浅谈光科技在现代社会中的应用通识课程教学改革

周辉 郑国兴 吴琼水

[摘 要] 光科技在现代社会中的应用课程是武汉大学“科学精神与生命关怀”领域内的第一批通识课，旨在为全校非光学专业的学生普及光科技知识，提升学生的科研素养。为提高课程的教学质量，文章从课程开设的必要性、课程内容设计、教学方法和考核方式四个方面进行论述课程改革的基本情况。同时，对课程改革过程中存在的问题进行梳理和分析。

[关键词] 光科技;通识课;教学内容;教学方法;考核方式

[作者简介] 周 辉（1979—），男，江西抚州人，博士，武汉大学电子信息学院副教授，研究方向为激光遥感与空间探测。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）42-0169-03    [收稿日期] 2019-11-29

一、引言

光学是一门历史悠久的基础学科，也是当今世界高科技产业发展中的主导学科之一。光学的起源最早可追溯到公元两千多年前，经历了萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等5个时期的发展[1]，期间涌现出光纤通信、光传感、光加工、光存储、光计算和光显示等新兴的光电信息产业和技术，极大地推动了人类社会的发展，使得人类在21世纪迈入了信息社会[2]。

光学在现代社会的应用如此广泛，以至于今天的文明生活、科技和文化都离不开光学，明天社会的发展更依赖于光学。但是，光学对现代社会进步和发展的作用尚未得到应有的广泛了解。因此，要大力普及光学知识，让人们享受光学、理解光学和用好光学[3]。然而，光学知识的普及不仅仅应侧重于光学专业理论的灌输和技能培训，还应从通识教育角度出发，培养非光学专业学生对相关光学常识的认知。

受益于武汉大学通识课改革政策的支持，笔者在“科学精神与生命关怀”领域申报并获批了《光科技在现代社会中的应用》通识课程。本课程秉持理论与实际相结合的教学理念，从身边的简单光自然现象、生活中常见的光科技产品和高深的光科学前沿等方面入手，通过讲述基本的光学概念与原理，解释这些现象的产生原因和光科技产品的工作过程及其应用，从而让广大学生了解有关光科技在现代社会中的科普知识。这将有利于学生掌握光科技在生活、医疗、军事和科学研究方面的应用发展，同时，促进光学与机械加工、通信、遥感、测绘和资源环境等不同学科领域的交叉渗透、知识融通，为学生更好学习其他专业课程和未来工作奠定基础。本文将从教学内容、教学方法和考核方式三个方面展开论述，并对课程改革中存在的问题提出可能的解决方法。

二、开展课程内容设计，体现课程的通识性

作为一门通识课，《光科技在现代社会中的应用》面向全校理、工、文、法、医等各年级学生开设，其课程内容的设计必须考虑授课对象的知识层次和专业背景的差异，兼顾其学习能力、学习兴趣，强调教学内容的普适性和入门性[4]。区别传统一成不变的专业课程，本课程内容要求不断更新，旨在提升其新颖性和现实应用性。

光科技所涉及的范围非常广，在课程内容设计上，以贴近生活的光科技产品和热门的光科技前沿为导向，以通识科普教育为原则，将课程内容分为七个章节：

第一章对光学发展历程的回顾与展望。以时间线为出发点，对光学发展历史阶段所出现的重要历史人物和历史事件进行回顾，总结各阶段光学发展的特点，同时，阐述现阶段光科技在现代社会中的应用领域、技术特点和作用。最后，展望光科技的发展趋势及在未来社会中的应用前景。

第二章激光技术与应用。阐述激光的基本概念、发展历史以及激光的产生原理，同时，论述激光区别于普通光所具备的特点、常见的激光器类型及其应用场合。最后，从医疗、工业、能源到科学研究和军事等应用领域，具体讲述激光医疗、激光加工、激光核聚变、激光干涉引力波探测和激光制导与激光武器等激光科技或产品的基本概念、工作原理和具体应用。

第三章光电检测技术。详述光电传感器的种类与工作原理、光电检测系统的基本组成及其类型。同时，借助于光在大气中传输的所涉及的光学定律解释常见的大气光学现象。最后，以激光测距系统、激光雷达系统和光谱检测系统为例，阐述这些系统的组成、工作原理及应用实例。

