數智時代背景下光電信息科學與工程專業課程的教學改革與探索

摘"要：在新一輪科技革命的浪潮中，現代光學和光電子技術與人工智能等前沿領域交叉緊密，推動建立我國目前迅速發展的現代光學和光電子產業，并顛覆性地持續催生生產新動能。數智化時代教育培養光電信息科學與工程專業新質人才是新質生產力發展的必然要求。以光電專業導論、應用光學、工程管理與環境這三門分別開設于大一、大二、大三的學科基礎課程和專業核心課程為例，探索數智時代背景下光電信息科學與工程專業課程的教學改革。分別分析課程特點及存在問題，從教學內容、教學模式、培養目標三方面明確實際存在的教學困境，并提出相應的具體改革對策，為光電信息科學與工程專業的課程建設提供參考和應用實踐。

關鍵詞：數智時代；光電信息科學與工程專業；應用光學；光電專業導論；工程管理與環境；創新思維

中圖分類號：G642"""文獻標志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2024）36-0023-05

Abstract：Inthewaveofanewroundoftechnologicalrevolution，modernopticsandoptoelectronicstechnologyintersectcloselywithcutting-edgefieldssuchasartificialintelligence，promotingtheestablishmentofChina'srapidlydevelopingmodernopticsandoptoelectronicsindustryandcontinuouslygeneratingnewproductionmomentuminadisruptivemanner.Theeducationandcultivationofnewqualitytalentsinthefieldofoptoelectronicinformationscienceandengineeringintheeraofdigitalizationisaninevitablerequirementforthedevelopmentofnewqualityproductivity.Taking\"IntroductiontoOptoelectronics\"，\"AppliedOptics\"，and\"EngineeringManagementandEnvironment\"，whicharerespectivelyofferedinthefirst，second，andthirdyearofundergraduatestudies，asexamples，thispaperexplorestheteachingreformofopticalinformationcoursesinthecontextofthedigitalage.Thispaperanalyzedseparatelythecharacteristicsandexistingproblemsofthecourse，clarifiedtheactualteachingdifficultiesfromthreeaspects：teachingcontent，teachingmode，andtrainingobjectives，andproposedcorrespondingspecificreformmeasures.Thestudymayprovidereferenceandpracticalapplicationforthecourseconstructionofopticalinformationmajor.

Keywords：theeraofdigitalintelligence;OptoelectronicInformationScienceandEngineeringmajor;Appliedoptics;IntroductiontoOptoelectronics;EngineeringManagementandEnvironment;innovativethinking

深化教育綜合改革是培養擔當民族復興重任的時代新人，確保黨的事業后繼有人的戰略之舉。近年來，蘇州大學深入貫徹落實黨的二十大和二十屆二中、三中全會與全國教育大會精神，主動適應新質生產力對創新人才培養的要求，深入落實國家教育數字化戰略行動，全面實施“5·30”行動計劃，以數字轉型為重點，智能升級為突破口，融合創新為出發點，全力推進教育數字化轉型，數智賦能教育教學綜合改革。

在大數據、信息技術、人工智能高速發展的數智時代背景下，新質生產力的發展已成為推動社會經濟發展和產業升級的重要舉措。人才作為加速和引領新質生產力發展的推動力量，教育承擔培養能夠適應社會發展的新質人才的使命顯得尤為重要。習近平總書記強調，“要按照發展新質生產力要求，暢通教育、科技、人才的良性循環，完善人才培養、引進、使用、合理流動的工作機制”[1]。科技、教育、人才作為國家的基礎性、戰略性支撐力量，對推進社會主義現代化建設至關重要。而數智化時代教育與新質人才培養具有雙向驅動關系，教育是新質人才培養的主要渠道，新質人才又能進一步促進教育的發展。通過數智技術與教育的深度融合，在拓寬人才培養渠道、提升人才培養效率、提高人才培養質量等方面具有顯著的優勢，有利于助力人才培養的智能化、高效化，以及人才評價的科學化等。在發展新質生產力的時代背景下，教育對于服務社會發展需求，培養擔當民族復興大任的新質人才具有重要現實意義[2]。作為現代光學和光電子人才培養基石的光學工程學科，是蘇州大學特色優勢學科，多年來立足地方，服務國防，持續支持并助力國家戰略發展。

