以创新能力培养为目标的光学教学研究

肖宏波++李静

着重从提高学生学习兴趣，引导学生创新为出发点，构建光学课程体系，采用开放问题讨论的教学方法，帮助学生建立正确的物理概念。实践表明，培养了学生的创新思维，提高了学生学习的主动性和教学效果。

光学创新能力教学研究21世纪是经济和信息的全球化时代，是综合国力的国际竞争日趋激烈的时代。面对严峻挑战，高等教育目标及培养模式改革势在必行。“注重培养一线的创新人才”是党和国家对新时期对我国高等教育提出的新要求。学习能力、实践能力、创新精神也是评价地方高校是否满足社会需要的重要指标，是影响学生终身发展的重要因素。教育部提出的“卓越工程师培训计划”及大学生科技竞赛项目的实施——旨在“培养造就一大批创新能力强，适应经济社会发展需要的高素质各类工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务”，再次强调学生创新能力的培养。

因此，作为光学专业课程老师，需要培养学生的学习兴趣，使学生具有独立思考的创新意识，而不能使学生感觉学习过程的无聊或者索然无味，而对课程丧失兴趣，只是敷衍期末考试。创新从思考中来，从实践中来，首先引导和培养学生对课程的浓厚兴趣，学生才能够深入学习，主动思考，认真实践，才有可能做出一定的创新。

一、目前光学教学中存在的问题

《光学》课程是应用物理专业及材料物理专业本科生非常重要的一门专业基础课，在我国大部分理工科院校的光信息和电子信息工程等专业中开设。在专业教育中具有非常重要的地位，其突出特点是拥有大量复杂的光学系统结构图和实用元器件图，且不同于一般的示意图，准确度要求高，而且涉及到空间、时间、相位等概念。其内容和思想对后继课程的学习和科学素质的培养都具有深远而持久影响。该课程在理论教学部分包括波动光学、几何光学、光与物质的相互作用等主要内容。这些内容现象直观，但理论抽象，对于刚刚学习这门课程的本科生而言，需要较好的逻辑思维和空间想象能力，课程教学中部分数学公式推导较麻烦，课后习题难度较大。笔者总结近3～5届学生理论教学的情况，认为在目前的理论教学部分普遍存在以下几个方面的问题：

1.随着理论分析的深入，有的同学逐渐丧失了学习的兴趣。在第一次介绍光学所研究的广泛内容和应用领域及前沿知识的时候，学生表现出浓厚的学习兴趣，上课课堂纪律较好。随着课程逐渐进入理论学习，从光学现象认识到光的波动理论分析，再进一步学习几何光学成像系统的成像特征、系统设计要求、成像计算等，对于数理基础相对薄弱的学生而言，很多知识和概念都理解不够透彻，导致仅仅停留在现象的直观认识上，无法解决相应问题。同时，他们还要忙于其它课程学习和各门类的实验，就逐渐丧失了学习光学课程的兴趣，表现为上课缺席、睡觉、私下说话等不遵守课堂纪律的行为。在课程理论内容讲授到光的时空相干性后，对学生问卷调查显示，只有64%的学生表示对该课程感兴趣或者比较感兴趣，有36%的学生表示已经对该课程没有兴趣，有12%的学生表示厌学该课程。这说明，尽管老师强调这些基本理论是现代光学技术、光纤通信等其他相关课程的基础，但是学生在逐渐深入的理论课程学习过程中，由于种种原因，已经对该课程丧失了浓厚的学习兴趣和热情。

2.光学过程抽象，不理解公式所包含的物理意义。由于光学现象认识的升华是需要很多数学公式的论证和说明，如用光的电磁基础、光强度的定义等，很多学生在学习过程中，对公式所代表的光学的物理含义一知半解，没有建立清晰的物理概念和数学表达式间的联络。学习的过程就是在基础知识理解后循序渐进，逐步深入，如果由于丧失兴趣，一知半解，长期下来，等到学习光的相干性讨论等内容时，有些学生基本上就放弃学习了。

