岳慧敏　張行至　郭小偉　李琨　劉爽

摘 要：隨著教學改革的不斷深入開展，探究式教學模式越來越受到高等院校的重視。文章介紹了電子科技大學（以下簡稱“我?！保┕怆娦畔W院應用光學課程在探究式小班教學模式實踐中的具體措施，通過實際案例分析，指出了教師如何設計“恰到好處”的研討問題，最后給出了課程考核的改革方法，實踐表明課程的教學效果得到顯著提升。

一、應用光學課程背景

應用光學課程是以幾何光學為理論基礎，以光學系統(tǒng)中光的傳播、成像、光度學、色度學、像差、典型光學系統(tǒng)等為主要內(nèi)容的課程。應用光學是光學工程、儀器科學與技術(shù)、物理電子學等學科重要的技術(shù)基礎。我校該課程面向光電信息科學與工程專業(yè)本科生，屬于學科基礎課，為激光原理與技術(shù)、光電圖像處理、光電檢測技術(shù)、光電工程導論等專業(yè)課程的學習打好理論基礎。

我校光電信息科學與工程專業(yè)是國家級特色專業(yè)，是教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的學科專業(yè)，是以光通信與光電工程、信息顯示與光電技術(shù)、光電系統(tǒng)與信息處理技術(shù)等方向相互交叉滲透，以“光電信息+”為載體，以光、機、電、軟相互融合為特色的傳統(tǒng)而又新興的專業(yè)。我校應用光學課程為 3學分、48課時。應用光學課程作為學生最早接觸的專業(yè)基礎課程之一，在培養(yǎng)學生專業(yè)基本素養(yǎng)及基礎工程素質(zhì)方面具有重要作用。應用光學課程的目標為：①讓學生掌握光學系統(tǒng)成像的基本概念和理論，掌握光學系統(tǒng)設計的基本方法，了解現(xiàn)代光學系統(tǒng)的前沿應用技術(shù)，具備光學元件及系統(tǒng)的分析和設計能力；②在完成基本理論教學任務的同時，突出該課程的工程應用背景，將學生的眼光更多地引向工程實際，在對實際問題的分析與研討中培養(yǎng)學生學習與發(fā)展的能力和創(chuàng)造性解決工程問題的能力。

多年來，應用光學課程的教學過程中普遍存在以下兩個問題：①學生對如何運用專業(yè)知識解決實際工程問題感到困惑，缺乏這方面意識與能力。②傳統(tǒng)的考核方式過于單一，只注重考查學生是否掌握了知識點，忽略了對學生專業(yè)素養(yǎng)以及運用所學知識解決工程問題能力的考核。

隨著教學改革有條不紊地推進，各種各樣的教學模式呈“百花齊放”之勢。例如，浙江大學采用研究型教學將科研與教學緊密結(jié)合，實踐環(huán)節(jié)采用了科研模式和學生自我評價機制，課程的教學效果得到顯著的提升。南京郵電大學在實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的背景下，對應用光學課程進行了面向工程教育的教學改革，探索從傳統(tǒng)的知識傳授型教學向結(jié)合工程教育的研究型教學轉(zhuǎn)變的途徑。針對應用光學課程教學中教師、學生和企業(yè)三者之間不能實現(xiàn)資源有效共享的問題，武漢理工大學將產(chǎn)學研這一創(chuàng)新模式引入教學環(huán)節(jié)中。

隨著教學改革的不斷深入開展，探究式教學日益成為高等院校的重要教學方式。學生對于如何運用專業(yè)知識解決實際工程問題感到困惑，我們探索著將探究式小班教學模式引入應用光學課程的教學環(huán)節(jié)中。

