跨學科視域下課程教學改革探索與實踐

［摘 要］ 當今世界已進入智能時代，不斷涌現的復雜性新問題需要多學科交叉融合來解決，對多領域交叉人才、跨學科復合型人才的需求提出了新的挑戰。高校是培養社會發展所需人才的重要陣地，是開展跨學科教育、培養跨學科人才的搖籃。鑒于此，以“信息+”跨學科人才培養項目的“智能光電工程”專業課程為例，探索在教學內容、考核方式以及教學評價等環節中，光、電、控、算多領域跨學科復合型人才培養的新途徑，培養學生自主創新意識和解決綜合問題的能力，培養具有家國情懷、追求卓越、引領未來的領軍人才。

［關鍵詞］ 跨學科；課程教學改革；智能光電工程

［基金項目］ 2023年度西北工業大學研究生培養質量提升工程項目“智能激光雷達技術”（23KC0179）

［作者簡介］ 王 江（1988—），男，山西大同人，理學博士，西北工業大學光電與智能研究院副教授，主要從事超快激光技術與光學探測研究；程光華（1976—），男，陜西安康人，理學博士，西北工業大學光電與智能研究院教授（通信作者），主要從事超快激光技術領域的理論與工程實踐研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）36-0065-04 ［收稿日期］ 2023-08-07

2021年4月，習近平總書記在清華大學考察時強調，要用好學科交叉融合的“催化劑”，加強基礎學科培養能力，打破學科專業壁壘，對現有學科專業體系進行調整升級，瞄準科技前沿和關鍵領域，推進新工科、新醫科、新農科、新文科建設，加快培養緊缺人才［1］。這為我們積極推動學科交叉融合指明了前進方向，提供了根本遵循。高校是培養社會發展所需人才的重要陣地，是開展跨學科教育、培養跨學科人才的搖籃。高校跨學科教育旨在培養學生形成跨學科知識結構、跨學科思維能力和跨學科素養的一種新型教育范式，促使提升學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維［2］。西北工業大學作為國家科技創新的重要力量，肩負著堅持“四個面向”、服務“兩個強國”，推動國家高質量發展的使命擔當。為此，依托我校優勢學科建立交叉創新人才培養平臺，設立“信息+”項目。該項目以人工智能學科為基礎，融合數學、光學、電子、計算機、自動化等多學科優勢，圍繞信息感知與智能處理開展拔尖創新人才培養，面向新一代信息技術、智能無人系統、機器人、光電傳感、集成電路、智慧醫療等“信息+”的應用領域，夯實基礎知識，拓寬學術視野，構筑廣博學識，構建包含“通識課程、學科專業課程、個性發展、素質拓展”四大模塊的本科人才培養方案，培養具有家國情懷、追求卓越、堪當大任、引領國際學術前沿的未來科學家和科技領軍人才。因此，探索如何開展跨學科視域下專業課程教學是培養跨學科人才亟待解決的問題。

“智能光電工程”專業課程是“信息+”項目本科生培養方案中的重要課程，融合了人工智能、超快光學、光譜學、自動化、光電診斷、光電對抗、多模態認知計算以及計算光學等學科，面向新一代信息技術、智能無人系統、機器人、光電遙感以及智慧城市等應用領域，培養具有家國情懷、追求卓越、堪當大任的創新型人才及培養學生在跨學科視域下的理論學習和工程應用實踐相結合解決復雜問題的綜合能力。該課程主要講述了激光的產生、調制、傳輸、探測、數據處理及工程應用，具有知識面廣、工程化強、知識發展迅速等特點。因此，探索如何開展多學科理論知識與前沿工程技術、教學內容與學生內在需求、人才培養與國家需求相融合的專業課程教學是培養跨學科人才亟待解決的問題。

基于馬斯洛需求層次理論，我們通過對歷屆本科生選擇“智能光電工程”課程的動機進行了調查，結果表明，學生選擇該課程的動機分別出于學分、就業、畢設、興趣等需求。其中83％的學生選擇選修課程是為了獲取學分、就業、畢業或者無所謂，屬于被動式需求，而只有17％的學生出于對該課程的興趣，屬于學生主動式需求，以及自我實現需求。因此，亟需結合培養方案，注重學生對課程的需求，探索以興趣為驅動、需求為導向、創新為目標的跨學科一流專業課程建設。

