楊利平， 周大秋

(重慶大學(xué) 光電工程學(xué)院，重慶 400044)

0 引言

“幾何光學(xué)”課程介紹光的傳播規(guī)律和光學(xué)系統(tǒng)成像原理，用以指導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[1]，是從光學(xué)原理到實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的紐帶，是光電信息科學(xué)與工程、測控技術(shù)與儀器專業(yè)及其他相關(guān)理工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，也是光學(xué)工程、儀器科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)學(xué)科最重要的基礎(chǔ)課程[2,3]。從國內(nèi)最早建立光學(xué)儀器專業(yè)到現(xiàn)在，經(jīng)過近70年的發(fā)展，“幾何光學(xué)”課程的體系和內(nèi)容已經(jīng)非常完善。大多數(shù)高?，F(xiàn)行的“幾何光學(xué)”課程都是以理想光學(xué)系統(tǒng)理論為核心，同時涵蓋光能和光束限制、像差理論、經(jīng)典目視光學(xué)系統(tǒng)和現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)等內(nèi)容[4]。

最近幾年，立德樹人成為了高校人才培養(yǎng)的根本任務(wù)。隨著“思政課程”到“課程思政”的轉(zhuǎn)變[5]，新工科專業(yè)建設(shè)的推進(jìn)[6]和中國工程教育認(rèn)證工作[1]的開展，國家的需要、社會行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和高等教育的要求都對專業(yè)課程的課程內(nèi)涵、功能和定位提出了更高要求。如何適應(yīng)新形勢的發(fā)展，使“幾何光學(xué)”課程適應(yīng)行業(yè)和專業(yè)發(fā)展的需要、符合工程教育的條件、滿足立德樹人的要求是任課教師必須思考的問題，也是當(dāng)前進(jìn)行課程改革的迫切任務(wù)。本文在分析當(dāng)前工科專業(yè)課程教學(xué)的新形勢和調(diào)研“幾何光學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀(以重慶大學(xué)為例)的基礎(chǔ)上，給出了高等學(xué)?！皫缀喂鈱W(xué)”課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考。

1 當(dāng)前工科專業(yè)課程教學(xué)面臨的新形勢

1)課程思政深入專業(yè)課堂成為高校落實(shí)立德樹人、三全育人的必然

課程思政是指以構(gòu)建全員、全程、全課程育人格局的形式將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，把立德樹人作為教育的根本任務(wù)的一種綜合教育理念[7]。

2016年12月召開的全國高校思想政治工作會議要求要用好課堂教學(xué)的主渠道，各類課程都要圍繞學(xué)生、關(guān)照學(xué)生、服務(wù)學(xué)生，讓學(xué)生成為德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的人才。2017年12月，教育部發(fā)布的《高校思想政治工作質(zhì)量提升工程實(shí)施綱要》明確，要大力推動以課程思政為目標(biāo)的課堂教學(xué)改革，優(yōu)化課程設(shè)置，修訂專業(yè)教材，完善教學(xué)設(shè)計，加強(qiáng)教學(xué)管理，梳理各門專業(yè)課程所蘊(yùn)含的思想政治教育元素和所承載的思想政治教育功能，融入課堂教學(xué)各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)思政教育和知識體系教育的有機(jī)統(tǒng)一。以上會議的召開和實(shí)施綱要的發(fā)布表明，將思政教育融入專業(yè)教學(xué)是當(dāng)前國家對高等院校人才培養(yǎng)的根本要求，在專業(yè)課程教學(xué)環(huán)節(jié)中融合增加必要的思政教育因素是當(dāng)前和今后一段時間內(nèi)專業(yè)課程教學(xué)改革發(fā)展的重要內(nèi)容之一。

