光电专业中信息光学课程的教学思考

张桂菊 崔元昊

（苏州大学光电信息科学与工程学院，江苏 苏州 215006）

0 引言

众所周知，光学是一门古老而年轻的学科，是物理学中最重要的基础学科，以激光技术为基础的现代光学是目前发展最迅速和最活跃的现代科学研究前沿之一。随着科技的进步，光学在计算机、通信、信息处理等领域都有着愈发重要的作用，因此，掌握光学专业基础知识无论对学生就业或是进一步深造都有着重要的意义。国内众多高校的光电信息专业均开设了“应用光学”“物理光学”“信息光学”“半导体物理”和“激光原理”等光学专业类课程，这些课程相互交叉、相互渗透和相互促进的发展。“应用光学”和“物理光学”主要涉及经典光学基础内容，是学习近现代光学专业课程的基础，而激光的诞生促进了“信息光学”这一学科的诞生与发展。

苏州大学光电信息科学与工程专业是江苏省一流本科建设专业，依托国家级重点学科和优势学科光学工程而建设。该专业以光通信与光电技术、光电系统与信息处理技术等方向为主并相互交叉渗透，也是以光学、电子学等学科相互融合为特色的传统而新兴的专业。信息光学属于该专业本科生的必修专业课程，在培养学生专业基本素养与基础工程素质方面起着举足轻重的作用。课程设置主要目标：通过教与学让本专业及相关专业学生掌握光学系统可以看作一个二维线性空不变系统进行分析，涉及信息光学中非初等函数及卷积和相关等数学运算、线性系统的分析方法、二维傅里叶变换与抽样定理、运用空间域和频率域方法讨论光波传播问题。该课程也包含重要的应用方面讲解：光学全息技术和现代光学信息处理等。针对本课程内容丰富、概念抽象、理论性较强的特点，笔者结合多年的教学实践，总结出几点心得与大家一起探讨。

1 信息光学课程的教学现状

信息光学的课程教学与实践研究中发现，在该课程的教学中，主要遇到以下几方面的困难：

1.1 传统教学内容与模式单一

本科阶段开设的信息光学，被教师和学生普遍认为是一门难度较大的专业课程。学信息光学中，存在大量的计算与推导，以及看似很复杂的理论公式，教师在开展教学活动时会不经意的出现过度注重公式推导的情况。而学生的数学与物理基础水平参差不齐，大量复杂的积分公式与数学推导势必会导致学生对相关公式理论的本质缺乏理解，进而失去学习兴趣与信心。信息光学是一门应用技术型课程，教师在授课过程中可能会出现无法将理论知识与实际应用相结合起来的情况。教学过程中如果同时采用线上线下混合模式，有其固有弊端，即手机必须要带入课堂，这使得学生在课堂学习中玩手机的现象较严重，这种情况下教师过度注重理论讲授势必会导致学生学习积极性不足，进而影响学习效率。

1.2 传统考核模式单一

以笔试为主的成绩占比过高，许多学生会在期末考试前临时抱佛脚，搞突击，死记硬背蒙混过关，想靠着期末考试的高成绩占比来达到课程及格标准，考试之后却什么也没有学到，这违背了教学的初衷。另外，过高的笔试成绩占比还会导致学生重理论知识而忽视将理论结合实际，即使在开展的信息光学专业实验课程中，也会忽视实验基本原理，按部就班的机械操作及对实验持敷衍了事态度。例如，傅里叶变换全息存储实验中，很多同学做出了实验结果却不知道实验原理，导致了不会观察其实验现象。同样亦是，只知原理知识而不能将其结合到具体的实验现象中。

2 课程建设分析与思考

2.1 优化教学内容

高等学校最基本的职能是培养高级专门人才，育人即是高校教育的主要目标，教学是实现其职能的基本途径，始终是高校工作的重心。目前，光学课程的教学大多偏重理论教学，对于知识的应用性与工程性的关注偏少，理论未能充分联系实际，在教学之中不自觉地存在“重理论基础，轻工程应用”的倾向，这不利于培养高综合素质学生。在信息光学的教学过程中，单纯通过理论授课使学生充分理解基础知识概念是相当困难的。考虑到本课程内容丰富、理论性强和概念抽象的特点，并调动学生学习积极性，笔者在开学第一课安排了光学发展史讲述环节，详细介绍信息光学发展史中的几件大事：1947年用于像质评价的光学传递函数建立、1948年全息术的提出和1960年激光的诞生。此外，也有对牛顿、笛卡尔、菲涅尔等历史名人事迹的介绍，讲述了一代代先辈们为了光学的发展做出的贡献，以及为了昭示真理所做出的斗争。例如，以大科学家牛顿为代表的微粒说与以惠更斯为代表的波动说间的斗争。在光的本性问题研究过程中，双方各持己见，这也是一个不断上升发展的过程，即真理具有客观性、条件性与相对性。让学生认识到在科学面前，再大的名气都毫无用处，科学是一个自我校正系统，任何错误在其中都不能长期隐瞒下去，只能老老实实用科学的态度来对待科学，借此养成严谨求实的科学态度。

信息光学又名“傅里叶光学”，顾名思义，傅里叶变换将贯穿教学始终。许多概念和公式都是经过一步步复杂的推导而来的，考虑到本科生教学需求，这一部分的授课讲解重点考虑详略得当，保证每位同学都能知道公式和结果的由来，对于想要进一步探究和推导公式的同学，在课余时间会给出详细的公式推导。这样充分结合利用了课上课外的时间，使得学生对于晦涩难懂的概念留有学习印象，为本专业的深入学习打下基础，并能满足优秀学生进一步学习的需求，加强了他们的理论基本功底。

