基于專業認證理念的光學原理課程教學改革

沈常宇 沈為民 李晨霞 張艷 樓俊

[摘 要]在專業課程改革和建設中如何滿足專業認證的以學生為中心、成果導向、持續改進理念，是當前一流專業和課程建設的重點。文章詳細闡述了符合專業認證要求的光電信息科學與工程專業核心課程光學原理的改革和建設情況，分別從支撐相應畢業要求指標點的課程目標、多形成性評價、教學方法以及課后輔導方式等方面，詳細闡述了該課程的改革和建設思路，介紹了改革重點解決的問題和成效。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）01-0013-04

隨著國家一流專業計劃及工程教育專業認證的有序推進，課程教學和設計作為最基本的教學單元，是培養學生的最主要陣地，是支撐“一流”專業建設的骨干，亦是踐行“以學生為中心、產出為導向和持續改進”的認證核心理念的核心單元。專業認證強調以學生為中心、成果導向教育（OBE）、持續改進等理念，重視培養學生解決復雜工程問題的能力[1-2]，其包括七大部分：學生、培養目標、畢業要求、持續改進、課程體系、師資隊伍、支撐條件。這其中，師資隊伍和支持條件用來支撐課程體系，課程體系支撐畢業要求，畢業要求支撐培養目標，在這些支撐過程中持續改進，最終實現對學生的培養。可以看出，課程體系在這其中起到非常重要的作用。只有課程體系實現完美達成，才能夠實現其進一步地往上支撐。因此，高質量的課程建設顯得非常重要，是提升整個高等教育質量的核心和關鍵所在。2019年10月31日，教育部發布《關于一流本科課程建設的實施意見》[3]，全面開展一流本科課程建設，樹立課程建設新理念，推進課程改革創新，實施科學課程評價，嚴格課程管理，立起教授上課、消滅“水課”、取消“清考”等硬規矩，夯實基層教學組織，提高教師教學能力，完善以質量為導向的課程建設激勵機制，形成多類型、多樣化的教學內容與課程體系[4]。

從教育部的發文可以看出：一方面，國家層面已經認識到課程建設的重要性;另一方面，這也可以看出當前我們的課程建設還很薄弱，還存在諸多“水課”或者是不適應當前以學生為中心、為核心理念的課程。目前，很多課程的教學方式還是關注教師教得怎么樣，教學內容也不是基于學生培養目標和相應的支撐畢業要求來確定的。與此同時，當前一些高校的學生沉迷于智能手機推送的海量信息，旨在提高學生學習興趣的種種措施難以奏效;如何在課程建設上實現由“評課”轉變為“評學”，如何實時關注學生的學習過程，及時發現學生學習中的需要，幫助學生提升能力，激發學生的學習動力;對未達到要求的學生及時發現問題，并實施有效的矯正措施，對已經達標的學生進行強化和鼓勵，從而實現全體學生的學習成果，是目前課堂教學亟待解決的問題。

基于此，我們針對國家一流專業光電信息科學與工程的核心課程光學原理，提出了以學生為中心、以成果為導向的多形成性評價教學改革，力圖實現以下兩方面主要目標：一是開展多形成性課程目標評價設計，全面實現本課程對于畢業要求和培養目標的支撐，實現以學生為中心和以產出為導向的課程教學;二是基于多形成性評價課程考核，達到關注學生的學習過程，及時發現學生學習中的需要，幫助學生提升能力和激發學習動力的效果。

一、光學原理課程具體改革措施

（一）課程目標的梳理和設計

基于工程專業認證標準，光學原理課程在光電信息科學與工程專業的課程體系中處于核心專業課的地位，其所支撐的專業畢業要求指標點如下。

1.具有物理光學、應用光學、光電子技術、光電檢測技術等專業知識，并能夠用于解決光電信息及檢測領域的復雜工程問題。

2.能夠對光電信息及檢測領域復雜工程問題建立數據分析模型或進行知識表達;能夠運用數學方法進行數據分析和處理，通過信息綜合得到合理有效的結論。

3.能夠使用恰當的工具軟件和光電信息及檢測領域的工程設計軟件進行設計、開發、模擬和分析工程問題等操作。

4.能夠利用團隊協作，清晰表述技術內容，并能正確答辯或解答相關問題。

（二）基于課程目標的多形成性評價設計

針對上述課程目標進行形成性評價的設計。當前的課程評價模式較為單一，除了點名、作業，就是考試。一方面，這種評價模式不能全面地評價學生的學習成果，很好地體現產出導向。因為單憑點名和作業不能評價學生的團隊協作或者其他非技術因素;單憑考試成績也不能很好地體現學生對知識的掌握程度。與此同時，這樣對學生也不公平，因為學生能力是多樣性的，在滿足課程目標的前提下，我們應該給學生提供多樣性的形成性評價，在課程設計、教學及評價時要充分考慮每個學生的個體差異，要在時間和資源上保障每個學生都有達成學習成果的機會。基于此，如圖1所示，我們針對課程目標，設計了期中考試、期末考試和過程考核的多形成性評價。

