光学课程研究型教学的探索与实践

蒋治国 陈 聪 姚陆锋

中国人民解放军海军工程大学理学院 湖北武汉 430033

光学课程是应用物理、光电工程、光信息科学等专业本科学员必修的一门专业基础课程，它包含几何光学、波动光学、量子光学、傅里叶光学、非线性光学等内容。光学与当代科技发展联系紧密，知识更新快，并与教师的科研工作结合紧密，多年来，许多院校的光学教学还是运用传统的教学方式和手段，教学内容主要依据教材，不能依据科技领域的发展而更新，与科技发展联系不足，学生只能学到课本上的基本理论知识，难以培养进一步深入研究的能力，难以把握相关专业发展的现状。因此，我们尝试着将研究型教学模式引入本课程的教学中，以此为例对理工科专业本科学生的研究型教学进行探索和研究。

1 研究型教学的概念与特点

1998年美国卡耐基教育研究基金会发表的《重建本科教育，美国研究型大学发展蓝图》报告[1]，明确指出要把研究型教学作为本科教学的基本要求。所谓研究型教学就是以培养研究型人才、科学人才以及人才的科学素养为目的的一种新型教学方式。

研究型教学与传统教学方式相比较，有许多不同的特点，具体体现在“四个变化”上：(1)教师与学生的角色发生变化。在研究型教学中，教师是教学活动的“导演”，而学生是“主角”，教师为学生创设问题情境，引导学生自己提出问题、分析问题、提出假设并最终解决问题。(2)教学根本目的发生变化。研究型教学的根本目的是为学生创造一个展现自我的平台，并在实践过程中不断提升学生的综合素质[2]。它强调的是在教学过程中学生能力的提高，而不是课本知识的传授和学生的理论笔试成绩。(3)教学内容的组织发生变化。研究型教学的教学内容是针对课程的特点，结合教学中学生的反馈意见，将教学内容划分为不同层次，如基础知识、提高知识和扩展知识。其中提高知识和扩展知识是提高学生研究能力和素质的重点部分。(4)教学模式发生变化。研究型教学主要是增强学生的参与性，引导学生进行深入思考和探索，采用问题引入式，模拟科学研究的过程的教学方式[3]。教学过程中以学生为主，采用多种教学手段，加强互动，活跃课堂气氛。

相对传统的教学模式，研究型教学可以大幅提高课程的教学质量。因为在教学过程中，学生通过研究和探索不仅能加深对光学基本原理和本质的理解，增强发现、创造和探索知识的热情，拓宽知识面，同时处理问题的技巧和能力也可以得到锻炼和提高。

2 研究型教学的具体实施

为了调动学生对专业课程的兴趣，有效拓展学生的知识面并引发学生深入思考，我们将研究型教学引入光学教学中。在教学中，我们强调注重两点：(1)充分调动学生的学习积极性；(2)在教学过程中注重学生的能力素质培养。具体有以下措施：

2.1 将物理学史引入教学中

在教学过程中为了避免理论知识的枯燥性，激发学生的学习兴趣，我们有意识地将光学发展中的许多名人轶事与典故有机融入相应的知识点中，例如在几何光学部分，可以引入我国古代关于小孔成像的记载、高锟与光纤的故事等；在波动光学部分可以引入泊松亮点由来的典故、惠更斯与双折射、马吕斯与偏振的故事等；在量子光学部分可以引入普朗克与量子假说、吴有训与康普顿散射、伦琴发现X射线的故事等。

2.2 结合学科前沿，突出实际应用

根据理工科院校的人才培养目标与特点以及学生将来的就业与发展，我们将整个课程的设置与实际应用紧密结合，并且突出最新科技前沿。在实际教学过程中，注意介绍光学领域的热点与重大发现，各章节设置的问题与实际应用相结合。这样教学内容不但更具有针对性，而且可以激发学生对光学研究的热爱，提高学习的主动性。例如光纤通讯技术、激光陀螺导航技术、偏振与立体电影、激光的应用等。

2.3 采用多媒体、实物演示与传统教学相结合

多媒体中的3D和Flash等软件能够制作生动活泼、逼真的动画，可以直观形象地展示许多光学现象，例如干涉衍射现象、多普勒效应等。还有许多光学原理与现象可以在课堂上通过仪器当场演示，能带给学生更强的真实感。例如用偏振片演示偏振现象，演示光电效应现象等。我们将新的教学手段和传统教学方法结合起来，提高了学生的学习兴趣，加强了学生对知识的记忆，因此大幅提高了教学效果。

