新工科背景下的光電專業背景課程教學改革研究

［摘 要］ 以新工科建設目標為導向，對工科院校光電專業背景課程教學改革進行了研究，并對實施方法展開了探索。首先，根據新形勢下工科院校光電專業人才培養的實際需求，梳理了光電專業的特點，明確了新工科建設對于光電專業背景課程教學的要求。其次，從課程體系調整、教學內容重構、教學方法優化和教學效果評價等幾個方面闡述了開展工科院校光電專業背景課程教學改革的思路。最后，以“物理光學”課程教學改革實踐為例，探索了推動工科院校光電專業背景課程教學改革的有效途徑，以期為專業背景課程的教學改革提供范例。

［關鍵詞］ 新工科；專業背景課程；教學改革；物理光學

［基金項目］ 2023年度海軍工程大學教育科研課題“‘三個面向’指導下的光電專業背景課程教學改革研究”（NUE2023ER58）

［作者簡介］ 劉 文（1987—），男，湖北十堰人，博士，海軍工程大學兵器工程學院講師，主要從事光電探測和光纖傳感領域研究；顧宏燦（1980—），男，江蘇靖江人，博士，海軍工程大學兵器工程學院副教授（通信作者），研究生導師，主要從事光纖傳感與水中兵器探測領域研究；張朱峰（1995—），男，湖北鐘祥人，碩士，海軍工程大學兵器工程學院講師，主要從事系統工程領域研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）43-0061-04 ［收稿日期］ 2023-09-25

近年來，面對新形勢下工科院校教育轉型發展要求和院校教育培養目標轉變，如何建立與新體制下工科院校教育目標相適應的教育機制，培養高素質工程技術人才，成為工科院校教育面臨的現實問題。2017年2月20日，教育部高等教育司發布的《關于開展新工科研究與實踐的通知》明確指出，新工科研究和實踐圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系開展［1］。正式拉開了新工科建設的序幕。

新工科以一流人才培養、一流本科教育和一流專業建設為目標，以高等工程教育的新范式，成為一項深化工程教育改革的重大戰略行動［2］。要提升高等工程人才的培養質量，專業背景課程作為人才培養體系中培養學生專業能力的重要基礎，是開展新工科建設中不容忽視的組成部分。特別是對于光電專業背景課程來說，面對光電行業飛速發展的現狀，其教學天然具有“面向未來”的創新屬性［3］，如何讓光電專業背景課程教學跟上領域前沿發展趨勢、體現專業技術發展對工程應用實踐的指導作用，是光電專業背景課程教學改革面臨的現實問題。

一、光電專業背景課程教學概況

（一）光電專業背景課程教學目標的變化趨勢

鑒于光電子技術在現代社會信息產業中的支柱地位，光電信息科學與工程專業入選新工科專業名單。根據新工科建設的總體要求，光電專業的人才培養目標是通過專業課程學習，了解光電信息技術的前沿理論，把握光電信息技術的發展動態，掌握光電儀器的設計、應用及制造方法，具有研究開發新系統、新技術的能力。

隨著信息技術的不斷發展，光電工程技術在各行業領域的應用日益廣泛，社會對于光電專業人才的需求量也不斷增加。與之形成鮮明對比的是，光電工程領域技術更新換代速度極快，對于學生學習和適應新概念、新技術的能力要求也越來越高。作為光電專業人才培養的重要教學內容和實施途徑，光電專業背景課程教學圍繞新工科建設目標開展教學改革，是提高光電專業人才培養質量乃至其他專業光電學科通識教育水平的必然趨勢。

（二）當前光電專業背景課程教學面臨的問題

在光電專業背景課程教學中，由于光電專業背景課程的內容涵蓋了光電專業的基礎理論，對于學生的數理功底要求較高，且涉及幾何光學到波動光學，再到量子光學等現代光學理論體系的轉變，內容繁雜、理論性強，學習難度大，學生在學習心理方面對眾多復雜的公式推導和數學計算普遍存在畏難情緒。

