基于應用型人才培養的紅外光學系統課程建設研究

韓雪艷　宦克為　揣雅惠　岳丹

摘? 要：應用型人才培養是當前高等教育必須重視的人才培養模式，應用型人才的培養質量反映我國各高校的辦學水平及課程的教學效果。該文結合工科專業應用型人才培養實際，從課程內容、教學資源、教學實施與模式及評價體系、教學反思等方面，以紅外光學系統課程為研究對象，闡述紅外光學系統課程建設的思路、內容及評價。以課程建設促進教學深度變革，利用信息化、數據化手段提升課程質量及教學效果，為應用型人才培養涉及的相關課程建設提供參考依據。

關鍵詞：應用型人才培養；紅外光學系統；課程建設；混合式教學；翻轉課堂

中圖分類號：C961? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）04-0080-04

Abstract： The training of application-oriented talents is an important model in higher education. Application-oriented talents training quality reflects the educational level of Chinese colleges and universities and the teaching effect of courses. In the paper， based on the practical training of application-oriented talents in engineering majors， the course of Infrared Optical System is used as an example， the ideas， contents and evaluation of the course construction were studied from the aspects of course content， teaching resources， teaching implementation and mode， evaluation system， teaching reflection and so on. To promote the deep reform of teaching by curriculum construction， improve the quality of courses and teaching effects by information and data means， and provide a reference for the construction of relevant courses involved in the training of applied talents.

Keywords： application-oriented talents training; Infrared Optical System; curriculum construction; blended teaching method; flipped classroom

近年來，為滿足國家的發展需求，我國高等教育體系進行了多次大規模的改革，不斷提升各高校的教學水平。實踐是驗證真理的唯一方法，人才的培養最終目標是能夠滿足實際應用需求，因此，應用型人才培養是我國高等教育最為重要的培養模式與教學目標，也是評價高校辦學質量的試金石[1-3]。紅外光學系統課程是長春理工大學電子科學與技術專業一門重要的專業應用能力培養課程，旨在培養學生的專業素質，提升綜合素養，使學生具備運用所學知識完成基礎實驗和綜合性實驗的能力，為學生進一步學習和工作奠定基礎指引方向。通過本門課程的學習，學生在扎實掌握紅外光學系統的基礎設計理論的前提下，結合目前我國相關科學研究進展與挑戰，培養具有探索新方法、研究新器件、設計新結構、提出新工藝、發現新材料和實現新功能等創新能力的“明德、博學、求實、創新”高素質人才，更好地為地方科技進步、經濟發展和社會進步服務。

紅外光學系統目前教學仍是以線下傳統教學為主，大部分都是被動式學習，難以調動學生主動學習的積極性。課程改革是改變現有教學模式，實現理論教學與應用教學、素質教學的有機結合唯一有效的方法，也是紅外光學系統課程提升教學質量的有效途徑。線上線下混合式教學、思政課堂及翻轉課堂是紅外光學系統課程建設的基本實現方法。開學第一課明確學習任務與教學計劃，學生利用教學資源庫的內容進行線上自行學習，提高自主學習能力與資源獲取能力，引導學生獨立思考，在線上完成作業、測驗、反饋與討論等，增加學生課堂學習的廣度與深度，把有限的45分鐘時間無限放大，實現學習時間的最大化。線下，教師可依據學生線上的學習情況，答疑解惑，以講解重點難點為主，強化學生對知識的理解，促進學生更好地吸收知識能量。翻轉課堂環節改變了傳統的教學模式與教學方法，將“教”的主體由教師轉變為學生，還課堂于學生，通過開展小組講授、答疑等活動展示學生的學習成果，激發學習熱情，活躍思維模式，引導學生從不同的角度分析問題、解決問題。本專業的學生很多會從事科學研究的工作，愛國主義、創新精神及唯物主義等思政教育也尤為重要。做好線上線下混合式教學、翻轉課堂、思政課堂的建設與改革，是教育教學改革發展的必經之路，探討與研究基于應用型人才培養的課程建設，是我們每一位專業課教師要完成的重要任務。

