張林睿 孫詠萍

(內(nèi)蒙古師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 內(nèi)蒙古 呼和浩特 011599)

1 引言

光學(xué)是一門古老而又年輕的學(xué)科，其經(jīng)歷了萌芽、幾何、波動(dòng)、量子以及現(xiàn)代光學(xué)多個(gè)階段[1]．作為物理學(xué)的重要分枝，它拓寬了人類對(duì)世界的認(rèn)知，由于其較強(qiáng)的應(yīng)用性，在發(fā)展的過(guò)程中不斷地改變著人們的生活方式．目前光學(xué)已經(jīng)活躍在當(dāng)前多個(gè)科技前沿領(lǐng)域，包括通訊、能源、醫(yī)療，探測(cè)等，涵蓋了包括信息、物理、化學(xué)、生物、工程等多個(gè)學(xué)科門類．隨著技術(shù)的發(fā)展，它所涉及的范圍愈發(fā)廣泛．因而相應(yīng)的課程改革和發(fā)展，也隨著時(shí)代的變化而不斷向前跟進(jìn)．

作為當(dāng)代高等教育了解和掌握光學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)課程——光學(xué)課程，其主要開(kāi)展在物理、光信息以及光學(xué)工程等相關(guān)專業(yè)．光學(xué)課程目前包含基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程．基礎(chǔ)課主要有光學(xué)、物理光學(xué)以及應(yīng)用光學(xué)；專業(yè)課程包括光纖光學(xué)、信息光學(xué)、激光原理等．此外，光學(xué)在一些理工科物理課程中也有所涉及．理工科學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)，不僅僅在于它是一門有助于學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)課程；另一方面，光學(xué)思想、研究方法和前沿科學(xué)對(duì)現(xiàn)代生活產(chǎn)生了巨大影響，同時(shí)也對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)起著重要的作用[2]．因而，它一直都是當(dāng)前基礎(chǔ)教育的前沿陣地．

2 光學(xué)課程與教學(xué)現(xiàn)狀

如何適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，開(kāi)展光學(xué)課程一直是當(dāng)今物理教育工作者所關(guān)注和思考的問(wèn)題．在中國(guó)“知網(wǎng)”文獻(xiàn)庫(kù)中，以光學(xué)課程進(jìn)行搜索，可以統(tǒng)計(jì)相關(guān)論文433篇 (2020年底)．從1983年收錄第一篇與光學(xué)相關(guān)的課程論文《對(duì)理科專業(yè)物理學(xué)中波動(dòng)光學(xué)、近代物理課程的教學(xué)要求》[3]，到2020年底，課程的內(nèi)容已經(jīng)涉及到改革、建設(shè)、創(chuàng)新、思政等多個(gè)方面，相關(guān)文章年出版數(shù)目已達(dá)44篇．尤其在十五規(guī)劃以后(2000年以后)，論文發(fā)表數(shù)幾乎線性增長(zhǎng)，如圖1所示．

圖1 從1981到2020年“知網(wǎng)”統(tǒng)計(jì)以“光學(xué)課程”為關(guān)鍵詞搜索到的論文數(shù)

論文數(shù)目的增長(zhǎng)反映著高校對(duì)光學(xué)課程的重視，而實(shí)質(zhì)在于時(shí)代賦予它更多的使命．縱觀中國(guó)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的要求，例如從“十五”規(guī)劃提出“加快教育發(fā)展，提高全民素質(zhì)；實(shí)施人才戰(zhàn)略，壯大人才隊(duì)伍”開(kāi)始，高等教育的課程與教學(xué)改革就已經(jīng)進(jìn)入了快車道．“十一五”規(guī)劃提出的深入實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，“十二五”規(guī)劃提出的急需人才培養(yǎng)和擴(kuò)大應(yīng)用型復(fù)合型技能型人才培養(yǎng)規(guī)模，以及“十三五”規(guī)劃提出的提高創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才培養(yǎng)比例．國(guó)家對(duì)人才培養(yǎng)的定位和重視，促使課程研究的導(dǎo)向也在與時(shí)俱進(jìn)，迎合時(shí)代發(fā)展的背景．學(xué)生不僅需要在課堂中掌握基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)技能，同時(shí)具有一定的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，以應(yīng)付日新月異的技術(shù)更新與挑戰(zhàn)．

