黃富瑜 王鵬 蔣云峰 周冰 毛少娟

摘? 要? 為適應(yīng)信息化智能化戰(zhàn)爭對軍事人才現(xiàn)代化的新要求，將光電專業(yè)課程教學與問題式教學理論相結(jié)合，構(gòu)建基于問題導向的（OPBL， Optical-Problem Based Learn-ing）光電專業(yè)基礎(chǔ)課程教學模式，從隱性和顯性兩個維度進行教學效果分析，結(jié)果表明：OPBL教學模式在提升傳統(tǒng)課程教學質(zhì)量和學生綜合能力方面起到了推動作用。

關(guān)鍵詞? 光電專業(yè)；OPBL；線上學習；激光原理與技術(shù)

中圖分類號：E251.3? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）11-0094-05

0? 引言

近年來發(fā)生的多場現(xiàn)代化局部戰(zhàn)爭表明，信息化智能化戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)樣式和武器裝備的運用理念都已發(fā)生深刻變革，這對于軍事人員現(xiàn)代化建設(shè)和新型軍事人才指技融合的綜合素質(zhì)提出更高的要

求[1]。院校教育是培養(yǎng)專業(yè)化現(xiàn)代化新型軍事人才的重要陣地，為適應(yīng)新的更高的要求，相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)方案中的崗位指向和培養(yǎng)目標不再是傳統(tǒng)意義上的技術(shù)工程類人員，而是專業(yè)業(yè)務(wù)能力精、領(lǐng)導與作戰(zhàn)指揮能力強、創(chuàng)新發(fā)展能力足的高素質(zhì)指揮型人員[2]。因此，隨著崗位指向和人才培養(yǎng)目標的變化，課堂教學模式也必然要及時更新，為更高、更全面素質(zhì)軍事人員的培養(yǎng)貢獻力量。

對于裝備技術(shù)類（光電）專業(yè)來說，其課程群分為專業(yè)基礎(chǔ)課程和裝備課程兩大類。裝備類課程直接對接學生的首次崗位任職，以光電裝備應(yīng)用與實踐為教學重點，關(guān)注學生的裝備運用能力；專業(yè)基礎(chǔ)課程注重學科知識體系的構(gòu)建，為裝備課程提供理論、思想和方法指導，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力、知識遷移能力和長遠發(fā)展?jié)摿?，對指技融合綜合素質(zhì)的新型軍事人才的培養(yǎng)起到基礎(chǔ)性支撐的作用。因此，專業(yè)基礎(chǔ)課程將對新型軍事人才的培養(yǎng)發(fā)揮固本強基的作用。

然而，目前光電專業(yè)基礎(chǔ)課教學中仍存在著很多問題[3-4]。

1）從教員層面方面分析，光電專業(yè)基礎(chǔ)課程知識體系龐大，教學大綱大多參考地方大學的學歷教育模式，授課教員需在課時壓縮情況下講完大綱要求內(nèi)容，時間緊任務(wù)重，于是傳統(tǒng)“填鴨”式教學在課堂中蔓延開來；教員在教學設(shè)計過程中有意識貫徹落實討論式、探究式、問題引導式等“以學生為中心”的教學方法來實現(xiàn)教與學的互動，然而，討論主題不鮮明、互動承載內(nèi)容少，導致效果并不明顯。

2）從學生層面分析，對于工程光學、激光原理、光電技術(shù)等光電基礎(chǔ)課程，當教員在課上深入講解知識點時，學生通常感到理論枯燥、內(nèi)容抽象，難以快速接受教員所授知識、有效自主建構(gòu)知識體系、收獲發(fā)現(xiàn)并解決問題的喜悅感，久而久之畏學、為考而學情緒蔓延，于是課堂教學效果得不到保證，這些問題反過來又迫使教員花費更多精力幫學員理解知識，進一步激化了課時少和內(nèi)容多之間的矛盾。

基于光電專業(yè)基礎(chǔ)課程的地位和存在的問題，根據(jù)課程特點、學生情況進行光電課堂教學模式體系化改革，以更好地適應(yīng)時代要求。

1? PBL教學理論的內(nèi)涵與特征

PBL（Problem-Based Learning）教學亦稱問題（項目）式教學，是一種基于問題驅(qū)動并“以學生為中心”的教育方式，由美國Barrows教授首創(chuàng)，用于解決醫(yī)學教育中理論與實踐難以結(jié)合的問題，后來在醫(yī)學、物理學、電工電子等多種專業(yè)教學中得到普遍認可[5]。該教學方式強調(diào)在具體問題情境中獲取知識以及對知識進行實踐運用，在問題解決過程中激發(fā)學習者學習動力，培養(yǎng)自學、創(chuàng)新、領(lǐng)導和協(xié)作等能力，提升未來崗位和自身發(fā)展所需素質(zhì)，具體實施步驟如圖1所示。