一? 以應用為基礎，優化課程教學內容

教師是教學過程的主導者，要注重主導作用的發揮。教師肩負著教學內容設計和教學改革的任務，教師應該在教學過程中將自身價值最大化。為提升紅外光學系統課程的教學效果，基于社會對應用型人才的要求，對紅外光學系統的課程內容進行了優化設計。紅外光學系統課程理論學時為32學時，分為四章，第一章的授課過程中，結合紅外技術在軍事應用、地質勘測、醫療和民用等領域的具體案例，學習紅外光學系統的設計基礎，做到理論聯系實際；第二章加強前沿理論方法引導，開展紅外光學系統的光路計算與像差理論學習，鼓勵學生開展探索性學習；第三章進行紅外物鏡光學系統的設計，學有所用，學用相長；第四章提升教學的深度與廣度，指導學生進行典型與新型紅外裝置光學系統的設計，將所學的專業知識應用于具體的光學設計實例中，注重提升學生利用理論和技術手段分析、提出方案并解決電子信息領域理論或工程實際問題的基本能力。所設內容層層遞進，既詳細介紹紅外光學系統的幾何光學基礎，同時串聯紅外成像等領域的主要內容，使學生對光學系統設計有更全面的認識，激發學習興趣。幾何光學的基本定律、像差部分采用翻轉課堂形式進行，線上指導學生完成典型紅外裝置光學系統的課程設計；注重實踐能力的培養，設置光學系統像差的測量、光學系統傳遞函數的測量、典型光學系統的設計三個實驗，教師啟發式講解實驗，明確實驗的基本原理與注意事項，引導學生思考如何設計實驗，學生則勤于動手，勇于探索，獨立完成實驗的設計與操作。在教學中重視課堂教學與本領域最新的理論方法、科研成果相互結合，讓學生用探究的方法獲取知識。課余時間鼓勵學生積極參加光學相關的物理科學競賽及創新創業項目訓練，參與導師的科研項目，將學生的創新性想法運用到實踐生產指導中，從而更好地實現“以賽促學”和“學科融合”，增強學生學習的自覺性，提高學習品質。

考慮培養應用型人才的根本目標，結合光學設計行業的實際需求，在進行相應理論知識點講解的同時，配以光學系統的設計實例，以實際案例加深理解，并且掌握光學系統設計的軟件、方法、流程等，實現電子科學與技術專業學生光、機、電的實際結合。教學中，將價值觀教育、愛國思政課堂與專業知識相融合，使教師成為思想政治教育的載體。

二? 與時俱進，建設信息化教學資源

在新教學體系及內容框架下，遵循多媒體與傳統教學組合性設計的原則，參照我專業國家級精品課紅外物理教學資源庫中課程資源的建設內容，建設與時俱進、信息化教學資源。己構建的資源包括教案、講義、多媒體課件、知識點視頻和應用案例等基本教學資源；習題、作業、討論等實踐能力培養資源；階段性學習匯報、章節測驗、考試及光學系統設計等效果檢驗資源[4]。

在課程信息資源庫建設的過程中，結合學生的特性，調研學生的先修課程，與已經學習完本課程的高年級學生溝通，充分考慮學生的需求，完善學習資源庫。資源庫的每一版塊都設置基礎—提升—拔高—應用等階梯式內容，教師還要在學生獲取資源、有效利用資源等方面提供幫助。學生在學習時可根據自身的需求選擇合適的內容進行學習，提升學習效果。教學資源是課程建設必不可少的部分，就單一教師而言，由于精力有限、思維有限，收集到的資料也有限。同一學科的教師可以自發組成教學團隊，集思廣益，共同收集更多的教學資源，完成教學資源庫的建設。

三? 線上、線下教學深度融合，重塑教學過程，創新教學模式

基于應用型人才培養的紅外光學系統課程建設研究具體方案主要分為課前線上自主學習、課堂線下教學、課后線上、線下鞏固教學、混合式專業實驗指導、線下思政教學、多維度教學評價和教學反思等方面的建設。

（一）? 課前線上自主學習

本課程的線上教學不占用理論課32學時的教學時間，使學生擁有更多自主學習的時間，充分發揮學生的主體地位。教師在每次的理論課前發布導學任務單，在微信教學群里通知學生任務單已經發布，提醒學生進行線上學習，引導學生在規定時間內完成本次課程相關知識點的學習，并鼓勵學生在討論區提出學習中遇到的問題與困惑，教師則一一進行答復，實時反饋互動信息，調動學生的學習熱情，活躍學生的學習思維；教師課前實時跟進學生課前線上學習的情況，統計學生對每一個知識點的學習情況，依據線上學習的統計結果，凝練整理出課堂教學重點、難點內容，有針對性地對課堂教學進行精細的課前準備；至少課前一天發布“面授線下課堂教學的具體安排”，明確線上資源中學生需要提前預習的內容，學生在課堂上可以緊跟教師的教學節奏，提高線下學習效率，有效地開展課堂教學活動[4]。

（二）? 課堂線下教學實時互動練能力

課堂線下教學以學生線上學習的成果為基礎，檢查考核學生線上的學習質量，主要進行重點及難點的講解，拓展學生學習的深度。在基本理論教學的同時，以“培養應用型人才”的目標為主，培養學生的專業素養和創新實踐能力。教師通過線上問卷、測驗、討論等多種形式的“線上前測”對學生進行摸底測驗，并結合學生反饋的學習情況及時調整課堂教學進度與課程教學內容的深度。采取自薦或隨機選取學生總結線上學習內容，展示學生自己的學習成果；教師梳理線上知識脈絡，就學生線上學習存在的共性問題進行答疑解惑；聚焦知識重點難點，結合實例進行有針對性的講解與剖析；組織學生對復雜概念、問題進行討論，學生通過解鎖復雜問題提升能力[5]。