由“知網(wǎng)”近10年光學(xué)課程研究的主題(圖2)可知，光學(xué)、物理光學(xué)與工程光學(xué)是光學(xué)領(lǐng)域中課程研究的主要對(duì)象．光學(xué)與物理光學(xué)在整個(gè)光學(xué)教育中起到了承上啟下的作用．對(duì)于師范教育來(lái)說(shuō)，它是基礎(chǔ)物理教育中光學(xué)知識(shí)的推廣，是光學(xué)理論的基石；對(duì)于理工科而言，它為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程做好了前期的鋪墊．此外，光技術(shù)的發(fā)展使得光電子、信息以及測(cè)量等工程技術(shù)的知識(shí)體系也在持續(xù)不斷地更新．它間接促進(jìn)了光學(xué)課程改革的研究一直有條不紊的進(jìn)行．

圖2 “十二五”和“十三五”期間“知網(wǎng)”統(tǒng)計(jì)以“光學(xué)課程”為搜索詞反映的主題與論文數(shù)

教育的根本在于“以人為本，德育為先”．不同于前一個(gè)五年規(guī)劃，習(xí)總書(shū)記明確強(qiáng)調(diào)“樹(shù)德立人”之后，“十三五”期間(2016-2020)，課程思政在光學(xué)課程的研究中受到了更廣泛的關(guān)注．可以預(yù)見(jiàn)，“德育”在今后將會(huì)是光學(xué)課程研究的一個(gè)重點(diǎn)．就課程的改革來(lái)說(shuō)，對(duì)學(xué)生能力、創(chuàng)新性以及思想道德的培養(yǎng)是關(guān)鍵．

2.1 創(chuàng)新性的培養(yǎng)

當(dāng)前，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是光學(xué)課程改革的基本要求．創(chuàng)新需要?jiǎng)?chuàng)造的意識(shí)以及科學(xué)的思維方式．創(chuàng)新能力需要注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題，以及獨(dú)立思考的能力[4]．它需要課程內(nèi)容有意識(shí)的引導(dǎo)．目前常用的光學(xué)教材內(nèi)容容量較大．以姚啟鈞教授的《光學(xué)教程》為例，該教材包含波動(dòng)光學(xué)、幾何光學(xué)、光與物質(zhì)的作用、量子光學(xué)以及現(xiàn)代光學(xué)等幾個(gè)章節(jié)，且各章節(jié)彼此獨(dú)立．在目前常見(jiàn)60～80課時(shí)的有限時(shí)間內(nèi)[5]，使學(xué)生掌握課本全部?jī)?nèi)容同時(shí)兼顧前沿領(lǐng)域的發(fā)展，時(shí)間較為緊迫．因而大部分高校會(huì)將其中內(nèi)容進(jìn)行篩選，以適合專業(yè)的教學(xué)要求．

在這個(gè)過(guò)程中，適當(dāng)增加一些應(yīng)用與探索的主題內(nèi)容對(duì)于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)是有益的，比如在講完衍射部分之后，增加光刻機(jī)的介紹，讓學(xué)生知道所學(xué)的知識(shí)與生活緊密相關(guān)，學(xué)會(huì)思考．又比如，在講授光與物質(zhì)的相互作用之后，可以適當(dāng)介紹一些常見(jiàn)的科研光譜儀器的原理．學(xué)生在獲得基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，了解一些科研儀器的基本原理，提高學(xué)生的科研興趣．

2.2 能力的培養(yǎng)

課程的設(shè)置依據(jù)于教學(xué)大綱，教學(xué)大綱是通過(guò)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)而制定．專業(yè)的不同會(huì)導(dǎo)致光學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置與講授存在著差異．例如，對(duì)于理工科專業(yè)而言，更強(qiáng)調(diào)實(shí)踐與應(yīng)用，因而可以聯(lián)系實(shí)際案例在課堂進(jìn)行分析，或者在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行課程講解，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，也能親身體驗(yàn)知識(shí)的運(yùn)用．而對(duì)于師范教育來(lái)說(shuō)，一定要讓學(xué)生在知道“學(xué)什么”“教什么”的基礎(chǔ)上，還必須懂得“如何學(xué)”“如何教”[6]．一些具有連續(xù)性內(nèi)容的知識(shí)可以讓學(xué)生發(fā)揮主導(dǎo)作用，例如幾何光學(xué)中，球面反射與球面折射問(wèn)題的推導(dǎo)過(guò)程基本相同，在講授完前面的內(nèi)容之后，可以讓學(xué)生進(jìn)行嘗試，并在課堂直接進(jìn)行教師技能的輔導(dǎo)．

