張巍 宋寶安 徐培鵬 戴世勛 聶秋華

摘? 要：文章以寧波大學(xué)光電信息工程專業(yè)《應(yīng)用光學(xué)》課程課堂教學(xué)為例，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等幾個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革探索。通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、基于OBE模式進(jìn)行“逆向思維教學(xué)法”嘗試、以及引入單元測試和課堂小組討論講解的環(huán)節(jié)，充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，獲得了良好的教學(xué)改革效果。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用光學(xué); 教學(xué)改革; OBE

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）03-0085-03

Abstract： In this paper， the teaching of applied optics， a course of optoelectronic information engineering in Ningbo University， is taken as an example. By adjusting the teaching content， trying to "reverse thinking teaching method" based on OBE model， and introducing unit tests and group discussion， students' learning initiative and enthusiasm are fully aroused， and good teaching reform effect was achieved.

Keywords： applied optics; teaching reform; OBE

前言

《應(yīng)用光學(xué)》是高等學(xué)校光電信息工程、光學(xué)儀器等相關(guān)本科專業(yè)的基礎(chǔ)專業(yè)課，也是光學(xué)工程相關(guān)專業(yè)的考研專業(yè)課，在光電相關(guān)專業(yè)的課程體系中占有重要地位[1-6]。寧波大學(xué)光電信息工程專業(yè)2011年建立，2012年招收第一批學(xué)生，《應(yīng)用光學(xué)》課程安排在二年級授課，是寧波大學(xué)光電信息工程專業(yè)學(xué)生最早接觸的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)基本素養(yǎng)及基礎(chǔ)工程素質(zhì)方面具有重要作用。該課程主要由幾何光學(xué)、像差理論和光學(xué)設(shè)計(jì)三大部分組成，從幾何光學(xué)基本定律出發(fā)，研究物體在不同系統(tǒng)中的成像特性、光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制，學(xué)習(xí)光學(xué)系統(tǒng)的幾何像差以及典型的光學(xué)系統(tǒng)。該課程所涉及的知識面廣，學(xué)生通過《應(yīng)用光學(xué)》課程的學(xué)習(xí)，一方面要了解幾何光學(xué)的基本概念和理論，掌握光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)的成像特征，另一方面更要具備通過運(yùn)用所學(xué)的知識進(jìn)行分析和解決日常生活以及實(shí)際工程技術(shù)上常見光學(xué)問題的能力。

一、《應(yīng)用光學(xué)》課程特點(diǎn)及現(xiàn)存教學(xué)問題

通過幾年的教學(xué)工作，我們發(fā)現(xiàn)《應(yīng)用光學(xué)》這門課程具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，定義多、概念抽象，容易混淆和遺忘。課程中有不少概念抽象深?yuàn)W，又沒有實(shí)物進(jìn)行參考，需要發(fā)揮學(xué)生的空間想象力，比如光束限制部分，對于孔徑光闌、視場光闌、漸暈光闌的概念，學(xué)生普遍認(rèn)為很難理解;再例如像差部分，學(xué)生很容易將幾種像差的概念混淆在一起。第二，公式繁多，推導(dǎo)復(fù)雜。課程中有大量的公式推導(dǎo)和計(jì)算，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)提出了較高的要求，并且隨著課程學(xué)習(xí)的深入，遇到的公式越來越多，公式之間既有聯(lián)系又有區(qū)別，容易造成混亂。第三，教學(xué)內(nèi)容多，要求學(xué)生不能簡單地死記硬背，需要?jiǎng)討B(tài)的看待所學(xué)的知識，前后聯(lián)系，融會貫通，這樣才能真正掌握所學(xué)的知識，并為我所用。