除了知識體系的跨越帶來的教學困境以外，現代光學技術的應用和發展不斷拓寬實踐應用的邊界，對于學生專業背景知識的要求也不斷提高。在有限的教學學時下，更加細分的光電專業方向使得光電專業背景課程的基礎屬性難以與實踐應用的表層屬性之間建立直接關聯，“聽不懂、學不會”和“學而無用”成為當前光電專業背景課程教學過程中亟須解決的兩大突出矛盾。

二、光電專業背景課程教學改革的方向探索

面對新工科建設人才培養目標，專業課程教學應以行業需求引導能力培養，通過開展教學改革，讓專業教學真正發揮出高等教育的育人效能。對于專業背景課程而言，既要夯實理論基礎，也要發揮實踐指導作用，盡力做到與后續課程教學實現導向一致，共同為專業特色工程技術人才培養發揮效能。

對于光電專業背景課程而言，學生在公共基礎課程階段只學習了基本的光學現象，對現代光學知識體系了解極少。開展光電專業背景課程教學改革，就是要遵循高等教育教學規律，將專業背景課程改革融入高等院校教育改革的發展主流，推動院校的專業基礎教育向行業聚焦、向崗位靠攏，探索能夠調動學生學習積極性的教學方法，充分發揮專業課程教學的有效性。

結合光電專業學科和課程體系的實際特點，光電專業背景課程教學改革的思路可概括為“真學、真用、真感受”。真學，是指讓學生真正成為教學活動的主體，通過教師的主導作用引導學生充分發揮主觀能動性，讓專業基礎背景知識沉淀為學生的專業素養和科技底蘊；真用，就是始終以實踐應用作為工科學生專業背景課程學習的主要導向，使光電專業理論知識能夠為光電工程技術應用發揮指導作用；真感受，就是通過優化教學內容、教學設計、教學方法和教學手段，讓學生能夠在理論和實踐的映射中準確把握住光在不同尺度研究時的規律及區別，在知行合一的過程中，真正構建現代光學理論體系，培養創新思維。

三、光電專業背景課程教學改革的實踐探索

（一）明確實踐需求，調整課程體系

針對近年來科技領域的快速發展，系統梳理光電技術工程實踐應用，將教學改革目標落地落實到教學活動實施過程中，從專業視角將實踐應用的理論基礎納入不同光電專業背景課程的知識體系中，開展從表層應用到底層理論的邏輯解構，通過逐層明確專業知識要點，統領各門光電專業背景課程的教學內容優化，實現專業背景課程體系的優化。

針對新形勢下人才培養目標的變化，“物理光學”課程團隊同其他專業課程教學團隊一同對光電專業人才培養方案和教學方案進行了修訂，在新工科建設目標導向下，對光電專業知識體系結構進行了梳理，聚焦光電專業領域發展前沿，根據應用需求和后續課程學習基礎調整了教學主線，在專業條件建設的統籌下開展了課程資源建設。按照光電技術發展脈絡進行了專業課程體系調整，讓教學目標符合光電學科的認知規律，逐步將古典光學、現代光學的教學內容依次推進，使波動光學與幾何光學、量子光學等不同光學認知模型統一于現代光學知識體系，培養學生的辯證唯物主義思維。面對學時不足的現實矛盾，將相關知識內容體系進行模塊化處理，在專業課程中講精講透，讓培養具有專業特色的高素質工程技術人才成為主線牽引的系統工程。

（二）結合實踐應用，開展教學內容重構

在按照課程體系優化結果、明確專業背景課程教學要點后，結合社會崗位需求和工程應用實踐，對光電專業背景課程的教學內容進行梳理，按照“理實一體”的導向，科學重構專業背景課程知識體系。

針對光電專業背景課程教學內容繁雜、抽象性概念多、理論性強的現實情況，專業背景課程的教學內容選取、知識體系構建應以強化基礎、凸顯應用為原則，通過知識點梳理構建科學合理的教學內容，讓學生能夠在“聽懂學會”的同時，體現課程教學的高階性和挑戰度。在進行基礎理論教學時，把專業領域發展前沿及工程應用新成果作為素材或者案例引入教學，通過專業邏輯結構解構，將工程應用和理論基礎有機融合，作為專業背景知識“學而有用”的典型范例，讓應用實例為專業基礎理論提供現實支撐。根據不同專業背景課程內容，構建從表層應用到底層理論的技術邏輯網絡，按照從理論到應用的工程技術鏈路和并行專業知識結構“一縱一橫”兩條主線，對光電專業背景課程知識體系進行刪繁就簡、直指應用，在夯實學生理論基礎的同時，注重應用能力培養，實現專業背景課程教學內容優化。

