學(xué)科交叉背景下生物光子學(xué)課程建設(shè)與實踐

摘? 要：學(xué)科交叉背景下的交叉學(xué)科課程建設(shè)非常重要。生物光子學(xué)是融合生命科學(xué)和光子技術(shù)發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科。本文以西安電子科技大學(xué)的生物光子學(xué)課程為例，對生物光子學(xué)的形成與研究內(nèi)容進行總體介紹，闡述生物光子學(xué)的課程目標和課程體系，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)理念和教學(xué)評價等方面對生物光子學(xué)課程的建設(shè)與實踐進行探索，有效提高了教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)了多學(xué)科交叉融合的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：學(xué)科交叉? 交叉學(xué)科? 生物光子學(xué)? 課程體系? 課程建設(shè)與實踐

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）02（b）-0171-03

Course Construction and Practice of Biophotonics under the Background of Interdisciplinary

LIU Lixin

（School of Physics and Optoelectronic Engineering， Xidian University， Xi'an， Shaanxi Province， 710071 China）

Abstract： The construction of interdisciplinary courses is very important under the background of interdisciplinary subjects. Biophotonics has developed as a new interdisciplinary subject by the integration of life sciences and photonics technology. Taking the course of biophotonics from Xidian University as an example， this paper generally introduces the formation and research content of biophotonics， elaborates the curriculum goals and curriculum system， and explores the course construction and practice from the aspects of teaching content， teaching methods， teaching concepts and teaching evaluation. This research effectively improved the teaching quality and achieved the teaching effect of interdisciplinary integration.

Key Words： Interdisciplinarity; Interdisciplinary subject; Biophotonics; Curriculum system; Course construction and practice

學(xué)科交叉已經(jīng)成為提升大學(xué)辦學(xué)水平、人才培養(yǎng)質(zhì)量和整體競爭力，促進跨越發(fā)展的必由之路。學(xué)科交叉研究體現(xiàn)了科學(xué)向綜合性發(fā)展的趨勢。華中科技大學(xué)教育科學(xué)研究院劉獻君教授在《學(xué)科交叉是建設(shè)世界一流學(xué)科的重要途徑》一文提出，在“雙一流”建設(shè)中，一流學(xué)科建設(shè)是其基礎(chǔ)和核心，而學(xué)科交叉是建設(shè)一流學(xué)科的重要途徑[1]。

學(xué)科交叉是指不同學(xué)科之間的相互交叉、融合、滲透，其結(jié)果是逐漸形成一批新興交叉學(xué)科。近代科學(xué)發(fā)展特別是科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)，國計民生中的重大社會問題的解決等，常常涉及到不同學(xué)科之間的相互交叉和相互滲透。高校要為學(xué)科交叉創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境，而面向本科生、研究生的交叉學(xué)科課程建設(shè)與實踐是其中重要的一個環(huán)節(jié)[2]。

生物光子學(xué)課程是一門多學(xué)科交叉的綜合性課程。本文以西安電子科技大學(xué)的生物光子學(xué)課程為例，介紹生物光子學(xué)的形成與研究內(nèi)容，闡述生物光子學(xué)課程的教學(xué)目標和課程體系，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)理念和教學(xué)評價等方面探討學(xué)科交叉背景下生物光子學(xué)課程的建設(shè)與實踐。

1? 生物光子學(xué)形成及課程教學(xué)目標

生物光子學(xué)（Biophotonics）是在20世紀量子理論、技術(shù)革命、基因科學(xué)三大科技進步的基礎(chǔ)上，融合生命科學(xué)和光子技術(shù)發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科。它交叉于光學(xué)、光電子學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)等諸多領(lǐng)域，其應(yīng)用涉及到生物學(xué)研究、醫(yī)學(xué)疾病診斷、治療及預(yù)防等，多學(xué)科的相互交叉融合又會為新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用開辟新的途徑。圖1所示為生物光子學(xué)的總體介紹[3]。

我校物理與光電工程學(xué)院于2012年起開設(shè)了本科生的生物光子學(xué)選修課，在本科教學(xué)水平工作評估和工程教育專業(yè)認證的推動下，不斷完善并優(yōu)化該課程的教學(xué)大綱和教學(xué)體系。課程教學(xué)目標是從光和生物組織體相互作用的基本現(xiàn)象入手，系統(tǒng)、深入地介紹基本概念、基本原理、技術(shù)、方法和應(yīng)用進展，并通過講授生物光子學(xué)中的典型應(yīng)用實例、最新科研成果及研究動態(tài)，給學(xué)生提供一個關(guān)于學(xué)科知識和技術(shù)應(yīng)用的簡明主線。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能對這門新興學(xué)科的方法、技術(shù)和現(xiàn)狀有較為深刻的認識，為設(shè)計生物醫(yī)學(xué)光學(xué)檢測儀器和從事生物光子學(xué)研究打下堅實的基礎(chǔ)。同時激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和科研興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，進而提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。

2? 生物光子學(xué)課程建設(shè)與實踐

在學(xué)科交叉背景下，對生物光子學(xué)課程的建設(shè)與實踐進行探索和研究。實現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)理念和教學(xué)評價等方面的改革與創(chuàng)新，提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和激情，提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的多元化思維、國際化視野以及協(xié)同創(chuàng)新能力[4-5]。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