2.2 优化教学模式

网络教学平台的迅速普及和发展，给传统授课模式注入了新鲜的活力。本课程教师充分发挥网上在线大学平台优势，进行网上课程资源整合与利用，并多次进行翻转课堂的混合教学模式改革实践。在线大学课程资源主要有三大功能模块：自主学习模块、学情分析模块和作业考试模块。自主学习模块中，上传了与本课程相关的讲座视频、授课PPT、训练题库、知识图谱、课外文献与补充学习资料，学生可以根据自己的需求进行选择性地学习。学情分析模块中，充分利用了大数据的功能，在学情数据里可以看到学生的学习情况，学习进度跟踪，帮助教师了解和关注学生平时的学习情况。作业考试模块中，包括在线测试与考试功能，教师用于在课堂上及时发布随堂测试与课后作业，使学生能够进一步巩固课程所学内容。在线下课堂中，教师在讲授理论知识的同时也穿插着提问环节，对于较为基础、较为重要的知识点，在课堂教学中要保证充分调动学生的积极性，鼓励学生积极主动地参与课堂活动，提出自己的疑问。

此外，充分利用课程群建设优势，将工具类课程（如Matlab科学计算与工程应用）与光学专业课有机结合学习。例如，信息光学中重要的卷积概念，在教学中可应用Matlab软件来模拟卷积过程。这有利于学生充分理解卷积的物理意义，同时也能够加强学生应用Matlab软件分析与解决问题的能力，这对于学生后期的毕业论文设计、毕业实习及将来走上社会找工作都是大有裨益的。在线下的课程中，也不再是传统的教师上课，学生听讲，而是采用互动课堂的形式，基础知识教学与课上问答相辅相成，这能够有效地提升学生听课效率，及时巩固听课成果。对于一些学生初次接触或认为“晦涩难懂”的概念，单靠授课讲解学生很难理解知识点，授课过程中，教师应充分利用实验室资源，选取具有代表性的实验仪器带入课堂展示，搭建光路，将理论知识具体化于实验操作之中，寓教于行，充分帮助学生理解疑难知识。在信息光学的教学中后期，组织文献阅读汇报，以信息光学书本中某一点理论知识或应用实践为切入点，引导学生完成相关文献搜集、阅读和汇报总结工作。在这过程中，学生自己独立思考与讨论，在相互交流之间拓宽知识面，完成对理论知识的思考与探究。

2.3 优化考核模式

对于一门课程来说，考核是督促学生学习、检验学习效果的重要手段。教师课堂教学质量如何，学生通过本课程的学习对于本专业的基本理论和专业知识掌握多少，以及能否对这些理论知识加以运用，这都需要严格的课程考核才能检验出来。传统的考核方式是笔试，但是笔试在很大程度上只能考核学生理论知识的掌握情况，学生的实践能力与综合素养无法考核。在本课程的教学过程中，主要采用考试与考查相结合的考核方式。对于课程理论基础部分，安排有期中考试与期末考试来考核学生们对知识点的掌握情况，成绩占比50%～60%。平时成绩上，则充分利用在线大学网上教学平台的优势，综合学生平时学习时间、课后作业完成情况以及课上表现给予相应的平时成绩。此外，文献阅读和汇报研讨用于考核学生对本课程的综合理解程度的形式，也计算在平时成绩中。两种考核方式结合，一方面锻炼学生问题分析能力、报告撰写能力和表达交流能力，另一方面使学生更深刻掌握本课程的基础知识，解决专业问题的基本方法与专业技能。

这里，给出一次具体考核实例。笔试考核具体措施：期中考试采用开卷方式，只允许携带该课程指定教材，重点考核二维线性分析系统和标量衍射理论两章内容，成绩占比20%；期末采用闭卷形式，对本学期所学内容考察，期末闭卷考试对于总体检验学生学习成果来说是必要的，成绩占比40%，不高的成绩比例可以防止学生期末临时抱佛脚情况的出现，也使学生们平日的学习更加投入。平时考查方式的具体措施：（1）通过学生小组文献阅读汇报形式完成。内容可以围绕信息光学的具体知识点展开，或通过阅读文献拓宽视野，增加对专业知识的理解及专业研究技能与方法的掌握，以此夯实专业知识掌握程度，成绩占比10%。（2）课堂表现及在线大学上完成的课后作业及课堂上的章节测试成绩，这里可以考查学生一学期的表现及督促学生平时的学习，并综合了学生线上学习时间与效果和线下实体课堂表现，成绩占比30%。这一考核模式，使得一学期的教学过程中将知识、能力和素养融为一体贯穿于整个信息光学课程中。将多种考核方式相互配合使用，从不同角度对学生进行训练与检测，进而促进学生综合能力的提高。这种考核方式改变了传统的期中、期末考试决定课程最终成绩的旧模式，使得学生经过这一阶段的学习之后，能够真正了解掌握信息光学的基本原理与专业知识，达到教与学的有机结合。

3 结语

综上，笔者在信息光学课程的实践教学方式中进行了探索和实践。从优化教学内容、优化教学模式和优化考核模式出发，力求在专业课程教学中激发学生学习兴趣、拓宽知识面、提高学生综合素质和夯实专业基础。并充分利用网络教学平台这一资源，改变传统授课模式，使得学生更容易接触到信息光学相关知识，并能够利用有关计算工具和仿真软件，学习和理解书本知识。在课程教学过程中，涉及线上、线下混合式教学模式，教学内容与教研融合，引导学生主动探究光学专业领域的已知和未知，为培养出高素质应用型光电专业人才做出应有的贡献。