本科專業課程研討式教學方法探索與實踐

王澤鋒　耿美華　奚小明　程湘愛

摘要 專業課程的教學是本科教育的一個重要環節，對于大學生走向工作崗位或繼續學習深造都有重要的影響。“應用光學”是我校軍用光電工程專業的一門重要專業基礎課程，針對該課程應用性較強的特點以及當前教學內容和方法存在的缺點，結合軍用光電專業學生培養的目標，探索了研討式教學方法在專業課程教學中的應用，為下一步在“物理光學”等其它專業課程教學中開展研討式教學打下了基礎。

關鍵詞 教學方法 研討式教學 應用光學 創新能力

專業課程是本科生培養方案的重要組成部分，主要介紹與專業相關的知識和技術，它架起了所學基礎知識到實際應用的一個橋梁，對于本科生畢業后走向相關的技術崗位或進一步學習深造都具有重要的作用。但是受傳統教學理念和方法的影響，目前在專業課程特別是專業基礎課程的教學中，大多還是采取知識傳授為主的教學方式，即教師講授為主，學生被動接受，真正參與到教學活動的程度不高，教學效果有待提高，教學改革特別是教學方法與手段的革新迫在眉睫。

現代教學理念主張要讓學生成為教學活動的主體，重點培養學生的創新能力和科研能力，突破傳統的以知識傳授為主的教學方法，教師更應該注重去啟發和引導學生進行自主學習和探究。二十世紀九十年代以來，以美國為代表的西方發達國家在高等教育中積極倡導研究討論式教學，美國博耶委員會發表的著名研究報告《重建本科教育——美國研究型大學藍圖》中將研究型教學模式明確為本科教學的基本要求，其中研討式教學方法是研究型教學的重要組成部分。新世紀以來，由于高校擴招帶來了一系列的問題，包括生源質量不斷下降、師資力量和教學資源緊缺、畢業學生整體水平在不斷下降等。針對此，國內高校也積極開展了教育教學改革，其中課程教學改革是重要的組成部分。2005年，教育部在“關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見”中強調“要積極推動研究型教學，提高大學生的創新能力”，對開展研討式教學做出了明確的要求。

“應用光學”課程是光學工程及相近專業開展光學理論和光學技術教育的專業基礎，主要講授幾何光學的基本理論與應用，側重于典型光學系統的結構、設計、成像特性分析以及實際應用，對學生學習光學設計、光信息理論等后續課程和從事光學研究具有十分重要的作用。它不僅是與我國光學儀器等相關專業一同誕生的傳統課程，也是全球具有悠久光學工程教育歷史的國際一流大學共同擁有的一門經典課程。“應用光學”是我校軍用光電工程專業學生的一門專業基礎課，為后續專業課程（如“物理光學”、“軍用光電技術”、“軍用光電系統與裝備”、“激光原理”等）的學習奠定必備的基礎知識。針對該課程應用性較強的特點和當前教學內容及教學方法存在的不足之處，緊緊圍繞軍用光電專業學生的培養目標，探索了研討式教學方法在專業課程教學中的應用，取得了較好的教學效果，為下一步在其它專業課程中全面實施研討式教學模式打下了基礎。

1課程特點與當前教學方法存在的不足

專業課程的學習是我校軍用光電工程專業本科學生大學教學訓練的重要組成部分，為將來走向工作崗位熟悉現代光電裝備打下基礎。“應用光學”主要是利用幾何光學的方法分析各類光學系統的性能特點，是一門應用性很強的課程，目前教學內容主要包括“幾何光學基本原理”、“光學系統設計與像差分析”和“光學系統”三部分。其中，“光學系統”部分與設計應用結合最緊密，包括望遠鏡系統、顯微鏡系統、照相機系統、投影儀系統、激光光學系統、光纖光學系統、紅外光學系統等。對這些系統的了解與學習，對于軍用光電工程專業學生將來在工作崗位上能夠熟練掌握與操作光電類武器裝備十分重要。但是，目前的教學內容不太適合軍用光電工程專業學生的培養，而且當前的教學方法也存在一些不足。

