基于應用光學課程的案例式、啟發式、探究式教學方法思索與探討

陳瀟

[摘 要] 應用光學課程是光電信息專業實用性較強的光學類課程之一，為了在教學中將理論性與實踐相結合，提出了案例式、啟發式、探究式教學方法，以具體的案例，結合課程內容，取得了良好的教學成果。

[關 鍵 詞] 案例式；啟發式；探究式；教學方法

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）28-0099-01

一、引言

應用光學是光電信息專業重要的光學類專業基礎課，該課程的學習有利于學生對光學儀器設計與制造的基礎知識建立清晰的概念體系，以便于在今后學習中學以致用。而應用光學主要是以光線概念為基礎研究光的傳播和成像規律的，其中不乏大量的公式計算，且知識點繁多，教學任務重，學生在學習過程中普遍存在以下問題：（1）學生對知識點的應用了解得比較模糊，學習了知識點，不知道如何在實際應用中解決工程問題；（2）教學過程仍偏重于傳統的課本知識點講解，與實際光學問題聯系不深入，而隨著教學內容的深入，學生的思維和邏輯跟不上教學過程，導致學習效果不佳。

近些年來，隨著教學模式的多樣化，應用光學課程大多采用多媒體教學、實驗教學相結合的模式。在教學過程中，教師仍然起主導作用，只不過比傳統教學而言稍微減少，這是由教師所處的地位和所掌握的知識技能決定的。通過實際光學儀器應用案例，啟發學生自我思考、研究，進而在師生共同協作中完成教學過程，同時也使得學生在教學過程中逐漸成為學習進程的“主導者”，這種案例式、啟發式、探究式教學方法既能培養學生學以致用、獨立解決問題的能力，還能提升學生的學習興趣，通過自身教學實踐表明，該方法具有良好的教學效果。

二、案例式、啟發式、探究式教學方法介紹

案例式教學[1]是哈佛大學首創的教學方法，是一種以案例為基礎的教學法，案例本質上是提出一種教育的兩難情境，沒有特定的解決之道，而教師于教學中扮演著設計者和激勵者的角色，鼓勵學生積極參與討論，不像傳統的教學方法，教師是一位很有學問的人，扮演著傳授知識的角色。

啟發式教學[2]是指教師在教學工作中依據學習過程的客觀規律，引導學生主動、積極、自覺地掌握知識的教學方法。

探究式教學[3]，又稱“做中學”、發現法、研究法，是指學生在學習概念和原理時，教師在上課前給學生一些事例和問題，讓學生自己在課前通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論、聽講等途徑去主動探究，自行發現并掌握相應的原理和結論的一種方法。它的指導思想是在教師的指導下，以學生為主體，讓學生自覺地、主動地探索，掌握認識和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發現事物發展的起因和事物內部的聯系，從中找出規律，形成概念，建立自己的認知模型和學習方法架構。可見，在探究式教學的過程中，學生的主體地位、主動能力都得到了加強。

文中應用的教學方法是這三種方法的結合，引入應用光學課程的教學過程中，通過實際光學儀器案例引入，引導學生去想、去思考；如何根據光學儀器的設計要求，確定光學設計指標要求；根據光學指標選擇合適的結構，優化分析。在這一過程中不斷運用三種方法相互結合，發現問題，解決問題，從而提升知識水平。

三、教學方法的應用

講解共軸球面系統的知識點，以最簡單的單片式物鏡成像為例，引入關于透鏡形狀的分類如正透鏡、負透鏡、平凸透鏡、彎月透鏡等；關于透鏡的參數如曲率半徑、厚度、玻璃材料、折射率等以及一些光學參量如焦距、視場角、光譜波段、探測器尺寸等。首先組織引導學生去思考：（1）透鏡的形狀分類與哪些單透鏡參量相關聯？（2）這些參量的概念？如何定義？定義中會出現什么問題？（3）其中的透鏡參量和光學參量之間有哪些關系？關系式是什么？同時還可以進一步設置問題讓學生去探究或思考：（1）如何實現物鏡的設計？采用什么軟件可以實現？（2）在物鏡設計中，以上提到的參量如何設置？（3）在優化設計中如何設置變量？步驟是什么？如何判定設計完成？（4）設計完成后的工藝性考慮，通過什么來分析？有何標準？這些問題可以讓學生課前去思考，查閱相關的書籍或資料，為學好本節內容打下堅實的基礎。接下來在講述中，以單透鏡為例，講述共軸球面系統的概念及參量。另外，可以通過zemax光學設計軟件在課堂中模擬單透鏡的參數設置，使得教學更加直觀化。在后期的實驗課中，讓學生自己實現一個雙膠合的物鏡設計，進一步提升知識，做到理論與實際相結合。

通過教學總結發現，在教學方法應用中要注意以下幾個問題：（1）所引入的案例一定要簡單易懂，過于復雜，不利于學生消化理解；（2）啟發的過程要一步步從淺到深，利用最簡單通俗的語言描述問題，啟發學生自我思考的能力，使得學習難度降低，提高學習成果；（3）注重實際應用，將理論知識與實驗相結合，提高學生解決問題的能力和動手能力。

四、教學成果與結論

通過對應用光學課程的教學方法改良，并配合實際光學設計軟件操作實驗，使得學生對光學儀器設計的學習興趣明顯提高。而文中基于應用光學的案例式、啟發式、探究式教學方法目前還處于初級階段，有待于進一步深入地思索和探究。

參考文獻：

[1]王少菲.案例法的歷史及其對教學案例開發的啟示[J].教育發展研究，2000（10）.

[2]王成營.現代啟發式教學應用于研究[J].科技信息，2009（31）.

[3]史朝.“探究教學”的理論和模式[J].遼寧師范大學學報（社科版），1992（1）.