第四章光通信技术。讲述通信的基本知識（包括通信的方式和通信的波段）和光通信的发展历史，并论述现代光通信系统的基本组成和工作过程，重点阐述目前光通信网络中常见的无源光通信器件，最后简述几种无线光通信技术（无线可见光通信和激光通信）。

第五章图像传感技术。首先讲述人眼的基本结构、视觉成像过程及其视觉成像的特性，并从人眼视觉成像中存在的缺陷，引述出光学相机的发展历史和基本组成，重点描述图像传感器的工作原理及其特点。最后，详述图像传感器的几个应用实例，包括常见的家用数码相机、航天相机与哈勃望远镜、微光夜视仪、内窥镜等。

第六章光电显示技术。讲述光电显示的图像的基本属性及光电显示的基本原理、显示器的基本分类及其关键的技术指标，介绍现代社会中常见的几种显示方式，包括阴极射线管显示、等离子体显示、液晶显示、有机发光二极管显示、投影显示和3D显示。

第七章光存储技术。简述常见的数据存储器的类型，阐述光盘存储的优势、发展历史以及现有光盘分类与特点，重点介绍光盘的结构及其读写的基本原理，同时，展望在未来光盘的发展方向（包括蓝光光盘、全息光盘）。

各章节内容之间相互独立，均以相关光科技的概念、发展历史、工作原理和应用实例为核心内容。各章节内容会根据现有光科技的发展和应用情况进行实时更新，旨在让学生掌握光科技的基本科普知识，了解日常生活和科学研究中常见的光科技产品的原理与特点，为其未来的生活、工作和科学研究提供一定的知识储备。

三、革新教学方法，激发学生学习兴趣

光科技在现代社会中的应用作为一门通识选修课，总的课程时间为32学时，而课程内容涉及的知识面较广，我们不可能深入地讲述光科技的细枝末节，但是，对课程内容中的重要概念和应用实例，则需要采用生动的语言并借助于辅助工具加以形象表达。因此，为提升学生对本课程知识点的兴趣，光科技的应用课程采取了以下新的教学方式：

1.课程内容是开放式的，会以现实生活中最热门的光科技产品或近几年诺贝尔物理学奖所涉及的光科技前沿为牵引开展课程内容的讲述，从而最大限度地引起学生的关注。例如，在讲述光显示技术章节内容时，我们会先展示华为手机最新的柔性屏显示的例子，并提问这种光显示的特点与优势是什么，激发学生对光显示技术的兴趣，从而循序渐进地展开光显示技术章节内容的讲述。

2.搜集与课程内容相关的图片、动画和视频素材，建设课程资源库，采用多媒体方式直观展现光科技的基本概念、工作原理和应用实例。例如，在讲述激光技术与应用章节内容时，我们首先会通过放映一段视频让学生了解激光产生的历史过程及其原理，然后利用图片和动画素材解释激光产生所涉及的物理概念，最后，又通过所剪辑的科幻电影片段和新闻报道等视频再现激光在武器、制导等方面的应用，从而使得学生形象地掌握激光到底是什么，激光好在哪，激光可以干什么等等常识。

3.结合相关教学器具，展示部分光科技的工作过程或解释部分光学现象。笔者将所在实验室已有的部分科研设备和部分购置的教具搬入课堂，配合幻灯片形象讲述部分课程内容。例如，在讲述光纤通信章节内容时，我们会展现光纤、光纤分光器和可见光通信模拟系统，让学生对光纤、光无源器件和光通信系统等组成和工作原理有更为深入的理解。

4.增加课堂讨论环节，让学生更加积极地参与到课堂教学中。例如，在讲述光存储技术时，我们提出光盘在现代社会中的应用逐渐减少，那么未来光盘会不会从我们生活中消失，以此为题，让学生对未来光盘的发展趋势进行展望。总之，本课程在讲述过程中，采用多种媒体与部分现场展示相结合的方式进行授课，增加课堂讨论环节，以提升课程内容的趣味性，增强学生与老师之间的互动性，从而减少课程内容的枯燥性，加深学生对课程内容的理解与掌握。[5]

四、改革考核方式，提升評价的科学性

传统的教学考核主要以学生作业和考卷成绩作为评价标准，这种考核方式能够考查学生对知识点的掌握程度，却无法体现学生的创新思维。因此，本课程采用多种灵活措施相结合的方式进行考核，重视学生的创造性应用能力。