1.1教材缺乏技術更新、軍事特色和趣味性

我校課程標準中選用的教材是安連達教授等編寫的《應用光學》（北京理工大學出版社，2002年3月第3版）。該書對于一般的光電和光信息類專業而言，是一本較好的《應用光學》課程教材，概念和基本原理介紹非常清晰，光學系統的選擇也具有普遍的代表性。但是，對于我校軍用光電工程專業的學生而言，該教材存在以下幾個不足之處：

（1）缺乏技術更新。縱觀人類科技發展的歷史，最新的技術大多最先應用到軍事方面。隨著現代科技的日新月異，近些年來出現了許多先進的應用光學系統，如基于先進CCD和CMOS的現代新型光電成像系統、光場相機、超光譜成像、超光學分辨率顯微鏡等，教材編寫時不可能把這些內容也包括進去，但是這些先進的技術都可能很快應用到軍事上。因此，在教學內容的選擇時有必要適時引入一些最新的光學系統，在課堂上對這些系統的工作原理和技術特點進行討論分析，從而加深學生對應用光學基本原理和概念的理解，同時幫助學生掌握最新的科技動態。

（2）缺乏軍事特色。我校培養的軍用光電工程專業學生都是為部隊服務的，他們將來面對的主要是軍用光學系統，而教材介紹的主要是通用光學系統，軍事特色不明顯。針對此，我們在教學中刪除了部分光學系統，如顯微鏡系統和投影儀系統，同時增加了軍用望遠鏡、夜視儀、紅外相機、大功率光纖激光系統等教學內容，選擇了一些已經裝備部隊的典型系統進行介紹，使教學更有針對性，也極大地激發了學生的學習興趣。此外，我們還引入了一些與現代武器裝備密切相關的新技術、新系統，使學生能夠更好地緊跟新軍事變革和軍隊信息化建設的步伐。

（3）缺乏趣味性。幾何光學基本原理、光學系統像差分析和典型光學系統的介紹相對比較單調乏味，缺乏趣味性，很難充分調動學生的積極性。針對此，除了在教學手段和方法上進行了革新，在教學內容上也進行了擴展，如在課堂上進行了部分基本原理的演示實驗、補充介紹了部分日常光學現象等。其中，增加的“色散光學系統”重點介紹了彩虹的形成及其特性，利用幾何光學的基本原理與方法對彩虹進行了詳細的分析，同時在教室里面給大家制造了彩虹，收到了很好的效果，大大激發了學生的學習興趣。

1.2傳統教學方法不利于培養學生的創新思維和創新能力

當前，“應用光學”課程教學手段和方法還是比較傳統，大部分時間是教師在講授知識，學生長期處于被動接受的狀態。這種教學模式，對于基本概念和基本理論的介紹都已經顯得有些死板、陳舊和滯后，對于應用性很強的“光學系統”部分的教學就更加不合適了，很難調動起學生的積極性，非常不利于學生創新意識和創新能力的培養。針對此，我們在“應用光學”課程的教學過程中，始終將學生創新意識和創新能力的培養擺在首位，特別強調學生運用所學知識分析和解決實際問題的能力的鍛煉。借鑒在本科專業課程“光電成像技術”教學改革中的經驗，我們始終將啟發式教學穿插于教學的各個環節，努力引導學生去發現問題、分析問題和尋找解決的方案。針對重點教學內容，我們采取了研討式教學方法，具體根據情況包括課堂分組討論和專題研討兩種形式，受到了學生的熱烈歡迎。根據教學內容，我們還靈活運用案例教學，選取了一些軍事特點突出的科研成果進行介紹。此外，我們還適時進行課堂演示實驗，如水柱傳光、三環效應、棱鏡色散、晶體雙折射、超連續譜激光等等，加深學生對基本原理和基本概念的理解。我們盡量讓每一位學生都有機會參與其中，不僅活躍了課堂氣氛，同時也大大激發了學生的學習興趣，促使他們去積極思考與研究。