由PBL教學理論的具體步驟可以分析其具有以下特征。

1）學習問題場景化。以問題為學習的起點，且設(shè)置的問題是基于學生可能面臨的真實場景。

2）學習過程項目化。學生以自主或小組學習的方式對問題開展項目式研究，制定項目解決方案和技術(shù)實現(xiàn)路徑。

3）教學過程協(xié)作化。在項目式研究中，教師和學生協(xié)同合作，學生作為分析問題、解決問題的主體，教師在整個過程中負責輔助引導，幫助學生在掌握知識的基礎(chǔ)上提升自身能力。

4）總結(jié)交流分享化。在問題解決后，學生進行自我和小組間評價，交流分享心得，在反饋和交流中鞏固學習效果，拓展學習深度。

2? OPBL教學模式的實踐理念與運用

基于PBL教學的特征，將該教學理論與光電專業(yè)基礎(chǔ)課相融合，構(gòu)建以問題為導向的OPBL課堂教學模式，是推動光電基礎(chǔ)課堂教學模式改革的有益探索。

OPBL課堂教學模式實施過程中，依托學科定位，以軍用光電課程教學中要解決的光學問題為核心，帶動整體學習過程；以依托學科定位的光學問題或任務(wù)作為教學過程的起始點，帶動學生學習的參與性、能動性和創(chuàng)造性，以在教學活動中培養(yǎng)學生探究精神和實踐能力作為落腳點，實現(xiàn)學生由被動學習、學會知識到主動學習、會學知識的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)其解決問題、知識遷移和創(chuàng)新發(fā)展等綜合能力。具體來看，OPBL教學模式將教學過程共劃分為6個層次、11個階段，如圖2所示。這些過程包括：課前，教員依托學科內(nèi)容提出問題，學生通過預習和資料查閱等方式嘗試自主分析問題；課上，學生進行小組討論并結(jié)合課程內(nèi)容和教員共同研究問題解決方法和案例實踐，歸納總結(jié)得出結(jié)論；課后，學生通過裝備實踐、科研實驗等過程深化對問題認識，并在交流反饋中重新梳理學習過程，不斷拓展提高，形成新的更高層次的光學問題，形成問題提出與解決之間的不斷迭代，實現(xiàn)知識、能力和素質(zhì)目標三者不斷螺旋前進上升的良性循環(huán)。

2.1? 轉(zhuǎn)變教學觀念，實現(xiàn)從“以教為主”到“以學為導”

蘇霍姆林斯基說：“只有激發(fā)學生去進行自我教育的教育，才是真正的教育。”從理論上講，學生問題解決的過程，是在原有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過問題分析、資料查閱和自我探究的方式進行自我教育，以獲得新經(jīng)驗積累并逐步形成新舊經(jīng)驗之間的融合，最終構(gòu)建出更有廣度和深度的知識結(jié)構(gòu)體系[6]。同樣，OPBL教學模式的起點是設(shè)置問題，如何通過問題引導，轉(zhuǎn)變以傳授知識“以教為主”的課堂為探索知識“以學為導”的課堂，實現(xiàn)學生自我教育意識的提高，在運用OPBL教學模式時具有提綱挈領(lǐng)的作用。

為運用OPBL教學模式破解傳統(tǒng)教學過程中講授內(nèi)容多且學生對知識點難以理解的雙重矛盾，教員須精心整合知識內(nèi)容、設(shè)置引導問題，充分考慮問題的難易、寬窄、厚薄及與學生已學內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，做到寓知識于問題，在大問題包含符合“最近發(fā)展區(qū)”理論的小問題。大問題鉤沉探奧，給學生廣闊的知識建構(gòu)空間，激發(fā)其內(nèi)在好奇心和自我驅(qū)動力，驅(qū)使其全身心地投入問題的解決過程中；小問題循序漸進，使學生“跳一跳，能達到”，在調(diào)動學生已儲備知識的同時逐步激活學生思維，實現(xiàn)階梯式前進。最終，將教學過程轉(zhuǎn)化為問題解決過程，實現(xiàn)以教員“教為主體”到學生“學為主導”的教學觀念轉(zhuǎn)變。