2)新工科建設(shè)成為驅(qū)動工科專業(yè)課程教學(xué)改革的動力

新工科建設(shè)是指建設(shè)代表著當(dāng)前最新產(chǎn)業(yè)和行業(yè)發(fā)展方向的新興、新型和新生工程學(xué)科，具有引領(lǐng)性、交融性、創(chuàng)新性、跨界性和發(fā)展性等特征。新工科的建設(shè)要服務(wù)國家戰(zhàn)略、滿足行業(yè)需求、面向未來發(fā)展。

光電信息產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前最具魅力的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)[7]。光電信息科學(xué)與工程是光電信息產(chǎn)業(yè)高素質(zhì)培養(yǎng)人才的本科專業(yè)，是新工科建設(shè)的重點(diǎn)。儀器科學(xué)與技術(shù)作為工程性學(xué)科，涵蓋了光學(xué)、機(jī)械、電子、計算機(jī)、信息等多學(xué)科的專業(yè)知識，具有典型的多學(xué)科交叉融合特點(diǎn)。測控技術(shù)與儀器專業(yè)作為當(dāng)前儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科對應(yīng)的唯一本科專業(yè)，也屬于新工科建設(shè)范疇。“幾何光學(xué)”課程作為光電信息科學(xué)與工程、測控技術(shù)與儀器的專業(yè)基礎(chǔ)課，為適應(yīng)新工科發(fā)展，必然要開展課程教學(xué)內(nèi)容改革和教育教學(xué)方式革新。

3)工程教育專業(yè)認(rèn)證促使課程教學(xué)必須適應(yīng)專業(yè)對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向教育和持續(xù)改進(jìn)是工程教育專業(yè)認(rèn)證的基本理念[8]。課程體系建設(shè)是實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)保障，課程教學(xué)是學(xué)生能力培養(yǎng)和畢業(yè)要求達(dá)成的根本環(huán)節(jié)。

最新修訂的工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生解決本專業(yè)復(fù)雜工程問題能力以及學(xué)生的“工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人和團(tuán)隊、溝通、項目管理、終身學(xué)習(xí)”等非技術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)提出了更高的要求。作為落實(shí)工程教育理念和要求最根本環(huán)節(jié)的課程教學(xué)必須與專業(yè)對學(xué)生的能力培養(yǎng)相適應(yīng)。

2 “幾何光學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)研

為分析“幾何光學(xué)”的教學(xué)現(xiàn)狀，我們對重慶大學(xué)2017～2018學(xué)年和2018～2019學(xué)年光電信息科學(xué)與工程、測控技術(shù)與儀器專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了三次調(diào)研，分別是：《2017-2018學(xué)年第二學(xué)期“幾何光學(xué)”課程教學(xué)調(diào)查》、《2018-2019學(xué)年第二學(xué)期“幾何光學(xué)”課程教學(xué)中期調(diào)查》、《2018-2019學(xué)年第二學(xué)期“幾何光學(xué)”課程教學(xué)調(diào)查》。課程教學(xué)調(diào)查安排在課程結(jié)束時進(jìn)行，主要關(guān)注學(xué)生對課程滿意度、獲得感、學(xué)習(xí)情況以及課程改進(jìn)的建議；課程教學(xué)中期調(diào)查安排在課程期中測試后進(jìn)行，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生對課程基本理論的掌握情況。三次調(diào)研共收集了125份學(xué)生的反饋問卷，其中課程教學(xué)調(diào)查104份、課程中期教學(xué)調(diào)查21份。