本文以光電專業導論、應用光學、工程管理與環境這三門分別開設于大一、大二、大三的學科基礎課程和專業核心課程為例，探索數智時代背景下光電信息科學與工程專業課程的教學改革。這三門課程服務于光學工程學科和光電信息科學與工程專業，緊扣專業培養方案，旨在培養具有扎實專業基礎與創新思維、能夠適應和引領光電信息領域行業與產業發展的卓越工程科技人才。

一"課程特點

光電專業導論是大一新生接觸的第一門學科基礎課程，旨在為學生提供一個理解光電信息科學與工程專業和光學工程學科全面的介紹，使學生能夠對本專業和學科形成系統性整體認識，了解本學科的發展變革、研究方向和擅長領域，對本專業的培養方案和知識體系有一個全貌認識。選取具有學科代表性的光電前沿技術作為教學案例，分析其背后涉及的學科專業技術、前沿應用、社會價值等，培養學生的專業興趣、開拓學生視野、激發學生學習熱情。在設計思想、課程安排、實施方案等方面都具有探索性和開拓性，使學生深入了解本專業的前沿性、應用領域和職業取向，為專業學習提供基礎，并為將來迅速適應數智時代背景下社會高速發展需要的應用型人才提供導向。

應用光學是光電領域關鍵和核心的專業基礎課程，涉及光刻技術、激光雷達、光電子芯片等國家眾多“卡脖子”關鍵技術，也是光電信息科學與工程專業本科生的專業核心課程，以幾何光學原理為基礎、經典光學系統的原理及應用為重點、塑造光學設計高階思維為難點，搭建基礎課和專業課之間的橋梁，為物理光學、信息光學和后續模塊的選修課程奠定理論和實踐基礎。通過學習，學生能夠分析和解決實際光學問題，具備光學綜合設計能力和創新思維能力，滿足光學工程學科交叉發展和現代光學產業發展的應用需求。

工程管理與環境是工科類學生的學科基礎課程。自20世紀80年代以來，項目管理學科的發展與應用已經廣泛影響了我國項目管理的管理模式與理念，項目管理變成了一種系統思維能力和系統做事能力的有效方法。項目管理是一種對管理過程進行有效控制的手段，是一個管理者應該具備的基本素質能力，也是日常生活中應該具備的基本能力的體現。項目管理已經成為提升組織執行力和個人綜合管理能力的有效手段和方法。因此，從事管理工作或工程技術管理工作的學生必須學習和掌握項目管理的基本理論和方法，全面了解項目管理的基本框架和基本流程，充分掌握項目管理的基本理論與工具方法，具備運用項目管理的基本理念、技術和方法的能力。

二"教學困境

這三門課綜合性都很強，涉及了激光技術、機器視覺、光學成像技術和項目管理等多個領域，具有知識點繁多、跨學科交叉的特點。這種特性為學生的學習增加了一定難度，同時也給教學帶來了諸多挑戰[3-5]。為適應數智時代人才培養的新需求，我們首先分析課程教學中存在的問題，為有效提升學生對理論知識、綜合實踐能力的掌握和創新思維能力的培養，探索數智時代背景下光電信息科學與工程專業課程的教學改革。

（一）"教學內容未與時俱進

現代光學產業發展和光學工程學科交叉發展更新迭代迅猛，傳統課程知識體系缺乏與產業進展、科技前沿的有效鏈接，與應用需求存在落差，目前課程內容未能及時跟上光電領域技術的快速演進，存在一定的滯后現象，導致學生難以深入理解光學知識，也不利于專業認知的形成。

