盧利鋒，李少年，岳大靈，王小睿，魏列江

（蘭州理工大學能源與動力工程學院，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

《工程光學》是蘭州理工大學測控技術與儀器專業(yè)針對本科生開設的一門學科基礎課，該課程于2004年首次開設，至今已有18屆測控技術與儀器專業(yè)學生學習了此課程。該課程的主要任務是本科生通過本課程的學習，掌握光學的基本概念、原理和光學系統的分析方法，為學生以后從事有關光學系統設計、光學方法測量等研究奠定專業(yè)基礎。

近年來，隨著現代科技的迅速發(fā)展，工程光學已經與信息科學、能源科學、材料科學、生命科學、空間科學、精密制造和微電子等領域交叉融合，形成了高精尖的光學檢測方法，相應光學檢測儀器設備的開發(fā)已成為目前研究熱點，因此，具備扎實基礎理論知識和創(chuàng)新應用能力的畢業(yè)生是檢測領域急需的關鍵人才[1]。這對學生的自主學習能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新能力、實踐能力、發(fā)展能力等提出了更高的要求。

然而教學團隊開展教學十多年來，學生普遍反映該課程教學可使學生具備較系統全面的光學知識，但同時也存在一些問題，如教學內容概念多、抽象且理論性偏強，公式推導復雜且難懂，影響了相關知識點的理解和掌握，導致教學效果大打折扣；學生所學的純理論知識與工程實際應用脫節(jié)，導致學生自主分析和解決問題的能力弱，在光學綜合應用創(chuàng)新方面能力不足[2-3]。這些問題導致學生對學習工程光學的意義和前景感到困惑，而且很難保持足夠的耐心和積極性[4]。

針對上述工程光學教學過程中遇到的問題，本文基于OBE理念，工程光學展開應用型課程改革。

1 OBE理念

OBE理念（Outcomes Based Education）指成果導向教育，強調以最終結果為基礎，重點關注學習成效，根植于“能力本位”的教育思想，滿足新時代下打造新型復合型人才的培養(yǎng)目標[5-6]。

基于OEB理念對《工程光學》進行課程改革，具有如下優(yōu)勢：首先，課程教學以學生為中心，打破了傳統教學中學生熱情度低、自信心差等壁壘，一切教學活動圍繞學生展開，確保學生的綜合素質和綜合素養(yǎng)的整體提升；其次，以成果導向為目標，突出課程的實際應用性，在課程內容中引入國外先進光學檢測儀器案例，形成章節(jié)教學內容與儀器案例對應關系，突出理論教學的實際應用價值；再次，以學生能力培養(yǎng)為宗旨，課程教學與考核中設置新型光學系統設計等環(huán)節(jié)，加強學生創(chuàng)新能力、發(fā)展能力等多重培養(yǎng)，把科學研究和教學緊密地結合在一起，發(fā)揮科研育人功能；最后，隨著本科培養(yǎng)方案的大改革，課程教學時長進行了大幅縮減?；贠BE理念對課程教學方法進行改革，有利于在較少的課時內使學生能力得到全面的培養(yǎng)與鍛煉。

因此，針對工程光學的教學現狀、結合課程的特點，基于OBE理念開展教學研究具有重要的意義。

2 課程改革總體思路

基于《工程光學》課程教學現狀及存在問題，結合OBE理念，以學生為中心，課程改革總體思路如圖1所示。將學生的自主學習能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新能力、實踐能力、發(fā)展能力為改革宗旨，對課程教學目標進行優(yōu)化。結合教師團隊的科研方法，建立多領域工程應用案例，將其進行拆分，形成光學元件、光學系統和光學方法等基本元素，再依據教學大綱設置的教學內容，將工程案例的基本元素與章節(jié)理論知識進行融合，形成合理的課程教學設計方案。針對不同教學內容，采用多元化教學方法進行教學實施，同時設置考試、案例分析報告、創(chuàng)新設計報告等形式進行考核，對教改效果進行有效評價。

圖1 項目總體思路

3 課程改革內容

3.1 課程教學目標優(yōu)化

課程所支撐的畢業(yè)要求決定了該課程的教學目標。目前，測控技術與儀器專業(yè)的工程光學教學目標為：

（1）通過本課程的理論教學和實驗訓練，使學生掌握光學基本概念、基本原理、典型光學元件光路分析、綜合光路像質分析等光學專業(yè)知識，能夠用于測控系統光學部分工程問題的表述中；

（2）能夠對復雜測控系統中的光學成像部分進行像質評價，或者依據光學系統的約束條件對光學模型進行建模分析。

該教學目標中未能突出學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)?；贠BE理念，根據以學生為中心的能力培養(yǎng)方針，以光學高精密檢測應用為導向下，結合新型光學儀器發(fā)展趨勢和新技術應用，對教學目標進行優(yōu)化與調整，著重強調學生邏輯思維能力、創(chuàng)新能力、實踐能力、發(fā)展能力的多元化培養(yǎng)，讓本課程對本專業(yè)培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求發(fā)揮更好的作用和貢獻，具體修改如下：