2.3 思想道德

2020年，教育部下發(fā)的46號(hào)文件《新時(shí)代高等學(xué)校思想政治理論課教師隊(duì)伍建設(shè)規(guī)定》指出，“構(gòu)建完善立德樹(shù)人工作體系，調(diào)動(dòng)廣大教職工參與思想政治理論教育的積極性、主動(dòng)性，動(dòng)員各方面力量支持、配合思政課教師開(kāi)展教學(xué)科研、組織學(xué)生社會(huì)實(shí)踐等工作，提升思政課教學(xué)效果．”即將課程思政教育滲透到專業(yè)課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，使學(xué)生在專業(yè)課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，樹(shù)立符合社會(huì)主義發(fā)展的正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀．光學(xué)作為物理學(xué)科重要分枝，具有鮮明的辯證唯物主義思想．因而，在課程的設(shè)計(jì)中，運(yùn)用辯證唯物主義觀點(diǎn)闡明光學(xué)概念，分析光學(xué)現(xiàn)象，使學(xué)生在掌握光學(xué)規(guī)律的同時(shí)，獲得辯證唯物主義教育[7]．此外，職業(yè)素養(yǎng)作為當(dāng)代社會(huì)活動(dòng)中的行為規(guī)范，維護(hù)著社會(huì)高效的運(yùn)行．不同的職業(yè)，具有自己的特點(diǎn)．技術(shù)行業(yè)來(lái)說(shuō)，需要培養(yǎng)社會(huì)服務(wù)意識(shí)和“大國(guó)工匠”的精神，教師教育要強(qiáng)調(diào)師德師風(fēng)的建設(shè)．隨著社會(huì)的發(fā)展與技術(shù)的進(jìn)步，更多新行業(yè)的誕生以及一些職業(yè)界限的融合，使得許多技術(shù)、能力以及精神的內(nèi)涵有待繼續(xù)挖掘．

課程是對(duì)教育目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容以及活動(dòng)方式的規(guī)劃和設(shè)計(jì)．教學(xué)通常是指發(fā)生在師生之間教和學(xué)這種特有的人才培養(yǎng)活動(dòng)．課程的改革反映了高校為適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展而主動(dòng)求變，而教學(xué)改革、創(chuàng)新體現(xiàn)了教師對(duì)當(dāng)前和未來(lái)人才培養(yǎng)活動(dòng)的思考與實(shí)踐．課程與教學(xué)相輔相成，促進(jìn)著光學(xué)教育的發(fā)展．圖3統(tǒng)計(jì)了“十五”期間到“十三五”期間，刊登在“知網(wǎng)”主題為光學(xué)教學(xué)的文章數(shù)目．可以看到，兩者增長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致．

圖3 2001到2020年間“知網(wǎng)”統(tǒng)計(jì)以“光學(xué)課程”和“光學(xué)教學(xué)”為關(guān)鍵詞的論文數(shù)

由圖4可知，近10年的光學(xué)教學(xué)的主題較多集中在教學(xué)應(yīng)用、光學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理光學(xué)以及教學(xué)改革等方面．物理光學(xué)為理工科的基礎(chǔ)課程，其重要性不言而喻，由于研究問(wèn)題的方法以及思維方式較為抽象，因而是大多數(shù)高校教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)．光學(xué)實(shí)驗(yàn)屬于光學(xué)實(shí)踐課程，它能夠直觀地幫助理解光學(xué)知識(shí)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，然而如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，是目前實(shí)驗(yàn)課程亟需解決的問(wèn)題．在“十三五”期間，教學(xué)改革與教學(xué)中的應(yīng)用受到了更多的關(guān)注．除了思政引起的重視外，一些課堂新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與教學(xué)新方法、新理念的提出，例如計(jì)算機(jī)技術(shù)Python、mathlab以及相關(guān)模擬仿真演示[8]已在光學(xué)課堂中活躍；在教學(xué)模式方面，例如網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、科研反哺式教學(xué)的試驗(yàn)與推廣，促進(jìn)了教學(xué)的進(jìn)步．同時(shí)，近些年博士擴(kuò)招后走向崗位的青年教師，由于職稱評(píng)定上的需要，以及樂(lè)于嘗試新鮮事物，也直接促進(jìn)了該領(lǐng)域上的發(fā)展．

圖4 “十二五”和“十三五”期間“知網(wǎng)”統(tǒng)計(jì)以“光學(xué)教學(xué)”為搜索詞反映的主題與論文數(shù)