二、應用光學課程探究式小班教學設計

應用光學課程內(nèi)容不僅具有理論性、專業(yè)性較強的特點，還具有工程應用背景，而教學過程中普遍存在的問題是：學生基礎理論知識掌握得較好，對于如何運用專業(yè)知識解決實際工程問題感到困惑。為此，我們將總課時的大約80%用于教師講授知識點，完成基本理論教學任務，約20%用于問題研討，通過在教學過程中精心設計一些面向工程應用的問題，組織學生分組研究并在課堂上進行研討，以培養(yǎng)學生從工程應用角度思考問題的意識和能力。在課程考核方式上，改變傳統(tǒng)的平時作業(yè)加期末考試的方式，強調(diào)過程考核，豐富考核方式，以便從知識點掌握、專業(yè)素養(yǎng)以及綜合解決工程問題能力等多方面考查學生的學習成果。電子科技大學光電信息學院2015～2017連續(xù)三年開展了應用光學課程探究式小班教學實踐工作。

三、應用光學課程探究式小班教學實踐

1.應用光學課程探究式小班教學實施方法

由于探究式教學耗時比較長，而應用光學課時比較少，所以我們應有效地選擇探究內(nèi)容，保證探究活動的有效進行?？紤]到教學過程中普遍存在的問題是：學生基礎理論知識掌握得較好，對于如何運用專業(yè)知識解決實際工程問題感到困惑，我們將總課時的約80%用于教師講授教學知識點，約20%用于探究，即40個課時完成基本理論教學任務，8個課時用于問題研討，在對實際工程問題的分析與研討中培養(yǎng)學生學習與發(fā)展的能力和創(chuàng)造性解決工程問題的能力?？紤]到我們設計的研討問題綜合性較高，我們在學期中和學期末各設置了4個課時進行研討。

我校應用光學探究式小班教學實施方法為：①教師會提前研討課至少兩個星期給出精心設計與挑選的工程問題。研討問題共分兩部分（分別對應學期中和學期末），每組從每部分選擇一個問題。②學生們自行分組，并選好自己感興趣的問題，課下查閱資料，提出解決問題的方案、方法，撰寫報告與PPT。 ③在研討課上，教師退居幕后讓學生作為主角，學生在研討課上作報告，闡述觀點、方案，其他小組學生提出問題或不同看法，通過討論、辯論的形式，加深對知識的理解。④教師對每組學生的工作做出點評，并針對學生的疑問進行解答。通過該舉措，學生從被動學習變成主動學習，從個別學習變?yōu)樾〗M學習，學生查閱資料提煉知識的能力，運用所學知識分析、解決工程問題的能力，撰寫文案闡述觀點的能力以及研討思辨的能力均可得到提升。

探究式教學的載體與核心是問題，學習活動是圍繞問題展開的。研討課問題設計的好壞就非常關鍵，直接影響學生參與研討的積極性和學生綜合能力的培養(yǎng)。問題若設計得巧妙、恰到好處，可以激起學生強烈的探究欲望。經(jīng)過三年的教學實踐，我們認為研討問題的設計需要特別注意以下幾點：

（1）問題應突出應用光學課程的工程應用特點?？紤]到應用光學課程內(nèi)容不僅具有理論性、專業(yè)性較強的特點，還具有工程應用背景，應用光學研討課問題應和工程實際密切結(jié)合，逐漸地培養(yǎng)學生從工程與實用的角度思考問題、解決問題的意識與能力。如 “結(jié)合本課程所學知識，設計一個手指靜脈識別系統(tǒng)的光學成像部分。闡述其中的光學原理；給出具體方案，并畫出結(jié)構(gòu)原理圖；計算可能涉及的元件尺寸；分析實際可能出現(xiàn)的問題，并提出相應的解決方案?！?，這一問題直接來源于實際工程。

（2）問題應具有一定的趣味性和可操作性，以便充分調(diào)動學生的興趣和積極性。如問題 “請分析‘貓眼的光學結(jié)構(gòu)及原理（為什么從室內(nèi)可以看清室外，而從室外看不清室內(nèi)？），如果要從室外通過貓眼看清室內(nèi)的情況，應該采用何種措施？如果要阻止從室外通過貓眼對室內(nèi)的窺視，又應該采用何種措施？”，“貓眼”和生活密切相關，具有一定的趣味性。

