張燕飛

摘 要 為滿足社會(huì)崗位需求的應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)，針對目前“工程光學(xué)”教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、課后作業(yè)和考核方式等方面做了改革。具體改革方式是研讀專業(yè)培養(yǎng)方案，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，銜接好該課與后繼課的關(guān)系；教學(xué)模式多樣化，課堂教學(xué)方法的多樣化，課后通過網(wǎng)絡(luò)與學(xué)生點(diǎn)對點(diǎn)指導(dǎo)和交流；改革傳統(tǒng)作業(yè)方式，讓學(xué)生修改題目創(chuàng)新題目設(shè)計(jì)題目主動(dòng)思考認(rèn)真學(xué)習(xí)；注重過程學(xué)習(xí)的考核方式。將應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)貫穿課程的始終，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用型人才 工程光學(xué) 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.01.025

Abstract In order to meet the needs of social posts， the application-oriented talents are the training objectives. In the current teaching process of Engineering Optics， the reforms have been made in terms of teaching content， teaching methods， homework and assessment methods. The specific reform method is to study the professional training program， optimize the teaching content， and link the relationship between the course and the follow-up course； diversify the teaching mode， diversify the classroom teaching methods， and guide and communicate with students through the network after class； reform the traditional operation mode makes students modify the topic of innovative topic design topics to actively think about serious learning； pay attention to the assessment method of process learning. The application-oriented talent training goal runs through the curriculum， improving students' self-learning ability and learning interest.

Keywords applied talents； Engineering Optics； teaching reform

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是一門多學(xué)科交叉專業(yè)，工程光學(xué)是光電信息與工程專業(yè)的一門重要的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程對于提高學(xué)生的專業(yè)技能和素養(yǎng)具有重要的作用。黃山學(xué)院信息工程學(xué)院的光電信息和工程專業(yè)將其作為必修課程，該課程主要培養(yǎng)學(xué)生掌握一定的幾何光學(xué)和物理光學(xué)的知識(shí)，具備分析和解決工程技術(shù)上常見的光學(xué)問題的能力。因此，教師必須充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段進(jìn)行改革，[1]提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生對枯燥、深?yuàn)W的工程光學(xué)產(chǎn)生興趣，提高教學(xué)效果，這無疑是具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義的。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)理念

從工程光學(xué)教學(xué)實(shí)際情況來看，工程光學(xué)主要停留在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，不能很好的適應(yīng)新世紀(jì)人才培養(yǎng)目標(biāo)。該課程理論性較強(qiáng)，邏輯性強(qiáng)，教師在講授時(shí)一般會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間對課程中的重要概念、重要公式進(jìn)行講解和推導(dǎo)，過程中涉及較多的高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理知識(shí)，需要學(xué)生有比較好的高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理基礎(chǔ)。這樣的教學(xué)過程枯燥無味，難以使學(xué)生融入工程光學(xué)課堂教學(xué)，從而導(dǎo)致工程光學(xué)教學(xué)的水準(zhǔn)難以提高，無法得到滿意的效果。從近幾年的教學(xué)反饋來看，學(xué)生對教師的講授滿意度不夠高，在學(xué)習(xí)過程中反映課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)難懂，理論過于抽象，是一門“很難學(xué)的課程”。

1.2 教學(xué)內(nèi)容

工程光學(xué)是一門內(nèi)容繁雜的系統(tǒng)課程，通過學(xué)習(xí)本課程，可以使學(xué)生掌握較深的幾何光學(xué)和物理光學(xué)知識(shí)，但是工程光學(xué)教材為了保持自己的系統(tǒng)性和完整性，在教材中保留的部分教學(xué)內(nèi)容與其他已修或者待修課程有重合，這在當(dāng)今專業(yè)課時(shí)緊張的現(xiàn)狀下，無疑是不經(jīng)濟(jì)的。典型的例如物理光學(xué)中的傅里葉光學(xué)與信息光學(xué)中的內(nèi)容重復(fù)。另一方面，從應(yīng)用型本科院校的定位出發(fā)，工程光學(xué)應(yīng)該突出課程的應(yīng)用性，然而近年的工程光學(xué)的教學(xué)不能很好的符合這一定位和要求。主要體現(xiàn)在理論教學(xué)中，教師往往突出相關(guān)公式的推導(dǎo)和演算，對工程應(yīng)用方面的講授很少，不能很好的培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力；這既不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，也不利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.3 教學(xué)方式

