应用型本科高校“工程光学”课程教学改革——以池州学院为例

许业军

（池州学院机电工程学院；量子信息与光电信息交叉研究中心，安徽池州247000）

近年来，我国光电信息技术产业发展迅速，企业对光电信息类人才需求逐年增加。为适应社会产业发展，众多应用型本科高校积极开设光电信息科学与工程专业，以安徽省为例，如：池州学院、皖西学院、黄山学院、安徽科技学院等。“工程光学”作为高校光电信息科学与工程专业学科基础课程，学生通过课程学习，将对光学基本概念、基本原理和典型光学系统有较为深刻的认识，并为学习光学设计、光电信息等后续应用性强的课程打下坚实的基础。由于是新专业、新课程，“工程光学”授课教师难免在教学过程中面临诸多实际问题，且应用型本科高校以培养应用性人才为目标[1]，课程教学还必须体现工程技术应用导向，因此，有必要对“工程光学”课程进行教学改革，旨在提高课程教学质量、强化学生工程应用和实践能力、增强学生创新意识、提升学生应用性职业素质。

1 “工程光学”课程教学中存在的问题分析

1.1 教学内容知识点过多、理论性偏强

“工程光学”课程内容分为上下独立的两篇[2]，上篇是从几何学视角描述光的传输及成像特点的几何光学，下篇是从电磁学角度阐述光的特性和其传播规律的物理光学。几何光学部分知识点多、概念抽象，学生往往难以记忆和掌握，物理光学理论性强、数学公式推导繁杂。课程内容本身偏重理论性，对知识的工程性和应用性关注度不高，导致理论和应用实际脱节。尤其对于应用型本科院校，以培养应用性人才为己任，“工程光学”作为一门集理论、技术、工程应用为一体的课程，既要立足光学基本理论，又需着力工程应用[3]，如何把握课程理论讲授深度、合理编排教学内容、突出应用性导向是授课教师亟待解决的教学问题。

1.2 课程教学考核方式过于单一

受传统教学理念和教程内容的影响，目前“工程光学”教学效果评价往往只侧重于考查学生对理论知识的掌握情况，造成教学目标趋于一致性，忽略了对学生实践应用能力的考核。在教学辅导方面，每章节往往只安排一套习题“教、练、讲”，并未考虑学生数理基础的差异性。尤其，现行课程考核方式主要以期末考试为主(约占总成绩的70%)，平时成绩(约占30%)也主要考察学生出勤、课堂表现、作业完成情况，造成学生课程学习以应付考试为目的，与“工程光学”课程学习目标相悖。

1.3 课堂教学学生参与度低、实践性弱

“工程光学”课堂授课模式常见于板书为主并辅以多媒体讲解，“板书+多媒体”的固定教学模式和“灌输式”的教学方法严重限制了课堂教学的丰富性、实用性、特色性，整个教学活动未改变教师唱“独角戏”的单向性教学现状，教学过程学生主动性差、参与度低，不能有效发挥学生的主观能动性[4]，实际教学效果差强人意。此外，“工程光学”课程注重理论教学是高校普遍现象，教师对实践性课堂教学缺乏足够重视，学生在实践教学中的主体作用不能充分发挥。

1.4 课后教学讨论交流不畅

随着我国高等教育由精英教育向大众教育推进，师生关系淡化严重，师生沟通交流普遍较少。多数应用型本科高校以教学为中心，教师教学任务繁重客观上导致了师生接触机会少、缺乏彼此了解、情感生疏，就“工程光学”课程而言，学生对课程存在兴趣不高、重视不够等问题，教师虽可利用QQ、微信、邮箱等网络工具建立课后交流渠道，但现实中多数学生很少主动利用网络平台与授课教师开展课程教学讨论，师生交流缺乏有效“纽带”和“媒介”，使得网络平台的教学反馈功能很难发挥，造成教师不能及时准确掌握学生课程学习情况。

2 “工程光学”课程教学改革与实践

2.1 优化教学内容，突出课程“应用性”

“工程光学”教学内容基本局限于传统的几何光学和波动光学。该课程内容本身侧重理论阐述。对于应用型本科高校光电信息类专业，必须突出课程的技术应用背景，教师需要摆脱教材局限性，对传统授课内容进行优化，力求做到既要强化基础知识，又要引入工程应用技术及前沿课题，以适应应用性人才培养目标。为此，可对教学大纲进行调整，对授课内容进行合理精简，删除基础性交叉课程内容，适当增加前沿知识，教学过程突出知识体系的重难点，如：大学物理已讲授光的干涉和衍射等内容，“工程光学”课程可将这些内容进行删减，增加光纤光栅、激光原理、量子光学等现代光学内容，使学生了解更多现代光学前沿知识，拓展学生知识面。其次，教学内容整体要突显课程应用性，教师在传授基础理论的同时，注重理论和具体实际应用相联系，找准基础理论和科技前沿课题的结合点，将学生的目光更多地引入工程实际，注重从工程实际问题出发讨论光学原理，启发和培养学生理论联系实际和解决工程实际问题的能力，例如，在介绍平面镜特性中的杠杆原理时，启发学生能否对光学比较仪进行改进，使得光学杠杆获得更大的放大倍数；在讲授“透镜”相关概念和理论时，拓展介绍“负折射率透镜”的理论和性质，组织探讨负折射率透镜在“空中成像”技术中的应用。

