《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

官邦貴 何恩節(jié) 秦炎福 許會(huì)芳

摘要： 針對(duì)安徽科技學(xué)院工程光學(xué)課程教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，對(duì)工程光學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，在理論課程教學(xué)中，刪除了一些重復(fù)性的教學(xué)內(nèi)容；在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，加大了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例；同時(shí)對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行了改革，在考核方式上開展了階段性考核模式；改革后的實(shí)踐表明，通過課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，通過教學(xué)模式的改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生真正融入到課堂教學(xué)中，工程光學(xué)教學(xué)質(zhì)量有了明顯的提高。

Abstract： Aiming at the problems in the teaching process of Engineering Optics of University of Science and Technology of Anhui， the teaching content of engineering optics course is optimized. In the teaching of theory course， some repetitive teaching contents are deleted. In the teaching of experiment course， the proportion of comprehensive and self-designed experiments is increased， and the teaching mode is reformed. In the way of assessment， the stage assessment model is carried out. Practice of reform indicated： through the optimization of the teaching content of the course， the students' innovation ability is improved and students' enthusiasm for learning is stimulated through the reform of teaching mode， students really integrate into the classroom， and the quality of teaching on engineering optics has improved significantly.

關(guān)鍵詞： 工程光學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)模式；教學(xué)改革

Key words： Engineering Optics；teaching content；teaching pattern；teaching reform

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）01-0160-03

0 引言

《工程光學(xué)》是安徽科技學(xué)院光電信息科學(xué)與工程和電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，在課程體系中具有非常重要的作用。教學(xué)內(nèi)容包括幾何光學(xué)和物理光學(xué)。這些內(nèi)容是后續(xù)相關(guān)課程（如光電子技術(shù)、信息光學(xué)、光電檢測(cè)與信號(hào)處理、光纖通信等）的基礎(chǔ)。

根據(jù)人才培養(yǎng)方案的要求，課程組編寫了該課程的理論教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，光電信息科學(xué)與工程專業(yè)總學(xué)時(shí)80學(xué)時(shí)（含實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)18學(xué)時(shí)），電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)總學(xué)時(shí)64學(xué)時(shí)（含實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)12學(xué)時(shí)）。在實(shí)施工程光學(xué)教學(xué)改革之前，教學(xué)過程中出現(xiàn)了以下問題：①理論教學(xué)中，側(cè)重公式推導(dǎo)，沒有突出學(xué)生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)；同時(shí)，物理光學(xué)中有部分內(nèi)容與大學(xué)物理中波動(dòng)光學(xué)內(nèi)容重疊，這部分內(nèi)容再一次教學(xué)顯得累贅。②實(shí)驗(yàn)課中，沒有突出綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的重要地位，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的關(guān)鍵問題[1]，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力具有重要的作用。改革以前，學(xué)校的工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主要以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)為主。③教學(xué)方法與手段單一。在理論課教學(xué)中，教學(xué)過程是教師講、學(xué)生聽滿堂灌的教學(xué)模式，缺少與學(xué)生有效的互動(dòng)環(huán)節(jié)，學(xué)生的主觀能動(dòng)性得不到體現(xiàn)；在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不理想。④考核方式太單一。改革之前，工程光學(xué)考核成績(jī)由兩部分組成，其中閉卷筆試成績(jī)占80%，平時(shí)成績(jī)占20%。這種考核方式不能多角度反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

針對(duì)工程光學(xué)課程教學(xué)過程中出現(xiàn)的這些問題，我們對(duì)工程光學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，在理論課程教學(xué)中，刪除了一些重復(fù)性的教學(xué)內(nèi)容；在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，加大了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例；同時(shí)對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行了改革，在考核方式上開展了階段性考核模式。

1 工程光學(xué)課程理論教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

1.1 注重與大學(xué)物理的銜接

波動(dòng)光學(xué)是目前大學(xué)物理波動(dòng)部分講授的主要內(nèi)容，學(xué)生通過大學(xué)物理的學(xué)習(xí)，對(duì)于光波的基本概念和光的干涉、衍射的基本現(xiàn)象有了較深刻的認(rèn)識(shí)，為了避免重復(fù)講授相同內(nèi)容，課程組對(duì)這部分教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化：刪除了與大學(xué)物理課程重復(fù)的內(nèi)容（如光的干涉中的部分內(nèi)容），增加了部分現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容，弱化了理論公式推導(dǎo)。