一、跨學科視域下專業課程教學設計存在的問題

（一）師資力量薄弱，不具備跨學科工程素養，難以駕馭課程

目前，專業課的授課教師，部分為剛畢業的青年教師，一方面，其沒有參加過相應工程項目，很難系統地對工程問題進行講授；另一方面，年輕教師在教學中的精力投入不夠，特別是教學經驗積累不足，很難深入、全面、生動地駕馭課程內容。此外，授課教師本身不具備跨學科知識素養，很難將智能與光電工程等學科相融合

（二）“灌輸式”教學，授課模式單一，難以激發學生興趣

“灌輸式”教育是采用一種拔苗助長和“填鴨式”的教育方式，教師是課堂教育的中心，授課往往是“紙上談兵”，學生只能被動接受，總是看教師眼色行事，喪失了自我判斷、自我加工信息和自我感知的能力。“灌輸式”教學影響了學生對課程的興趣，約束了學生創造力和獨立解決問題能力的培養［3］。

（三）教學內容老舊，應用實踐知識少，難以滿足學生需求

目前，授課內容不夠前沿，不夠新穎，不夠實用，沒有經過系統推敲，很多內容和學生其他課程重復，并且實踐內容缺乏，難以開闊學生視野、拓寬學生知識面，無法滿足學生需求。

（四）考核方式不科學，以基礎考查為主，難以反映綜合成效

現在專業課采取考試的考核方式，學生需要花費大量時間進行課前預習和課后復習，無形中增加了學生的學習壓力。此外，還存在翻譯文獻、科技報告等形式的考核方式，這些方式雖然可以減輕學生壓力，但是很多學生隨便在網上下載相關內容，就可以“交差”，致使學生缺乏學習主動性，難以提升學生自主解決問題的能力。

（五）教學評價不夠全面，缺乏直接有效的反饋機制

現在大部分學校很少安排專業課專家的聽課環節，導致授課教師沉浸在自我授課模式中，無法獲得直接反饋。此外，很多學校缺乏學生對課程的及時評課，導致課程無法滿足學生的需要，久而久之，學生對課程失去興趣。總而言之，跨學科視域下專業課程教學仍然是一個亟須解決的課題。

二、跨學科視域下專業課程教學改革措施

針對“智能光電工程”專業課程在跨學科人才培養過程中的重要作用，開展以學生興趣為驅動、需求為導向、創新為目標的專業課程教學改革，探索在教學內容、考核方式以及教學評價等環節中的具體改革措施，以提高教學效果，提升課程品質，培養符合社會需求的掌握光電工程與人工智能相結合的綜合型、實用型、創新型人才。

（一）堅持立德樹人，以課程思政涵養學生愛國情懷

國無德不興，人無德不立。在“智能光電工程”課程授課中，貫徹落實立德樹人根本任務，以育人為根本目的，從側重“教書”轉為強化“育人”，從樹立課程思政理念、提升教師思政能力、挖掘課程思政元素等角度系統推進課程思政建設，從課程目標、內容、組織、評價等多方面全過程融入育人價值。比如，在講系統工程內容時，我們會引出錢學森先生發表的《組織管理的技術——系統工程》一文，從而講述錢學森先生的生平經歷，激勵青年大學生積極踐行錢學森先生愛國、奉獻、求真、創新的精神，樹立中華民族偉大復興的強國之志，接力精神火炬，奮進時代征程［4］。充分挖掘思政元素并融入課程教學，有利于開展理想信念教育、愛國主義教育以及優良傳統教育等，培養有理想、有本領、有擔當的高素質智能光電領域的跨學科人才。通過團隊實踐課，讓學生理解團隊的重要性，實現中華民族偉大復興中國夢同樣也離不開“團隊合作”，需要通過每位學生的努力而凝聚強大力量。將課程思政元素潛移默化地融入課程中，培養具有家國情懷的大國工匠。