在光學(xué)教學(xué)方面，大多數(shù)高校仍以傳統(tǒng)的教學(xué)為主，因而存在以下一些問(wèn)題[9]．

(1)教學(xué)方法上，理論教學(xué)形式較為單一，學(xué)生興趣較低，課堂注重知識(shí)內(nèi)容的灌輸，導(dǎo)致理論與實(shí)踐結(jié)合較弱，學(xué)生學(xué)習(xí)較為被動(dòng)．

(2)光學(xué)實(shí)驗(yàn)課訓(xùn)練簡(jiǎn)單，學(xué)生創(chuàng)新能力得不到較好的鍛煉．

(3)教學(xué)評(píng)價(jià)方面，考核方式和評(píng)價(jià)手段單一，不能十分客觀地反映學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力．

2.3.1 增加課堂的趣味性

愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“興趣是最好的老師．” 相對(duì)于枯燥的課堂，學(xué)生更容易對(duì)一些新鮮有趣的事物感興趣．光學(xué)是一門與生活聯(lián)系密切的學(xué)科，在課堂中增加一些生活、熱門或者前沿的話題，往往可以吸引學(xué)生的注意．因而可以在課前播放與課堂內(nèi)容相關(guān)的科技小視頻，或者不定期開(kāi)展與課堂內(nèi)容相關(guān)的前沿專題講座．在授課的過(guò)程中穿插著小故事，講解一些發(fā)生在偉人身邊的有趣事跡，例如，勞厄?yàn)榱俗C明X射線的波動(dòng)特性，創(chuàng)新地采用晶體中原子的排列作為立體的光柵[1]，德布羅意波的提出等，也可以使嚴(yán)肅的課堂增添不少趣味，同時(shí)又能潛移默化培養(yǎng)學(xué)生積極的人生觀，以及創(chuàng)新、探索精神．此外，相對(duì)于單一的灌輸，授課的風(fēng)格也可以進(jìn)行新的嘗試，例如江西理工大學(xué)在“學(xué)堂在線”網(wǎng)課中發(fā)布的“詩(shī)情畫(huà)意的光學(xué)”，以物理來(lái)解讀詩(shī)詞中的光現(xiàn)象，將理科知識(shí)與人文色彩很好地結(jié)合起來(lái)，將光學(xué)帶上了一種人文的美感．

2.3.2 IT與教學(xué)的融合

當(dāng)前多媒體、可視化編程以及模擬仿真進(jìn)入了課堂，使得原本由于環(huán)境、成像以及光路等限制而很難在課堂演示的光學(xué)現(xiàn)象可以清晰直觀地呈現(xiàn)在屏幕上．這些技術(shù)的出現(xiàn)提高了學(xué)生的可觀感受和教師的課堂效率．同時(shí)，在模擬仿真演示的過(guò)程中，適當(dāng)設(shè)置問(wèn)題可以讓學(xué)生主動(dòng)地參與到課堂的學(xué)習(xí)之中，使他們可以不局限于書(shū)本中理論的推導(dǎo)，同時(shí)也可以完成后續(xù)知識(shí)的挖掘[10]．網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)課堂與微信APP等技術(shù)的普及，更是將傳統(tǒng)的課堂活動(dòng)向課下延伸，使學(xué)生能夠進(jìn)一步擴(kuò)展自己的學(xué)習(xí)時(shí)間與空間．當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)是一把雙刃劍，它在提高授課效率的同時(shí)，往往進(jìn)度較快，而光學(xué)內(nèi)容又比較豐富，導(dǎo)致學(xué)生很容易接收困難，尤其對(duì)于一些過(guò)程的推導(dǎo)．因而需要結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，合理使用IT技術(shù)．