在教學(xué)方式上，“工程光學(xué)”盡管實(shí)現(xiàn)了從板書到多媒體的轉(zhuǎn)換，但是不能真正發(fā)揮多媒體的功效，提高學(xué)生的興趣，大部分教師的多媒體應(yīng)用的主要表現(xiàn)是PPT的使用。雖然，ppt演示相對板書更為美觀，圖形更為形象，但是由于節(jié)省了教師的書寫時(shí)間，ppt的課堂信息容量大增，大大的增加了學(xué)生的負(fù)擔(dān)；使學(xué)生學(xué)習(xí)囫圇吞棗，似是而非，教學(xué)效果很不理想。

2 教學(xué)改革措施

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展

“工程光學(xué)”分為上篇和下篇，上篇介紹的是幾何光學(xué)與光學(xué)設(shè)計(jì)，下篇介紹的是物理光學(xué)?！肮こ坦鈱W(xué)”作為“光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”和“信息光學(xué)”的先修課程，內(nèi)容上即要做到銜接，又要做到不重復(fù)，如信息光學(xué)里介紹傅里葉光學(xué)，而傅里葉光學(xué)也是工程光學(xué)里下篇的一章，而由于學(xué)時(shí)的關(guān)系，這個(gè)內(nèi)容就放在信息光學(xué)里介紹?！肮こ坦鈱W(xué)”是光電信息科學(xué)與工程學(xué)生解觸到的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，2014級安排在學(xué)生入學(xué)第三學(xué)期上，而2015級學(xué)生安排在入學(xué)的第二學(xué)期上，這時(shí)大學(xué)物理電磁部分還沒上，因此需要將光的電磁理論作介紹。為培養(yǎng)綜合型應(yīng)用人才，加強(qiáng)課程之間的銜接和整合，適應(yīng)專業(yè)培養(yǎng)方案的調(diào)整，調(diào)整“工程光學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容，課時(shí)有的章節(jié)進(jìn)行微調(diào)，刪去傅里葉光學(xué)，新添光的電磁理論。具體修訂如表1所示。

2.2 基于“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，提高同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性

教學(xué)改革的主要內(nèi)容就是教學(xué)方法改革，針對“工程光學(xué)”課程的基本概念抽象，元件很多，光路復(fù)雜，干涉衍射現(xiàn)象平時(shí)很難接觸，散、亂和知識(shí)點(diǎn)多的特征，采取線下和線上相結(jié)合的“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，使學(xué)生喜歡工程光學(xué)，勤思考，多交流，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。

2.2.1 線下教學(xué)

（1）課堂內(nèi)容：近年來，隨著課改的進(jìn)行，PPT基本是上課的必備材料，它的好處很多，比如直觀形象，省去許多板書時(shí)間，課堂內(nèi)容很多。工程光學(xué)需要課件，幾何光學(xué)的光路圖比如照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的光路圖比較復(fù)雜，課堂板書畫圖就很花功夫，因此用PPT分析理論是可以節(jié)省畫圖時(shí)間，但是一直用課件不利于學(xué)生對講授知識(shí)的消化。通過幾年的摸索，老師在課堂中將PPT和板書有機(jī)結(jié)合起來，圖片展示光路圖和一節(jié)課內(nèi)容的概念思路和總結(jié)，而具體分析帶著學(xué)生一步一步的板書推導(dǎo)，讓學(xué)生在推導(dǎo)中慢慢的領(lǐng)會(huì)公式的理解和應(yīng)用。但幾何光學(xué)里作圖求像法是個(gè)很重要的方法，介紹這里時(shí)，為了讓學(xué)生加深印像，要求學(xué)生現(xiàn)場上黑板畫圖，學(xué)生的積極性和緊張性馬上就出來了。

（2）以實(shí)物、簡易實(shí)驗(yàn)促進(jìn)課堂教學(xué)。幾何光學(xué)主要是以光學(xué)設(shè)計(jì)為目標(biāo)的，讓學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)光路很重要，一個(gè)集成光路元件很多，幾何光學(xué)的前三章課堂主要內(nèi)容就是介紹基本元件的主要性質(zhì)，盡量利用手邊有的實(shí)物展示給學(xué)生看，比如介紹凸面鏡時(shí)將汽車的后觀鏡給學(xué)生看，放大鏡時(shí)拿凸透鏡去課堂讓學(xué)生現(xiàn)場看放大效果，談望遠(yuǎn)鏡時(shí)拿實(shí)物對著分析，在分析的過程中提出要求，讓學(xué)生思考怎么設(shè)計(jì)簡單光路。談光柵衍射時(shí)將CD、DVD、還有光柵拿到課堂上直接展示實(shí)物，并用激光筆照在CD、DVD和光柵上讓學(xué)生對具體現(xiàn)象產(chǎn)生興趣，從而進(jìn)入新內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