同時(shí)，在教學(xué)過程中，我們也發(fā)現(xiàn)寧波大學(xué)光電信息工程專業(yè)的《應(yīng)用光學(xué)》課程課堂教學(xué)存在以下問題：首先，教學(xué)內(nèi)容方面，《應(yīng)用光學(xué)》涉及的內(nèi)容較多較雜，要在76課時(shí)教學(xué)時(shí)間（59課堂教學(xué)+17實(shí)驗(yàn)）內(nèi)完成從簡單的球面系統(tǒng)、平面系統(tǒng)到典型光學(xué)系統(tǒng)的過渡，再加上光能及其傳播計(jì)算、光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量等內(nèi)容，是一個(gè)比較大的挑戰(zhàn);如何突出課程重點(diǎn)內(nèi)容，明確教學(xué)目標(biāo)，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，適當(dāng)減少公式的推導(dǎo)，也是一個(gè)需要解決的問題。其次，教學(xué)方法方面，之前教學(xué)過程中仍然采用以教師講解知識，學(xué)生被動(dòng)的接受知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，忽略了對學(xué)生邏輯思維能力和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng);課堂上缺乏師生之間有效的雙向互動(dòng)環(huán)節(jié)，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀積極性。第三，考核方式方面，期末總成績由平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績和期末考試卷面成績?nèi)糠纸M成，三部分的比例權(quán)重存在不平衡的現(xiàn)象，其中期末試卷成績占比過大;此外，使用的考核機(jī)制過于單一，無法對學(xué)生各個(gè)階段學(xué)習(xí)效果進(jìn)行系統(tǒng)的衡量，其中平時(shí)成績主要以作業(yè)完成情況和課堂點(diǎn)名為主，作業(yè)抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，雷同答案較多，既無法真正體現(xiàn)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的狀況，也無法體現(xiàn)公平的平時(shí)成績考核結(jié)果。

針對以上提出的《應(yīng)用光學(xué)》課程教學(xué)過程中出現(xiàn)幾個(gè)問題，在寧波大學(xué)教研項(xiàng)目支持下，我們在《應(yīng)用光學(xué)》課堂教學(xué)中嘗試了一系列改革措施，旨在改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提升課程的教學(xué)效果。

二、《應(yīng)用光學(xué)》課堂教學(xué)改革實(shí)施方案

（一）教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

課程教材選用浙江大學(xué)出版社的《幾何光學(xué)·像差·光學(xué)設(shè)計(jì)》（第三版），根據(jù)教學(xué)大綱的要求，將《應(yīng)用光學(xué)》課程內(nèi)容劃分為三大模塊，分別為：1. 光學(xué)零件模塊，主要講解透鏡、平面鏡、棱鏡、平行平板等。2. 像差模塊，以光學(xué)系統(tǒng)中光束的限制為基礎(chǔ)，引出球差、彗差、像散、相面彎曲和畸變，以及復(fù)色光成像所得的位置色差和倍率色差。3. 典型光學(xué)系統(tǒng)模塊，包括望遠(yuǎn)系統(tǒng)、顯微系統(tǒng)、照相系統(tǒng)、投影系統(tǒng)，介紹這幾種成像系統(tǒng)各自的特點(diǎn)，是對前面所學(xué)內(nèi)容的綜合和應(yīng)用。這三大模塊前后呼應(yīng)，相互關(guān)聯(lián)，形成了一個(gè)有機(jī)的整體。在實(shí)際課堂教學(xué)過程中，我們對教材章節(jié)順序進(jìn)行了調(diào)整，由幾何光學(xué)的基本概念和基本定律開始講解，通過球面和球面系統(tǒng)、平面和平面系統(tǒng)引入理想光學(xué)系統(tǒng)，然后介紹光能及其傳播計(jì)算，接著再進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)中光束的限制一章，并銜接典型光學(xué)系統(tǒng)模塊，最后再進(jìn)行像差模塊學(xué)習(xí)。教學(xué)中將像差模塊和典型光學(xué)系統(tǒng)模塊順序調(diào)換，主要是因?yàn)榈湫凸鈱W(xué)系統(tǒng)模塊內(nèi)容與前面的光學(xué)零件模塊聯(lián)系更加緊密，可以把典型光學(xué)系統(tǒng)看作是光學(xué)零件的組合和延伸，這樣的安排能夠在復(fù)習(xí)前面學(xué)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上自然引出復(fù)雜的典型光學(xué)系統(tǒng)，做到“溫故而知新”，前后內(nèi)容連貫。此外，由于寧波大學(xué)光電信息工程專業(yè)后續(xù)開設(shè)有光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真相關(guān)課程，為了避免內(nèi)容上的重疊，因此在《應(yīng)用光學(xué)》課程中刪除了光線追跡、光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量評價(jià)等內(nèi)容，改在后續(xù)相關(guān)課程中進(jìn)行講授。最后，在總教學(xué)課時(shí)不變的情況下，我們減少了光能及其傳播計(jì)算這一章的授課時(shí)長，并削弱了考試對這一章的要求;同時(shí)在期中和期末增加了兩次課堂討論、學(xué)生課堂講解的環(huán)節(jié)，這樣做可以進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，對培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力有一定的幫助。