1.2 注重與后續(xù)課程的銜接

由于這兩個(gè)專業(yè)后續(xù)將開設(shè)多門光學(xué)課程，比如激光原理與技術(shù)、光電子技術(shù)、信息光學(xué)、光纖通信技術(shù)、光電探測(cè)與信號(hào)處理、光學(xué)設(shè)計(jì)等。為了保證課程體系的系統(tǒng)性同時(shí)避免后續(xù)課程的重復(fù)，我們對(duì)工程光學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化選擇。

幾何光學(xué)部分選擇了以下教學(xué)內(nèi)容：①幾何光學(xué)基本定律與成像概念；②共軸球面光學(xué)系統(tǒng)；③理想光學(xué)系統(tǒng)； ④平面系統(tǒng)；⑤光學(xué)系統(tǒng)的光束限制；⑥像差概論；⑦實(shí)用光學(xué)系統(tǒng)。將現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)容移至后續(xù)的光纖通信技術(shù)課程中講授，這樣安排既有利于避免相同內(nèi)容的重復(fù)講授，又保證了幾何光學(xué)部分課程體系的系統(tǒng)性。

物理光學(xué)部分主要講授：①光的電磁理論基礎(chǔ)；②光的干涉；③光的衍射；④光的偏振。對(duì)于教材中涉及的晶體光學(xué)基礎(chǔ)放在后續(xù)課程進(jìn)行講授。

1.3 加強(qiáng)課堂教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代光學(xué)前沿問題的聯(lián)系

在課堂教學(xué)中，加強(qiáng)課堂教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代光學(xué)前沿問題的聯(lián)系，向?qū)W生講授這些知識(shí)在現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用，更能使學(xué)生了解光學(xué)前沿的概況及其發(fā)展動(dòng)態(tài)，這樣比傳統(tǒng)教材更具活力和現(xiàn)代氣息，同時(shí)，通過講授這些知識(shí)還可以開闊學(xué)生視野，啟發(fā)學(xué)生思維，拓展學(xué)生的知識(shí)面。

2 工程光學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

2.1 工程光學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的整合與優(yōu)化

在多年的工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，我們對(duì)工程光學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合與優(yōu)化，構(gòu)建了基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計(jì)性三個(gè)層次的工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系，各層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容所包括的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1、表2、表3所示。

2.2 突出綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的重要地位

改革之前，安徽科技學(xué)院的工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主要以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)為主，沒有突出綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的重要地位，顯然這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系不利于培養(yǎng)學(xué)生的開拓精神和創(chuàng)新能力，為了突出綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要地位，我們加大了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)所占比例，壓縮了基礎(chǔ)性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。目前，學(xué)校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)為18學(xué)時(shí)，我們安排9學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，6學(xué)時(shí)的綜合性實(shí)驗(yàn)，3學(xué)時(shí)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)為12學(xué)時(shí)，我們安排了6學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，3學(xué)時(shí)的綜合性實(shí)驗(yàn)，3學(xué)時(shí)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；通過改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容將綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例提高到了50%，幾年的教學(xué)實(shí)踐表明：改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系更有利于提高學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)的積極性，學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神在實(shí)驗(yàn)過程得到了充分地體現(xiàn)，在今后的教學(xué)改革中，我們將繼續(xù)加大綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例，進(jìn)一步突出綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的重要地位。

3 工程光學(xué)教學(xué)方法與教學(xué)模式的改革

3.1 充分發(fā)揮多媒體課件教學(xué)的優(yōu)越性

工程光學(xué)課程光路圖多、知識(shí)面廣泛、公式推導(dǎo)繁雜，而且具有一定的抽象性；應(yīng)用多媒體課件教學(xué)，可以綜合文字、圖像、聲音、動(dòng)畫和視頻等信息，展示工程光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)立體教學(xué)[2]。可以將抽象的內(nèi)容形象化，從而有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。同時(shí)利用多媒體課件教學(xué)還可以節(jié)省課堂板書、公式推導(dǎo)和作復(fù)雜光路圖的時(shí)間，從而大幅度擴(kuò)展工程光學(xué)單位學(xué)時(shí)的授課信息量，解決了當(dāng)前該門課程普遍存在的內(nèi)容多與學(xué)時(shí)少的的矛盾。