2研討式教學方法探索與實踐

研討式教學是在教師的指導下，充分發揮學生的主觀能動性，通過學生自我學習來獲取知識和強化能力培養與素質提高的一種教學方法。由于學生參與的程度很高，同時帶有很強的啟發性，對于學生創新思維和創新能力的培養非常有幫助，因此自提出以來，研討式教學方法就受到了廣大教師和學生的推崇，在專業課程教學中取得了很好的效果。研討式教學方法能夠將教師的主導作用和學生的主體作用統一起來，將知識傳授和能力鍛煉統一起來，符合新型軍事人才培養的目標。我們將研討式教學方法引入到“應用光學”中，打破傳統以知識傳授為主的教學模式，重點培養學生的創新意識和創新能力，在具體實施過程中特別強調以下幾個事項。

2.1通過課前調查充分了解學生的基本情況

由于我校“應用光學”課程面向的軍用光電工程專業包括技術類和指揮類，不同類型的學生培養目標和培養方案有所區別，此外在以往課程的學習情況、專業知識結構等方面也不盡相同。即使是相同類型的學生，不同年級之間也會存在諸如興趣愛好、性格特點等方面的差異，所有這些都會導致學生對課程教學期望值的不同。根據以往的做法和經驗，非常有必要在課程教學開始之前對授課學生進行一次詳細的調研，內容包括人數、姓名、籍貫、畢業學校、性格特點、興趣愛好、以往課程學習情況、專業知識結構等基本情況，以及學生對教學內容的興趣分布、學習期望等。一方面，根據調研結果對學生進行了分組，在尊重學生選擇的基礎上盡量將各類學生混合分組，這樣不僅有利于討論的開展，而且能相互促進。另一方面，根據調研的情況，對教學和討論內容進行適當調整，更有利于研討式教學取得好的效果。此外，通過課前調研，還可以拉近與學生的距離，增進親近感，同時還可以在教學過程中做到有的放矢，大大提高教學效率。

2.2基本概念精講，重點內容研討

對于光學系統中涉及到的基本概念和工作原理以精講為主，在教學過程中特別注重靈活運用啟發式、案例式、實物演示等多種教學方法。需要學生重點掌握和理解的內容，則采取研討式教學。例如在介紹“激光光學系統”時，我們采取設問和啟發的教學方式，介紹了激光產生的歷史、機理和主要特征，重點通過介紹普朗克、愛因斯坦等偉大科學家對激光發明的貢獻，學習了他們分析問題和解決問題的創新思維方式；采取一般講授的方式，介紹了高斯光束的定義、特征參數等。通過這種精講的方式，讓學員掌握了最基本的物理概念，有利于后面討論的有效開展。緊接著，我們分組討論了“高斯光束成像和球面波成像之間的區別”。由于通過前面的認真講解，學生對高斯光束的特點已經很清楚了，結合前面學過的球面波成像知識，使得討論進行得較為深入，取得了較好的效果。通過討論，不僅加深了使學生對“高斯光束及其透鏡變換”重點內容的理解，而且鍛煉了學生運用所學知識分析實際問題的能力。

2.3合適的討論主題是關鍵

選擇合適的討論主題是研討式教學能否取得成功的關鍵。借鑒在《光電成像技術基礎》中的成功做法，我們在討論主題的選擇時遵循了以下三條基本原則：（1）重點性原則，即要求主題選題緊扣重點教學內容，如在“光纖光學系統”一節討論了“光纖單模傳輸條件”、在“偏振光學系統”一節討論了“如何利用偏振片和四分之一波片區分各類偏振光”等，加深學生對基本物理概念的理解；（2）軍事性原則，即選題緊密結合國內軍事熱點，增長學生的見識，讓學生了解世界軍事動態，為此在“紅外光學系統”中討論了“美軍裝備使用的典型紅外光學成像系統”、在“望遠鏡系統”中討論了“國內外典型的軍用望遠鏡系統”等，極大地激發了學生的興趣；（3）前沿性原則，即立足于應用光學發展的前沿方向進行選題，如在“顯微鏡系統”中，討論了獲得2014年諾貝爾獎的“超分辨熒光顯微成像技術”，在“激光光學系統”中，結合我們自己的科研工作討論了“如何將高斯光束通過透鏡組合有效耦合進空芯光纖？”讓學生了解了學科發展的前沿動態，調動了學習積極性。