在推進一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)的進程中以及在教育部工程教育專業(yè)認證的推動下，完成對生物光子學(xué)課程教學(xué)大綱的優(yōu)化和修訂，設(shè)計不同的課程模塊，提高課程實踐所占比例，注重發(fā)展性、過程性考核。在教材選擇上，為學(xué)生提供了國內(nèi)外相關(guān)多種參考書籍和文獻資料，授課時以紐約州立大學(xué)布法羅分校Paras N. Prasad教授的《生物光子學(xué)導(dǎo)論》（何賽靈譯），以及由駱清銘、張鎮(zhèn)西教授主編的國家衛(wèi)生健康委員會/教育部生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會“十三五”規(guī)劃教材《生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)》為指導(dǎo)。課程體系設(shè)計如圖2所示[3-6]。在教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計上，分為基礎(chǔ)知識、案例教學(xué)和互動實踐三部分：基礎(chǔ)知識包括光子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、光與生物體相互作用，以及光電檢測技術(shù)的基本概念、基本原理，以老師講授為主，開展線上答疑;案例教學(xué)包括專題講座和實驗示例，主要對生物光子學(xué)中的重要技術(shù)、方法和應(yīng)用進行講解，并輔以典型的實驗，如光鑷、全內(nèi)反射熒光顯微技術(shù)等進行展示;實踐部分選取本領(lǐng)域重要的技術(shù)及應(yīng)用，以課堂分組討論和口頭報告的形式由師生互動完成。在教學(xué)過程中，通過合理設(shè)計使內(nèi)容深入淺出，提高學(xué)生自學(xué)和課上反饋比例，注重理論與實踐的結(jié)合。

2.2 教學(xué)方法

教學(xué)方法和手段是教學(xué)改革與實踐的重要內(nèi)容之一。本課程采用混合式教學(xué)模式，線上線下相結(jié)合，綜合運用課堂講授、提問鞏固、案例教學(xué)和主題發(fā)言等方法[5，7-8]。根據(jù)課程需要，將不同的方法與課程內(nèi)容有機地結(jié)合起來，形成“教”與“學(xué)”的統(tǒng)一，提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。授課過程中，將網(wǎng)絡(luò)、多媒體等現(xiàn)代教學(xué)手段和管理模式有機結(jié)合并應(yīng)用于教學(xué)實踐中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高參與程度。教師結(jié)合自己的科研工作，講解具體案例及注意事項，加深學(xué)生對于相關(guān)原理的理解和掌握，強化學(xué)生分析和解決問題的能力。學(xué)生在有效閱讀文獻的基礎(chǔ)上，自行選擇某一主題，在課堂上發(fā)表自己的見解，提高了獨立思考能力和語言表達能力。開展翻轉(zhuǎn)課堂實踐，老師布置某項任務(wù)由學(xué)生分組完成并在課堂上進行匯報，增強了互助合作的團隊意識。同時鼓勵學(xué)生進實驗室參觀學(xué)習(xí)并積極參與課題研究，提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力和動手操作能力，對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力和創(chuàng)新意識具有重要作用。

2.3 教學(xué)理念

教學(xué)理念對教學(xué)活動有著極其重要的指導(dǎo)意義。教學(xué)過程中，教師積極轉(zhuǎn)變思路，不以灌輸知識為目的，而以學(xué)生為主體，關(guān)注學(xué)生的進步與發(fā)展;從宏觀著眼，細節(jié)著手，增強學(xué)生對交叉學(xué)科和專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的認識;以任務(wù)為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力;推薦相關(guān)的專業(yè)書籍、參考文獻和講座報告，鼓勵學(xué)生分組討論、上臺演講，由被動接受變?yōu)橹鲃訁⑴c，培養(yǎng)學(xué)生在多元文化環(huán)境和國際環(huán)境中獨立思考和協(xié)同創(chuàng)新的能力;利用“學(xué)在西電”課程平臺、QQ課程群、微信等方式和學(xué)生開展教學(xué)互動、課后答疑、報告推送等，充分發(fā)揮線上線下、課堂內(nèi)外的優(yōu)勢組合與多元融合，實現(xiàn)知識的不斷深化。

2.4 教學(xué)評價

教學(xué)評價主要包括對教師教學(xué)工作過程的評價和對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價。教師通過平臺發(fā)放隨機問卷由學(xué)生進行評教，根據(jù)評教意見完善課程內(nèi)容、改進教學(xué)設(shè)計等，從而不斷提高教學(xué)質(zhì)量。在對學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價時，不以一次考試為評定標準，注重發(fā)展性、過程性評價。課程總成績包括10%的課堂測驗成績，30%的課程研究性學(xué)習(xí)成果成績和60%的期末報告成績。

3? 結(jié)語

學(xué)科交叉和融合既是科學(xué)研究的熱點領(lǐng)域，又是未來學(xué)科發(fā)展的主要方向，已經(jīng)引起大多數(shù)高校的重點關(guān)注。新時期辦學(xué)要改變傳統(tǒng)的教育教學(xué)方法，建設(shè)開放、多元的學(xué)科文化，重視學(xué)科交叉背景下的交叉學(xué)科課程建設(shè)，培養(yǎng)具有多學(xué)科背景、具有獨立思考和協(xié)同創(chuàng)新能力、適應(yīng)國際化發(fā)展需要的復(fù)合型人才。在學(xué)科交叉背景下從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)理念和教學(xué)評價等方面成功探索了生物光子學(xué)課程的建設(shè)與實踐，將為其他交叉學(xué)科課程的開展和建設(shè)提供借鑒和指導(dǎo)。

參考文獻

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