1.對于課程目標1（光學知識及其應用），以期中考試（20分）和期末（40分）考試來評價，采用完全教考分離模式，考試試卷由課程組非授課教師根據考試大綱出題，課程組流水線批改。

2.對于課程目標2、目標3和目標4，以過程考核進行評價。

◆ 作業和課堂表現等（10分）;

◆ 以翻轉課堂或專題問題討論（10分）評價學生團隊協作能力等非技術因素;

◆ 以訓練大作業（10分）評價學生解決復雜光學問題的能力;

◆ 以光學設計實驗（10分）評價學生對現代工具（Zemax等）的掌握程度及光學設計能力。? ? ? ?

（三）課程教學方法的改革

上述兩點解決的是光學原理課程教學過程中頭部（課程目標）和結果（產出評價）的問題。實際上，要實現以學生為中心的產出，不是改變評價方式即可，也不是不管教師教學的好壞，而是對教師的教學提出了更高的要求：在教學過程中，不僅每時每刻要知道教學內容對畢業要求的支撐，也需要知道將來考核學生時要采取哪些評價方式;還要注意教學方法，以培養學生能力為中心，提升教學質量。如圖2所示，我們從以下幾個方面進行了改革。

1.小班化分層教學。全面開展小班化分層分類教學改革，培養學生學前思考、學中思考、學后反思，提高其創新能力，具體做法如下。（1）組班辦法：教師提出有層次、有類別、有區分的教學方案、課程成績考核辦法、特色等，學生報名選擇，引導學生按水平、興趣分流。重點是實現教師的教學特色、教學層次與學生學習訴求、學習興趣之間的匹配和協調（學前思）。（2）發揮小班優勢，加強師生互動和討論，提高學生的參與度（學中思）。（3）完全教考分離，包括教師評價與公共評價，主講教師對所在班級學生的評價側重過程評價和能力評價;公共評價由非任課教師出題評價。（4）評價辦法包括對學生成績評價和教師教學評價;建立形成性評價與終結性評價有機結合的辦法;對教師的教學評價既要考慮生評教成績，也要考慮教師在學生能力培養中所做的工作以及學生考試成績（學后思）。

2.現代教育技術應用。除了常規的網絡課堂和多媒體應用，大力開展計算機輔助教學，讓簡明扼要的公式推導與精確實用的數據分析法形成互補。（1）重組知識體系，構建核心問題：因為當前光學原理課程涉及的數學問題仍以公式推導即符號演算為主，而計算機處理則以數值運算為主，所以應對知識結構進行調整，對于每個重要結論都需要將相關物理量集合在一起，形成可數值求解的一類問題。（2）建立算法模型：簡單情況只要按一定順序直接用公式求解即可，但許多情況需要應用較復雜的算法才能完成數值計算。（3）選擇適當的應用軟件：既要能完成數值計算，又要能產生多媒體素材;以計算結果為依據制作曲線、圖形、動畫等多媒體素材，插入PPT文檔中，形成上課用的新課件。（4）編制新型實驗作業：至少完成一種解法的程序或電子文檔的設計;課程組匯總各位教師分工制作的課件、實驗作業等，討論連續性、合理性，形成一致意見后進行教學試驗。（5）建立師生互動平臺：通過課程網站、通信群等及時交流，適當采用翻轉課堂這種新的教學形式。

3.能力導向教育。隨著本專業學生國際交流的日益增多以及我國加入《華盛頓協議》、成為該協議簽約成員，專業認證是學生能力培養和提升國際化辦學水平的必由之路。我們將在課堂教學中將堅持以學生為中心，以專業認證為契機，全面開展能力導向教育。（1）聚焦內外需求與培養目標的對應關系，實現培養目標的精準定位。結合學校的辦學思想、本專業的人才定位和用人單位的用人需求，特別是浙江省的中小企業對創新人才的需要，優化本課程目標。（2）利用小班教學的互動優勢，提升學生的分析、表達、溝通能力和團隊協作能力。（3）教師在大力推進現代教育技術應用的同時，促進學生充分利用現代工具以及本專業的各種專業軟件，培養其應用工具來解決本專業的復雜工程問題的能力。