例如，對于激光原理與技術(shù)課程中重點內(nèi)容“激光調(diào)Q原理與技術(shù)”，本節(jié)分為兩個部分，分別是“調(diào)Q原理”和“調(diào)Q技術(shù)”，“調(diào)Q原理”部分綜合運用速率方程組、激光增益特性、激光的產(chǎn)生等已學重點內(nèi)容，強調(diào)高峰值功率窄脈沖調(diào)Q激光的獲取理念和激光器內(nèi)部發(fā)生的變化過程，“調(diào)Q技術(shù)”注重在原理基礎(chǔ)上為實現(xiàn)調(diào)Q脈沖，而利用不同方法對普通激光器進行改造。由于內(nèi)容牽扯面廣，本部分歷來都是教與學的難點。而學好本節(jié)內(nèi)容能幫助學生更好地理解激光器為何會在工業(yè)和軍事中具有如此重要的應(yīng)用，使學員對激光的認識從原理層面上升到技術(shù)層面，真正初步具備探究激光應(yīng)用的基礎(chǔ)素質(zhì)。因此，根據(jù)內(nèi)容的特點和重要性，可運用OPBL教學模式對傳統(tǒng)教學進行改革。為此，在本節(jié)上課前幾天，教員設(shè)置如下具有探究性和開放性的大問題“有哪些方法和裝置可以在一個激光器中用來調(diào)Q？分析各種調(diào)Q裝置的具體工作原理以及它們在軍用激光裝備上的應(yīng)用?！苯獯鸫藛栴}需要串聯(lián)本節(jié)的全部內(nèi)容，探究空間大，軍事聯(lián)系緊，同時通過分析不難發(fā)現(xiàn)，有下面一條與問題解決相關(guān)的問題鏈。

1）以前電學課程中學習過Q值的概念，那么什么是激光調(diào)Q，它和之前學習的Q有什么異同？

2）有了普通激光器為何還需要調(diào)Q激光器，調(diào)Q的目的、含義、原理和工作過程又是什么？

3）激光器調(diào)Q如何具體實現(xiàn)？實現(xiàn)方法、具體過程和所需要的器件是什么？

4）在實踐中如何給激光器安裝調(diào)Q器件？安裝過程中應(yīng)注意哪些問題？這里每個問題的展開都對應(yīng)著教學內(nèi)容的深化，學生通過資料查閱、師生交流、線上自學等“自我教育”方式對這些問題逐層次地分析和解決，最終將指引其對課程內(nèi)容形成新的更深層次的認識。

2.2? 變革教學方式，實現(xiàn)從“線下講授”到“線上學習”

信息化時代下特別是疫情暴發(fā)以來，知識的獲取已不再局限于線下課堂，線上學習已深入人心，各種線上學習資源如雨后春筍般大量涌現(xiàn)[7]。此外，眾多的在線學術(shù)論文資源和學術(shù)報告也可為學生學習帶來專業(yè)保證。對學生來說，只要其能夠善于發(fā)現(xiàn)并加以利用，網(wǎng)絡(luò)平臺給其帶來的學習空間將廣闊無垠。面對線上學習資源的開放性、便利性及專業(yè)性，發(fā)揮OPBL教學模式的優(yōu)勢，帶動學生從問題解決和課程內(nèi)容學習兩方面入手，充分利用各類線上資源，真正在教學過程中做到“線上與線下聯(lián)動，線上支撐于線下”。

學生在收到問題后，他們會在原有知識的基礎(chǔ)上理解并開啟“對于此問題，我已經(jīng)知道了什么？我需要再知道什么？哪些資源可以幫我解決問題？”等一系列自主探究的過程，這些過程正是理解問題、定義問題以至找準問題解決方向的關(guān)鍵。線上教學可為此階段完成提供自由開放的學習空間，滿足學生進行獨立探究的渴求。因此，教員設(shè)置具體問題的同時，對線上教學資源也應(yīng)進行整合，發(fā)布與問題解決相關(guān)的在線資源，因勢利導地為學生的線上學習提供引領(lǐng)。使學生在提供的方向引導下，通過自我學習加以延伸，擴展對問題的研究，通過整理思路并根據(jù)自主學習深入，不斷反思對問題理解的偏差、擴展對問題的認知范圍以及思考引申出來的深層次問題和背后的思想方法。這種在大量線上資源中尋找與問題解決相關(guān)的內(nèi)容，以及長時間對問題的推敲打磨，對于培養(yǎng)學生的信息選擇和處理能力、自主學習和創(chuàng)新性精神都大有幫助。

