光電專業(yè)中信息光學(xué)課程的教學(xué)思考

張桂菊 崔元昊

（蘇州大學(xué)光電信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215006）

0 引言

眾所周知，光學(xué)是一門古老而年輕的學(xué)科，是物理學(xué)中最重要的基礎(chǔ)學(xué)科，以激光技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代光學(xué)是目前發(fā)展最迅速和最活躍的現(xiàn)代科學(xué)研究前沿之一。隨著科技的進(jìn)步，光學(xué)在計(jì)算機(jī)、通信、信息處理等領(lǐng)域都有著愈發(fā)重要的作用，因此，掌握光學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)無(wú)論對(duì)學(xué)生就業(yè)或是進(jìn)一步深造都有著重要的意義。國(guó)內(nèi)眾多高校的光電信息專業(yè)均開(kāi)設(shè)了“應(yīng)用光學(xué)”“物理光學(xué)”“信息光學(xué)”“半導(dǎo)體物理”和“激光原理”等光學(xué)專業(yè)類課程，這些課程相互交叉、相互滲透和相互促進(jìn)的發(fā)展。“應(yīng)用光學(xué)”和“物理光學(xué)”主要涉及經(jīng)典光學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容，是學(xué)習(xí)近現(xiàn)代光學(xué)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，而激光的誕生促進(jìn)了“信息光學(xué)”這一學(xué)科的誕生與發(fā)展。

蘇州大學(xué)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是江蘇省一流本科建設(shè)專業(yè)，依托國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科和優(yōu)勢(shì)學(xué)科光學(xué)工程而建設(shè)。該專業(yè)以光通信與光電技術(shù)、光電系統(tǒng)與信息處理技術(shù)等方向?yàn)橹鞑⑾嗷ソ徊鏉B透，也是以光學(xué)、電子學(xué)等學(xué)科相互融合為特色的傳統(tǒng)而新興的專業(yè)。信息光學(xué)屬于該專業(yè)本科生的必修專業(yè)課程，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)基本素養(yǎng)與基礎(chǔ)工程素質(zhì)方面起著舉足輕重的作用。課程設(shè)置主要目標(biāo)：通過(guò)教與學(xué)讓本專業(yè)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生掌握光學(xué)系統(tǒng)可以看作一個(gè)二維線性空不變系統(tǒng)進(jìn)行分析，涉及信息光學(xué)中非初等函數(shù)及卷積和相關(guān)等數(shù)學(xué)運(yùn)算、線性系統(tǒng)的分析方法、二維傅里葉變換與抽樣定理、運(yùn)用空間域和頻率域方法討論光波傳播問(wèn)題。該課程也包含重要的應(yīng)用方面講解：光學(xué)全息技術(shù)和現(xiàn)代光學(xué)信息處理等。針對(duì)本課程內(nèi)容豐富、概念抽象、理論性較強(qiáng)的特點(diǎn)，筆者結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出幾點(diǎn)心得與大家一起探討。

1 信息光學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

信息光學(xué)的課程教學(xué)與實(shí)踐研究中發(fā)現(xiàn)，在該課程的教學(xué)中，主要遇到以下幾方面的困難：

1.1 傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容與模式單一

本科階段開(kāi)設(shè)的信息光學(xué)，被教師和學(xué)生普遍認(rèn)為是一門難度較大的專業(yè)課程。學(xué)信息光學(xué)中，存在大量的計(jì)算與推導(dǎo)，以及看似很復(fù)雜的理論公式，教師在開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)時(shí)會(huì)不經(jīng)意的出現(xiàn)過(guò)度注重公式推導(dǎo)的情況。而學(xué)生的數(shù)學(xué)與物理基礎(chǔ)水平參差不齊，大量復(fù)雜的積分公式與數(shù)學(xué)推導(dǎo)勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)相關(guān)公式理論的本質(zhì)缺乏理解，進(jìn)而失去學(xué)習(xí)興趣與信心。信息光學(xué)是一門應(yīng)用技術(shù)型課程，教師在授課過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合起來(lái)的情況。教學(xué)過(guò)程中如果同時(shí)采用線上線下混合模式，有其固有弊端，即手機(jī)必須要帶入課堂，這使得學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中玩手機(jī)的現(xiàn)象較嚴(yán)重，這種情況下教師過(guò)度注重理論講授勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不足，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)效率。