2.4 多方式、多手段引导学生思考，活跃课堂气氛

为了引导学生积极思考，我们在教学模式上主要采用问题引入式教学法。即针对每个章节教师事先精心设计几个问题，要求学生以解决问题为牵引，提前查询相关资料、收集信息并进行研究，在课堂上分组进行交流讨论。教师则加以指导，最后对讨论结果进行归纳总结和点评。例如：如何将几何光学三定律合三为一？几何光学三定律适用的条件是什么？干涉和衍射的区别与联系？如何快速找到复杂光学系统的物方和像方焦平面等。

对于一些相对复杂而又重要的知识点可以以案例教学的方式进行，也可以组织学生以撰写小论文分组研讨的形式深入探究。例如全息照相技术、彩虹的形成机制和主要特征等。在教学过程中注意培养学生的创新思维，引导学生将自己的一些新想法新思路设计成作品，并推荐参加各类创新实践竞赛。这些活动不但增强了师生互动，活跃了课堂气氛，而且培养了学生的自主能力。

2.5 充分利用网络资源

一方面，我们充分利用学校图书馆的电子数据库资源。通过与外校联网的SCI，EI，IEEE等数据库查阅与光学相关科研工作的最新进展，将相关科技文献的内容引入课堂教学，对教学内容进行更新和扩充。同时，也让学生了解最新的科技发展动态，提高学生对课程的兴趣。另一方面，我们在校园网上建立了光学课程网站，上传了许多教学资源，如教学大纲、课程标准、教学课件、教学案例、授课视频、演示实验、热点追踪、自测习题、在线答疑等。学生可以通过这些资源进行课前预习和复习，也可以通过网上留言与教师进行及时的交流与沟通，解决难题，增进师生了解。

2.6 更新考核方式

传统的考核方式过于注重考查学生对理论知识的掌握程度，而对学生的研究创新能力考核较少，因此考核成绩不能全面反映学生的综合素质。为了锻炼学生的思考与探究能力，同时也为了更全面科学地评价学生通过学习所获得的知识和能力，我们对考核方式进行了创新。新的考核内容包括课堂讨论、小论文撰写、创新设计、期末笔试4部分。

(1)课堂讨论。在课堂上，学生对每个章节设置的问题进行讨论和交流，根据具体的表现，教师给出一个评定。其中发言次数最多、质量最好的学生给100分，其他的分数依次为90，80，70，60分等。此项得分占总成绩的20%。

(2)小论文撰写。在本课程的教学中，我们准备了两个比较重要或复杂的热点问题，根据实际情况拟定几个题目要求每个学生撰写一篇研究性的小论文，并进行评分，该评分计入考核总成绩，占总成绩的10%。

(3)创新设计。对于能够将自己的新想法新思路设计成作品的学生，教师可以酌情加分，但不能超过总成绩的20%。

(4)期末笔试。在学期结束后举行一次期末笔试，笔试的内容主要考查学生对光学基本理论的掌握和理解程度以及应用理论解决实际问题的能力。题型中减少了选择题和填空题所占的比例，加大了计算题、证明题和讨论分析题的比例。笔试成绩占总成绩的50%。

更新的考核内容中50%以上是对学生研究思考、创新能力的考查，这种方式在一定程度上避免了传统考核方式中存在的弊端，能更公平科学地反映学生的真实学习效果。

3 结束语

光学是许多理工科专业学生了解学科知识，培养科研和创新能力的重要课程之一。研究型教学是一种新的能够切实提高教学效果的教学模式，在培养学生研究能力方面发挥着重要作用。我们对本专业课程的研究型教学进行了探讨和研究，在教学过程中获得了一些经验和教训，也取得了一些成绩，同时发现仍然还存在许多问题，需要我们进一步探究解决。

[1]卢德馨.研究型教学20年—理念、实践、物理[M].北京:清华大学出版社,2008.

[2]王泽锋,程湘爱,王睿.军校本科专业课程研究型教学模式初探[J].高等教育研究学报,2012(1):60-62.

[3]沈曦,曾交龙.《基础物理学》课程研究型教学的探索与实践[J].海军院校教育,2012(4):79-81.