2.3.3 提高學(xué)生參與度

目前國(guó)內(nèi)教學(xué)由于受到諸多條件的限制，普遍采用填鴨式教學(xué)，師生之間互動(dòng)有限，掌握更多的是一種應(yīng)試能力．學(xué)生在了解原理和推導(dǎo)，解決課后習(xí)題后，綜合能力的訓(xùn)練比較匱乏．這種被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，并不利于創(chuàng)新實(shí)踐能力以及自學(xué)能力的培養(yǎng)．課堂不僅僅是教師的課堂，也是學(xué)生的舞臺(tái)．在教學(xué)的過(guò)程中，針對(duì)知識(shí)的類型，靈活地切換教學(xué)方法，例如在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中穿插研究型教學(xué)，在講解完基本的光學(xué)概念和方法之后，以教師為主導(dǎo)，將課程的內(nèi)容轉(zhuǎn)變成生活、生產(chǎn)或科學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題，并以學(xué)生為中心，讓其參與，在教師的幫助下按照科學(xué)研究的模式來(lái)分析、解決這些問(wèn)題，可以使學(xué)生獲取知識(shí)的同時(shí)提高自身學(xué)習(xí)能力．與之類似的新式課堂模式，例如“翻轉(zhuǎn)課堂”，讓學(xué)生課下完成知識(shí)的學(xué)習(xí)，課堂成為師生之間以及學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)的場(chǎng)所；課堂的教學(xué)活動(dòng)包括答疑解惑、知識(shí)的運(yùn)用．該方法不僅能夠增加課堂的活力，讓學(xué)生由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，成為課堂的主人，目前在國(guó)內(nèi)一些課堂已經(jīng)小有成績(jī)[11]．

2.3.4 實(shí)驗(yàn)課的擴(kuò)展

對(duì)于理工科學(xué)生而言，實(shí)驗(yàn)課堂是他們重要的實(shí)踐場(chǎng)所，物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)能夠加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，為他們提供科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本訓(xùn)練[12]．光學(xué)實(shí)驗(yàn)不同于其他物理實(shí)驗(yàn)，它是一門精密且極具耐心的實(shí)驗(yàn)課程．但與大多數(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課類似，當(dāng)前存在的問(wèn)題主要在于學(xué)生眼高手低，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容老套．學(xué)生基本依據(jù)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)就可完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，類似于機(jī)械重復(fù)，創(chuàng)新性低[9]．因而，結(jié)合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，適當(dāng)開(kāi)設(shè)一些來(lái)源于生活或者解決實(shí)際問(wèn)題的開(kāi)放課題是有益的，或者將國(guó)家和省級(jí)物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽的光學(xué)題目帶入課堂，讓他們?cè)谙鄳?yīng)的學(xué)期結(jié)合所學(xué)的實(shí)驗(yàn)同步開(kāi)展，從而培養(yǎng)學(xué)生的思考與動(dòng)手能力．

2.3.5 合理評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

高校教育側(cè)重于綜合能力的培養(yǎng)，因而對(duì)學(xué)生課程的考核應(yīng)該是多元化的．期末考試作為考核的一部分，可以體現(xiàn)知識(shí)的掌握程度．當(dāng)前高校普遍實(shí)施的考核機(jī)制是以課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)以及期末考試進(jìn)行綜合的評(píng)估．雖然可以較好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和知識(shí)的掌握程度，但卻不能反映學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新以及解決問(wèn)題的能力．任何一門課程學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)是讓學(xué)生在學(xué)完之后，能夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去完成專業(yè)相關(guān)的工作．因而在光學(xué)課堂中，采用多元化的考核方式，進(jìn)行綜合評(píng)估，能夠?yàn)閷W(xué)生后續(xù)的發(fā)展指明方向．例如小論文、科技項(xiàng)目，實(shí)踐并鼓勵(lì)學(xué)生積極參加專業(yè)性的競(jìng)賽而獲得成績(jī)，讓學(xué)生能夠靈活地在學(xué)習(xí)的各個(gè)方向發(fā)展，竭盡全力，可以更好地讓他們了解和發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)和能力．

3 結(jié)論

總之，國(guó)內(nèi)社會(huì)發(fā)展與變化使得光學(xué)課程與教學(xué)的改革變得十分重要和迫切．同時(shí)，我們也必須深刻地認(rèn)識(shí)到培養(yǎng)學(xué)生絕不僅僅只是課本知識(shí)的掌握，而是讓他們具有積極的人生觀、價(jià)值觀以及高尚的道德情操，能夠?qū)W以致用，善于運(yùn)用，具有一定的實(shí)踐創(chuàng)新能力．只有這樣，才能回歸教育的本質(zhì)，并推動(dòng)著教育的發(fā)展．當(dāng)然，光學(xué)課程與教學(xué)的改革還需要眾多同仁的不斷努力，去探索總結(jié)各種經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，去不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)和新方法，去不斷改進(jìn)和完善當(dāng)前的理念．相信不久的將來(lái)，光學(xué)知識(shí)能夠在高等教育領(lǐng)域更好地傳承，培育優(yōu)良的人格并服務(wù)于社會(huì)．