以“物理光學”課程為例，教學內容重組的基本思路是：在學生已有的數理基礎上，凸顯光學本質和物理模型的邏輯主線，以學生掌握光的波動本質、理解波動光學系統工作機理為重點，關注光電儀器設備和應用實踐中干涉、衍射、偏振系統的結構組成、工作過程和性能特點，深化對理論知識的工程應用，并根據專業發展前沿和工程應用實踐的變化動態對教學內容進行更新，在多輪教學過程中針對不足開展迭代，以滿足學生的崗位任職需求。在進行教學內容設計時，既注重波動光學理論的概念解釋、原理闡釋和公式推導，又注重從生活現象和實踐應用的角度解釋光波的物理本質，將光學現象與理論對應，再進行工程應用實踐，從而將學生的思維從知識層面引向思維層面，在傳授基礎知識的同時，著力培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，讓理論課程真正學而有用，從形式和內容上貼近實踐。

（三）根據課程特點，探索教學方法優化

基于現有的教學條件和課程建設成果，借鑒新工科導向下的專業基礎課程教學改革成果，在深入理解光電專業背景課程教學目標要求的基礎上，將已有經驗借鑒移植到本專業背景課程的教學實踐中，讓專業課程教學改革落地落實。

針對不同類型的學習內容、不同層次的學習要求和不同場合的應用目標，通過采用啟發式、案例式、研討式、問題式、任務驅動式、探究式等教學［4］，結合課程實驗教學和課外實踐活動，在小班教學的基礎上，針對學生學習基礎存在差異的實際情況，特色定制教學計劃，并通過分組學習、互助學習等方式，以不同階段學習目標作為引導，調動不同層次學生學習的主動性。在強調“知識、能力、素質”學習目標的基礎上，將后續實踐課程及工程實踐應用的理論知識進行體系關聯，凸顯理論知識的應用能力培養。通過全過程考核方式，以學生的學習效果作為教學效果的參考依據，在動態調整教學方法的過程中，重點關注學生自主分析能力和解決問題能力的培養，強化其物理建模思維的養成。

除了專業知識課程教學以外，在教學活動的實施過程中，通過調查問卷、座談等方式，了解學生的學習現狀及心理狀態，分析學生的學習情緒特點，以教學班會為依托，調查學生對于光電專業人才培養目標、光電專業背景課程學習、現代光電技術應用工程實踐等內容的認知水平，將專業背景課程教學實施準備前置，提前介入學生的學習生態環境，分析課程教學改革過程中可能存在的難點。開展專業背景課程思政建設，將實踐應用案例、專業典型范例納入專業背景教學內容，通過情感激勵、目標導向和價值引領等方式，提高學生學習的積極性與主觀能動性，進一步激發學生的學習熱情，在專業背景知識的教學過程中引入思政元素，體現專業背景課程教學的育人導向。