（四）課后輔導方式的改革

輔導答疑是課程教學必不可少的環節。師生之間是否形成良好的互動是評價教學的一個重要指標。而師生互動并不是越熱鬧就越好。實際上，盲目熱鬧不利于形成有條理的邏輯思維，沒有準備的討論一般不會取得好的教學效果。理工科學習需要的是嚴密的邏輯推理而不是一時涌現（難以捕捉）的靈感火花，因為一種想法是否可行在課堂上是很難判斷的，需要時間分析證明。所以理工科教學上的師生互動應更多體現在課堂內教師的教與課堂外學生的學之間的互動，也就是學生課后對教師講的內容能夠響應，并通過做習題、答疑等途徑反饋給教師，與教師進行交流溝通。我們設想開展以下兩種輔導方式。

1.設計一種基于Excel的新型課后輔導作業（基礎訓練和大作業），作業的內容通常以手寫形式難以表達，主要有數據表格、曲線、圖形、動畫等。這種實驗作業與教師上課時所用課件是緊密相關的，可讓學生進一步體會教師的教學意圖，消化課堂內容。改作業由電腦自動產生作業題，學生如果有解題思路，則可直接解題，輸入結果。如果沒有解題思路，則通過參數設定、約束條件表達、相關公式選擇等，熟悉、理解題意，形成解題思路。該系統設置兩個界面：（1）預習界面，可以查得分、對答案、看提示，再重做;（2）做題界面，也可查得分但次數有限（一般設置1～3次），最后點擊“保存文檔”，則自動保存題目、解答、得分以及為防止抄襲設置的輔助信息。該系統的特點是自動出題、自動批改，每一類型題目含100多種變化，每個學生題目都不同，學生提交文檔即可，不滿意還可以重復做題，這大大提升了學生的主動性，減輕了教師的工作負擔。

2.無論是教學課件還是學生基礎訓練作業都會涉及許多問題，而課程教學學時有限，課堂上不可能全部講解。我們通過微課錄像的形式進行輔導，用10分鐘左右的時間講解1個知識點（重點或難點），或1種工具應用，或1種解題技巧，或一種實驗設計等。

二、本課程改革解決的重點問題

（一）改變課程建設的重點

各級在線課程、資源共享課很多，但大都以“教”為重點，如要求有全程錄像、上課課件、知識點解釋等，但很少有學生主動愿意利用這些課程網站學習。新工科建設和專業認證都要求培養學生解決復雜工程問題的能力，教學改革應聚焦學生的能力提升。本課程建設重點圍繞學生的學習成果展開：開發基礎及能力提升訓練系統、翻轉課題、專題問題探討等，以提升學生能力和“學”為重點。

（二）目標明確，清楚聚焦

不管是老教師還是新教師都能夠在課程教學設計時清楚地聚焦在學生在完成學習過程后能達成的最終學習成果（即課程目標），并讓學生將他們的學習目標聚焦在這些學習成果上。始終記著要考什么（掌握哪些知識、達成哪些能力），不要等到期末才考慮如何考試。

（三）增加機會，關注學習困難學生

目前高校管理中較多采用指標化管理，完成指標的有效方法是抓亮點，主要依賴于少數優秀生、特長生的表現。我們認為，要改進學風，學習困難學生的表現更加關鍵。本課程通過期中考試、期末考試、基礎訓練系統、翻轉課堂、專題問題探討等多形成性評價增加機會，給全體學生以達成學習成果的機會。這既可以解決他們的學習困難，又堵住作業抄襲的渠道，而且還能讓他們看到希望，加把勁就能達成目標，不需要另想歪門邪道。

（四）形成性評價與成果導向教育有機結合

基于成果導向對學生在整個學習過程中的表現進行跟蹤與評估：基礎訓練每次練習都有評分，還可進行單元測試;能力提升訓練可對學生處理復雜問題的能力做出評價，結合學生的課堂表現、期中考試和期末考試、翻轉課堂等構成完整的形成性評價。

