学科交叉背景下生物光子学课程建设与实践

摘  要：学科交叉背景下的交叉学科课程建设非常重要。生物光子学是融合生命科学和光子技术发展起来的一门新兴交叉学科。本文以西安电子科技大学的生物光子学课程为例，对生物光子学的形成与研究内容进行总体介绍，阐述生物光子学的课程目标和课程体系，从教学内容、教学方法、教学理念和教学评价等方面对生物光子学课程的建设与实践进行探索，有效提高了教学质量，实现了多学科交叉融合的教学效果。

关键词：学科交叉  交叉学科  生物光子学  课程体系  课程建设与实践

中图分类号：G642                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2021）02（b）-0171-03

Course Construction and Practice of Biophotonics under the Background of Interdisciplinary

LIU Lixin

（School of Physics and Optoelectronic Engineering， Xidian University， Xi'an， Shaanxi Province， 710071 China）

Abstract： The construction of interdisciplinary courses is very important under the background of interdisciplinary subjects. Biophotonics has developed as a new interdisciplinary subject by the integration of life sciences and photonics technology. Taking the course of biophotonics from Xidian University as an example， this paper generally introduces the formation and research content of biophotonics， elaborates the curriculum goals and curriculum system， and explores the course construction and practice from the aspects of teaching content， teaching methods， teaching concepts and teaching evaluation. This research effectively improved the teaching quality and achieved the teaching effect of interdisciplinary integration.

Key Words： Interdisciplinarity; Interdisciplinary subject; Biophotonics; Curriculum system; Course construction and practice

學科交叉已经成为提升大学办学水平、人才培养质量和整体竞争力，促进跨越发展的必由之路。学科交叉研究体现了科学向综合性发展的趋势。华中科技大学教育科学研究院刘献君教授在《学科交叉是建设世界一流学科的重要途径》一文提出，在“双一流”建设中，一流学科建设是其基础和核心，而学科交叉是建设一流学科的重要途径[1]。

学科交叉是指不同学科之间的相互交叉、融合、渗透，其结果是逐渐形成一批新兴交叉学科。近代科学发展特别是科学上的重大发现，国计民生中的重大社会问题的解决等，常常涉及到不同学科之间的相互交叉和相互渗透。高校要为学科交叉创设良好的环境，而面向本科生、研究生的交叉学科课程建设与实践是其中重要的一个环节[2]。

生物光子学课程是一门多学科交叉的综合性课程。本文以西安电子科技大学的生物光子学课程为例，介绍生物光子学的形成与研究内容，阐述生物光子学课程的教学目标和课程体系，从教学内容、教学方法、教学理念和教学评价等方面探讨学科交叉背景下生物光子学课程的建设与实践。

1  生物光子学形成及课程教学目标

生物光子学（Biophotonics）是在20世纪量子理论、技术革命、基因科学三大科技进步的基础上，融合生命科学和光子技术发展起来的一门新兴交叉学科。它交叉于光学、光电子学、生物学、医学、电子学、材料学等诸多领域，其应用涉及到生物学研究、医学疾病诊断、治疗及预防等，多学科的相互交叉融合又会为新技术的发展和应用开辟新的途径。图1所示为生物光子学的总体介绍[3]。

我校物理与光电工程学院于2012年起开设了本科生的生物光子学选修课，在本科教学水平工作评估和工程教育专业认证的推动下，不断完善并优化该课程的教学大纲和教学体系。课程教学目标是从光和生物组织体相互作用的基本现象入手，系统、深入地介绍基本概念、基本原理、技术、方法和应用进展，并通过讲授生物光子学中的典型应用实例、最新科研成果及研究动态，给学生提供一个关于学科知识和技术应用的简明主线。通过课程的学习，学生能对这门新兴学科的方法、技术和现状有较为深刻的认识，为设计生物医学光学检测仪器和从事生物光子学研究打下坚实的基础。同时激发学生的学习和科研兴趣，培养学生的创新能力，进而提升学生的专业素养。

2  生物光子学课程建设与实践

在学科交叉背景下，对生物光子学课程的建设与实践进行探索和研究。实现在教学内容、教学方法、教学理念和教学评价等方面的改革与创新，提高教学质量，激发学生的学习兴趣和激情，提升学生的专业素养，培养学生的多元化思维、国际化视野以及协同创新能力[4-5]。