例如，教員在“調(diào)Q原理與技術(shù)”一節(jié)課前設(shè)置問題之后，為學生及時推送中國大學MOOC等平臺中激光原理與技術(shù)課程關(guān)于調(diào)Q一節(jié)的課程視頻，為學生初步解決“什么是調(diào)Q？它的目的和分類？”等基礎(chǔ)性問題，在內(nèi)容結(jié)構(gòu)上為學生的學習提供代入作用；教員推送調(diào)Q激光應(yīng)用的相關(guān)學術(shù)論文，學生可以利用文獻跟蹤法檢索感興趣的參考文獻進行再次閱讀，在理解基礎(chǔ)后打開視野，在科研實踐體系上深化對問題的認識；教員在局域網(wǎng)中推送軍用激光技術(shù)與裝備系列微課等相關(guān)內(nèi)容，從為戰(zhàn)性、向戰(zhàn)性方面提升基礎(chǔ)理論課程與軍事運用之間的聯(lián)系，為學生架設(shè)其學習專業(yè)課與強軍興軍之間的橋梁。

如此，當線上學習部分解決了學生對問題理解和初步探究后，課堂上便可留出充足時間展開學生與學生之間、學生與教員之間的討論，并加深課堂深度，解決實踐應(yīng)用與案例研究等深層次問題，真正破解傳統(tǒng)課堂中，教員雖長時間進行知識點講授，但學員在短時間內(nèi)無法深入理解知識內(nèi)容的問題。

2.3? 基于效果導向，實現(xiàn)從“知識牽引”到“需求牽引”

“讀書無疑者，需教有疑，有疑者，卻要無疑，至此方是長進”。在OPBL模式中，課前的問題設(shè)置和線上自主探究環(huán)節(jié)為學習過程帶來了“有疑”；而課堂實施環(huán)節(jié)和課后實踐環(huán)節(jié)就要通過適當?shù)姆绞綖閷W生進行“釋疑”?！搬屢伞边^程要基于知識運用的效果導向，注重學習過程中學生與學生、學生與教員之間的協(xié)作化，知識學習與案例分析之間的結(jié)合化，理論與實踐之間的差異化，做到在課堂上將傳統(tǒng)學習過程中“以知識為牽引”轉(zhuǎn)變到“以需求為牽引”上來，在課后從傳統(tǒng)對知識的“復習測驗”轉(zhuǎn)變到“應(yīng)用分析”上來。

運用OPBL教學模式時，課堂實施環(huán)節(jié)分為以下階段。

第一階段為小組討論階段。由于每個學生的特點不同、思考問題的方式和角度亦有差別，因此，課堂中首先對學生進行分組，組內(nèi)學生根據(jù)自身前期學習和調(diào)研情況與其他學生進行討論交流，形成匯總意見并初步設(shè)想知識的實踐應(yīng)用。

第二階段為知識梳理階段。各組之間交換意見，教員結(jié)合課程內(nèi)容與學生共同進行分析總結(jié)、梳理思路，研究確定課前問題的解決方案。

第三階段為案例探究階段。在分析、總結(jié)問題的基礎(chǔ)上，教員采用互動式、引導式等多種教學方法帶領(lǐng)學生進行案例研究，案例皆選取自與課程內(nèi)容有關(guān)的裝備和軍事應(yīng)用，例如“制導裝備要求激光指示器脈沖重復頻率高、脈沖時間精確、可連續(xù)工作等，那么需要運用哪種調(diào)Q技術(shù)滿足這些需求”“當使用以染料片為調(diào)Q元件的激光測距機的實際測程達不到規(guī)定測程，當加大泵浦能量仍然無法滿足需求時，需要考慮測距機中哪部分出現(xiàn)了問題”等，為學生解決知識從何處來、到哪里去的問題。

第四階段為歸納總結(jié)階段。歸納內(nèi)容重難點、構(gòu)建知識脈絡(luò)體系并得出問題最終結(jié)論，幫助學生按照認知規(guī)律建構(gòu)知識體系、內(nèi)化能力素質(zhì)。最終，在小組討論中促進學生之間語言和視覺上的相互交流，在案例探究與歸納總結(jié)中提升學生知識融會貫通和遷移的能力，使學生在能力、情感和規(guī)律認知上不斷成長。

