張桂菊 崔元昊

（蘇州大學(xué)光電信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215006）

0 引言

眾所周知，光學(xué)是一門古老而年輕的學(xué)科，是物理學(xué)中最重要的基礎(chǔ)學(xué)科，以激光技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代光學(xué)是目前發(fā)展最迅速和最活躍的現(xiàn)代科學(xué)研究前沿之一。隨著科技的進(jìn)步，光學(xué)在計算機(jī)、通信、信息處理等領(lǐng)域都有著愈發(fā)重要的作用，因此，掌握光學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識無論對學(xué)生就業(yè)或是進(jìn)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(shè)了“應(yīng)用光學(xué)”“物理光學(xué)”“信息光學(xué)”“半導(dǎo)體物理”和“激光原理”等光學(xué)專業(yè)類課程，這些課程相互交叉、相互滲透和相互促進(jìn)的發(fā)展?！皯?yīng)用光學(xué)”和“物理光學(xué)”主要涉及經(jīng)典光學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容，是學(xué)習(xí)近現(xiàn)代光學(xué)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，而激光的誕生促進(jìn)了“信息光學(xué)”這一學(xué)科的誕生與發(fā)展。

蘇州大學(xué)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是江蘇省一流本科建設(shè)專業(yè)，依托國家級重點(diǎn)學(xué)科和優(yōu)勢學(xué)科光學(xué)工程而建設(shè)。該專業(yè)以光通信與光電技術(shù)、光電系統(tǒng)與信息處理技術(shù)等方向?yàn)橹鞑⑾嗷ソ徊鏉B透，也是以光學(xué)、電子學(xué)等學(xué)科相互融合為特色的傳統(tǒng)而新興的專業(yè)。信息光學(xué)屬于該專業(yè)本科生的必修專業(yè)課程，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)基本素養(yǎng)與基礎(chǔ)工程素質(zhì)方面起著舉足輕重的作用。課程設(shè)置主要目標(biāo)：通過教與學(xué)讓本專業(yè)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生掌握光學(xué)系統(tǒng)可以看作一個二維線性空不變系統(tǒng)進(jìn)行分析，涉及信息光學(xué)中非初等函數(shù)及卷積和相關(guān)等數(shù)學(xué)運(yùn)算、線性系統(tǒng)的分析方法、二維傅里葉變換與抽樣定理、運(yùn)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(yīng)用方面講解：光學(xué)全息技術(shù)和現(xiàn)代光學(xué)信息處理等。針對本課程內(nèi)容豐富、概念抽象、理論性較強(qiáng)的特點(diǎn)，筆者結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出幾點(diǎn)心得與大家一起探討。

1 信息光學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

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

1.1 傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容與模式單一

本科階段開設(shè)的信息光學(xué)，被教師和學(xué)生普遍認(rèn)為是一門難度較大的專業(yè)課程。學(xué)信息光學(xué)中，存在大量的計算與推導(dǎo)，以及看似很復(fù)雜的理論公式，教師在開展教學(xué)活動時會不經(jīng)意的出現(xiàn)過度注重公式推導(dǎo)的情況。而學(xué)生的數(shù)學(xué)與物理基礎(chǔ)水平參差不齊，大量復(fù)雜的積分公式與數(shù)學(xué)推導(dǎo)勢必會導(dǎo)致學(xué)生對相關(guān)公式理論的本質(zhì)缺乏理解，進(jìn)而失去學(xué)習(xí)興趣與信心。信息光學(xué)是一門應(yīng)用技術(shù)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(shí)際應(yīng)用相結(jié)合起來的情況。教學(xué)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(jī)必須要帶入課堂，這使得學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中玩手機(jī)的現(xiàn)象較嚴(yán)重，這種情況下教師過度注重理論講授勢必會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不足，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)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(xué)生會在期末考試前臨時抱佛腳，搞突擊，死記硬背蒙混過關(guān)，想靠著期末考試的高成績占比來達(dá)到課程及格標(biāo)準(zhǔn)，考試之后卻什么也沒有學(xué)到，這違背了教學(xué)的初衷。另外，過高的筆試成績占比還會導(dǎo)致學(xué)生重理論知識而忽視將理論結(jié)合實(shí)際，即使在開展的信息光學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程中，也會忽視實(shí)驗(yàn)基本原理，按部就班的機(jī)械操作及對實(shí)驗(yàn)持敷衍了事態(tài)度。例如，傅里葉變換全息存儲實(shí)驗(yàn)中，很多同學(xué)做出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻不知道實(shí)驗(yàn)原理，導(dǎo)致了不會觀察其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。同樣亦是，只知原理知識而不能將其結(jié)合到具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中。