2.4靈活采取多種討論形式

為了更好地進行研討式教學和鍛煉學生的創新能力，根據教學內容的特點，在教學過程中我們注意了以下兩個結合：一是課前給出問題課堂有準備的討論與課堂隨機討論相結合，二是課堂小討論與主題研討比賽相結合。如在介紹“色散光學系統”，課前給大家準備了“彩虹是如何形成的？”“彩帶的順序如何？”“彩虹一般出現在什么時間？什么方位？”“雙彩虹是如何形成的？彩帶的順序如何？”“彩虹是偏振的嗎？”“為什么我們看到的彩虹都是弧形且彎向地面？”“如何獲得圓形彩虹？”等十幾個問題，讓大家去查閱相關資料，然后在課堂上利用一節課的時間有重點地進行了討論。通過這種方式，不僅激發了學生的興趣，而且加深了學生對彩虹的理解。在“光纖光學系統”教學過程中，在給出光纖單模傳輸條件之后，馬上進行了“有什么辦法可以實現無截止單模傳輸？”的討論，充分調動的學生的創新思維，鍛煉了他們靈活運用所學知識的能力，同時引出了下面的話題——光子晶體光纖。針對“現代新型光電成像系統”一節的特點，課前讓學生自學了CCD和CMOS的工作原理，并確定了討論主題“CCD與CMOS的主要區別”，然后利用課堂時間進行了研討比賽，受到了學生的歡迎。

2.5合理分組，積極討論，及時總結

分組的合理與否對于研討式教學能否取得好的效果至關重要。在實施過程中，我們根據學生的特點和不同的主題，對學生進行動態分組，每組四到五人，主題可以是給定的，也可以是學生自己選擇的。成員之間進行任務分工，通過查閱相關文獻和分析總結，最后形成總的演講報告，并由一名組員進行匯報。在每組匯報完后，其他同學可以提出問題，開展積極的交流討論，對于需要深入了解的內容課后進一步調研。為了進一步提高討論效果，我們及時針對研討內容、匯報形式等進行講評。內容主要從新穎性、條理性、系統性等方面進行評估，匯報形式主要對PPT制作質量、匯報人對內容的熟悉程度、回答提問情況等方面進行評價，最后把其它各組學生評價成績（占60%）和教師評價成績（占40%）進行綜合打分，并以40%的比例納入課程的最終考核成績。通過總結講評，能夠及時發現和糾正研討過程中出現的問題，也調動了學生參與的積極性，充分發揮每位學生的長處，從而在各小組之間形成了一種良好的競爭意識，不僅使學生在研討中加深了對基本概念和基本原理的理解，同時也極大地拓展了知識面。

3結束語

我們在軍用光電專業課程“應用光學”教學中積極探索并實踐了研討式教學方法，特別注重學生的綜合素質的培養，通過課前調查了解學生情況、精講和討論有效結合、合理分組、精心設計討論主題、靈活采取多種討論形式等多種手段，取得了較好的教學效果。研討式教學方式極大地活躍了課堂氣氛，激發了學生的學習興趣，不僅加深了學生對基本原理和概念的理解，也讓學生了解了相關科技前沿動態，更重要的是鍛煉了學生的創新思維與創新能力。

★基金項目：教育部高等學校“專業綜合改革試點”項目——光學工程；湖南省“十二五”普通高校教學改革研究項目“課程教學改革一課外科技競賽一創新能力培養互動教學模式研究”；國防科技大學“十二五”教育教學研究重點課題“依托課外科技創新活動的大學生綜合素質培養體系研究”；全國高校光電專業“十二五”教育教學熱點難點教研項目“與國際接軌建設光電本科專業《應用光學》課程體系”