新工科背景下應(yīng)用光學(xué)課程教學(xué)改革探究

孫苗，胡麗，傅強，王燕飛，趙曉虎，蔣杉,王宇

（合肥師范學(xué)院，安徽合肥 230601）

新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[1]。2021 年4 月，習(xí)近平總書記在清華大學(xué)考察時強調(diào)：“要用好學(xué)科交叉融合的‘催化劑’，加強基礎(chǔ)學(xué)科培養(yǎng)能力，打破學(xué)科專業(yè)壁壘，對現(xiàn)有學(xué)科專業(yè)體系進行調(diào)整升級，瞄準科技前沿和關(guān)鍵領(lǐng)域，推進新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)，加快培養(yǎng)緊缺人才。”[2]光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是典型的新工科專業(yè)之一，是電子、光學(xué)、通信、計算機等多學(xué)科交叉融合的工科專業(yè)。應(yīng)用光學(xué)是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的必修課程，主要目標是讓學(xué)生掌握光學(xué)的基本概念、原理及典型的光學(xué)系統(tǒng)，利用光學(xué)設(shè)計軟件進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和像質(zhì)優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識分析和解決工程技術(shù)上常見光學(xué)問題的能力，并為學(xué)習(xí)光電子技術(shù)、信息光學(xué)等后續(xù)應(yīng)用性強的課程打下堅實的基礎(chǔ)[3]。該課程理論知識點較多，學(xué)習(xí)難度相對較大，在一定程度上影響了學(xué)習(xí)效果?；趹?yīng)用光學(xué)課程工程性較強、重要程度高及學(xué)習(xí)難度大等特點，本文對應(yīng)用光學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀進行分析，探索在新工科背景下對應(yīng)用光學(xué)課程教學(xué)進行改革，以期適應(yīng)時代和行業(yè)發(fā)展的需要，為增強學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力、提高光電信息科學(xué)與工程專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量提供課程教學(xué)保障。

1 應(yīng)用光學(xué)課程教學(xué)存在的主要問題

1.1 教學(xué)目標比較單一

傳統(tǒng)的應(yīng)用光學(xué)課程教學(xué)注重知識的傳授，忽視了對學(xué)生動手操作能力的培養(yǎng)。應(yīng)用光學(xué)課程作為光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程，通過對安徽省高校應(yīng)用光學(xué)課程教師的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)90%的教師在教學(xué)過程中重點講授幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識、光學(xué)系統(tǒng)成像的基本理論以及典型光學(xué)系統(tǒng)的基本原理，對學(xué)生基本理論的分析運用及解決實際問題能力的培養(yǎng)較少，且難以做到理論知識與實踐知識的有機融合，無法實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造有機結(jié)合的課程目標。此外，通過對應(yīng)用光學(xué)課程標準的研究，發(fā)現(xiàn)在教學(xué)目標設(shè)定、理論知識傳授與學(xué)生能力培養(yǎng)之間缺乏平衡，重理論、輕應(yīng)用，教學(xué)目標相對單一[4]。

1.2 教學(xué)內(nèi)容理論性強

通過研讀應(yīng)用光學(xué)的教學(xué)大綱，分析日常實際教學(xué)的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用光學(xué)主要講授幾何光學(xué)的基本定律與成像概念、理想光學(xué)系統(tǒng)、平面與平面系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制、光線的光路計算及像差理論、典型光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)評價等，上述內(nèi)容基礎(chǔ)知識點理論性較強，且概念較抽象，缺乏可以參考的實物，學(xué)生掌握相關(guān)知識點的難度較大。應(yīng)用光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容更新緩慢，目前采用的教材為2016 年8 月出版的《工程光學(xué)》第四版教材，教材相對較舊；此外，該課程的實驗教學(xué)內(nèi)容多為基礎(chǔ)性實驗，缺乏創(chuàng)新性、綜合性和設(shè)計性實驗，對知識點的應(yīng)用性和工程性的關(guān)注度不高，不利于學(xué)生實踐能力、動手操作能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.3 教學(xué)方法單一

教學(xué)方法是影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和決定教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。近幾年，雖然慕課、學(xué)習(xí)通、雨課堂等線上教學(xué)模式已經(jīng)廣泛運用到大學(xué)課程教學(xué)過程中，但由于應(yīng)用光學(xué)課程理論知識多、公式推導(dǎo)多、系統(tǒng)光路圖多，因此，多數(shù)教師授課仍以“講授+多媒體演示”為主，教學(xué)方法相對單一，屬于典型的教師主導(dǎo)式教學(xué)，學(xué)生被動接收理論知識[5]。另外，部分應(yīng)用光學(xué)課程教師采用學(xué)習(xí)通或騰訊會議等線上教學(xué)平臺進行授課，但由于線上教學(xué)的課堂信息量大、教學(xué)節(jié)奏快等特點，壓縮了學(xué)生理解知識時間，這要求學(xué)生必須注意力高度集中，快速理解知識點并加以運用，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，教學(xué)效果不理想[6]。