三、課程評價及改革成效情況

首先，經過多年的教學改革，我們的光學原理教學得到了眾多知名教育專家對我們的高度評價。2014年11月，在中山大學舉行的全國高等學校光學教學研討會決定，由中國計量大學牽頭組織光學教學改革方面的校際合作。首要工作是建立國內高校光學課程試卷庫，目前我們綜合了北大、南大、復旦、西安交大等20多所高校的光學試卷，并與同行進行了交流，受到各校歡迎。2018年8月在吉林大學舉行的全國高等學校光學教學研討會上，我們又進行了教學課件校際交流。2019年7月和12月，負責人又分別在全國光學大會（中科大、合肥）和光電專業教指分委會上（江蘇師范、徐州）上，應邀作了報告，全面闡述了光學原理課程建設和課程形成性評價在認證中的作用和設計，引起了與會專家的強烈反響。教學改革成果特別是新型計算機輔助教學的課件在國內產生較大影響，已在福建師范大學、安徽工業大學、深圳大學等許多高校得到應用，提供證明的有15所。隨著專業認證影響的擴大，近幾年不斷有高校與我們聯系，要求參觀交流，已經來過的有河北工業大學、哈爾濱理工大學、山東師范大學、太原科技大學等20多所高校。浙江省教育廳網站及《杭州日報》《錢江晚報》《中國科學報》等主流媒體多次報道我們教學改革、學生科技等方面的成果[5-7]。

其次，課程建設可持續。許多教學建設或改革項目結題后就不再繼續做了，原因是這些改革措施需要學生、教師花費太多的時間和精力，因而難以持續。而本課程針對課程目標的多形成性評價的基本要求，如基礎訓練，一般問題學生能夠通過電腦自己解決，訓練時產生的記錄文檔、單元測試的成績表等使教師可隨時掌握每個學生的學習情況。這樣的教學改革使教學效率大大提高，既不會顯著增加學生負擔，也不需要教師超額工作，能夠長期堅持。

再次，課程組成員獲得國家教學成果二等獎，省教學成果一等獎、二等獎，校教學成果一等獎各1項。

最后，在學生學習成效方面，縱向比較來看，如圖3所示，相比2016級，2017級的課程目標達成度有了較好的改善。課程目標1—5達成度均有所提升。特別是針對2016級結束時提出來的關于課程目標1、目標2達成度不高的問題，即物理光學相關知識學習運用及能力提升問題，本輪教學有了較好的提升。同時，我們也研究了學生個體的達成情況，如圖4所示，從2016級到2017級，學生個體的全部課程目標達成情況良好。

四、結語

專業認證及新工科教育要求在教學過程中以學生為中心，關注學生學習成果。專業教育最終的落腳點必定是課程。本文以光學原理課程建設與改革為例，詳細闡述了課程建設過程中如何體現專業認證的理念，圍繞課程目標建立了體現學生中心、成果為導向的多形成性評價以及教學改革，希望能夠為新形勢下專業課程的建設和改革提供一些思路。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 中國工程教育專業認證協會.工程教育認證標準（2017版）[EB/OL].（2017-11-01）[2020-05-25].http：//xhjwc.xhu.edu.cn/41/2c/c6439a147756/page.htm.

[2] 孫春玲，錢明明，吳紹艷.基于專業認證與雙證書聯動的應用型本科專業人才培養機制研究[J].高教探索，2014（3）：91-95.

[3] 中華人民共和國教育部.實施一流本科課程“雙萬計劃” 讓本科課程優起來：教育部印發《關于一流本科課程建設的實施意見》[EB/OL].（2019-10-31）[2020-05-20].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/xw_fbh/moe_2606/2019/tqh20191031/sfcl/201910/t20191031_406261.html.

[4] 吳巖.建設中國“金課”[J]. 中國大學教學，2018（9）：5.

[5] 浙江省教育廳網站.中國計量學院積極推進專業基礎課小班化教學工作[EB/OL].（ 2015-12-02）[2020-05-21].http：//www.zjedu.gov.cn/news/144904916003375220.html

[6] 杭州日報.專家共商光學教學[EB/OL].（2014-11-17）[2020-05-21].http：//hzdaily.hangzhou.com.cn/hzrb/html/2014-11/17/content_1839711.htm

[7] 錢江晚報.專家共探討光學教學改革[EB/OL].（ 2014-11-27）[2020-05-21]. http：//qjwb.zjol.com.cn/html/2014-11/27/content_2896601.htm？div=-1

[責任編輯：劉鳳華]

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