基于OBE 理念的《工程光學》課程教學改革探索

盧利鋒，李少年，岳大靈，王小睿，魏列江

（蘭州理工大學能源與動力工程學院，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

《工程光學》是蘭州理工大學測控技術與儀器專業針對本科生開設的一門學科基礎課，該課程于2004年首次開設，至今已有18屆測控技術與儀器專業學生學習了此課程。該課程的主要任務是本科生通過本課程的學習，掌握光學的基本概念、原理和光學系統的分析方法，為學生以后從事有關光學系統設計、光學方法測量等研究奠定專業基礎。

近年來，隨著現代科技的迅速發展，工程光學已經與信息科學、能源科學、材料科學、生命科學、空間科學、精密制造和微電子等領域交叉融合，形成了高精尖的光學檢測方法，相應光學檢測儀器設備的開發已成為目前研究熱點，因此，具備扎實基礎理論知識和創新應用能力的畢業生是檢測領域急需的關鍵人才[1]。這對學生的自主學習能力、邏輯思維能力、創新能力、實踐能力、發展能力等提出了更高的要求。

然而教學團隊開展教學十多年來，學生普遍反映該課程教學可使學生具備較系統全面的光學知識，但同時也存在一些問題，如教學內容概念多、抽象且理論性偏強，公式推導復雜且難懂，影響了相關知識點的理解和掌握，導致教學效果大打折扣；學生所學的純理論知識與工程實際應用脫節，導致學生自主分析和解決問題的能力弱，在光學綜合應用創新方面能力不足[2-3]。這些問題導致學生對學習工程光學的意義和前景感到困惑，而且很難保持足夠的耐心和積極性[4]。

針對上述工程光學教學過程中遇到的問題，本文基于OBE理念，工程光學展開應用型課程改革。

1 OBE理念

OBE理念（Outcomes Based Education）指成果導向教育，強調以最終結果為基礎，重點關注學習成效，根植于“能力本位”的教育思想，滿足新時代下打造新型復合型人才的培養目標[5-6]。

基于OEB理念對《工程光學》進行課程改革，具有如下優勢：首先，課程教學以學生為中心，打破了傳統教學中學生熱情度低、自信心差等壁壘，一切教學活動圍繞學生展開，確保學生的綜合素質和綜合素養的整體提升；其次，以成果導向為目標，突出課程的實際應用性，在課程內容中引入國外先進光學檢測儀器案例，形成章節教學內容與儀器案例對應關系，突出理論教學的實際應用價值；再次，以學生能力培養為宗旨，課程教學與考核中設置新型光學系統設計等環節，加強學生創新能力、發展能力等多重培養，把科學研究和教學緊密地結合在一起，發揮科研育人功能；最后，隨著本科培養方案的大改革，課程教學時長進行了大幅縮減。基于OBE理念對課程教學方法進行改革，有利于在較少的課時內使學生能力得到全面的培養與鍛煉。

因此，針對工程光學的教學現狀、結合課程的特點，基于OBE理念開展教學研究具有重要的意義。

2 課程改革總體思路

基于《工程光學》課程教學現狀及存在問題，結合OBE理念，以學生為中心，課程改革總體思路如圖1所示。將學生的自主學習能力、邏輯思維能力、創新能力、實踐能力、發展能力為改革宗旨，對課程教學目標進行優化。結合教師團隊的科研方法，建立多領域工程應用案例，將其進行拆分，形成光學元件、光學系統和光學方法等基本元素，再依據教學大綱設置的教學內容，將工程案例的基本元素與章節理論知識進行融合，形成合理的課程教學設計方案。針對不同教學內容，采用多元化教學方法進行教學實施，同時設置考試、案例分析報告、創新設計報告等形式進行考核，對教改效果進行有效評價。

圖1 項目總體思路

3 課程改革內容

3.1 課程教學目標優化

課程所支撐的畢業要求決定了該課程的教學目標。目前，測控技術與儀器專業的工程光學教學目標為：

（1）通過本課程的理論教學和實驗訓練，使學生掌握光學基本概念、基本原理、典型光學元件光路分析、綜合光路像質分析等光學專業知識，能夠用于測控系統光學部分工程問題的表述中；

（2）能夠對復雜測控系統中的光學成像部分進行像質評價，或者依據光學系統的約束條件對光學模型進行建模分析。

該教學目標中未能突出學生的創新能力培養。基于OBE理念，根據以學生為中心的能力培養方針，以光學高精密檢測應用為導向下，結合新型光學儀器發展趨勢和新技術應用，對教學目標進行優化與調整，著重強調學生邏輯思維能力、創新能力、實踐能力、發展能力的多元化培養，讓本課程對本專業培養目標和畢業要求發揮更好的作用和貢獻，具體修改如下：