(a)教學(xué)滿意度統(tǒng)計 (b)課程獲得感統(tǒng)計

圖2 學(xué)生最佳學(xué)習(xí)手段統(tǒng)計

圖3 學(xué)生對課程改進(jìn)的建議

圖1～圖3為2018、2019學(xué)年的課程調(diào)查統(tǒng)計。從調(diào)查情況看，課程教學(xué)的現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為以下幾個方面。第一，學(xué)生對“幾何光學(xué)”課程教學(xué)總體是比較認(rèn)可的，88%的學(xué)生對教學(xué)是滿意的，84%的學(xué)生認(rèn)為課程的知識、能力、素質(zhì)獲得符合自己的預(yù)期；教學(xué)滿意度較高，知識、能力、素質(zhì)的獲得感較強(qiáng)。第二，現(xiàn)行的按照工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)制定的課程教學(xué)大綱對學(xué)生的學(xué)習(xí)具有較好的指導(dǎo)作用。第三，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中注重課堂教學(xué)、課后復(fù)習(xí)和課后作業(yè)環(huán)節(jié)，但忽視了課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的重要性；這不利于課程知識的內(nèi)化和能力培養(yǎng)。第四，學(xué)生主要通過課堂教學(xué)、作業(yè)和自學(xué)等手段完成課程學(xué)習(xí)；但網(wǎng)絡(luò)資源的利用率不高，與同學(xué)的交流不足。第五，學(xué)生認(rèn)為課程還應(yīng)該在工程性、應(yīng)用性，知識的系統(tǒng)性、前沿性等方面進(jìn)一步提升和改進(jìn)。圖4為2019學(xué)年的課程教學(xué)中期調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計。從調(diào)查的結(jié)果看，96%的學(xué)生認(rèn)可課程采用的教學(xué)方法，78%的學(xué)生適應(yīng)課程的教學(xué)方法。從基礎(chǔ)理論和基本知識的掌握情況看，學(xué)生能夠完全掌握“幾何光學(xué)”的符號規(guī)則、單個折射面近軸公式以及牛頓公式、高斯公式等理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系；但是，隨著理論知識的增多、過渡關(guān)系以及等效光組參量等的引入，學(xué)生對知識的理解程度降低，非常容易混淆各種參量的物理含義。這表明學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的理解不深、知識的內(nèi)化程度不夠、綜合應(yīng)用能力需要加強(qiáng)。

(a)學(xué)生對教學(xué)方法的適應(yīng)情況 (b)學(xué)生對課程知識理解情況圖4 課程教學(xué)中期調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計

綜合以上兩方面的調(diào)研，我們認(rèn)為當(dāng)前“幾何光學(xué)”的課程教學(xué)總體是能夠滿足學(xué)生能力培養(yǎng)和專業(yè)發(fā)展要求的。但具體教學(xué)環(huán)節(jié)還存在一些不足，主要體現(xiàn)在：①學(xué)生學(xué)習(xí)手段單一，過分依賴課堂教學(xué)，線上資源利用率低、自主學(xué)習(xí)動力不足；②學(xué)生對課前預(yù)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)重視不足，課堂知識內(nèi)化程度不夠，綜合應(yīng)用能力不足；③課程的教學(xué)內(nèi)容新穎性需要進(jìn)一步凸顯，增加工程性、應(yīng)用性、系統(tǒng)性和前沿性的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計。

此外，我們也注意到：當(dāng)前“幾何光學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容還是以高斯光學(xué)為基礎(chǔ)的經(jīng)典內(nèi)容，雖然教學(xué)過程中會涉及科學(xué)精神、工程素養(yǎng)等方面的內(nèi)容，但是尚未將課程思政顯式地作為課程的教學(xué)目標(biāo)；同時，課程的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容仍以經(jīng)典目視光學(xué)系統(tǒng)為主，未能充分體現(xiàn)新工科對專業(yè)基礎(chǔ)課程的要求。

3 適應(yīng)新形勢開展“幾何光學(xué)”課程

教學(xué)改革的思考

為了使課程教學(xué)適應(yīng)當(dāng)前高等教育新形勢的發(fā)展，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中打牢專業(yè)基礎(chǔ)、提升知識的綜合應(yīng)用能力，滿足新工科、工程教育認(rèn)證對光電信息科學(xué)與工程、測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用光學(xué)知識、能力、素質(zhì)方面的要求，我?！皫缀喂鈱W(xué)”課程教學(xué)組經(jīng)過廣泛的調(diào)研和討論，形成了以下幾點(diǎn)課程教學(xué)改革的思考。

