基于新工科理念的《物理光學》課程建設

周哲海 趙爽 王曉玲 牟濤濤 何巍 樊凡 郎曉萍

摘要：新工科建設要求將產業和技術的最新發展、行業對人才培養的最新要求引入教學過程中，這就要求對原有的課程體系進行重新的梳理和調整。正是基于這樣的需求，教學團隊對物理光學課程體系進行了調整，增加了很多反映最新社會發展和技術需求的教學內容，同時著手建設在線課程和虛擬實驗平臺，為學生的課外學習提供了更為豐富的教學資源，支撐了學生創新實踐能力培養。

關鍵詞：新工科，物理光學，課程體系，創新實踐

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）15-0089-03

一、引言

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了復旦共識、天大行動和北京指南，以主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列國家戰略。新工科建設要求將產業和技術的最新發展、行業對人才培養的最新要求引入教學過程，更新教學內容和課程體系。

物理光學是我校光電信息科學與工程專業的專業基礎課，基于光的波動性和粒子性（即波粒二象性）的基本原理，介紹光的干涉、衍射、偏振、散射等基本的光學現象、基本原理及典型應用，是光電類專業重要的知識組成部分。同時，物理光學所涉及的內容與社會發展密切相關，有非常大的生命力和活力，在現代社會和科技發展中有非常大的影響力，在不斷地創新發展，推動者社會進步。因此，持續開展課程體系建設，以適應最新的社會發展需求，是課程建設的基本要求。在過去兩年，課程組基于工程教育專業認證和新工科理念，對物理光學的課程體系進行了新的系統設計，將最新的信息技術引入到課程教學中，突出學生創新實踐能力培養。本論文將對過去我們的工作做一簡要總結，拋磚引玉。

二、建設舉措及效果

在光電信息科學與工程專業2012版培養方案中，物理光學課程的課時為48個，同時與之相關的兩門課是信息光學和現代光學實驗，其中，信息光學40個學時，現代光學實驗是24個學時，是一門純實驗課。物理光學和信息光學兩門課有一部分內容有一些重疊，就是關于光的衍射的內容。而現代光學實驗則同時包括兩門課的一些綜合性實驗。總體上，這樣的安排有一些混亂。同時，面向新的技術和產業發展，原有的課程內容也需要進行調整。因此，在2016版培養方案中，課程團隊對課程體系進行了一系列的調整。

（一）進一凝練教學內容，將最新的技術發展融入課程教學

技術在不斷發展，課程教學內容也應該隨之變化，以適應這種發展。我們將信息光學課程取消，部分內容融入物理光學的課程中，總學時由原來的48個學時增加至64個學時，現代光學實驗依然為獨立的實驗課程，16個學時，全部為綜合性的實驗。具體來說，課程團隊對物理光學內容進行了新的調整，引入了“傅里葉變換”和“線性系統理論”，從頻域的角度進一步理解光在空間傳播的物理現象和本質，從而從更深的層面理解衍射的物理含義;同時，課程還增加了“光學全息”的內容，讓學生綜合運用干涉和衍射的物理概念來理解這個非常重要的物理概念。

同時，課程還對原有的一些內容的教學學時進行了壓縮，例如金屬的反射和透射特性、多層介質薄膜的濾波特性、子波帶法計算菲涅耳衍射場分布、多種類型的光柵等，設立了一些小的專題，例如負折射率材料的反射和透射特性、基于Macleod軟件計算介質薄膜的透射和反射特性、凹面光柵、亞波長光柵、超分辨熒光顯微成像、全光場成像等等，將這些最新的技術發展引入到課堂中，激發學生的學習興趣、了解最新的技術發展和研究熱點，激發他們探索新問題的熱情。

（二）采用新的教學方法，提升課程教學質量

面向新的技術發展，特別是信息技術的發展，傳統的教學方法面臨著很多挑戰，很多傳統的滿堂灌、一言堂的方式已經難以激發學生的學習興趣，因此新的教學方法改革與創新變得非常重要而且迫切。

為此，課程組在物理光學的課程建設中也開展了一些新的嘗試。首先，建設了在線課堂資源，將教學內容和重要知識點講解放到網上，學生可以隨時進行在線學習，提問答疑，完成測試等;其次，在課堂教學中引入了超星公司的學習通App，增加了互動環節，讓學生參與到課堂教學中，激發學生分析問題、解決問題。