（1）掌握光學的基本概念、基本原理、典型光學元件光路分析、綜合光路像質分析，能夠利用光學專業知識對實際工作應用中的光學系統進行分析與評價；

（2）掌握光學系統的設計原理，能夠依據光學測量方法，建立光學系統模型并進行設計。

3.2 教學設計

傳統的教學以課堂講授為主，實驗教學為輔，關注學生理論知識的理解和掌握能力。基于OBE理念，以學生為中心，在理論教學中加強實際工程案例的解剖與分析，培養學生解決復雜實際工程問題的思維方式和意識，突出學生邏輯思維能力的建立與發展。如圖2所示，課程教學改革是基于實際工程案例，通過對光學儀器的光學系統進行拆分，形成以光學元件、光學系統結構、光學測量方法為基本元素的系統構架，然后對工程光學教學內容進行調整，并與光學系統基本元素之間形成映射關系。在實際教學中，針對每個部分的教學內容用工程實例進行支撐，時刻體現理論與實際應用之間的緊密結合。

圖2 課程教學設計方案

3.3 教學實施

工程光學課程內容繁雜枯燥且抽象，概念多、公式復雜、圖示多，許多內容涉及的知識點多，并具有廣泛應用背景，學生學習過程中缺乏興趣，很難有足夠學習耐心和積極[3]。傳統的PPT與板書相結合的教學模式，難以滿足當下的教學要求。基于OBE理念，以學生為中心，開展多元化教學，有利于學生綜合能力的培養。如圖3所示，針對不同課程內容，采用不同的教學手段進行授課，通過現代多媒體的教學手段使課堂的教學課件更生動活潑，利用動畫、Zemax等設計軟件進行部分抽象理論內容講授，使教學內容直觀易懂。同時設置工程案例分析任務，讓學生形成完整的光學系統設計分析方法，并進行新型光學系統設計與開發。著力培養學生光學基礎理論知識的應用能力和工程創新能力，旨在達到教學與科研相統一。

圖3 課程教學實施

3.4 教學考核

傳統的教學考核方式主要為閉卷考試的方式進行，這種形式重點強調的課程理論的學習，對實踐應用考核未能有效體現，表現出重理論輕實踐的現象。鑒于此，建立以學生能力培養為評價指標的教學考核方法，讓學生在學習過程中，明確學習目標，掌握科學的學習方法，從學習、應用和創新等多層面進行能力拓展和鍛煉，突出復合型人才培養的價值。

具體教學考核指標包括：學生學習態度、作業練習、實驗訓練、案例分析報告、創新設計報告和閉卷考試。通過分階段性（期中和期末）、分類型（理論學習、實踐訓練、創新訓練等）地進行多層面考核，建立學生自主學習能力、邏輯思維能力、創新能力、實踐能力、發展能力的多元化評價方法。

3.5 隊伍建設

加強教師隊伍建設是推進課程改革，提高教學質量的有效保證。基于OBE理念下的教學實施過程，要求老師具有良好的工程應用、光學儀器設計與開發背景，以及具備教學組織協調、教材編寫等能力。教學團隊成員往往既要教學，又要科研，是高校人才培養模式改革的主要實踐者。因此，建立教學團隊，一方面有利于教學和科研一體化發展，促進多學科知識的交叉與滲透，使得課程教學內容不斷豐富和修改；另一方面，突出教師之間互相協作，進行資源整合、挖掘教師潛力，團隊合力進行教學研究，有利于教學改革的進行，提高教學水平和質量[7]。

教學團隊由多位副教授職稱以上的一線教師組成，各成員的研究領域涉及液壓、光電、流體、控制等領域。一方面，教學團隊整合研究領域中的工程光學應用實例和光學檢測儀器，將其引入到課程教學中，突出理論學習在實際應用中的價值和意義，激發學生學習本課程的動力和熱情。同時，針對研究中涉及的先進光學系統，將其加入課內設計環節，以考核學生利用所需知識進行創新發展能力。另一方面，團隊成員依據多年教學經驗編寫了《工程光學》教材，使其更好地滿足蘭州理工大學測控專業本科生培養目標[8]。基于合作機制建立教學團隊，打破了單一教師主導教學質量的培養模式，從整體上提高課程的教學質量與水平。

4 總結

本文基于OBE理念，以學生能力培養為目標，從教學目標、教學設計、教學實施、教學考核和團隊組建五個方面進行改革，形成理論與實際相結合的教學模式和多元化考核方式；同時，引入工程實例案例分析和新光學系統創新設計，弱化課程理論公式的推導，強化光學知識的工程應用和多學科交叉與滲透，充分發揮學生的想象力，培養學生自主學習能力、創新能力、發展能力。