（1）掌握光學的基本概念、基本原理、典型光學元件光路分析、綜合光路像質分析，能夠利用光學專業(yè)知識對實際工作應用中的光學系統進行分析與評價；

（2）掌握光學系統的設計原理，能夠依據光學測量方法，建立光學系統模型并進行設計。

3.2 教學設計

傳統的教學以課堂講授為主，實驗教學為輔，關注學生理論知識的理解和掌握能力?；贠BE理念，以學生為中心，在理論教學中加強實際工程案例的解剖與分析，培養(yǎng)學生解決復雜實際工程問題的思維方式和意識，突出學生邏輯思維能力的建立與發(fā)展。如圖2所示，課程教學改革是基于實際工程案例，通過對光學儀器的光學系統進行拆分，形成以光學元件、光學系統結構、光學測量方法為基本元素的系統構架，然后對工程光學教學內容進行調整，并與光學系統基本元素之間形成映射關系。在實際教學中，針對每個部分的教學內容用工程實例進行支撐，時刻體現理論與實際應用之間的緊密結合。

圖2 課程教學設計方案

3.3 教學實施

工程光學課程內容繁雜枯燥且抽象，概念多、公式復雜、圖示多，許多內容涉及的知識點多，并具有廣泛應用背景，學生學習過程中缺乏興趣，很難有足夠學習耐心和積極[3]。傳統的PPT與板書相結合的教學模式，難以滿足當下的教學要求?；贠BE理念，以學生為中心，開展多元化教學，有利于學生綜合能力的培養(yǎng)。如圖3所示，針對不同課程內容，采用不同的教學手段進行授課，通過現代多媒體的教學手段使課堂的教學課件更生動活潑，利用動畫、Zemax等設計軟件進行部分抽象理論內容講授，使教學內容直觀易懂。同時設置工程案例分析任務，讓學生形成完整的光學系統設計分析方法，并進行新型光學系統設計與開發(fā)。著力培養(yǎng)學生光學基礎理論知識的應用能力和工程創(chuàng)新能力，旨在達到教學與科研相統一。

圖3 課程教學實施

3.4 教學考核

傳統的教學考核方式主要為閉卷考試的方式進行，這種形式重點強調的課程理論的學習，對實踐應用考核未能有效體現，表現出重理論輕實踐的現象。鑒于此，建立以學生能力培養(yǎng)為評價指標的教學考核方法，讓學生在學習過程中，明確學習目標，掌握科學的學習方法，從學習、應用和創(chuàng)新等多層面進行能力拓展和鍛煉，突出復合型人才培養(yǎng)的價值。

具體教學考核指標包括：學生學習態(tài)度、作業(yè)練習、實驗訓練、案例分析報告、創(chuàng)新設計報告和閉卷考試。通過分階段性（期中和期末）、分類型（理論學習、實踐訓練、創(chuàng)新訓練等）地進行多層面考核，建立學生自主學習能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新能力、實踐能力、發(fā)展能力的多元化評價方法。

3.5 隊伍建設

加強教師隊伍建設是推進課程改革，提高教學質量的有效保證。基于OBE理念下的教學實施過程，要求老師具有良好的工程應用、光學儀器設計與開發(fā)背景，以及具備教學組織協調、教材編寫等能力。教學團隊成員往往既要教學，又要科研，是高校人才培養(yǎng)模式改革的主要實踐者。因此，建立教學團隊，一方面有利于教學和科研一體化發(fā)展，促進多學科知識的交叉與滲透，使得課程教學內容不斷豐富和修改；另一方面，突出教師之間互相協作，進行資源整合、挖掘教師潛力，團隊合力進行教學研究，有利于教學改革的進行，提高教學水平和質量[7]。

教學團隊由多位副教授職稱以上的一線教師組成，各成員的研究領域涉及液壓、光電、流體、控制等領域。一方面，教學團隊整合研究領域中的工程光學應用實例和光學檢測儀器，將其引入到課程教學中，突出理論學習在實際應用中的價值和意義，激發(fā)學生學習本課程的動力和熱情。同時，針對研究中涉及的先進光學系統，將其加入課內設計環(huán)節(jié)，以考核學生利用所需知識進行創(chuàng)新發(fā)展能力。另一方面，團隊成員依據多年教學經驗編寫了《工程光學》教材，使其更好地滿足蘭州理工大學測控專業(yè)本科生培養(yǎng)目標[8]。基于合作機制建立教學團隊，打破了單一教師主導教學質量的培養(yǎng)模式，從整體上提高課程的教學質量與水平。

4 總結

本文基于OBE理念，以學生能力培養(yǎng)為目標，從教學目標、教學設計、教學實施、教學考核和團隊組建五個方面進行改革，形成理論與實際相結合的教學模式和多元化考核方式；同時，引入工程實例案例分析和新光學系統創(chuàng)新設計，弱化課程理論公式的推導，強化光學知識的工程應用和多學科交叉與滲透，充分發(fā)揮學生的想象力，培養(yǎng)學生自主學習能力、創(chuàng)新能力、發(fā)展能力。