紅外光學系統課程總學時為32學時的情況下，設置8學時的翻轉課堂教學。選擇“幾何光學的基本定律”“像差”等合適的知識點進行翻轉課堂教學，采用“生講-生問-生答-師生共評”等環節進行翻轉教學，提前將授課學生分為合適數量的教學小組，下發學習任務及翻轉課堂時間，學生通過線上自主學習、查找資料、請教任課教師等方法，學習掌握相關知識點的基礎理論及應用，深入學習基于此知識點的國內外最新的研究進展，在翻轉課堂上向學生展示包括知識點的講解、知識點的應用、相關習題、教學PPT的制作等學習成果，其他同學可提出自己的疑惑，講授的同學回答學生的提問，學生從亮功夫、找金子、碰矛盾幾個方面進行評價，實現全員參與的翻轉課堂設計。教師在整個過程中要注意知識點講解、問題解答的準確性，如不夠準確要及時補充與糾正。為了避免翻轉課堂過程中出現問題，在第一次翻轉課程開始前，詳細講解翻轉課堂的注意事項、流程、演示文檔的制作等，在翻轉課堂的前一天，和學生確認是否存在問題，在翻轉課堂過程中，教師要提前做好應對突發狀況的準備，及時解決問題，保證翻轉課堂的順利完成。

（三）? 課后線上、線下教學鞏固提升

整理分析紅外光學系統課程教學全過程數據，選取教學內容的重難點及線上整理出的學生易錯知識點布置作業、測驗，要求學生在規定的時間內完成并提交作業與測驗；發布與課程內容密切相關的前沿應用實例、新型光學系統的設計資料等拓展學生學習的廣度，有效地將理論與應用相結合。教師利用“雨課堂”等線上教學平臺跟蹤掌握學生的學習情況及作業、測驗的完成情況，對線上、線下教學的內容，學生知識及能力目標的達成進行總結反思，確保教學過程的持續改進與完善。

（四）? 混合式專業實驗加強應用

在線上發布專業實驗的教學內容，指導學生如何搭建實驗光路、明確實驗的注意事項，演示實驗過程及相應的實驗結果；線下教師講解實驗原理、搭建實驗平臺，指導學生進行實驗操作；翻轉實驗教學，學生根據線上學習內容及教師講解進行實驗設計，解決實驗中遇到的各種問題，交流經驗心得，實驗環節結束后，學生按要求完成實驗報告，教師根據學生線上學習效果、翻轉課堂的表現及實驗報告的完成情況給出實驗成績。專業實驗的教學將理論知識與實際應用有效地結合，加強專業知識的實際應用，提升學生創新能力。

（五）? 線下思政教學提升素質

思想政治教育是當代大學生學習的基礎，是培養學生正確人生觀、世界觀的重要途徑，而專業課堂是開展思想政治教育的另一重要陣地。思想政治教育與專業課教學相結合，將其滲透在多學科的教學中。紅外光學系統與思想政治理論課目標一致才能實現共同發展和協同推進，這一過程要求提高高校學生的綜合素質與能力[6]。思政教學要融入于適合的專業知識點，例如在點光源的概念講解中引入主要矛盾與次要矛盾，幾何光學符號法則講解中結合思想道德修養與法律基礎相結合，色差結合多角度看問題進行講解，典型紅外裝置光學系統設計中講解我國早期為光學設計作出突出貢獻的科學家，培養學生愛國、創新精神等。通過在大學課堂中融入思政教育的方式提高思政教育的效果。通過對大學生思想教育意義的考慮，從而實現思政教育和課堂教育的融合。

四? 多方式多維度多角色，完善教學評價

加強對學生課堂內外、線上線下學習的系統評價，提升課程學習的廣度[7]。采用多種方式加強非標準化、綜合性等評價，提升課程學習的挑戰性[8-9]。紅外光學系統課程采用過程性與結果性相結合的學習評價考核方式。其中線上線下考核各占50%，線上成績主要包括視頻觀看時間與完成度、章節習題的準確度與完成度、在線簽到及訪問次數、在線討論及發帖次數和線上考試成績等；線下成績包括主觀作業題的準確度與完成度、課堂互動情況、期末考試成績和結合科研的科技成果等。同時為了能夠更好地提升教學質量，還將進行多維度多角色的教學評價。

