“光學”課程項目式教學實例探究

喬文

【摘要】為改變傳統《光學》課程中學生被動的接受知識點的現狀，教學團隊選擇“小組項目”的形式開展任務型課堂教學。本文以“手機中光學應用”為項目題目，通過具體實例分析項目式教學的課題設置方法，項目執行與成果。實踐表明，以學生為主體，引導學生自主完成資料收集、實驗設計、總結和成果展示的全過程，可提高學生課堂積極性，增強學生的合作意識，培養學生進行獨立學術思考的能力。本文對光學課程的開展翻轉式課堂教學設計具有一定參考價值。

【關鍵詞】項目式教學 ?教學探討

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）42-0166-02

《光學》課程是高等院校物理專業一門重要的必修基礎課，它在為大學生系統地打好必要的光學基礎知識，培養大學生初步的科學思想方法和研究問題的方法方面起著非常重要的作用。由于《光學》又是低年級開設的課程，它在使大學生樹立端正的學習態度，掌握科學的學習方法，培養獨立獲取知識的能力，初步嘗試科學研究前沿領域等方面也有著十分重要的作用。

1.項目式教學設置背景

《光學》課程主要包括幾何光學及波動光學兩大部分內容，具有與學生生活息息相關，與前沿科技聯系緊密的特點。傳統光學課程以啟發式、灌輸式教學為主，教師起主導作用，通過板書或幻燈片的形式將知識點歸納總結后傳授給學生，學生被動地接受知識點。此種教學模式已不再適應當今教育的要求和發展。為此，教學團隊進行教學改革，選擇“項目”的形式開展翻轉式課堂教學探索。

“項目”式教學源自歐洲的勞動教育思想，最早的雛形是18 世紀歐洲的工讀教育和19世紀美國的合作教育。歷經發展，直至20世紀后期逐步成熟和完善，成為十分重要的一種教育思潮。“項目”式教學是指在老師的指導下，將一個相對獨立的項目交由學生自己處理。通過引導學生完成信息收集、方案設計、項目實施和最終評價，使學生自主學習，了解并掌握整個過程的知識難點。

“項目”式教學最顯著的特點可概括為“項目牽引、學生主要、教師輔助”。在《光學》課程中，通過項目的形式，設計任務型的教學活動，以學生為主體，獨立完成設定人物的資料收集、閱讀、理解、總結和成果展示的全過程，從而提高學生課堂積極性，鼓勵學生表達個人觀點，增強學生的合作意識，培養學生進行獨立學術思考的能力。“項目”式教學是高校國際化教育的重要實踐途徑之一。然而，“項目”式教學成果好壞，與項目課題設立、實施方法等有密切關系。為此，教學團隊對項目課題進行了仔細的研究。

2.項目設置實例

項目課題應充分體現《光學》課程與生活息息相關，與前沿技術緊密聯系的特點。同時，項目課題應充分考慮學生的興趣和綜合能力發展需求。為此，教學團隊設立的項目題目之一為：手機相機的光學應用。下面就該項目實例進行詳細說明。

課題設置原因：手機作為最重要的個人信息交互平臺，已經成為最重要的產業之一。經過幾年的迅猛發展，手機產業上市公司中，市值在200億以上的至少有30多家。手機已集成各行業頂尖技術，是技術革新最快的領域之一。而手機攝像頭則成為每位同學都有的光學系統，并代表了目前小型光學系統發展的前沿水平。充分利用人手一個的光學系統，可以了解光學產業的發展現狀，并探討光學在手機中的其他應用和發展趨勢。

課題研究內容：為滿足不同層次學生對知識汲取與探究的需求，課題設置“階梯式”研究內容。主要分為三個階梯：

2.1手機攝像頭的性能參數評測方法

首先，通過文獻查找獲得手機所用圖像芯片的像素數與像素大小，并記錄主要參數。其次利用課堂所學知識和身邊工具，設計實驗估算手機系統的焦距、視場角等性能參數。之后設計實驗，測量手機景深、動態成像范圍等性能參數。最后，引導學生討論系統的主要評價參數指標，及各參數之間的關系，并分析參數設計值選定原因。

2.2 手機攝像頭的像差評測方法

像差是指實際光學系統中，由非近軸光線追跡所得的結果和近軸光線追跡所得的結果不一致，與近軸光學的理想狀況之間的偏差。像差主要可分為球差、彗差、場曲、像散、畸變、色差以及波像差。利用通過測量手機攝像頭的畸變、色差等參數，初步了解光學系統成像質量的評價方法。最后，通過文獻調研，了解圖像質量提升的硬件方法與途徑。

2.3 光學在手機中的其他應用

除了攝像頭，手機在光學系統中的應用還包括：平板顯示技術、基于結構光的深度感知、裸眼3D顯示技術、玻璃蓋板上的微納技術、屏下指紋識別等。教學團隊鼓勵學生選擇一個感興趣的領域，并進行深度研究，從工作原理、發展現狀和技術瓶頸、未來發展方向等方面進行詳細闡述。

3.項目執行與實施效果

項目執行分為組隊、文獻調研、實驗、綜述撰寫、報告討論五個環節。項目要求學生完成一個完整的學術研究閉環，即從資料收集，到實驗設計，到成果整理與發表的整個環節。最后成果遞交形式分為論文和口頭報告兩部分。

在論文撰寫中，需包含論文題目、作者信息、摘要、論文主體、致謝和參考文獻五個部分。并通過前言、實驗步驟、實驗結果、總結和討論幾個方面對項目研究進行詳細闡述。教學團隊預先提供范例論文以供學生模仿和參考，達到事半功倍的效果。實踐中，學生遞交的成果總會帶來驚喜，說明他們的潛力是可以激發出來的。

在口頭報告中，要求學生制作幻燈片，對“手機中光學的其他應用”這一部分調研內容進行概述，利用有限的時間對調研成果進行介紹。考慮到施教對象是本科低年級學生，幻燈片制作經驗欠缺。實踐中，教學團隊預先提供優秀幻燈片范本，并提供科技型幻燈片制作技巧。在進行口頭報告時，不少同學就報告的研究領域表達了自己的想法，并展開了熱烈的討論。比如，有幾個小組都選擇了基于結構光的深度感知這一研究課題。一個小組做完口頭報告后，在提問環節就結構光的產生機理和影響因素進行了熱烈爭論，很好的達到了加深課堂所學知識，拓展和延伸到研究前沿領域的目的。

4.結論

多輪教學實踐成果表明，教學團隊堅持開展的項目式教學探索，構建的本科生任務型“階梯次”能力訓練的教學實踐培養模式，受到了各屆本科生的普遍歡迎。對培養本科生具有“寬泛的專業知識、團隊合作和領導能力、解決問題能力”的創新型綜合素質人才具有十分顯著的教學效果。