首先，三門課程通常都過于依賴傳統教材，沒有及時地整合新興知識，可能導致學生與學科前沿脫節。隨著激光技術、光學成像、超高靈敏度光電探測等領域的不斷發展，也隨著項目管理學科的發展，這些前沿技術在學術界和產業界取得了顯著的成果，但如果課程內容未及時涵蓋這些新領域，學生將難以理解和參與到當今光學工程學科研究的前沿趨勢和工程應用中，影響學生對學科的全面理解。

其次，與現代光學產業和新興技術的脫節不僅妨礙了學生的學習，也可能對學生未來作為國家新質人才的發展產生負面影響。在數智時代背景下，緊隨新技術的發展步伐至關重要，這將影響學生在工程實踐和未來職場中的競爭力。

（二）"教學模式未更新迭代

課程通常采用傳統的多媒體教學法，然而，這三門課程涉及的知識體系都較為復雜，融合了多個學科且工程應用性強，給教學帶來了獨特的挑戰。在這種情況下，傳統課程過于專注光學原理和項目管理的理論學習，已經無法滿足學生的需求，學生缺乏全面了解知識體系、直觀認識光學器件、真實感受光學現象、親身體驗工程項目的認知體驗，導致課程與工程實踐觸碰不足，學生無法實際參與工程項目，無法學以致用。

由于課程知識的復雜性和交叉性，有時學生對其理論知識感到晦澀難懂。過于機械性地傳授理論概念，忽略實驗、實際案例和與本專業相關的工程實踐項目，可能會使學生難以建立直觀的理解，也降低了學習積極性和主動參與性。

（三）"人才培養缺乏創新思維

技術革命推動教育變革，教育發展促進技術變革。數智化時代教育培養新質人才是新質生產力發展的必然要求。隨著信息技術發展的迭代超越，數智技術成為教育教學中不可或缺的重要因素，改變了傳統教育模式，為現代教育關系帶來了根本性變革，也為新質人才的培養提供了可能空間。

新質人才的定義具有多維性和復雜性，與新質生產力的提出和新質生產力的發展這一背景密切相關，其結合不同的學科領域具有不同的特征體現[6]。課程應該通過現代光學產業/科技前沿融合實踐項目的認識和參與，構建辯證批判性、系統整體性思維；以實際案例為驅動，構建遷移跨界的工程思維；以學術前沿為引領，激發創新思維。

因此，在大數據、信息技術、人工智能高速發展的數智時代背景下，課程要鏈接光學工程科技前沿和現代光學產業進展，對接實際光學問題的工程實踐場景，以實際應用激發創新熱情，培養創新能力。

三"教學改革與探索

（一）"深化教學科研融合，優化教學內容

三門課程都是以立德樹人為根本，以光學應用和產業轉化為主線，以服務國家戰略和社會經濟發展為導向，以蘇州大學現代光學制造產業學院（蘇州首家、當前唯一）建設為契機，以科技隊伍建設為關鍵，多維協同創新，實現“寬口徑、厚基礎、重能力、強融合”的培育目標。

光電專業導論是學生入學后接觸的第一門學科基礎課程，作為一門學科入門級概論課程，本課程旨在幫助學生對光電信息科學與工程專業和光學工程學科的核心概念、研究對象、本學科研究方向、專業培養方案及選課指導等有全面的系統性理解。要求學生能夠理解光電技術概念的內涵與范疇；熟悉光電技術發展的基本歷史；掌握光電技術運用的理論基礎和學科基本理論；能結合對光電技術實踐領域的了解，體驗光電技術的應用；并知道光電專業基本研究設計與方法，從而提升其學科認同度，產生相應的研究興趣，為后續課程學習打下基礎。