1.2 傳統(tǒng)考核模式單一

以筆試為主的成績(jī)占比過(guò)高，許多學(xué)生會(huì)在期末考試前臨時(shí)抱佛腳，搞突擊，死記硬背蒙混過(guò)關(guān)，想靠著期末考試的高成績(jī)占比來(lái)達(dá)到課程及格標(biāo)準(zhǔn)，考試之后卻什么也沒(méi)有學(xué)到，這違背了教學(xué)的初衷。另外，過(guò)高的筆試成績(jī)占比還會(huì)導(dǎo)致學(xué)生重理論知識(shí)而忽視將理論結(jié)合實(shí)際，即使在開(kāi)展的信息光學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程中，也會(huì)忽視實(shí)驗(yàn)基本原理，按部就班的機(jī)械操作及對(duì)實(shí)驗(yàn)持敷衍了事態(tài)度。例如，傅里葉變換全息存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)中，很多同學(xué)做出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻不知道實(shí)驗(yàn)原理，導(dǎo)致了不會(huì)觀察其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。同樣亦是，只知原理知識(shí)而不能將其結(jié)合到具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中。

2 課程建設(shè)分析與思考

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

高等學(xué)校最基本的職能是培養(yǎng)高級(jí)專門人才，育人即是高校教育的主要目標(biāo)，教學(xué)是實(shí)現(xiàn)其職能的基本途徑，始終是高校工作的重心。目前，光學(xué)課程的教學(xué)大多偏重理論教學(xué)，對(duì)于知識(shí)的應(yīng)用性與工程性的關(guān)注偏少，理論未能充分聯(lián)系實(shí)際，在教學(xué)之中不自覺(jué)地存在“重理論基礎(chǔ)，輕工程應(yīng)用”的傾向，這不利于培養(yǎng)高綜合素質(zhì)學(xué)生。在信息光學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，單純通過(guò)理論授課使學(xué)生充分理解基礎(chǔ)知識(shí)概念是相當(dāng)困難的。考慮到本課程內(nèi)容豐富、理論性強(qiáng)和概念抽象的特點(diǎn)，并調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，筆者在開(kāi)學(xué)第一課安排了光學(xué)發(fā)展史講述環(huán)節(jié)，詳細(xì)介紹信息光學(xué)發(fā)展史中的幾件大事：1947年用于像質(zhì)評(píng)價(jià)的光學(xué)傳遞函數(shù)建立、1948年全息術(shù)的提出和1960年激光的誕生。此外，也有對(duì)牛頓、笛卡爾、菲涅爾等歷史名人事跡的介紹，講述了一代代先輩們?yōu)榱斯鈱W(xué)的發(fā)展做出的貢獻(xiàn)，以及為了昭示真理所做出的斗爭(zhēng)。例如，以大科學(xué)家牛頓為代表的微粒說(shuō)與以惠更斯為代表的波動(dòng)說(shuō)間的斗爭(zhēng)。在光的本性問(wèn)題研究過(guò)程中，雙方各持己見(jiàn)，這也是一個(gè)不斷上升發(fā)展的過(guò)程，即真理具有客觀性、條件性與相對(duì)性。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到在科學(xué)面前，再大的名氣都毫無(wú)用處，科學(xué)是一個(gè)自我校正系統(tǒng)，任何錯(cuò)誤在其中都不能長(zhǎng)期隱瞞下去，只能老老實(shí)實(shí)用科學(xué)的態(tài)度來(lái)對(duì)待科學(xué)，借此養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

信息光學(xué)又名“傅里葉光學(xué)”，顧名思義，傅里葉變換將貫穿教學(xué)始終。許多概念和公式都是經(jīng)過(guò)一步步復(fù)雜的推導(dǎo)而來(lái)的，考慮到本科生教學(xué)需求，這一部分的授課講解重點(diǎn)考慮詳略得當(dāng)，保證每位同學(xué)都能知道公式和結(jié)果的由來(lái)，對(duì)于想要進(jìn)一步探究和推導(dǎo)公式的同學(xué)，在課余時(shí)間會(huì)給出詳細(xì)的公式推導(dǎo)。這樣充分結(jié)合利用了課上課外的時(shí)間，使得學(xué)生對(duì)于晦澀難懂的概念留有學(xué)習(xí)印象，為本專業(yè)的深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并能滿足優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的需求，加強(qiáng)了他們的理論基本功底。