（一）? 教學評價——教師

1? 同行評教

針對于線上、線下、翻轉課堂、混合式實驗和思政課堂等幾個方面教學內容設計及教學效果，分別邀請有經驗的老師進行同行評教，根據評教結果及建議，結合實際的教學情況，調整教學方法與教學內容，提升教學效果。

2? “老生”評教

在所有的教學環節中，任何形式的教學模式下，學生都是教學環節的核心，是教學的對象，因此要不斷地研究學生，接受學生提出的建議。每學期課程結束后，以線上問卷調查的方式，收集學生對本門課程的評價及意見，整理出對課程建設有意義的意見，分析不同類型學生的評價，更好地進行因材施教。

3? “新生”評教

在線上資源中設置學生評教版塊，學生可以在每一章內容學習結束之后，對授課教師進行評價，并總結評價學生自身對本章內容的學習的效果，包括自身適應、理解、掌握程度等多方面的評價，教師按照評價內容合理地調整后面的教學內容與教學手段。

（二）? 教學評價——學生

1? 線上學習的評價

通過簽到，收看視頻時長等的統計情況評價學生的學習態度；通過學習過程中參與討論主題的回復情況評價學習的積極性；通過實驗的完成情況、課后作業的準確率、隨堂測試的正確率等評價學習成效。

2? 生講師評

翻轉課堂完成后，教師要及時從學生PPT制作、知識點的理解與講解、回答問題的準確性等方面對學習深度及廣度進行評價，要重點評價學生對基礎的掌握、難點的理解、知識點的實際應用。

3? 生講生評

線下分組翻轉課堂學生講解后，其他組的學生從講解的清晰度、準確性、生動程度、新穎性、課前的準備、內容的覆蓋程度、成果的展示和重點難點等方面，評價學生在“亮功夫”“找金子”中的表現，按照課前準備的各項評價標準評價學生講解與答疑情況。

五? 教學反思

教學反思要圍繞教學大綱中的教學目標的完成度、課程目標對畢業要求的支撐度、教學內容的廣度和深度等進行，教師還要總結線上線下課程實際情況，學生在各個環節中的學習情況，總結在教學改革過程中存在的問題，反思學生對課程的接受度、滿意度等。反思而后再行之，在不斷的教學反思中，提高自己的教學質量，提升學生的學習效果，實現教學改革的目標。

六? 結束語

課程是教育教學活動的基本，學生是課程教學的主體，專業課程在應用型人才培養中占有十分重要的地位。專業課程建設直接影響高校的人才培養質量，教學改革的中心是學生，要切實從學生的角度換位思考，注重培養學生的創新精神與實踐能力，提升學生學習的主動性與積極性，在學生掌握基本知識同時，加強應用創新能力和素質教育。課程改革也是對教師能力的一項挑戰，教師要根據教學實際，不斷加強完善教學改革的內容，采取與時俱進的教學手段，因材施教的教學方法。

本文以紅外光學系統專業課程為例，總結了課程改革的必要性，以應用為基礎，優化課程內容，與時俱進，建設信息化教學資源，重塑教學過程，創新教學模式，建立多維度評價體系及深入的教學反思。基于上述內容，使學生能自主地學習，實現個性化教育，增強師生教學方式的多元性、靈活性和交互性，優化了教學方法和教學手段，探索出合理的學生成績考核方式，使學生的工程應用能力、創新能力和綜合素質得到了提高；同時，通過該課程的教學改革，提高了課程教師的理論教學和實驗教學水平，提升了教師的教學技能，為打造紅外光學系統金課奠定基礎。

參考文獻：

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[7] 韓宏壯.“計算機應用基礎”線上線下混合式教學模式探究[J].安慶師范大學學報（自然科學版），2020（3）：107-109.

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基金項目：國家自然科學基金“基于微納復合結構Gd靶激光等離子體產生6.7 nm極紫外光源特性研究”（62105040）；吉林省高等教育學會科研課題“基于應用型人才培養的紅外光學系統課程建設研究”（JGJX2021D110）；教育部2021年第二批產學合作協同育人項目“基于數字化光電綜合實驗培訓”（202102538018）；吉林省教育科學“十三五”規劃2020年度重點課題“特色高水平專業建設背景下的‘紅外物理’金課打造途徑探究”（ZD20004）；吉林省高等教育學會科研課題“國家級一流本科專業建設背景下‘紅外物理’線上線下混合式一流課程建設研究”（JGJX2021D77）；吉林省高等教育學會科研課題“基于OBE理念的‘半導體器件物理’混合式教學研究”（JGJX2021D95）；吉林省高等教育學會科研課題“翻轉課堂環境下高校專業概論課程的線上教學模式研究”（JGJX2020D78）

第一作者簡介：韓雪艷（1986-），女，漢族，吉林德惠人，博士，講師。研究方向為紅外技術與系統。