（二）采用案例教學法，加強理論與實踐有機結合

智能光電工程有著清晰的以問題為導向的學科特征，具有原理抽象、學科交叉性以及實踐性強等特點，許多研究表明，在教學過程中開展案例教學有助于提高教學效果［5］。為了讓學生更好地理解相關理論和方法，“智能光電工程”課程專門設計了案例研討課環節。通過智能光電工程典型案例，激發學生解決工程問題的興趣，挖掘學生對相關知識的需求，啟導學生創新思維，促使學生將光電探測和智能數據處理相關專業課知識融會貫通。此外，從最新應用及前沿研究的案例分析出發（如水下激光雷達系統、火箭燃燒診斷系統、無人飛行器智能駕駛等），通過宏觀的智能光電工程系統，逐步引入基本技術原理、基礎理論等教學內容，把一個或一組典型案例與一類智能光電工程技術關聯，從而針對知識的離散性而實現知識的模塊化。這樣既可以使學生產生濃厚的興趣，又可以使學生接觸到實際應用，把教學內容嵌入應用背景。結合臨地安防中智能光電技術典型案例，激發學生解決工程問題的興趣，挖掘學生對相關知識的需求，啟導學生創新思維，促使學生將光電探測和智能數據處理相關專業課知識融會貫通，從而實現拓展學生的知識儲備，啟導學生從事相關科學研究的興趣，培養有擔當、有創新精神的跨學科創新人才。“智能光電工程”課程的實踐性很強，但本課程的學時較少、知識覆蓋面寬、工程性強，單一通過課件很難激發學生興趣，很難使學生掌握相關工程知識。因此，需要學生身臨其境去感受工程魅力。課程設置4學時實踐課，通過現有的激光雷達系統和無人機成像系統教學資源，開設相應的實踐課程，按照學生人數將其進行分組，讓學生通過團隊合作，利用教育資源，并通過人工智能大數據處理技術，對實驗結果進行處理，形成分組匯報。最后，分享討論他們的成果，從而實現理論與實踐相結合的培養目標。

（三）構建靈活多樣的考核方式，激發學生內驅力與自我效能感

考核是課程的重要組成部分，最終目的是激發學生的學習熱情、積極性和主動性，考核方式的設置往往會影響學生在本課程中學習的態度。敷衍單一考核方式，易導致學生“混學分”現象，很難激發學生的主觀能動性，無法提高學生解決復雜問題的能力。此外，探索靈活多樣的考核方式也是教學改革中的關鍵一環。現有的課程考核主要是以考試考查分數為依據，不注重對學生能力的綜合評價，考核項目相對單一。應建立科學化、多元化及開放化的考核體系。因此，我們提出學生“互評+實踐課+課外參與度”的多樣化考核方式。

1.采用課程群互評考核的形式。學生對其他同學進行客觀的考核評價，從而提高學生在考核體系中的位置，增強學生在課程考核中的參與感和對他人的認同感。

2.將學生對課程的評價反饋作為學生考核的一部分，促使學生參與課程教學活動，從而更加有效地獲得學生對課程教學的需求，激發學生的主觀能動性。

3.增加實踐課在課程總評中的權重。學生自由組合，自主選擇專題任務，親自參與可行性分析、方案擬定、項目實施、答辯以及總結等各環節，教師在過程中給予指導，并結合匯報，提出建設性思路和意見。課程由單純記憶性考核改變為合作溝通能力、材料收集能力、邏輯思維能力、實踐操作能力、陳述表達能力的指標性考核，讓學生展現所學所想，并適時調整學習狀態和策略，自我總結和自我評估，最大限度實現教考分離，激勵學生對實踐課的熱愛，對解決工程問題的興趣，從而提升學生自主解決問題的能力。

4.課外參與度考核方式。學生可以通過參加創新創業競賽、專利申請、項目申請等形式多樣的科研活動，將相關申請書作為課程考核的一部分。通過課外活動來考查學生對本課程知識與應用的掌握情況，突出以學生興趣為驅動、需求為導向、創新為目標的專業課程教學改革，從而培養學生解決工程問題的能力，升華學生自我實現的幸福感。