2.2 優(yōu)化教學(xué)模式

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的迅速普及和發(fā)展，給傳統(tǒng)授課模式注入了新鮮的活力。本課程教師充分發(fā)揮網(wǎng)上在線大學(xué)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行網(wǎng)上課程資源整合與利用，并多次進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的混合教學(xué)模式改革實(shí)踐。在線大學(xué)課程資源主要有三大功能模塊：自主學(xué)習(xí)模塊、學(xué)情分析模塊和作業(yè)考試模塊。自主學(xué)習(xí)模塊中，上傳了與本課程相關(guān)的講座視頻、授課PPT、訓(xùn)練題庫(kù)、知識(shí)圖譜、課外文獻(xiàn)與補(bǔ)充學(xué)習(xí)資料，學(xué)生可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行選擇性地學(xué)習(xí)。學(xué)情分析模塊中，充分利用了大數(shù)據(jù)的功能，在學(xué)情數(shù)據(jù)里可以看到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，學(xué)習(xí)進(jìn)度跟蹤，幫助教師了解和關(guān)注學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)情況。作業(yè)考試模塊中，包括在線測(cè)試與考試功能，教師用于在課堂上及時(shí)發(fā)布隨堂測(cè)試與課后作業(yè)，使學(xué)生能夠進(jìn)一步鞏固課程所學(xué)內(nèi)容。在線下課堂中，教師在講授理論知識(shí)的同時(shí)也穿插著提問(wèn)環(huán)節(jié)，對(duì)于較為基礎(chǔ)、較為重要的知識(shí)點(diǎn)，在課堂教學(xué)中要保證充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，鼓勵(lì)學(xué)生積極主動(dòng)地參與課堂活動(dòng)，提出自己的疑問(wèn)。

此外，充分利用課程群建設(shè)優(yōu)勢(shì)，將工具類課程（如Matlab科學(xué)計(jì)算與工程應(yīng)用）與光學(xué)專業(yè)課有機(jī)結(jié)合學(xué)習(xí)。例如，信息光學(xué)中重要的卷積概念，在教學(xué)中可應(yīng)用Matlab軟件來(lái)模擬卷積過(guò)程。這有利于學(xué)生充分理解卷積的物理意義，同時(shí)也能夠加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用Matlab軟件分析與解決問(wèn)題的能力，這對(duì)于學(xué)生后期的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)及將來(lái)走上社會(huì)找工作都是大有裨益的。在線下的課程中，也不再是傳統(tǒng)的教師上課，學(xué)生聽(tīng)講，而是采用互動(dòng)課堂的形式，基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)與課上問(wèn)答相輔相成，這能夠有效地提升學(xué)生聽(tīng)課效率，及時(shí)鞏固聽(tīng)課成果。對(duì)于一些學(xué)生初次接觸或認(rèn)為“晦澀難懂”的概念，單靠授課講解學(xué)生很難理解知識(shí)點(diǎn)，授課過(guò)程中，教師應(yīng)充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，選取具有代表性的實(shí)驗(yàn)儀器帶入課堂展示，搭建光路，將理論知識(shí)具體化于實(shí)驗(yàn)操作之中，寓教于行，充分幫助學(xué)生理解疑難知識(shí)。在信息光學(xué)的教學(xué)中后期，組織文獻(xiàn)閱讀匯報(bào)，以信息光學(xué)書(shū)本中某一點(diǎn)理論知識(shí)或應(yīng)用實(shí)踐為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生完成相關(guān)文獻(xiàn)搜集、閱讀和匯報(bào)總結(jié)工作。在這過(guò)程中，學(xué)生自己獨(dú)立思考與討論，在相互交流之間拓寬知識(shí)面，完成對(duì)理論知識(shí)的思考與探究。