課程詳細介紹蘇州大學光電科學與工程學院歷史及師資、光電專業形成、學科、科研以及學生培養方向問題，消除學生對光電專業的陌生感與神秘度，增加學生對光電專業的深入了解；傳授光電前沿知識，有效引導學生了解自己感興趣的光電前沿領域，學院可以為學生提供實現光電夢的平臺，激發學生對光電專業的濃厚興趣。緊扣產業技術發展與應用的主流和前沿，及時將光學研究新進展、實踐應用新經驗、社會需求新變化融入課程教學內容，并邀請學術大咖、產業教授走進課堂，融合高校基礎研究、應用研發能力和企業行業產業前沿技術、產品研發經驗與成果，最大程度地適應經濟社會發展、產業升級和技術進步的需要，讓課程內容體現前沿性與時代性。

應用光學結合學校、學院專業人才培養基礎、學科優勢特色、產學研合作平臺和緊密型成果轉化基地、蘇州大學現代光學智造產業學院建設，探索實踐多方融合的科教產協同新機制，實現人才培養、科學研究、技術創新的積極互動。圍繞產業創新需求優化課程結構、完善課程體系，聚焦行業發展更新教學內容，整合企業前沿資源搭建基于產教融合的實訓平臺，打造工程背景深厚、校企深度融合的教學團隊。將“圍繞立德樹人、強化科學方法、夯實理論基礎、面向產業應用”作為教學改革理念。以幾何光學原理為基礎，以產學研項目為載體，充分結合產業行業的應用要求，開展案例式教學、項目化教學和任務式教學等實踐驅動的新型教學方式方法，將理論學習、知識轉化、能力培養有機貫穿于課程整體教學中，支撐工程認證指標點。課程主要分析研究典型光學儀器、光度學、像差等基礎理論，為成像與非成像光學設計、光學儀器設計、激光原理等學科奠定了理論和應用基礎。同時，緊扣產業技術發展與應用的主流和前沿，及時將光學研究新進展、實踐應用新經驗、社會需求新變化融入課程教學內容，融合高校基礎研究、應用研發能力和企業行業產業前沿技術、產品研發經驗與成果，最大程度地適應經濟社會發展、產業升級和技術進步的需要，體現課程內容的先進性和實時性[7-8]。

工程管理與環境主要以工程項目為主體，分別講授工程倫理、工程管理與工程環境。通過工程倫理的基本概念、原理和現狀的學習，在工程設計中把握技術進步、商業利益和道德價值尺度，妥善考慮工程、生態和經濟的關系。通過對工程管理和經濟決策的基本概念、基本原理和方法的學習，培養光電信息科學與工程專業學生的項目管理能力和經濟意識，增強經濟觀念，能運用工程項目管理和經濟決策的基本知識、基本理論，以市場為前提、經濟為目標、技術為手段，對技術方案進行比較、評價和選優。以人類面臨不斷惡化的各類環境問題為背景，以工程與環境的關系為研究對象，強調了工程在解決環境問題中的重要作用，建立工程設計與環境持續發展的總體認識。

綜上所述，三門課程在科教融匯、產教融合、實際應用案例和工程項目等方面不斷優化、更新教學內容，引入前沿技術和實際案例，激發學生的自主學習興趣。

（二）"多措并舉混合教學，豐富教學模式

“紙上學來終覺淺，絕知此事要躬行”。經過一段時間的課堂理論學習，光電專業導論課程教師安排學生走進微納光學公共平臺現場參觀學習。微納光學公共平臺是蘇州大學光電科學與工程學院下設科研機構，依托于2010年批準建立的江蘇省“微納光學”優勢學科、2000年批準建立的江蘇省現代光學技術重點實驗室、2003年批準建立的省部共建教育部現代光學技術重點實驗室、2007年批準建立的江蘇省先進光學制造技術重點實驗室，主要從事先進光學設計與制造、微納制造技術與裝備、光子器件及其相關領域關鍵技術的研究與產業化應用。平臺實驗室總面積達5000m2，其中千級超凈間面積超3000m2。目前擁有聚焦離子束刻蝕（Crossbeam550）、掃描電鏡（Sigma300）、原子力顯微鏡（DimensioinIcon）、大型紫外光激光直寫3D光刻設備（iGrapher）等一系列微納加工、制造先進設備。實驗室老師們運用通俗易懂的語言生動形象地在實驗室現場講解相關專業知識原理，為大家一層層揭開光電技術的神秘面紗。