2.2 对教学目标、指导、考评进行分层设计

光电信息科学与工程专业是集光信息科学与技术、光电子技术科学、信息显示与光电技术、光电信息工程、光电子材料与器件五个专业为一体的“新工科”专业，专业背景本身决定了人才职业培养的多元化，且同一班级学生学习兴趣、数理基础、学习能力等方面个体差异明显，因此开展分层化教学十分必要。首先，对教学目标进行分层，针对数理基础较为薄弱的学生，教学目标不宜过高，教学力求简化繁杂的公式推导，重理论的工程应用介绍；对于数理基础扎实、学习兴趣浓厚、学习能力较强、学习态度端正的同学，要求其在掌握基本理论的基础上，增加学习难度，熟悉理论知识的来龙去脉，学会独立思考光学现象背后的理论基础，开发其发散思维，寻求理论在实际技术应用方面的可行性；其次，对教学指导进行分层，考虑到学生未来的学业规划不同(主要分为：“考研”和“就业”)，对于欲考研同学，精心收集近年来国内高校“工程光学”考研真题并按章节进行分类，每周固定时间组织例题、习题、真题讨论，此举在夯实课程理论基础、提高答题技巧等方面取得良好的效果。对于直接就业的学生，只要求其认真完成平时布置的章节习题、理解基本光学理论即可，但重点考核其对光学设计软件的使用以及对章节涉及的典型工程问题的分析能力；最后，对平时成绩进行分层考评，因“工程光学”课程安排有课内实践教学环节，以池州学院为例，教学规定成绩评定可按期末考试成绩和平时成绩各占50%的比例计入总成绩，此举一定程度上打破了“唯考试论英雄”的考核弊端，为平时成绩分层考核打开了新局面。池州学院“工程光学”课程期末考试整体偏重基础理论知识的掌握，但每种题型会设置有1-2题的综合题用来考核学生对光学知识的综合运用能力，虽然期末考试一定程度上对考研同学有利，但是面向就业的同学会往往在实践教学过程中获得较高的平时成绩，总体来说，此分层考核方式较好地反映了学生平时的学习态度，兼顾了对应用实践能力的考核。

2.3 加强课堂教学的“实践性”，提高学生参与度

“工程光学”课程内容因其理论性强、光学图多等特点，“板书+多媒体”的传统课堂教学模式一时难以改变，但可根据课程特点开展特色化课堂教学、在“师授生学”的传统授课模式下增加课堂教学的互动性、应用性、开放性。对课程内容进行筛选、优化以及多媒体辅助，课堂教学效率得到提高，释放了课堂时间，为增加课内实践教学创造了条件。“工程光学”课程可开展两类课内实践，一类开展“围绕光学原理设计特定功能光学装置的可行性讨论”，通过对学生进行分组(如：以寝室为单位)，提前将所需光学原理及完成何种功能的题目公布，两周后专门利用2课时，将讲台让给学生，让各组分别汇报设计理念、解决途径、实物展示以及存在的问题，期间老师和台下同学可自由提出设计中存在的问题与不足，如：在组织讨论“平面镜杠杆原理在水准仪中应用的可行性分析”时，有同学带来简易设计装置，也有同学提出如何利用重力快速保持凸透镜的水平性问题，现场讨论非常热烈。另一类课内实践方式为“专业软件实践学习成果汇报”。ZEMAX是一款综合性能很好的光学设计仿真软件，在实际生产和科研中均有广泛的应用。在“工程光学”课堂教学中，教师提出多个课外设计任务，依据学生分组选择不同任务，并在课内实践课时，向其他同学汇报设计成果，过程中学生不仅了解了实际光学系统设计基本方法、加深了对课堂内容的理解，而且因各组任务不同，涉及的软件功能也有区别，汇报可有效提高学生学习ZEMAX软件的效率。

2.4 推行“本科生助教制”，促进师生课程交流

“大学助教”起源于19世纪末哈佛大学创立的研究生助教制度。我国高等院校建立研究生助教制度的主要目的是为了缓解高校扩招造成的师资数量不足，经过经20年的发展，研究生助教制度在我国高等教育进程中发挥了举足轻重的作用，成为高等教育制度中的重要组成部分。对于多数应用型本科高校来说，尤其是地方应用型本科高校，并无研究生学位授予权，不承担研究生培养任务，显然研究生助教制度无法实施，且这类高校以教学为中心，教师教学任务繁重，因此，在此类高校尝试本科生助教制度显得尤为必要。“工程光学”课程可推行本科生助教制度，从任课班级选拔学生助教数名，主要负责协助授课教师辅导答疑、作业批改、组织课堂讨论等辅助性教学工作；更重要的是，可作为师生交流的“桥梁”和“媒介”，将班级同学在课程学习中遇到的问题及时向老师反馈，使老师能够根据实际情况快速对教学计划进行合理调整，尤其，助教十分有利于对一些因性格内向等原因不愿主动和老师交流的同学开展同学间的接触和课程辅导；此外，助教团成员是课下组织课程讨论的发起人，他们的“头雁效应”可有效带动了学生课程学习的积极性。

3 结论

“工程光学”作为“新工科”建设下的新课程，在整个光电信息类专业课程体系中具有“承上启下”的关键作用。本文针对“工程光学”课程内容特点、教学现状以及应用型本科高校应用性人才培养目标导向，对该课程教学进行改革，经在池州学院实施后，取得了良好的教学效果。课程教学改革之路没有终点，改革永远在路上，应用型本科高校“工程光学”教学建设需要广大授课教师积极参与教学改革，不断提升课程教学效果，进一步提高光电信息类应用性人才培养质量。