（3）問題應設置難度系數(shù)。問題的難易程度總會有些區(qū)別，為鼓勵學生挑戰(zhàn)較難、較復雜問題，設置難度系數(shù)，考核時也應考慮難度系數(shù)得分：難度系數(shù)*總分=最后得分。如問題 “聚光太陽能技術(shù)依據(jù)的原理是什么？試分析聚光太陽能電池表面的光照度和亮度”的難度系數(shù)設為1.0，而問題“使用Zemax進行雙高斯物鏡的設計，技術(shù)參數(shù)：焦距f '= 58 mm，相對孔徑為1∶2，視場為2ω = 40度 。要求物鏡本身校正球差、色差、場曲、像散?！钡碾y度系數(shù)設為1.1。這是因為利用Zemax軟件進行透鏡設計為學生自學內(nèi)容，屬于擴展知識范疇，需要學生花費較多的精力，因此難度更大一些。

（4）應建立問題庫，并持續(xù)更新。在我們的教學實踐中每年都要將研討問題根據(jù)學生的反饋進行修改，或增加新問題。如我們將2016年第五屆全國大學生光電設計大賽中的題目“單透鏡構(gòu)建的最佳成像系統(tǒng)，給出方案原理并進行理論分析。使用焦距為10～25mm 的 單個雙凸透鏡和指定型號CMOS攝像頭對 ISO12233標準測試卡成像。光路中可添加除透鏡外的任何其他學元件。測試卡分為左右兩部分，距離攝像頭的物前后相差 30cm，形成一定景深。測試卡到攝像頭的距離在 1～3m 之間”作為2016～2017學年的研討問題。當然對問題要求做了一定簡化，只是讓學生給出方案原理并進行相關的理論分析。

在研討課上，退居幕后的教師實際上是課堂的“主導”，全程引導著作為“主體”的學生，主要體現(xiàn)在以下幾點：①密切關注學生討論的全過程，對討論中出現(xiàn)的問題及時引導和調(diào)整；②善于發(fā)現(xiàn)學生的“奇思妙想”與“火花”，并及時鼓勵；③客觀全面點評學生?？傊杏懙哪康氖鞘箤W生在合作中探究，促進學生創(chuàng)造性思維的發(fā)展。

2.運用分數(shù)量化方法進行研討課過程評價

運用分數(shù)量化方法進行研討課過程評價可以提高學生的積極性。應用光學課程除研討課外，增加了課程設計環(huán)節(jié)。因此，除去傳統(tǒng)的作業(yè)加考試方式以外，應增加對研討課過程及課程設計的評分，全面考核學生的綜合能力。在我校的應用光學教學實踐中，各部分所占比例為：考勤5%+作業(yè)10%+課程設計10%+研討課15%+期末考試60%。若能請同課程組教師共同擔任研討課點評嘉賓，可更進一步提升研討課的質(zhì)量。在我們的教學實踐中，一般至少有兩名教師擔任點評嘉賓。

對于研討課過程的考核采取分數(shù)量化方法。在實踐中我們采用了教師評價加學生互評的方式，其中教師評價占90%，學生評價占10%。教師評分點包括：① 使用的原理是否正確？（30%）。②采用的方法是否正確？（30%）。③講述是否完整？（10%）。④講述是否流暢？（10%）。⑤ PPT制作是否美觀？（10%）教師的評價一定要客觀全面，不能打擊學生探究的積極性，同時能讓學生掌握科學有效的探究方法，為他們進一步深入探究打下堅實的基礎。

四、 結(jié)語

我們將總課時的80%用于教師講授知識點，完成基本理論教學任務，20%用于問題研討，通過在教學過程中精心設計一些面向工程應用的問題，組織學生分組研究并在課堂上進行研討。實踐表明，在完成了理論教學任務的同時，培養(yǎng)了學生從工程應用角度思考問題的意識，提升了學生解決工程問題的能力，課程的教學效果得到顯著的提升。

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