1.根据课程内容中所涉及的光科技知识，笔者编写相应的课程题库，考查学生对基础知识点的掌握情况。

2.将学生课堂的表现包括课堂回答问题和讨论情况作为考核成绩的一部分，极大鼓励学生在学习过程中的参与和互动。

3.若期末考核以提交作品形式来呈现时，题材和题目不限，学生可以根据某一个光科技热点问题或专题展开论述或分析。形式不限，学生可以按照课程论文、PowerPoint文档或视频方式提交作品。

4.若期末考核以试卷形式来完成时，则以主观开放性试题为主，考核学生的发散性思维和举一反三的应用能力。

上述考核方式各有利弊，会根据每学期课程的开设情况，灵活选择合适的考核方法，其主要目的是希望调动学生学习的积极性，激发学生的学习兴趣，培养学生主动性思考能力，从而真正学好本课程。

五、存在的问题

光学是一门不断在发展的学科，随着科技的不断发展，光科技在现代社会中的应用越来越广，相应的光科技成果或报道也越来越多。如何全面搜集这些最新的信息并将其融合到课程章节内容中，其工作量和难度都是非常巨大的。因此，在本课程建设过程中，可以借鉴其他同类课程的优秀成果或经验[6-7]，从而及时更新课程内容。

另外，课堂展示的光学器具成本较高，在课程建设经费有限的条件下，无法购置课程内容所需的全部器件，从而使得课堂展示的效果受到一定影响。后期将根据课程内容重新设计相关的展示环节，并通过不断补充新的课堂器具，更为生动地呈现核心课程内容。

六、结束语

进入21世纪，光科技及其产业逐渐成为当今世界高科技产业中的主导产业之一。它不仅是电子信息产业和产品结构重大变革的基础，而且对世界政治、经济、文化等物质和人们生活产生了重大影响。光科技在现代社会中的应用通识课从课程内容设计、教学方法和考核方式三个方面开展课程改革，旨在让非光学专业的学生掌握光科技的基本常识，可拓宽学生知识基础，培养其多角度思考问题能力、批判性思维能力等[8]。目前，该课程的改革尚处于初步探索阶段，后期将在具体的教学实践过程中进一步调整和优化。

参考文献

[1]马明祥.光学的发展历史概述[J].大众科技，2007（05）：85-86.

[2]杨宏，李洪云，龚旗煌.光学发展与社会进步[J].现代物理知识，2019（3）.

[3]思羽.百年光学史[J].世界科学，2016（8）：4-8.

[4]王艳龙.高校通识课开设的教学特点和若干建议[J].教育现代化，2018，5（24）：206-209.

[5]吴婷，王丽忠，敖利玲.通识课创新思维与应用教学策略探讨[J].广东职业技术教育与研究，2019（4）.

[6]赵江南，霍泰山.关于公共选修课“宇宙新概念”的一些想法[J].高等理科教育，2003（05）：112-115.

[7]赵江南，陈宇，黄狮勇，吴琼水.对《宇宙新概念》课程教学改革的体会[J].教育教学论坛，2019，415（21）：100-102.

[8]郭芸，姚望舒，张志强.“双一流”建设背景下大学逻辑通识课“人”“才”教育[J].东北农业大学学报（社会科学版），2018，16（06）：59-63.

On the Teaching Reform of the General Course in the Application of Optical Science and Technology in Modern Society

ZHOU Hui，ZHENG Guo-xing，WU Qiong-shui

（Electronic Information School，Wuhan University，Wuhan，Hubei 430072，China）

Abstract：The course in the Application of Optical Science and Technology in Modern Society belongs to the first batch of general courses of Wuhan University in the fields of scientific spirit and life concern.The purpose of this course is to popularize the knowledge of optical science and technology for the non-optical professional undergraduates and improve their scientific research accomplishments.In order to enhance the teaching quality of this course，this paper expounds the fundamental situation of the course reform from four aspects：the necessity of offering course，content design，teaching method，and assessment form.At the same time，some issues existing in the reform of this course are sorted out and analyzed.

Key words：optical science and technology;general course;teaching content;teaching method;assessment form