇課題、設(shè)計(jì)完成論文、并以答辯形式匯報(bào)，老師對(duì)每位成員進(jìn)行提問。這不僅鞏固基本知識(shí)、拓展深度，也激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的“高階性、挑戰(zhàn)度”。在該教學(xué)環(huán)節(jié)下，學(xué)生分析問題、解決問題的能力得以大大提升，多位本科生以第一作者在《實(shí)驗(yàn)室科學(xué)》、《OpticsExpress》等期刊發(fā)表高水平論文。

2.2 以學(xué)為中心，提高課堂參與度

無論是講授理論知識(shí)，還是課程思政，提高課堂效率的有效手段是提升參與度。為此，我們以學(xué)生發(fā)展為中心，開展以結(jié)果為導(dǎo)向的教學(xué)和以學(xué)評(píng)教的評(píng)價(jià)方式。結(jié)合所學(xué)知識(shí)，融入我國在光學(xué)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，通過課堂討論、課程論文、計(jì)算仿真等形式的開放性作業(yè)提高參與度。例如：講量子光學(xué)初步時(shí)，我們會(huì)介紹中國在量子光學(xué)領(lǐng)域的“墨子號(hào)”量子通信衛(wèi)星、量子計(jì)算機(jī)“九章”、量子成像（鬼成像）等舉世矚目的成就，鼓勵(lì)學(xué)生通過查閱資料，建立模型、對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行仿真，建立清晰的物理圖像。這不僅加深其對(duì)知識(shí)的理解、提高其仿真能力，還提高了課堂 “參與度”，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的“高階性、挑戰(zhàn)度”。經(jīng)過仿真模擬的鍛煉，不僅鞏固所學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，還使學(xué)生擁有很強(qiáng)的建模技能，多次在數(shù)學(xué)建模競賽中獲獎(jiǎng)。經(jīng)過課堂討論環(huán)節(jié)，學(xué)生的表達(dá)、總結(jié)、邏輯能力均得以提升，多位學(xué)生在全國以及山東省大學(xué)生教學(xué)技能大賽中獲獎(jiǎng)。

2.3 以賽促學(xué)、以賽促教，確?！案唠A性”

將“物理光學(xué)”課程和競賽有機(jī)結(jié)合，通過競賽使學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、創(chuàng)新能力、合作意識(shí)等綜合素質(zhì)得以提升，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的“高階性”。例如：在學(xué)習(xí)雙折射晶體的電光效應(yīng)之后，結(jié)合老師在透明壓電陶瓷材料方面的科研項(xiàng)目，指導(dǎo)學(xué)生自主開發(fā)了基于透明陶瓷的多功能電光調(diào)制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置在全國光電設(shè)計(jì)大賽中獲二等獎(jiǎng)。該舉措不僅使學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得以大大提升，還獲得多項(xiàng)國家發(fā)明專利與國家級(jí)競賽獎(jiǎng)勵(lì)。

2.4 注重過程性考核，彰顯課程挑戰(zhàn)度

注重過程性考核，通過課前評(píng)價(jià)引導(dǎo)問題診斷，課中評(píng)價(jià)引導(dǎo)策略調(diào)整，課后評(píng)價(jià)引導(dǎo)目標(biāo)重建，做到知識(shí)、能力、素質(zhì)并重。課程考核采用10%+10%+20%+60%的計(jì)分模式來綜合評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況（圖3），其中：課前預(yù)習(xí)、文獻(xiàn)調(diào)研占10%，課堂討論、平時(shí)作業(yè)占10%，建模仿真、課程論文占20%，期末考試60%。通過課堂討論、建模仿真和課程論文答辯等“創(chuàng)新性”教學(xué)環(huán)節(jié)，提升學(xué)業(yè)“挑戰(zhàn)度”，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的“高階性”，對(duì)客觀評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果和解決重突擊、輕平時(shí)的弊端起到了積極作用。

2.5 結(jié)合時(shí)代背景，融合課程思政，重構(gòu)育人理念

“物理光學(xué)”課程改革以學(xué)生發(fā)展為中心，以立德樹人為根本任務(wù)，結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，圍繞“為誰培養(yǎng)人，培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人”這一教育的根本問題，從物理光學(xué)基本知識(shí)的過去、現(xiàn)在和未來挖掘課程蘊(yùn)含的思政元素，合理設(shè)計(jì)思政教學(xué)切入點(diǎn)，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容和課程體系。如：講解光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)時(shí)，在講清其光學(xué)基本原理的前提下（過去），引出有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏射電望遠(yuǎn)鏡“天眼”（現(xiàn)在），并介紹其總設(shè)計(jì)師、“人民科學(xué)家”南仁東的光輝事跡。通過這一事例，老師既要把基礎(chǔ)知識(shí)與學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)和社會(huì)發(fā)展需求緊密聯(lián)系起來，契合 “創(chuàng)新性、高階性、挑戰(zhàn)度”的課程標(biāo)準(zhǔn)，還要用心把科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)事業(yè)所蘊(yùn)含的道理講深、講透、講活，讓學(xué)生用心領(lǐng)悟，達(dá)到溝通心靈、啟智潤心、激揚(yáng)斗志的目的。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生思考屢被“卡脖子”的光刻機(jī)等未來的事情，使學(xué)生站在民族發(fā)展的高度進(jìn)行自我規(guī)劃。由此將物理光學(xué)基本知識(shí)、技術(shù)的傳授與社會(huì)主義核心價(jià)值觀相融合，在講授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)潤物無聲地將知識(shí)傳授、價(jià)值塑造和能力培養(yǎng)三者融為一體，踐行為黨育新人，為國育良才的使命。

3 “物理光學(xué)”課程建設(shè)成效

多年來，“物理光學(xué)”課程團(tuán)隊(duì)秉承“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的理念，實(shí)現(xiàn)了從“以教為中心”到“以學(xué)為中心”的轉(zhuǎn)變，教學(xué)內(nèi)容及方式具備了一定的“創(chuàng)新性”，學(xué)業(yè)“挑戰(zhàn)度”得到合理提升，實(shí)現(xiàn)了人才培養(yǎng)的“高階性”。團(tuán)隊(duì)成員圍繞課程建設(shè)獲批“物理光學(xué)”省級(jí)一流課程、“物理光學(xué)”省級(jí)課程思政示范課程、獲山東省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。多名本科生圍繞光學(xué)領(lǐng)域相關(guān)研究以第一作者發(fā)表高水平論文，在全國大學(xué)生光電競賽、山東省物理創(chuàng)新大賽及山東省光電競賽中獲多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、創(chuàng)新能力、合作意識(shí)等綜合素質(zhì)得以提升。

4 結(jié)語

課程作為高校人才培養(yǎng)體系中的最基本單元，是高校立德樹人的重要載體，是專業(yè)建設(shè)的核心要素[10]。建設(shè)中國特色、世界水平的一流本科課程體系，直接關(guān)系著為黨育人、為國育才的使命和人才培養(yǎng)質(zhì)量的高低及成效。近年來，“物理光學(xué)”課程團(tuán)隊(duì)秉承“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的理念，實(shí)現(xiàn)了從“以教為中心”到“以學(xué)為中心”的轉(zhuǎn)變，教學(xué)內(nèi)容及方式具備了一定的“創(chuàng)新性”，學(xué)業(yè)“挑戰(zhàn)度”得到合理提升，人才培養(yǎng)的“高階性”得以實(shí)現(xiàn)。