（3）教學(xué)方法的多樣化。工程光學(xué)的知識(shí)點(diǎn)很多，散亂是它的主要特征。為了讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，每次課堂上課前七八分鐘，都是復(fù)習(xí)時(shí)間，提三個(gè)以上前一次課的主要知識(shí)點(diǎn)，點(diǎn)名學(xué)生回答，讓學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)氛圍，也達(dá)到突出重點(diǎn)的目的。比如：上第一章第四節(jié)球面光學(xué)成像系統(tǒng)之前，老師提問的問題是：a、什么是符號(hào)法則？用自己的理解表述出來。b、什么是近軸條件？c、近軸區(qū)單球面的折射公式怎么用？

“工程光學(xué)”的公式很多，通過幾年的教學(xué)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，有部分學(xué)生常常是求反射時(shí)錯(cuò)用折射公式，該利用單球面公式時(shí)錯(cuò)用凸透鏡公式，張冠李戴，錯(cuò)漏百出。有部分學(xué)生常常在解題是分析不清楚實(shí)像虛像，由于反射情況和折射情況下，實(shí)像虛像的判斷口訣容易混淆，在教學(xué)過程中，筆者一般用作圖法讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)真正反射情況和折射情況下光線的走法，而不是死記口訣。

怎么讓學(xué)生理解透公式很重要，因此，老師盡量將公式統(tǒng)一化，比如：平面鏡反射、平面折射、單面鏡（又分為凸面和凹面）反射、折射等都有各自的公式，記憶麻煩，在講授時(shí)，可以從費(fèi)馬原理出發(fā)證明這些公式，也可以直接由近軸假設(shè)得到這些公式，課堂上兩種思路都做介紹分析，并且將反射和折射都統(tǒng)一在一個(gè)公式里。這樣就不會(huì)讓學(xué)生覺得亂了。

（4）善于應(yīng)用系統(tǒng)框圖。物理光學(xué)主要介紹干涉、衍射和偏振，其中干涉和衍射的本質(zhì)是當(dāng)相遇點(diǎn)的光波數(shù)目不同、光程差滿足條件不同時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象之分。這部分內(nèi)容中光柵衍射是一個(gè)比較復(fù)雜的綜合知識(shí)點(diǎn)，它即有干涉也有衍射。因此，筆者用這樣的方框圖（圖1）來設(shè)計(jì)物理光學(xué)中光柵衍射，將知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通，讓學(xué)生好理解。

2.2.2 線上教學(xué)

分享網(wǎng)絡(luò)資源：分享國家級精品課程天津大學(xué)的“工程光學(xué)”的教學(xué)視頻，分享課堂教學(xué)PPT，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

建立班級網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)：QQ、微信、微博等通信工具已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于日常生活交流中，通過建立班群，將上課的PPT、課堂思考練習(xí)、課后思考等問題放在群中，及時(shí)和學(xué)生點(diǎn)對點(diǎn)的交流，為學(xué)生解惑。而且通過學(xué)習(xí)群的建立，他們在大三大四準(zhǔn)備考研時(shí)，也方便和學(xué)生交流。

2.3 改革作業(yè)提高學(xué)生思考積極性

我校使用的書是天津大學(xué)郁道銀主編的《工程光學(xué)》，這本書例題很少，因此如何讓學(xué)生通過理論的學(xué)習(xí)，達(dá)到能夠解決問題的能力是我一直以來思考的問題。2014級時(shí)我是讓學(xué)生完成書上習(xí)題中的部分題目。2015級通過建立課后習(xí)題集發(fā)揮課下網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)優(yōu)勢，2016級更進(jìn)一步提高學(xué)生的課后學(xué)習(xí)積極性，要求學(xué)生在習(xí)題集的基礎(chǔ)上，自己修改題目，讓學(xué)生通過改變某一給定的題目，修改兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)或條件重新做題，要求學(xué)生改變條件但要能夠解出答案。這樣的改進(jìn)有利于學(xué)生思考題目可以改變哪些量，理解光學(xué)系統(tǒng)，理解符號(hào)法則等知識(shí)。通過修改題目，許多學(xué)生有奇思妙想，有的同學(xué)會(huì)簡單的將題目中的數(shù)據(jù)修改下，但是改的不好是做不出答案的，這給了學(xué)生鍛煉機(jī)會(huì)，在計(jì)算過程中，學(xué)生進(jìn)一步理解了許多公式的應(yīng)用，符號(hào)法則的要求。有的學(xué)生改元件，比如將凸面改成凹面，將反射改成折射，這類都是比較普遍的現(xiàn)象。學(xué)到典型光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，修改題目就比較困難了，已經(jīng)比較綜合，許多學(xué)生改題過程中就主動(dòng)和我交流，這即是鍛煉他們，也是鍛煉我自己。從近三年的試卷分析（如表2）可以看出，學(xué)生的卷面成績通過這些改革在進(jìn)步。