應用光學旨在構建線上線下混合教學模式的學習共同體，以“課前-課中-課后”為基線，以學生發展為中心，體現教師主導、學生主體的教學理念。課程增加理論教學，將理論教學和實驗教學合二為一，構建分工明確的課程教學團隊，采用“理論教學+課程實驗+課外實踐項目”一體化教學模式，以課程團隊搭建的應用光學綜合實驗室為支撐，通過“理論教學、課程實驗、課外實踐項目和網絡平臺”相結合的教學模式，借助于中國大學慕課在線平臺上的國家精品課程資源，實現“理論與實踐、課內與課外、線下與線上”有效結合，為學生自主學習提供充分條件，切實提高學生理論綜合與實踐創新能力[9]。

工程管理與環境采用線上線下“項目教學法”，通過開展小組項目，培養學生工程項目管理能力，能夠對具體項目進行分析和經濟決策評價，能夠設計項目計劃。在老師的指導下，學生自己負責線下自由分組、線下項目選題、線上資源的收集、線下小組項目設計、線上項目計劃書和路演PPT的提交及最終線上小組組間評價。“項目教學法”是“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”，能充分體現以學生為中心，注重理論與實踐相結合，加深學生對項目管理在實際項目、學習、生活中應用的理解；制定項目計劃書和小組路演匯報的過程就是確認項目目標和范圍、控制項目成本、提升團隊合作、降低項目風險，增強項目可操控性等重要項目因素的管理與控制等。鞏固工程與環境問題的聯系，使學生熟知處理工程問題過程中考慮的環境因素以及在解決環境問題中需重視的工程因素。

在人才培養的過程中，同樣的知識可以不同的方式呈現在受教育者面前。知識點之間的關系絕大多數不是線性的，不少是立體樹狀的，更多是多維網狀的[2]。在數智時代背景下，通過教室實驗室相結合、理論實踐相結合、線上線下相結合的多種教學模式，我們可以實現大規模個性化地因材施教[10]，讓每個人的學習實現融會貫通、觸類旁通。學生能夠更深入地理解光電信息科學與工程專業的理論知識，并在實際項目中應用所學，提升在光電領域的綜合素養。這樣的教學模式不僅有助于學生的個人成長，也符合光電技術迅速發展的趨勢，有利于培養更具實際應用價值的專業人才。

（三）"注重創新思維培養，突破學科界限

傳統的教育方式在數智時代必須變革，創新之路在于超學科、重思維、智能化。光電專業導論課程在大一新生剛入學的關鍵時期，就向學生講授光電領域前沿科學以及我國亟待解決的“卡脖子”技術，涉及光刻技術、激光雷達、光電子芯片等諸多學科。我國迎來了世界新一輪科技革命和產業變革同我國轉變發展方式的歷史性交匯期，既面臨著千載難逢的歷史機遇，也面臨著拉大差距的嚴峻考驗，我們面臨著前所未有的挑戰和使命。面對我國科技領域存在的基礎科學研究短板仍然較為突出，重大原創性成果依舊缺乏，需要進一步優化鼓勵創新、包容創新的機制和環境，加強關鍵核心技術的研發，推動科技成果的轉化應用。因此，作為光電人，我們要學好光電領域基礎知識，熟悉光電領域前沿科學，在關鍵領域、“卡脖子”的地方下大功夫，力爭實現光電領域整體科技水平從跟跑向并跑，進而實現關鍵核心技術和戰略性產業的領跑轉變。

應用光學課程優化了學科共享實驗平臺，以關鍵核心技術項目為牽引，為學生開展相關預研課題的課外實踐項目提供資源，切實培養學生主動探索和工程實踐能力。此外，與四家企業搭建產教融合實訓平臺，通過校企合作深入探索創新創業人才培養機制，以團隊教師主導的產學研合作項目為牽引，為學生課中近距離接觸前沿領域參與、課后開展產學研課外實踐項目提供平臺資源，持續提升學生綜合解決實際光學問題的能力，深入培養學生的創新思維和創新能力。