2 課程建設(shè)分析與思考

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

高等學(xué)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(biāo)，教學(xué)是實(shí)現(xiàn)其職能的基本途徑，始終是高校工作的重心。目前，光學(xué)課程的教學(xué)大多偏重理論教學(xué)，對于知識的應(yīng)用性與工程性的關(guān)注偏少，理論未能充分聯(lián)系實(shí)際，在教學(xué)之中不自覺地存在“重理論基礎(chǔ)，輕工程應(yīng)用”的傾向，這不利于培養(yǎng)高綜合素質(zhì)學(xué)生。在信息光學(xué)的教學(xué)過程中，單純通過理論授課使學(xué)生充分理解基礎(chǔ)知識概念是相當(dāng)困難的。考慮到本課程內(nèi)容豐富、理論性強(qiáng)和概念抽象的特點(diǎn)，并調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，筆者在開學(xué)第一課安排了光學(xué)發(fā)展史講述環(huán)節(jié)，詳細(xì)介紹信息光學(xué)發(fā)展史中的幾件大事：1947年用于像質(zhì)評價的光學(xué)傳遞函數(shù)建立、1948年全息術(shù)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(xué)的發(fā)展做出的貢獻(xiàn)，以及為了昭示真理所做出的斗爭。例如，以大科學(xué)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(xué)生認(rèn)識到在科學(xué)面前，再大的名氣都毫無用處，科學(xué)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(shí)實(shí)用科學(xué)的態(tài)度來對待科學(xué)，借此養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