在課后，教員鼓勵學生利用專修室進行光電裝備的實踐研究，探究裝備性能，或進入實驗室開展光電科研儀器的科學研究，分析實驗現(xiàn)象、整理實驗數(shù)據(jù)，從實踐中梳理學習過程、深化問題認識、發(fā)掘提高空間。例如，學生走進激光技術(shù)實驗室，在教員或研究生指導下開展LD泵浦聲光調(diào)Q全固態(tài)激光器的實驗，探究脈沖重復頻率對激光器輸出單脈沖能量、平均功率和峰值功率的影響，近距離接觸和使用激光實驗中所用儀器，記錄所需數(shù)據(jù)，并在實驗中體驗科研人員一絲不茍、精益求精的科學態(tài)度，意識到理論可以指導實踐但不能完全替代實踐、只有光軸一致性保持完好才能順利完成實驗等深層次問題，進而實現(xiàn)思政內(nèi)容的自我教育。

實驗完成后，教員進一步指導學生利用MATLAB等數(shù)學計算軟件，通過速率方程組理論模擬仿真調(diào)Q激光器輸出激光的時間和能量特性，通過仿真再現(xiàn)實驗過程，并從理論和實踐結(jié)合的角度探究各因子變化對激光的影響，為進一步提出與激光調(diào)Q有關(guān)的新的更高層次問題提供支撐。

這些實驗和模擬探究過程不但能加深學員在知識應(yīng)用分析方面的理解，而且對于學生在交流反饋中闡述各自想法及共同提高都具有重要意義。

3? OPBL教學模式的教學效果

綜合來看，OPBL教學模式的開展對學生綜合素質(zhì)和能力的提高是比較有利的，具體表現(xiàn)在隱性和顯性兩個效果。

3.1? 隱性效果

3.1.1? 提高了學生的學習興趣

學生通過課前問題的自主探究形成了自己的初步見解，產(chǎn)生了要表達觀點和被認可的欲望，因此，在課堂上能夠積極參與互動，在保證課堂氛圍的同時也調(diào)動了學生學習的積極性和主動性。

3.1.2? 解決了學生的個性需求

不同學生有不同的學習需求和習慣，OPBL教學使教員可以保證學生在相對自由的學習環(huán)境下以更適合自己的方式開展前期個性化學習，更有利于培養(yǎng)其獨立思考的意識。

3.1.3? 保證了教學的層次延展

課前的線上學習階段，學生在問題分析和資料查閱過程中已經(jīng)有效地完成了課程內(nèi)容中低階、淺層知識的學習，這為課堂開展深層次教學提供了更充分的保障，當課堂的深度和廣度得到延展時，學生的創(chuàng)新性和批判性思維就得到進一步發(fā)展。

3.2? 顯性效果

3.2.1? 為學生的后續(xù)學習做了鋪墊

在學習裝備課程涉及基礎(chǔ)知識部分時，裝備課任課教員反映學生經(jīng)過簡單提示即可回憶起知識體系，不需花費大量時間對基礎(chǔ)原理進行重新梳理講解，提高了課堂效率。

3.2.2? 學生的考試成績大有提升

以激光原理與技術(shù)課程為例，學生期末成績優(yōu)良率達到90%，且部分學生在突出知識體系和知識運用能力考查的論述題和設(shè)計類題目的作答中，已突破教員的講解范圍，形成了獨到且正確的見解。

3.2.3? 學生在創(chuàng)新發(fā)展方面大有收獲

部分學生經(jīng)教員指導后或在學科競賽中嶄露頭角，或以科技創(chuàng)新項目為依托在相應(yīng)學術(shù)期刊上發(fā)表相關(guān)論文，極大促進了學生的科研水平、寫作和成果轉(zhuǎn)化能力提升；反過來，優(yōu)秀學生的顯性效果也極大地鼓勵了其他學生，促成你追我趕、爭當先進的良性教育過程。

當然，OPBL教學模式在實施過程中也遇到了一些需要著力解決的問題，其主要表現(xiàn)如下。

學生課下自主學習時間不足，上網(wǎng)條件受限，這是在軍校課前開展線上自我教育所面臨的共性問題；個別學生自我約束能力差，學習內(nèi)驅(qū)力和自我提升要求不高，“躺平”心理作怪，導致學習投入不足；OPBL教學模式對教員的備授課水平提出較高的要求，教學效果好同時教學壓力也變大。

4? 結(jié)束語

專業(yè)基礎(chǔ)課程對學生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)具有固本強基的作用，能夠幫助學生在未來發(fā)展中行穩(wěn)致遠。為此，本文探討了OPBL教學模式在光電專業(yè)基礎(chǔ)課中的實踐理念，并穿插結(jié)合在激光原理與技術(shù)課程的具體實施做法，展現(xiàn)了該教學模式的具體運用。教學實踐表明，OPBL教學模式對于改善傳統(tǒng)課堂弊端、提升學生綜合素質(zhì)等方面效果顯著，為其他課程教學改革提供了參考和借鑒。

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