3.1 在教學(xué)設(shè)計上融入課程思政理念，增加相應(yīng)教學(xué)環(huán)節(jié)

“幾何光學(xué)”作為專業(yè)基礎(chǔ)課，雖然不具備“馬克思主義基本原理”、“毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系”以及“思想道德修養(yǎng)”等成體系的思政類課程思想政治教育的作用，但可以在國家意識、社會責(zé)任、科學(xué)精神、文化自信和工匠精神等方面引導(dǎo)和激勵學(xué)生。進(jìn)而使學(xué)生理解發(fā)展光學(xué)事業(yè)在中國特色社會主義事業(yè)新征程中的歷史使命，激發(fā)學(xué)生將職業(yè)發(fā)展與專業(yè)發(fā)展有機(jī)結(jié)合的自覺性，培養(yǎng)學(xué)生作為未來光電專業(yè)人才的社會責(zé)任感、工匠精神、創(chuàng)新意識與自主學(xué)習(xí)能力。

課程的教學(xué)設(shè)計上，將科學(xué)精神、國家意識、社會責(zé)任、工匠精神等課程思政元素有機(jī)融合到各章節(jié)的教學(xué)中。在課程前言部分的教學(xué)中，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)的興趣為目標(biāo)，增加光學(xué)發(fā)展簡史教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生不畏困難、客觀判斷、實(shí)踐檢驗和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神；增加國內(nèi)光電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生作為光學(xué)專業(yè)從業(yè)人員的國家意識和社會責(zé)任感。綜合理想光學(xué)系統(tǒng)理論、像差理論和光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生理解原理設(shè)計和工程實(shí)現(xiàn)的差異，理解像差控制對光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的重要性，培養(yǎng)學(xué)生在光學(xué)設(shè)計中處理矛盾的唯物辯證思維的工匠精神。

3.2 以光學(xué)和儀器的產(chǎn)業(yè)和行業(yè)最新發(fā)展方向為指引革新課程教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)新工科建設(shè)的需要

“幾何光學(xué)”課程的教學(xué)重點(diǎn)包括高斯光學(xué)理論和光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計兩大部分。當(dāng)前，絕大部分高校的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)都是以經(jīng)典的目視光學(xué)系統(tǒng)，如顯微系統(tǒng)、望遠(yuǎn)系統(tǒng)、攝影系統(tǒng)等為主要內(nèi)容。然而，近年來，隨著光學(xué)和儀器行業(yè)的發(fā)展，應(yīng)用光學(xué)中出現(xiàn)了許多新技術(shù)，如自由光學(xué)曲面、非成像光學(xué)、緊湊型光學(xué)系統(tǒng)、微納光學(xué)等。這些新技術(shù)的出現(xiàn)，要求我們必須在現(xiàn)行教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上對課程進(jìn)行革新，以適應(yīng)新工科發(fā)展的需要。

在課程內(nèi)容革新的過程中，可以遵循以下原則：①在保證高斯光學(xué)理論完整性的前提下，適度精簡和提煉幾何光學(xué)的基礎(chǔ)理論；②結(jié)合具體工程實(shí)例增加基礎(chǔ)理論綜合應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容，以拓展學(xué)生視野，提升學(xué)生的基礎(chǔ)知識應(yīng)用能力；③在現(xiàn)有顯微系統(tǒng)、望遠(yuǎn)系統(tǒng)和攝影系統(tǒng)等目視光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，根據(jù)各高校的研究基礎(chǔ)和面向行業(yè)的不同，從科學(xué)研究中凝練1～2個現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計案例作為新的教學(xué)內(nèi)容，拓展課程的前沿性、系統(tǒng)性。重慶大學(xué)可以在信息光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、微納光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和光纖傳感光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計等方面凝練案例，形成具有自身特色的教學(xué)內(nèi)容。