2.1 教学内容

在推进一流大学和一流学科建设的进程中以及在教育部工程教育专业认证的推动下，完成对生物光子学课程教学大纲的优化和修订，设计不同的课程模块，提高课程实践所占比例，注重发展性、过程性考核。在教材选择上，为学生提供了国内外相关多种参考书籍和文献资料，授课时以纽约州立大学布法罗分校Paras N. Prasad教授的《生物光子学导论》（何赛灵译），以及由骆清铭、张镇西教授主编的国家卫生健康委员会/教育部生物医学工程专业教学指导委员会“十三五”规划教材《生物医学光子学》为指导。课程体系设计如图2所示[3-6]。在教学环节设计上，分为基础知识、案例教学和互动实践三部分：基础知识包括光子学、生物医学、光与生物体相互作用，以及光电检测技术的基本概念、基本原理，以老师讲授为主，开展线上答疑;案例教学包括专题讲座和实验示例，主要对生物光子学中的重要技术、方法和应用进行讲解，并辅以典型的实验，如光镊、全内反射荧光显微技术等进行展示;实践部分选取本领域重要的技术及应用，以课堂分组讨论和口头报告的形式由师生互动完成。在教学过程中，通过合理设计使内容深入浅出，提高学生自学和课上反馈比例，注重理论与实践的结合。

2.2 教学方法

教学方法和手段是教学改革与实践的重要内容之一。本课程采用混合式教学模式，线上线下相结合，综合运用课堂讲授、提问巩固、案例教学和主题发言等方法[5，7-8]。根据课程需要，将不同的方法与课程内容有机地结合起来，形成“教”与“学”的统一，提高教学效率和教学效果。授课过程中，将網络、多媒体等现代教学手段和管理模式有机结合并应用于教学实践中，激发学生的学习兴趣，提高参与程度。教师结合自己的科研工作，讲解具体案例及注意事项，加深学生对于相关原理的理解和掌握，强化学生分析和解决问题的能力。学生在有效阅读文献的基础上，自行选择某一主题，在课堂上发表自己的见解，提高了独立思考能力和语言表达能力。开展翻转课堂实践，老师布置某项任务由学生分组完成并在课堂上进行汇报，增强了互助合作的团队意识。同时鼓励学生进实验室参观学习并积极参与课题研究，提高学生的实验设计能力和动手操作能力，对于培养学生的科学研究能力和创新意识具有重要作用。

2.3 教学理念

教学理念对教学活动有着极其重要的指导意义。教学过程中，教师积极转变思路，不以灌输知识为目的，而以学生为主体，关注学生的进步与发展;从宏观着眼，细节着手，增强学生对交叉学科和专业应用领域的认识;以任务为导向，激发学生的学习兴趣和主动性，培养学生的自学能力;推荐相关的专业书籍、参考文献和讲座报告，鼓励学生分组讨论、上台演讲，由被动接受变为主动参与，培养学生在多元文化环境和国际环境中独立思考和协同创新的能力;利用“学在西电”课程平台、QQ课程群、微信等方式和学生开展教学互动、课后答疑、报告推送等，充分发挥线上线下、课堂内外的优势组合与多元融合，实现知识的不断深化。

2.4 教学评价

教学评价主要包括对教师教学工作过程的评价和对学生学习效果的评价。教师通过平台发放随机问卷由学生进行评教，根据评教意见完善课程内容、改进教学设计等，从而不断提高教学质量。在对学生学习效果评价时，不以一次考试为评定标准，注重发展性、过程性评价。课程总成绩包括10%的课堂测验成绩，30%的课程研究性学习成果成绩和60%的期末报告成绩。

3  结语

学科交叉和融合既是科学研究的热点领域，又是未来学科发展的主要方向，已经引起大多数高校的重点关注。新时期办学要改变传统的教育教学方法，建设开放、多元的学科文化，重视学科交叉背景下的交叉学科课程建设，培养具有多学科背景、具有独立思考和协同创新能力、适应国际化发展需要的复合型人才。在学科交叉背景下从教学内容、教学方法、教学理念和教学评价等方面成功探索了生物光子学课程的建设与实践，将为其他交叉学科课程的开展和建设提供借鉴和指导。

参考文献

[1] 刘献君. 学科交叉是建设世界一流学科的重要途径[J]. 高等教育管理， 2020， 14（1）： 1-7，28.

[2] 刘立新. 交叉学科发展与本科生培养的一些思考[J]. 科技创新导报， 2018， 15（23）： 192-194.

[3] Paras N Prasad. Introduction to Biophotonics [M]. Hoboken， New Jersey： John Wiley & Sons， Inc.， 2003.

[4] 程芳琴， 曹丽琼. 交叉学科背景下资源循环科学与工程专业研究生课程建设研究[J]. 教育理论与实践， 2019， 39（27）： 50-52.

[5] 孙克萍，江廷磊，林爱青，等.分子生态学课程建设与实践[J]. 高校实验室工作研究， 2017（1）：1-3.

[6] 李昂，崔崇威，马放，等.学科交叉背景下的微生物生理学课程体系改革与建设[J].微生物学通报， 2018， 45（3）： 581-588.

[7] 张蓓蓓， 武丹， 李婉. 基于混合式教学模式的教学实践与效果分析研究[J]. 湖北开放职业学院学报， 2019， 32 （9）：133-134.

[8] Jennifer Catharine Evans， Hennie Yip， Kannass Chan， Christine Armatas， Ada Tse. Blended learning in higher education： professional development in a Hong Kong university. Higher Education Research & Development， 2020， 39（4）： 643-656.