3.作业敷衍，缺乏独立思考。光学课程，我们采用了姚启钧的教材，这是一本非常经典的光学教材，各个章节的习题针对性很强，但完成作业需要对物理概念及定义的很好理解，因此很多学生的作业遇到困难，缺乏独立思考，甚至互相抄襲。

二、光学理论教学的创新改革实践

针对学生在理论学习过程中的问题和遇到的困难，我们在光学课程理论教学过程中，构建了如图1的创新教育体系，着重从提高学生理论学习兴趣，提高学生独立思考能力，加强师生互动，加强基础知识训练等发面，采用深入浅出，拓宽知识面，加强理论应用结合点，融入科研内容等多种方法和手段，改善理论教学效果。在课程理论教学改革的过程中，主要采用了以下的改进手段：

1.在专业理论教学中提取创新要素。创新教育要结合具体的专业知识，不能脱离本课程的教学内容。创新不是空想，它总或多或少的涉及到一些专业的知识，这些就是创新的要素也是种子，所以要重视从专业知识中提取创新要素。具体做法就是结合专业内容，将与前沿有关或尚未解决或存在思考空间的问题带到课堂上进行介绍，以学生能够理解为尺度，强调创新的原理基础，播下创新的种子，引起学生的兴趣，觉得学有所用，很有收获感。

2.制作信息量大，理论清晰，重点突出，内容生动活泼的PPT课件，为创新思维的星星之火助燃。光学教学内容的基础理论部分包含了波动理论分析，几何光学理论和光学成像系统等公式较多、概念抽象的教学内容。现在的教学方式多采用PPT和板书相结合的方式进行。课件的制作非常重要，如果课件中有大量的公式出现在同一张PPT页面上，又不采用逐条显示的方式，学生见到这样繁杂的PPT课件，很快对学习感到厌烦了，也失去了学习的兴趣。所以，我们在PPT课件的制作上，采用了公式推导用板书，结果用PPT显示，重点突出，动静结合等手段，使学生对基础知识掌握扎实。

3.采用启发讨论式教学方式，多问几个为什么，加强师生互动环节。光学的理论知识教学，如果采用平铺直叙的教学方法，学生很容易疲倦，特别是大班上课的情况。如果有部分学生对于所教授的理论知识感到厌烦，就会影响整个课堂教学秩序。所以，理论性强的课堂教学，需要采用启发式教学，一步一步地启发学生，多问几个为什么，用怎样的思路，用什么样的方法去解决问题，让学生带着对问题答案的思索和探求，跟着老师的思路走。例如，用不同的分析方法分析费涅耳衍射和夫琅和费衍射，教师引导学生对学习的内容进行分析，比较和总结，比较这两种方法的不同之处，让学生参与讨论和总结，可以加深理解。

4.及时总结争取创新成果。能否让学生体会到创新成就感、保持创新源动力，也是创新可持续发展的重要方面。创新的成就感主要体现在创新过程和创新结果两个阶段。在研究过程中，想出了某种特殊的方法，发现了某种特殊的意义，解决了某个难题，或者有可能在某些领域得到应用，都会令学生产生强烈的成就感。因此，指导学生进行成果整理，及时认真进行总结，形成创新成果，也是下一次创新的开端。

三、结论

结合光学专业课程建设，构建创新体系，在课程教学中主要从课件、教法、问题、习题等几个方面进行了理论教学的改革和实践。鼓励学有余力的学生参加科研工作，开展创新性实验建设，使理论教学改革配合创新性实验建设，促进大学生的素质教育，促进学生创新和发展。

参考文献：

[1]宋金璠，张萍，仲志国.以创新能力为核心构建光学课程的立体化教学体系[J].南阳师范学院学报，2010，（03）：101-103.

[2]于浩淼.互动式教学对学生创新能力培养的推动作用研究[J].教育与职业，2010，（21）：141-143.

[3]姚启钧.光学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2014.

本文系西安工业大学教改项目支持（14JGY29）。