3.2 改革工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，變被動(dòng)接受為主動(dòng)探索

在工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式上，我們建立了以“學(xué)生為主體”的新型教學(xué)模式。對(duì)三種不同層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容采用了不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，其中基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要由學(xué)生自主完成，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要做好以下工作：①維護(hù)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)秩序；②對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的故障實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)維修；③對(duì)個(gè)別通過實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書仍無法單獨(dú)完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)；④組織學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論等。綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式：教師提前兩個(gè)星期布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)，讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)要求并提供所用實(shí)驗(yàn)設(shè)備等相關(guān)信息，學(xué)生在這段時(shí)間內(nèi)以組為單位通過查閱資料完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)課上，以組為單位完成實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)踐結(jié)果表明：這種以“學(xué)生為主體”的新型教學(xué)模式極大地提高了學(xué)生的獨(dú)立思考能力和開拓精神，同時(shí)也很好地培養(yǎng)了同學(xué)之間的協(xié)作精神。

3.3 開展開放式教學(xué)模式的改革

目前，學(xué)校工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)室能夠開出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共26個(gè)，以后還將不斷地增加一些新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中，我們只能完成部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而很多學(xué)生對(duì)沒有開出的其它實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也很敢興趣，為了滿足這部分學(xué)生的要求，我們進(jìn)行了開放式教學(xué)模式的改革，開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中沒有安排的所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生結(jié)合自己的興趣可以在一個(gè)學(xué)期或幾個(gè)學(xué)期內(nèi)選擇完成幾個(gè)開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開放實(shí)驗(yàn)室并由專職教師進(jìn)行管理，并負(fù)責(zé)啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問題。

4 考核內(nèi)容與考核方式的改革

教學(xué)改革之前，課程組確定的考核方式是閉卷筆試成績(jī)占80%，平時(shí)成績(jī)占20%，平時(shí)成績(jī)中作業(yè)和實(shí)驗(yàn)各占10%。這種考核方式不能真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，而且也不能多角度反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。為此我們進(jìn)行了考核內(nèi)容與考核方式的改革，將考核成績(jī)分成了四部分：期中閉卷筆試成績(jī)占30%，期終閉卷筆試成績(jī)占30%，實(shí)驗(yàn)操作考核占20%，平時(shí)成績(jī)占20%。

4.1 實(shí)行分階段考核

實(shí)行分階段考核方式，有利于維持學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，有利于教學(xué)環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行，有利于促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)[3]。我們的做法是將理論考核分為期中和期終閉卷考核，權(quán)重各為總成績(jī)的30%，為了體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，在期中和期終閉卷考核中實(shí)驗(yàn)部分所占的比例不低于20%。期中閉卷考核一般安排在學(xué)期的第11周進(jìn)行，考核內(nèi)容為除實(shí)用的光學(xué)系統(tǒng)以外的幾何光學(xué)部分相關(guān)內(nèi)容；期終閉卷考核安排在學(xué)期末進(jìn)行，考核內(nèi)容為實(shí)用的光學(xué)系統(tǒng)和波動(dòng)光學(xué)部分相關(guān)內(nèi)容。

4.2 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作考核

我們建立了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作考核細(xì)則，第一次實(shí)驗(yàn)課時(shí)，向?qū)W生講清楚實(shí)驗(yàn)操作考核的時(shí)間，地點(diǎn)，內(nèi)容，考核方式以及在總成績(jī)中權(quán)重等，實(shí)驗(yàn)操作考核主要從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作情況及實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況等方面對(duì)學(xué)生本學(xué)期已完成過的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全方位評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)操作總成績(jī)按權(quán)重的20%計(jì)入總成績(jī)。通過實(shí)驗(yàn)操作考核這種方式大大提高了學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的積極性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果大大提高。

5 結(jié)束語

本文是針對(duì)安徽科技學(xué)院的實(shí)際情況，借鑒了國(guó)內(nèi)各高校的工程光學(xué)教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工程光學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，在理論課程教學(xué)中，刪除了一些重復(fù)性的教學(xué)內(nèi)容；在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，加大了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例；同時(shí)對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行了改革，在考核方式上開展了階段性考核模式；改革后的實(shí)踐表明，通過課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，通過教學(xué)模式的改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生真正融入到課堂教學(xué)中，工程光學(xué)教學(xué)質(zhì)量有了明顯的提高。

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