（三）提供更豐富的實踐內容，提升學生的創新實踐能力

課程實驗和圍繞課程的實踐環節是課程教學的重要內容，也是提升學生實踐創新能力的重要手段，所以提升課程實踐環節的教學質量至關重要。

首先，我們對原有的一些實驗進行了改造提升，讓傳統的驗證性實驗提升到設計性、綜合性實驗的水平，在實驗設計的環節中提出問題導向，讓學生帶著問題做實驗，通過做實驗來分析問題、解決問題，從而提升學生的實踐動手能力、分析問題和解決問題的能力。為此，我們基于工程教育專業認證的要求，重新梳理了課程實驗教學大綱、課程實驗指導書、實驗報告規范以及實驗考核標準等內容。

其次，我們還開設了一些新的開放性實驗供學生選擇，和集體做實驗不同，學生可以在課余時間來做實驗，靈活自主，而且按要求完成后可以計入課程實驗成績。更大的一個創新工作在于，我們利用虛擬仿真軟件平臺開設了一些虛擬仿真實驗，學生通過這些實驗可以模擬一些典型的光學現象，了解基本的光學原理，同時還可以設計一些比較復雜的實驗系統，進行更為復雜的實驗現象的分析模擬。這種虛實結合的實驗方式為學生的實踐教學提供了更多的鍛煉機會，更好的能力培養途徑。

（四）改革課程考核方式，豐富課程考核手段，進一步強化過程考核

傳統的課程考核方式主要是期末考試和平時考核相結合，這種方式忽略了過程考核，導致很多學生在平時學習的壓力不夠，不夠用心期末考試突擊復習，學習效果和成績并不理想。鑒于此，我們將過程考核引入到課程考核中，將課程成績分成幾個過程性成績的總和，增加一些過程考核的環節，這樣學生在平時學習就比較有壓力，在整個過程都能投入，學習的效果也好很多。當然，這種過程考核方式給教學團隊增加了很大的工作量，因為每個考核過程都要進行成績批改和記錄，以及教學文檔的整理。

（五）完善現有的課程評價機制，持續改進提升課程教學質量

持續改進是工程教育專業認證的三大理念之一，將這一理念運用到課程教學上，最關鍵的就是科學合理的課程評價機制。

傳統上課程評價的機制主要是學生評教，學生給老師的總體教學水平打一個分數。但是這種方式無論分高分低，都很難用于持續改進，因為老師不是很秦楚課程需要在哪些方面進行改進提升。為此，我們按照工程教育專業認證的理念，豐富了課程的評價機制。首先，通過調查問卷，了解學生課程目標達成情況以及對課程的意見。通過問卷結果分析，可以清楚地了解到學生對課程不同目標的達成情況，也就是學生收獲的情況，這可以告訴教師在新一輪的教學中在哪些方面加強改進提高，而且收集學生的意見后，也可以有針對性地進行完善。另外，我們還引入了課程過程成績評價方法，也就是將學生的考核成績和教學目標掛鉤，定量的了解學生在不同教學目標方面的達成情況，有比較清楚的量化指標，更有利于課程改進的實際操作。而且這種課程量化評價方法還可以進一步支持專業的畢業要求達成度評價。

三、總結與分析

課程教學是提升人才培養質量“最后一公里工程”，所以課程教學改革始終是人才培養最根本的問題。過去幾年，我們圍繞物理光學的課程體系進行了一系列改革，在課程內容、教學方法、實踐體系、考核方式以及評價機制等方面都做了一些嘗試，有了一些心得和收獲，這些改革的效果得到了學生的支持，也確實提高了課程的教學質量，學生有了更多的收獲。為此老師們也付出了很多的時間和精力，投入很大。當然這些方法也不見得能運用到所有的課程教學上，實際上，針對不同類型的課程，都可能有很多不同的更適用的方法。但不管怎么說，只要是能提高課程教學質量，讓學生有更多收獲的方法就是好方法，值得去努力應用的方法。

改革永遠在路上，課程教學改革也是如此，我們也將更加努力，不斷探索，不斷實踐，在提升課程教學質量、提升人才培養質量的路上繼續奮進。

參考文獻：

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[2]顧佩華.從CDIO在中國到中國的CDIO：發展路徑、產生的影響及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017，（1）：24-43.