1.4 考核方式固化

考核方式是提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效果以及為學(xué)校提供評估服務(wù)的重要手段。當前，應(yīng)用光學(xué)課程考核多采用平時成績與期末成績相結(jié)合的方式，兩者權(quán)重比為4∶6。平時成績主要包括課堂出勤、課堂表現(xiàn)和課后作業(yè)，忽略了對課堂學(xué)習(xí)及課后復(fù)習(xí)質(zhì)量的考核評價，并且課堂表現(xiàn)打分教師的主觀性較強；此外，教師難以通過課后作業(yè)了解學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況[7]。期末成績主要以期末考試結(jié)果為主，注重應(yīng)試能力，考核目標單一，考核偏重結(jié)果，重課本輕實踐，重知識輕能力，重結(jié)果輕過程，這樣既不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成和分析綜合能力的培養(yǎng)，又不利于學(xué)生創(chuàng)新能力及動手能力的提高，最終影響新工科人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

1.5 課程思政融入不足

大學(xué)作為人才培養(yǎng)的重要基地，要堅持以德為先，課程是培養(yǎng)大學(xué)生品德的具體抓手，而思政教育則是品德培養(yǎng)的具體體現(xiàn)。當前，應(yīng)用光學(xué)課程的思政教育存在以下問題：（1）教師課程思政教學(xué)能力不足。多數(shù)教師難以有效地將應(yīng)用光學(xué)課程與思政教育進行緊密且生動地融合，致使學(xué)生興趣不高。（2）思政教育方法缺乏創(chuàng)新性與互動性。教師由于缺乏課程思政的教學(xué)能力，對課程思政所采取的教育方法仍是說教式的教育，缺乏創(chuàng)新性和互動性[8-9]。

2 應(yīng)用光學(xué)課程教學(xué)改革的對策

2.1 完善頂層教學(xué)目標設(shè)計，突出立德樹人目標

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是國家首批新工科建設(shè)的專業(yè)之一，應(yīng)將科技素養(yǎng)有機融入應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標中。構(gòu)建應(yīng)用光學(xué)課程的教學(xué)目標，要突出課程的應(yīng)用性，解決教學(xué)內(nèi)容與實際應(yīng)用融合欠佳、學(xué)生實踐能力匱乏、立德樹人培養(yǎng)目標不明確等問題，改變當前傳統(tǒng)課堂教學(xué)“重知識傳授、輕能力培養(yǎng)、弱課程思政”的現(xiàn)狀?；谏鲜鏊悸?，設(shè)計課程目標為：（1）知識目標：理解幾何光學(xué)的基本原理和定律、掌握光學(xué)系統(tǒng)成像的基本理論、典型光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，熟悉光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量評價方法。（2）能力目標：具備理論知識指導(dǎo)實驗設(shè)計的思維方式、動手操作創(chuàng)新的能力，以及利用理論知識分析和解決工程技術(shù)上常見光學(xué)問題的能力。（3）素質(zhì)目標：樹立社會主義核心價值觀，具備光電專業(yè)人才應(yīng)有的創(chuàng)新意識、獨立自主意識、社會責任感及使命感[10]。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，注重理論與實踐相結(jié)合

應(yīng)用光學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容主要為傳統(tǒng)的幾何光學(xué)，地方應(yīng)用型本科院校的光電信息科學(xué)與工程專業(yè)，在教學(xué)過程中應(yīng)突出應(yīng)用光學(xué)課程技術(shù)應(yīng)用性的特點，對教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化，既要注意傳授傳統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，又要突出應(yīng)用光學(xué)課程的應(yīng)用性，將課程的理論部分與光電信息工程的科研成果、工程應(yīng)用緊密結(jié)合，以工程實際問題出發(fā)探討基本的光學(xué)原理，實現(xiàn)基礎(chǔ)理論知識與具體實踐應(yīng)用的有機結(jié)合，以契合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。實驗教學(xué)方面，在教學(xué)過程中應(yīng)增加由物像放大率測目鏡焦距、測自組顯微鏡的放大率等實驗教學(xué)內(nèi)容，以此來培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際及動手操作的能力。在更新應(yīng)用光學(xué)新知識方面，應(yīng)通過引入最新的科研成果，向?qū)W生介紹國內(nèi)外的科技前沿，增加教學(xué)內(nèi)容的前沿性、先進性和應(yīng)用性；通過介紹和分析工程案例，加深學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解和掌握，培養(yǎng)解決實際工程問題的能力。