（二）課堂教學(xué)方法改革

最近幾年，一種基于成果導(dǎo)向的教學(xué)模式（Outcome-Based Education，簡稱 OBE）在國內(nèi)眾多高校的專業(yè)教育中得到了廣泛的應(yīng)用[7]。這種教學(xué)模式是以預(yù)習(xí)產(chǎn)出為中心組織實(shí)施和評價(jià)的教育結(jié)構(gòu)模式，更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用和創(chuàng)新能力[4]。在這種教學(xué)理念下，教師不再是課上的講解者，而是學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)者，更加注重學(xué)生預(yù)期學(xué)習(xí)成果的達(dá)成。

基于OBE的教學(xué)模式和寧波大學(xué)光電信息工程專業(yè)學(xué)生實(shí)際情況，我們在授課過程中嘗試了“逆向思維教學(xué)法”?！澳嫦蛩季S教學(xué)法”是一種與OBE的教學(xué)模式相契合的教學(xué)方法，它遵循的原則是：首先明確教學(xué)目標(biāo)，以教學(xué)目標(biāo)成為課程設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)與出發(fā)點(diǎn)，再通過這個(gè)先期明確的教學(xué)目標(biāo)，選擇課程材料，使課程內(nèi)容得以成形，學(xué)習(xí)知識的過程得以發(fā)展，課程的評價(jià)工作得以準(zhǔn)備。應(yīng)用到《應(yīng)用光學(xué)》課堂教學(xué)改革中，以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)。這就要求教師不能簡單地作為講解者來灌輸教學(xué)內(nèi)容，而是從應(yīng)用光學(xué)最新動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢角度去引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生思考，教師從“教”學(xué)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩?dǎo)”學(xué)為主，并增加課后專題答疑、小組討論等教學(xué)形式，讓學(xué)生不單單是被動(dòng)地接受教師講解的知識內(nèi)容，而是能更主動(dòng)地參與到課程教學(xué)過程中，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，以促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

在教學(xué)改革實(shí)踐過程中，以小組討論為例，課前教師會將學(xué)生以3-4人為一組分成若干小組，每組選出一名組長，然后向不同的小組成員發(fā)布不同的課題內(nèi)容，讓每個(gè)小組利用課余時(shí)間進(jìn)行材料搜集，并結(jié)合課本上的知識點(diǎn)進(jìn)行整理，通過課堂時(shí)間進(jìn)行小組討論和總結(jié)，并指派代表上臺講解。實(shí)際操作過程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生會利用自己所學(xué)的知識，對教師所提出的問題進(jìn)行充分的文獻(xiàn)調(diào)研，并通過小組成員之間的溝通與交流，將各自的意見和觀點(diǎn)融會在一起，形成一個(gè)相對完整的答案，最后每組選一名代表上臺，闡述小組成員對所提出問題的看法和見解。同時(shí)，臺下的同學(xué)在聽完臺上同學(xué)講解之后，可以現(xiàn)場提問，也可以對臺上同學(xué)所做的解答進(jìn)行補(bǔ)充，雙方你來我往交換意見，深入地探討相關(guān)的知識，教師在整個(gè)過程中作為旁觀者和引導(dǎo)者，在必要的時(shí)候?qū)W(xué)生討論的內(nèi)容進(jìn)行指點(diǎn)和引導(dǎo)，使學(xué)生對相關(guān)知識的脈絡(luò)更加清晰，理解也更加深刻。這種讓學(xué)生參與到授課過程中的教學(xué)模式，讓學(xué)生可以更快、更深的理解和掌握課程的內(nèi)容，并提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，相比于傳統(tǒng)的教師填鴨式講解、學(xué)生被動(dòng)接受的教學(xué)方式，這種方式更加靈活、高效，同時(shí)也能活躍課堂氣氛，營造更好的學(xué)習(xí)氛圍。

（三）考核評價(jià)方式調(diào)整

在長期盛行的傳統(tǒng)考核方式中，期末試卷成績占主導(dǎo)地位，具有“一考定乾坤”的現(xiàn)象。很多學(xué)生平時(shí)不注重知識積累和消化，往往在期末考試前臨時(shí)抱佛腳，只是為了應(yīng)付期末考試，期望期末考卷能夠“六十分萬歲”。這樣做法沒有辦法對學(xué)生在各個(gè)不同階段的學(xué)習(xí)進(jìn)行均衡化的評價(jià)，也無法對不同階段出現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行查缺補(bǔ)漏。為了更全面客觀地評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，把學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力作為考核學(xué)生是否優(yōu)秀的重要指標(biāo)，我們減少了傳統(tǒng)期末卷面成績所占比重，在總成績考核中期末考試成績、實(shí)驗(yàn)成績和平時(shí)成績分別占50%、30%和20%。在考核內(nèi)容中除了增加前面提到的分組課堂討論和上臺講解之外，還增加了每章的單元測試作為平時(shí)成績的一個(gè)重要部分，這樣避免了傳統(tǒng)評價(jià)方式中的平時(shí)成績僅僅依靠點(diǎn)名和作業(yè)成績的做法，可以相對更公平地衡量學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)效果。