工程管理與環境課程體現了數智教學，使學生從被動接受走向主動小組項目探究。打破實體課堂模式，突破時空界限，創建虛擬與現實融通無邊界的多元課堂教學和智能課堂教學。人工智能的出現，在一定程度上揭示出人類學習即將進入超級學習階段，新的教育邏輯橫空出世：從掌握知識轉向掌握思維，從視學習為工具轉到視學習為價值，從塑造具體的人跨向創造每個人獨特的感受，超越傳統學習和感知的局限[11-13]。

四"結束語

在數智時代背景下，基于產業和學科交叉發展的新需求，光電信息科學與工程專業課程教學迫切需要改革以適應人才培養的新需求。我們以三門課程為對象，剖析了這些課程教學存在的諸多問題，從“深化教學科研融合，優化教學內容”“多措并舉混合教學，豐富教學模式”“注重創新思維培養，突破學科界限”三個方面，對課程教學進行改革探索。經過教學改革，學生能夠更好地掌握相關理論知識，并更積極地將所學知識應用到實際項目實踐中，教學改革取得了較好的成效。

參考文獻：

[1]習近平：加快發展新質生產力扎實推進高質量發展[N].人民日報，2024-02-02（1）.

[2]龍慶，崔莉萍．助力新質人才培養：數智化時代教育何以作為[J/OL]．當代教育論壇.1-10[2024-12-16].https：//doi.org/10.13694/j.cnki.ddjylt.20241101.003.

[3]張智浩，沈謀全，朱文俊.人工智能背景下“機器視覺”課程教學改革與探索[J].工業和信息化教育，2024（5）：19-23.

[4]陳磊，鄧杏葉，劉朝華，等．“新工科”背景下的模式識別課程教學改革探索[J]．教育教學論壇，2020（36）：177-178．

[5]王科平，楊藝，李玉東．“新工科”背景下“模式識別”課程改革與探索[J]．電氣電子教學學報，2020，42（3）：52-56．

[6]孫銳.為新質生產力發展提供人才引領支撐[J].人民論壇，2024（6）：26-30.

[7]秦琳玲，張桂菊，吳紹龍.“課程思政”在《應用光學》專業基礎課程中的探索[J].教育現代化2020，7（25）：125-128.

[8]秦琳玲.情境教學法在《應用光學》授課中的應用[J].教育，2017（8）：77.

[9]秦琳玲，詹耀輝，王晴，等.基于OBE理念的課程思政混合式教學創新改革研究——以應用光學課程為例[J].高教學刊，2023，9（24）：70-73.

[10]顧小清，郝祥軍.從人工智能重塑的知識觀看未來教育[J].教育研究，2022，43（9）：138-149.

[11]祝智庭，趙曉偉，沈書生.融創教育：數智技術賦能新質人才培養的實踐路徑[J].中國遠程教育，2024，44（5）：3-14.

[12]懷進鵬.攜手推動數字教育應用、共享與創新——在2024世界數字教育大會上的主旨演講[J].中國教育信息化，2024，30（2）：3-10.

[13]錢旭紅.人工智能時代的教育變革：超學科、重思維、智能化[J].中國高等教育，2024（Z3）：28-31.

基金項目：江蘇省第二批本科線上線下混合式一流課程“應用光學”（蘇教高函〔2024〕7號）；“蘇大課程2022-3I工程”混合式教學課程項目“應用光學”（蘇大教（2022）99號）

第一作者簡介：秦琳玲（1982-），女，漢族，江蘇無錫人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為光電傳感與光伏器件。

*通信作者：李孝峰（1979-），男，漢族，四川內江人，博士，教授，博士研究生導師。研究方向為光電轉換與探測。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.36.006