2.3 優(yōu)化考核模式

對(duì)于一門課程來(lái)說(shuō)，考核是督促學(xué)生學(xué)習(xí)、檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的重要手段。教師課堂教學(xué)質(zhì)量如何，學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)對(duì)于本專業(yè)的基本理論和專業(yè)知識(shí)掌握多少，以及能否對(duì)這些理論知識(shí)加以運(yùn)用，這都需要嚴(yán)格的課程考核才能檢驗(yàn)出來(lái)。傳統(tǒng)的考核方式是筆試，但是筆試在很大程度上只能考核學(xué)生理論知識(shí)的掌握情況，學(xué)生的實(shí)踐能力與綜合素養(yǎng)無(wú)法考核。在本課程的教學(xué)過(guò)程中，主要采用考試與考查相結(jié)合的考核方式。對(duì)于課程理論基礎(chǔ)部分，安排有期中考試與期末考試來(lái)考核學(xué)生們對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，成績(jī)占比50%～60%。平時(shí)成績(jī)上，則充分利用在線大學(xué)網(wǎng)上教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，綜合學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)時(shí)間、課后作業(yè)完成情況以及課上表現(xiàn)給予相應(yīng)的平時(shí)成績(jī)。此外，文獻(xiàn)閱讀和匯報(bào)研討用于考核學(xué)生對(duì)本課程的綜合理解程度的形式，也計(jì)算在平時(shí)成績(jī)中。兩種考核方式結(jié)合，一方面鍛煉學(xué)生問(wèn)題分析能力、報(bào)告撰寫(xiě)能力和表達(dá)交流能力，另一方面使學(xué)生更深刻掌握本課程的基礎(chǔ)知識(shí)，解決專業(yè)問(wèn)題的基本方法與專業(yè)技能。

這里，給出一次具體考核實(shí)例。筆試考核具體措施：期中考試采用開(kāi)卷方式，只允許攜帶該課程指定教材，重點(diǎn)考核二維線性分析系統(tǒng)和標(biāo)量衍射理論兩章內(nèi)容，成績(jī)占比20%；期末采用閉卷形式，對(duì)本學(xué)期所學(xué)內(nèi)容考察，期末閉卷考試對(duì)于總體檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成果來(lái)說(shuō)是必要的，成績(jī)占比40%，不高的成績(jī)比例可以防止學(xué)生期末臨時(shí)抱佛腳情況的出現(xiàn)，也使學(xué)生們平日的學(xué)習(xí)更加投入。平時(shí)考查方式的具體措施：（1）通過(guò)學(xué)生小組文獻(xiàn)閱讀匯報(bào)形式完成。內(nèi)容可以圍繞信息光學(xué)的具體知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)，或通過(guò)閱讀文獻(xiàn)拓寬視野，增加對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解及專業(yè)研究技能與方法的掌握，以此夯實(shí)專業(yè)知識(shí)掌握程度，成績(jī)占比10%。（2）課堂表現(xiàn)及在線大學(xué)上完成的課后作業(yè)及課堂上的章節(jié)測(cè)試成績(jī)，這里可以考查學(xué)生一學(xué)期的表現(xiàn)及督促學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)，并綜合了學(xué)生線上學(xué)習(xí)時(shí)間與效果和線下實(shí)體課堂表現(xiàn)，成績(jī)占比30%。這一考核模式，使得一學(xué)期的教學(xué)過(guò)程中將知識(shí)、能力和素養(yǎng)融為一體貫穿于整個(gè)信息光學(xué)課程中。將多種考核方式相互配合使用，從不同角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練與檢測(cè)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生綜合能力的提高。這種考核方式改變了傳統(tǒng)的期中、期末考試決定課程最終成績(jī)的舊模式，使得學(xué)生經(jīng)過(guò)這一階段的學(xué)習(xí)之后，能夠真正了解掌握信息光學(xué)的基本原理與專業(yè)知識(shí)，達(dá)到教與學(xué)的有機(jī)結(jié)合。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，筆者在信息光學(xué)課程的實(shí)踐教學(xué)方式中進(jìn)行了探索和實(shí)踐。從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)模式和優(yōu)化考核模式出發(fā)，力求在專業(yè)課程教學(xué)中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、拓寬知識(shí)面、提高學(xué)生綜合素質(zhì)和夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)。并充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)這一資源，改變傳統(tǒng)授課模式，使得學(xué)生更容易接觸到信息光學(xué)相關(guān)知識(shí)，并能夠利用有關(guān)計(jì)算工具和仿真軟件，學(xué)習(xí)和理解書(shū)本知識(shí)。在課程教學(xué)過(guò)程中，涉及線上、線下混合式教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容與教研融合，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究光學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的已知和未知，為培養(yǎng)出高素質(zhì)應(yīng)用型光電專業(yè)人才做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。