教學(xué)改革實(shí)踐中的單元測試，是在每一章學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)束后，利用課堂上抽出的20分鐘時(shí)間進(jìn)行這一章的測試，測試內(nèi)容為該章主要知識點(diǎn)，以選擇、填空題為主，有少量畫圖、計(jì)算題。測試完畢當(dāng)堂進(jìn)行答案講解和同學(xué)之間互相批閱。通過這樣的測試形式，一方面可以讓教師掌握學(xué)生在這一段時(shí)間內(nèi)的學(xué)習(xí)效果，另一方面也讓學(xué)生對每章內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)的復(fù)習(xí)，避免期末時(shí)集中突擊的現(xiàn)象，同時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生從注重考試結(jié)果向注重學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)變，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。根據(jù)學(xué)生課后的反饋，進(jìn)行章節(jié)單元測驗(yàn)可以讓他們更清楚地認(rèn)識到每一章所學(xué)知識重點(diǎn)和難點(diǎn)，更加了解自己學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行有針對性的復(fù)習(xí)，做到有的放矢，有利于提高學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)效率。

三、結(jié)束語

本文針對寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院光電信息工程專業(yè)的實(shí)際情況，借鑒了國內(nèi)其他高校應(yīng)用光學(xué)課程教學(xué)改革的一些經(jīng)驗(yàn)，以《應(yīng)用光學(xué)》課程為例，認(rèn)真研讀該專業(yè)的培養(yǎng)方案和《應(yīng)用光學(xué)》課程教學(xué)大綱，優(yōu)化《應(yīng)用光學(xué)》課程的教學(xué)內(nèi)容;以O(shè)BE理念為基礎(chǔ)，改革課堂教學(xué)方法，引入“逆向思維教學(xué)法”，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性;通過考核評價(jià)方式調(diào)整，增加階段性單元測試，更加注重學(xué)習(xí)過程的考察。通過兩學(xué)年時(shí)間的課堂教學(xué)改革探索，學(xué)生反饋對這門課程所傳授知識有了更深入理解，學(xué)生期末總評平均分由教學(xué)改革之前兩年的74.9分和75.3分提高到80.4分和83.7分，充分說明了改革后的課堂教學(xué)效果顯著。同時(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力也得到了充分的鍛煉和提高，學(xué)習(xí)熱情得到了激發(fā)，學(xué)生真正融入到課堂教學(xué)中，平時(shí)就開始注重知識積累和儲備，而不是臨考試前再突擊復(fù)習(xí)，明顯提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)效果。

當(dāng)然，《應(yīng)用光學(xué)》課程教學(xué)中還存在其他的問題，在今后的教學(xué)工作中，仍需要保持原有好的教學(xué)方法和教學(xué)思路，同時(shí)繼續(xù)改進(jìn)課堂教學(xué)方法，并通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)一步發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生綜合能力培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]許嘉文，程湘愛，鐘海榮.“應(yīng)用光學(xué)”課程教學(xué)模式的思考與建議[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2016（1）：115-120.

[2]官邦貴，何恩節(jié)，秦炎福，等.《工程光學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化與教學(xué)模式改革的研究[J].價(jià)值工程，2017，36（1）：160-162.

[3]楊磊，蔡懷宇，呂且妮，等.天津大學(xué)《工程光學(xué)》“慕課”教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2017（16）：143-145.

[4]邊心田，陳貴賓.基于OBE理念的應(yīng)用光學(xué)課程改革與實(shí)踐[J].高教學(xué)刊，2017（18）：125-127.

[5]張燕飛.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的工程光學(xué)課程教學(xué)改革研究——以黃山學(xué)院為例[J].科教導(dǎo)刊，2019（1）：51-53.

[6]黃富瑜，周冰，劉秉琦，等.“應(yīng)用光學(xué)”課程教學(xué)改革初探[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2017（39）：49-51.

[7]邊心田，陳貴賓.成果導(dǎo)向教育（OBE）理念下的應(yīng)用光學(xué)課程改革[J].高教學(xué)刊，2019（7）：113-115.