在“物理光學”課程教學中，課程團隊確立了以核心能力塑造為目標的理實一體化教學理念，重點關注學生的學習能力、專業能力、實踐能力和創新能力培養。在教學實施全過程強調應用背景，堅持落實立德樹人根本任務，將專業歷史、先進人物、科研精神和典型應用融入教學，打造思政素材庫。針對理論性強、復雜公式多的實際情況，通過隨堂實驗展示和課后參與式實踐，拓展教學維度，讓理論知識具象化，以學生自身的參與式體驗，破除思維定式。針對引入工程實踐應用教學內容而課程課時有限的現實矛盾，在教學實施過程中，充分利用MOOC和微課等互聯網資源進行課前預習及課后復習，并通過互聯網信息資源推送，讓學生能夠利用碎片化時間了解光電專業相關時事熱點，在將背景知識學習過程前置后，課堂教學著重強調教師的關鍵引導作用，在課堂講授環節重點關注教學內容的主線和學習內容的重點及難點，讓課程教學活動更有效率。為了檢驗學習效果，除了課堂學習外，還可通過隨堂測驗、平時作業、課程實驗、課后實踐、翻轉課堂、雙語翻譯等多種形式強化過程性考核；在終結性考試中，以生活實例和裝備應用等場景對專業背景知識要點進行“包裝”，重點考查學生分析問題、解決問題的能力。在教學活動中，關注學生的學習心理，注重其學習態度培養，增強其自主學習意識，多渠道激發其學習動力，探索從基本理論到工程實踐、從知識結構建構到能力素質培養的教學改革全過程實施路徑。

（四）及時歸納總結，組織教學效果評價

教學效果評價是對課程教學效果進行有效評估的基礎，也是開展后續課程教學改進的依據。教學效果評價主要包括教師評教和學生評教兩部分。教師評教主要以教學目標為依據，通過教學督導聽查課、課程團隊集體備課及試講等途徑，對教學過程及效果進行量化評估；學生作為教學活動的主體，其考試成績在一定程度上能反映課程的教學效果。此外，可依托問卷調查及學情測評等方式，組織學生對教學內容及教學活動過程中的教學設計、教學組織、教學實施等各環節進行評價，及時反饋教學情況，便于教師發現教學實施過程中的長處和不足。

“物理光學”課程教學團隊通過學情調查問卷、學習調查問卷、教學主題班會等形式，對學生學習狀態進行了過程跟蹤，結合反饋情況對教學活動進行了調整，讓學生能夠聽得懂、學得會，在保證教學內容高階性和挑戰度的同時，讓理論課程兼顧生動性和趣味性，提升了學生的教學活動參與度。通過上述舉措，課程學習效果顯著提高，有效促進了學生學習能力的提升。

結語

本文著眼于新工科背景下工科院校光電專業人才的培養新需求，通過分析光電專業背景課程教學的現狀，明確開展專業背景課程教學改革的方向，以“物理光學”課程教學改革為例，對光電專業課程教學改革進行了積極探索，在方法與路徑上為實現基礎理論課程和工程應用實踐的有機結合提供了啟示與借鑒，探索了發揮課堂教學育人效果和社會效益的有效途徑。

參考文獻

［1］教育部高等教育司.關于開展新工科研究與實踐的通知：教高司函〔2017〕6號［A/OL］.（2017-02-20）［2023-08-20］.http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html.

［2］褚宏偉，李楠，李德春，等.新工科背景下應用光電技術課程教學改革實踐：以山東大學為例［J］.中國現代教育裝備，2022，7（389）：80-81+96.

［3］周哲海，趙爽，王曉玲，等.基于新工科理念的《物理光學》課程建設［J］.教育教學論壇，2022（15）：89-91.

［4］陳云，張昌宏，周大偉，等.專業背景類課程實戰化教學改革探究［J］.教育教學論壇，2020，9（39）：288-289.

Research on Teaching Reform of Background Courses in Optoelectronics under Emerging

Engineering Background

LIU Wen， GU Hong-can， ZHANG Zhu-feng

（College of Weapons Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan， Hubei 430033， China）

Abstract： On the guidance of the emerging engineering construction， teaching reform of the optoelectronics major background courses is studied， and the implementation method is explored. First of all， according to the new situation of the personnel training of optoelectronics major in the engineering academies， the characteristics of the optoelectronics major in the engineering academies are analyzed， and the teaching requirements of the professional background courses are identified. Secondly， the curriculum system adjustment， teaching content reconstruction， teaching method optimization， and the teaching effect evaluation are studied to clarify the practical teaching reform idea of optoelectronics major curriculum. Finally， the experimental teaching reform in the course of Physics Optics is carried out， and the measures to improve the application effect of actual teaching are put forward， providing an example for the practical teaching reform of professional background courses.

Key words： emerging engineering; background courses; teaching reform; Physical Optics