2.3 搭建線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式

在教學(xué)過程中，應(yīng)該發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，逐漸形成以學(xué)生為中心，教師引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式[11]。線上學(xué)習(xí)階段，將課程的重點和難點內(nèi)容錄制為短視頻，在學(xué)生學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時，督促學(xué)生觀看短視頻；線下傳授階段，教師采用講授、探究式、案例分析等教學(xué)方法結(jié)合的方式進行教學(xué)；結(jié)合具體理論知識，從光電信息工程的最新動態(tài)和工程應(yīng)用角度提出問題，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生，讓學(xué)生邊看、邊聽、邊思考、邊討論，并且增加小組討論、創(chuàng)新專題設(shè)計、翻轉(zhuǎn)課堂、課后專題答疑等教學(xué)形式；通過對學(xué)生分組、發(fā)布不同的課題內(nèi)容，各小組成員利用課堂時間和課下時間進行材料收集、知識點整理、小組討論、總結(jié)并推選代表上臺講解及答疑；在整個過程中，教師僅在必要的時候?qū)W(xué)生進行指導(dǎo)和引導(dǎo)，幫助學(xué)生理清思路，加深理解。線上提升階段，教師課后布置應(yīng)用性及拓展性作業(yè)，提升學(xué)生自主探究、合作學(xué)習(xí)的能力。該教學(xué)模式有助于教師從理論知識教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

2.4 健全考核評價方式，注重過程及實踐考核，降低期末考核比重

依據(jù)過程及實踐考核與結(jié)果考核同等重要的原則，結(jié)合學(xué)生線上線下學(xué)習(xí)情況，采用線上、線下混合的全過程考核方式，總成績由平時成績（占40%）、實驗成績（占15%）和期末成績（占45%）三部分構(gòu)成。其中，平時成績由課堂出勤（占10%）、課后作業(yè)（占15%）、單元測試（占30%）、分組討論（占20%）和創(chuàng)新專題設(shè)計（占25%）五部分構(gòu)成，平時成績中增加了章節(jié)的單元測試，以及分組討論和創(chuàng)新專題設(shè)計，以此來提升學(xué)生自主探究及合作學(xué)習(xí)的能力。通過單元測試，可以幫助教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，也可以有效地促使學(xué)生注重平時的學(xué)習(xí)和積累，及時復(fù)習(xí)每章的知識點，發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)，查缺補漏，避免了期末考試突擊學(xué)習(xí)的現(xiàn)象。課程突出實踐考核的重要性（比重為15%），重點考核學(xué)生儀器操作的正確性、團隊協(xié)作能力和數(shù)據(jù)處理的準確性，培養(yǎng)學(xué)生動手操作解決實際問題的能力。降低期末考核的比重是健全應(yīng)用光學(xué)考核評價方式的重要一環(huán)，期末考核主要以期末試卷考試的方式進行，占比45%。多樣化的考核方評價式能在一定程度上調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性以及激發(fā)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。

2.5 推動課程與思政教育深度融合

2020 年5 月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，提出：“全面推進課程思政建設(shè)是落實立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措?！盵12]因此，推動專業(yè)課程與思政教育深度融合已迫在眉睫。一方面，在應(yīng)用光學(xué)課程的教學(xué)過程中，教師結(jié)合課程特點和教學(xué)目標，挖掘思政元素，傳授專業(yè)知識的同時融入思政內(nèi)容，實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造的有機結(jié)合，達到立德樹人的目標。另一方面，應(yīng)用光學(xué)課程可以從家國情懷、協(xié)同合作等方面出發(fā)將課程思政融入專業(yè)知識點的教學(xué)中[13-14]，提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，幫助學(xué)生樹立正確的人生觀、世界觀和價值觀。例如，講授望遠鏡系統(tǒng)時介紹我國近年來在太空觀測領(lǐng)域取得的成就，分享中國工程院院士潘君驊的科研歷程，講述中國天眼的觀測成就。

3 結(jié)語

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是新工科建設(shè)的專業(yè)之一，培養(yǎng)與社會、企業(yè)需求接軌的應(yīng)用型人才，應(yīng)用光學(xué)作為光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生接觸的第一門專業(yè)課，具有非常重要的作用。本文針對應(yīng)用光學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標導(dǎo)向，對課程從教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核模式、課程思政融合等方面進行了改革探索和研究。完善頂層教學(xué)目標設(shè)計，突出人才培養(yǎng)立德樹人的目標；通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提高實踐教學(xué)的比重，實現(xiàn)理論知識與實踐能力的有機結(jié)合；搭建線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性；健全考核評價方式，注重過程及實踐考核，降低期末考核比重，減輕考試壓力；將課程思政融入專業(yè)知識點講解中，實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造的有機結(jié)合，實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)和立德樹人的目標。