3.3 以學(xué)生為中心，突出專業(yè)素養(yǎng)訓(xùn)練，適應(yīng)工程教育認(rèn)證對學(xué)生非技術(shù)因素的要求

一流本科的專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)絕不是簡單的專業(yè)技能培訓(xùn)，而是在掌握扎實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)理論的前提下培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，注重接觸多元思想、開拓個人視野和鍛煉綜合能力[9]。這與工程教育專業(yè)認(rèn)證要求培養(yǎng)學(xué)生的工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人和團(tuán)隊、溝通、項目管理以及終身學(xué)習(xí)等非技術(shù)因素能力是相一致的。針對當(dāng)前“幾何光學(xué)”課程仍以知識傳授為主的現(xiàn)狀，我們一方面需要加深基礎(chǔ)理論的教學(xué)使學(xué)生打牢基礎(chǔ)，另一方面需要從工程實(shí)踐中凝練教學(xué)案例做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，全面培養(yǎng)學(xué)生對工程問題的理解能力，形成良好的專業(yè)素養(yǎng)。

在教學(xué)形式方面，可結(jié)合重慶本地光學(xué)設(shè)計企業(yè)較為集中的優(yōu)勢，設(shè)計專門的課程講座環(huán)節(jié)，通過聘請光學(xué)設(shè)計企業(yè)的高級工程師為學(xué)生講解光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀以及光學(xué)系統(tǒng)從原理設(shè)計到工程實(shí)現(xiàn)的全過程流程管理，拓展學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)規(guī)范和項目管理能力。

3.4 構(gòu)建形成性和終結(jié)性相結(jié)合的課程評價體系，確保課程教學(xué)過程的持續(xù)改進(jìn)

形成性評價是在教學(xué)過程中為了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對學(xué)生日常學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)、所取得的成績以及所反映出的情感、態(tài)度、策略等方面的發(fā)展做出的及時評價。通過評價激勵和管理學(xué)生學(xué)習(xí)過程，并及時調(diào)整課程教學(xué)過程。終結(jié)性評價是在教學(xué)活動結(jié)束后為判斷學(xué)生學(xué)習(xí)效果而進(jìn)行的評價。

課程教學(xué)過程應(yīng)包括兩個層次的循環(huán)：一是以學(xué)生為責(zé)任主體的“課前——課堂——課后”學(xué)習(xí)過程循環(huán)；二是以教師為責(zé)任主體的“大綱修訂——教案修訂——課程教學(xué)——學(xué)生達(dá)成情況評價——課程教學(xué)改進(jìn)”教學(xué)過程循環(huán)。無論哪個層次的循環(huán)都需要依據(jù)一定的評價結(jié)果來推動。從評價的目的來看，形成性評價適合于學(xué)習(xí)過程評價，終結(jié)性評價適合于教學(xué)的評價，兩種評價手段缺一不可。因此，我們需要構(gòu)建形成性和終結(jié)性相結(jié)合的課程評價體系，保障學(xué)生學(xué)有所獲，確保課程教學(xué)活動一直處于良性的持續(xù)改進(jìn)過程中。

4 結(jié)語

課程思政、新工科、工程教育認(rèn)證，最終的指向是高等學(xué)校本科人才培養(yǎng)?！皫缀喂鈱W(xué)”課程在教學(xué)設(shè)計上融入課程思政理念，以光學(xué)和儀器的產(chǎn)業(yè)和行業(yè)最新發(fā)展方向為指引革新課程教學(xué)內(nèi)容，突出專業(yè)素養(yǎng)訓(xùn)練，構(gòu)建形成性和終結(jié)性相結(jié)合的課程評價體系，確保課程教學(xué)過程的持續(xù)改進(jìn)，契合“成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心和持續(xù)改進(jìn)”的工程教育理念。這也是“回歸常識、回歸本分、回歸初心、回歸夢想”四個回歸要求在課程層面的具體體現(xiàn)。