近三年卷面成績分析列于表3，從中可以看出，工程光學(xué)改革的成效是明顯的。學(xué)生的成績明顯呈上升趨勢。及格率從2014級的31.08%上升到2015級的78.16%，再上升到2016級的85.145。

2.4 改革考核方式，強(qiáng)調(diào)過程性學(xué)習(xí)

“工程光學(xué)”是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，綜合成績由平時(shí)成績和期末考試卷面成績組成，平時(shí)成績主要為考勤和作業(yè)。但是具體操作方式在不斷的補(bǔ)充，如：考勤2014級是老師課堂點(diǎn)名，從2015級開始主要由班干部課前點(diǎn)名，一周一統(tǒng)計(jì)，達(dá)到課堂管理的目的。2014級的作業(yè)主要以課堂作業(yè)為主，2015級的作業(yè)主要以課下網(wǎng)絡(luò)布置的為主，2016年主要以學(xué)生自己修改的為主，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，每一章學(xué)習(xí)結(jié)束，都會(huì)做一次課堂習(xí)題作業(yè)，讓學(xué)生現(xiàn)場完成，而這些習(xí)題的部分來源就是學(xué)生自己修改的比較好的題目，基本兩章內(nèi)容上下來，學(xué)生就會(huì)彼此交流修改題目，達(dá)到主動(dòng)學(xué)習(xí)的目的。還有課堂表現(xiàn)，為公平性一門課我爭取做到每個(gè)學(xué)生都能有一次以上的回答問題機(jī)會(huì)，有的學(xué)生感覺回答不好，還有自告奮勇上黑板解題的機(jī)會(huì)，為提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自我管理能力，我將課程的考核方式盡量多樣化，具體如下：

第一部分是學(xué)生出勤和課堂表現(xiàn)，這以考勤和回答問題上黑板完成題目質(zhì)量互動(dòng)為依據(jù)；第二部分是課后參與度，修改作業(yè)、每章課堂作業(yè)、課堂筆記為依據(jù)；第三部分是期末卷面成績，以閉卷形式考核，主要考察知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用、設(shè)計(jì)，淡化公式推導(dǎo)。

3 結(jié)語

為了滿足學(xué)校向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型的要求，培養(yǎng)與社會(huì)接軌、畢業(yè)后能夠勝任工作崗位的應(yīng)用型人才，作為第一重要的培養(yǎng)方式——課堂，需要與時(shí)俱進(jìn)，了解社會(huì)需要，即要把基本理論教好，又要讓自己所教的是學(xué)生將來有用的，這是教育工作者一直摸索的方向，也是我這幾年來一直思考的問題：怎么上好一門課，怎么提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！肮こ坦鈱W(xué)”作為光電信息科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生接觸到的第一門專業(yè)課，就要開個(gè)好頭，第一，認(rèn)真研讀該專業(yè)的培養(yǎng)方案，優(yōu)化課程內(nèi)容；第二，豐富教學(xué)方法，建立線上和線下多渠道多交流的教學(xué)模式，讓學(xué)生課上認(rèn)真聽課，課下能第一時(shí)間找到我交流解惑，構(gòu)建良好的學(xué)習(xí)氛圍；第三，作業(yè)方式的變化從以前學(xué)生自己解題就好到解出題目分析題目考點(diǎn)修改題目最終再解出題目，這其實(shí)是個(gè)復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)的過程，特別是后面的綜合題的設(shè)計(jì)，認(rèn)真設(shè)計(jì)就是一次小創(chuàng)新；第四，改革考核方式，注重過程學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)。以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為課程改革的目標(biāo)，理論聯(lián)系實(shí)踐，實(shí)踐反過來又推進(jìn)理論學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的。

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