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

2.2 優(yōu)化教學(xué)模式

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)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(xué)平臺優(yōu)勢，進(jìn)行網(wǎng)上課程資源整合與利用，并多次進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的混合教學(xué)模式改革實(shí)踐。在線大學(xué)課程資源主要有三大功能模塊：自主學(xué)習(xí)模塊、學(xué)情分析模塊和作業(yè)考試模塊。自主學(xué)習(xí)模塊中，上傳了與本課程相關(guān)的講座視頻、授課PPT、訓(xùn)練題庫、知識圖譜、課外文獻(xiàn)與補(bǔ)充學(xué)習(xí)資料，學(xué)生可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行選擇性地學(xué)習(xí)。學(xué)情分析模塊中，充分利用了大數(shù)據(jù)的功能，在學(xué)情數(shù)據(jù)里可以看到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，學(xué)習(xí)進(jìn)度跟蹤，幫助教師了解和關(guān)注學(xué)生平時的學(xué)習(xí)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(xué)生能夠進(jìn)一步鞏固課程所學(xué)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(chǔ)、較為重要的知識點(diǎn)，在課堂教學(xué)中要保證充分調(diào)動學(xué)生的積極性，鼓勵學(xué)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(shè)優(yōu)勢，將工具類課程（如Matlab科學(xué)計算與工程應(yīng)用）與光學(xué)專業(yè)課有機(jī)結(jié)合學(xué)習(xí)。例如，信息光學(xué)中重要的卷積概念，在教學(xué)中可應(yīng)用Matlab軟件來模擬卷積過程。這有利于學(xué)生充分理解卷積的物理意義，同時也能夠加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用Matlab軟件分析與解決問題的能力，這對于學(xué)生后期的畢業(yè)論文設(shè)計、畢業(yè)實(shí)習(xí)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(xué)生聽講，而是采用互動課堂的形式，基礎(chǔ)知識教學(xué)與課上問答相輔相成，這能夠有效地提升學(xué)生聽課效率，及時鞏固聽課成果。對于一些學(xué)生初次接觸或認(rèn)為“晦澀難懂”的概念，單靠授課講解學(xué)生很難理解知識點(diǎn)，授課過程中，教師應(yīng)充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，選取具有代表性的實(shí)驗(yàn)儀器帶入課堂展示，搭建光路，將理論知識具體化于實(shí)驗(yàn)操作之中，寓教于行，充分幫助學(xué)生理解疑難知識。在信息光學(xué)的教學(xué)中后期，組織文獻(xiàn)閱讀匯報，以信息光學(xué)書本中某一點(diǎn)理論知識或應(yīng)用實(shí)踐為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生完成相關(guān)文獻(xiàn)搜集、閱讀和匯報總結(jié)工作。在這過程中，學(xué)生自己獨(dú)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(xué)生學(xué)習(xí)、檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的重要手段。教師課堂教學(xué)質(zhì)量如何，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)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(yùn)用，這都需要嚴(yán)格的課程考核才能檢驗(yàn)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(xué)生理論知識的掌握情況，學(xué)生的實(shí)踐能力與綜合素養(yǎng)無法考核。在本課程的教學(xué)過程中，主要采用考試與考查相結(jié)合的考核方式。對于課程理論基礎(chǔ)部分，安排有期中考試與期末考試來考核學(xué)生們對知識點(diǎn)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(xué)網(wǎng)上教學(xué)平臺的優(yōu)勢，綜合學(xué)生平時學(xué)習(xí)時間、課后作業(yè)完成情況以及課上表現(xiàn)給予相應(yīng)的平時成績。此外，文獻(xiàn)閱讀和匯報研討用于考核學(xué)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(jié)合，一方面鍛煉學(xué)生問題分析能力、報告撰寫能力和表達(dá)交流能力，另一方面使學(xué)生更深刻掌握本課程的基礎(chǔ)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(shí)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(diǎn)考核二維線性分析系統(tǒng)和標(biāo)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(xué)期所學(xué)內(nèi)容考察，期末閉卷考試對于總體檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生期末臨時抱佛腳情況的出現(xiàn)，也使學(xué)生們平日的學(xué)習(xí)更加投入。平時考查方式的具體措施：（1）通過學(xué)生小組文獻(xiàn)閱讀匯報形式完成。內(nèi)容可以圍繞信息光學(xué)的具體知識點(diǎn)展開，或通過閱讀文獻(xiàn)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(shí)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(xué)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(xué)生一學(xué)期的表現(xiàn)及督促學(xué)生平時的學(xué)習(xí)，并綜合了學(xué)生線上學(xué)習(xí)時間與效果和線下實(shí)體課堂表現(xiàn)，成績占比30%。這一考核模式，使得一學(xué)期的教學(xué)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(xué)課程中。將多種考核方式相互配合使用，從不同角度對學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練與檢測，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)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(xué)生經(jīng)過這一階段的學(xué)習(xí)之后，能夠真正了解掌握信息光學(xué)的基本原理與專業(yè)知識，達(dá)到教與學(xué)的有機(jī)結(jié)合。

3 結(jié)語

綜上，筆者在信息光學(xué)課程的實(shí)踐教學(xué)方式中進(jìn)行了探索和實(shí)踐。從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)模式和優(yōu)化考核模式出發(fā)，力求在專業(yè)課程教學(xué)中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、拓寬知識面、提高學(xué)生綜合素質(zhì)和夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)。并充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺這一資源，改變傳統(tǒng)授課模式，使得學(xué)生更容易接觸到信息光學(xué)相關(guān)知識，并能夠利用有關(guān)計算工具和仿真軟件，學(xué)習(xí)和理解書本知識。在課程教學(xué)過程中，涉及線上、線下混合式教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容與教研融合，引導(dǎo)學(xué)生主動探究光學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的已知和未知，為培養(yǎng)出高素質(zhì)應(yīng)用型光電專業(yè)人才做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。