（四）完善教學評價反饋機制，不斷提高教學效果

教學評價本質不在于篩選和嚴苛的考核，而在于注重教師的成長。目前，根據實用操作可行性，國內高校教師執教能力的評價模式基本采用的是“三維評價模式”，即學生評價、同行專家評價、教學督導評價。該模式從教學活動的參與者、教學過程的管理者、學術水平的評價者的不同角度，不同評價主體采用不同的評價指標和評價方法，既評定課堂教學質量的優劣，也促進教學質量提升，在評價主體上有較強的創新性和實踐意義［6］。然而，目前的三維評價方式的反饋機制對專業課來說仍然存在很多不明確性。比如，學生只關注考核方式是否容易獲取學分以及時間上反饋不及時的評價，對課程內容的設置、授課教師的授課形式等缺乏有效及時評價。此外，缺乏對專業課相應的同行專家評價和教學督導評價次數，很難對課程做出全面、客觀、有效的評價。特別是缺乏教師自我評價，現代教師專業發展觀認為教師自我評價是教師對自身能力、價值所做出的最基本的判斷，能潛在地影響學校對教師的認知及教師對自身的認知，是促進教師專業發展的關鍵舉措［7］。因此，探索有效的專業課教學評價反饋機制對課程品質的提升十分重要。

結語

光電是智能的根，智能賦予光電騰飛的翅膀，掌握智能與光電相結合的跨學科工程人才是實現中華民族偉大復興的中堅力量。針對跨學科視域下專業課存在的諸多問題，本文以“智能光電工程”專業課程為例，開展以學生興趣為驅動、需求為導向、創新為目標的專業課程教學改革，探討教學內容、考核方式、教學評價等環節中的具體改革措施，對加強教學效果，提升課程品質，培養學生解決復雜工程問題的能力具有重要意義。

參考文獻

［1］習近平在清華大學考察時強調 堅持中國特色世界一流大學建設目標方向 為服務國家富強民族復興人民幸福貢獻力量［EB/OL］.（2021-04-19）［2023-06-07］.http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/xw_zt/moe_357/2021/2021_zt08/zybs/202104/t20210419_527148.html.

［2］王焰新.跨學科教育：我國大學創建一流本科教學的必由之路：以環境類本科教學為例［J］.中國高教研究，2016（6）：17-24.

［3］丁力杰.“灌輸式”教育后對受教者接受“發現式”教育的影響［J］.文教資料，2017（15）：166-167.

［4］譚躍進，郭波.錢學森系統工程創新教育思想的實踐及啟示：紀念錢學森發表《組織管理的技術——系統工程》四十周年［J］.高等教育研究學報，2019，42（1）：13-16+63.

［5］吳健.基于案例的參與式研討教學法：結合“資源與環境經濟學”教學的思考［J］.中國大學教學，2020（9）：38-42.

［6］丁琴，曹安妮，魯琛.強化評價反饋，提升教學能力［J］.文教資料，2021（23）：171-175.

［7］牛虧環，丁念金.論教師專業素質的元評價［J］.教育學術月刊，2013（7）：65-68.

Exploration and Practice of Teaching Reform of Intelligent Optoelectronic Engineering Course from an Interdisciplinary Perspective

WANG Jiang， ZHANG Guo-dong， LYU Jing， CHENG Guang-hua

（School of Artificial Intelligence， Optics and Electronics （IOPEN）， Northwestern Polytechnical University， Xi’an， Shaanxi 710072， China）

Abstract： Today’s world has entered the era of intelligence， and emerging new complex problems need to be solved by multidisciplinary cross-integration， which poses new challenges to the demand for multi-field cross talents and interdisciplinary compound talents. Colleges and universities are an important position for cultivating talents needed for social development， and are the cradle of interdisciplinary education and cultivation of interdisciplinary talents. In view of this， this paper takes the Intelligent Optoelectronic Engineering professional course of the “Information+” interdisciplinary talent training program as an example to explore new ways to cultivate interdisciplinary compound talents in the fields of optical， electrical， control and computing in teaching content， assessment methods， teaching evaluation， etc.， so as to cultivate students’ awareness of independent innovation and ability to solve comprehensive problems， as well as leading talents with the feelings of home and country， pursuing excellence and leading the future.

Key words： interdisciplinary; curriculum and teaching reform; Intelligent Optoelectronic Engineering