張桂菊，秦琳玲

[摘 要] “信息光學(xué)”是現(xiàn)代光學(xué)的重要分支，普遍被學(xué)生認(rèn)為是比較難懂的一門光學(xué)專業(yè)課程。采用過程化考核模式，對信息光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、方法與設(shè)計進行了課程建設(shè)與實踐。在教學(xué)內(nèi)容和方法上進行了探索，從緒論中引入蘇州大學(xué)光學(xué)工程學(xué)科的光信息特色方向介紹、注重基礎(chǔ)理論與現(xiàn)代光學(xué)應(yīng)用結(jié)合、教學(xué)與科研結(jié)合?；A(chǔ)內(nèi)容學(xué)習(xí)采用章考核方式、應(yīng)用學(xué)習(xí)注重文獻閱讀和翻轉(zhuǎn)課堂匯報。過程化考核的實際教學(xué)過程中，注重啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和思考，激發(fā)了學(xué)習(xí)的主動性和積極性，收到了良好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 信息光學(xué);過程化考核;教學(xué)實踐

[基金項目] 2018年度蘇州大學(xué)本科教學(xué)團隊項目“光學(xué)課程群教學(xué)團隊”（5821502419）

[作者簡介] 張桂菊（1977—），女，江西上饒人，博士，蘇州大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事微納光子學(xué)器件研究;秦琳玲（1982—），女，江蘇無錫人，博士，蘇州大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院光電系副主任，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事微納光學(xué)設(shè)計與光學(xué)傳感研究。

[中圖分類號] G642.0;O438 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）07-0097-04 [收稿日期] 2021-10-18

引言

“信息光學(xué)”又稱為“傅里葉變換光學(xué)”，以波動光學(xué)理論和傅里葉分析為基礎(chǔ)，內(nèi)容涉及光的衍射、成像、光學(xué)數(shù)據(jù)處理和全息技術(shù)等理論與應(yīng)用。本課程重點面向光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的本科生，屬于專業(yè)核心課程，也是一門高年級的應(yīng)用性很強的專業(yè)課程。我校的光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是江蘇省特色專業(yè)和蘇州大學(xué)一流本科專業(yè)，旨在培養(yǎng)掌握光電/光信息系統(tǒng)、儀器設(shè)計和檢測技術(shù)等相關(guān)原理和方法，在光電和光信息技術(shù)領(lǐng)域從事技術(shù)開發(fā)、工程設(shè)計、運行管理等的專業(yè)知識和技能的人才。2018年，我校啟動“光學(xué)課程群”建設(shè)項目，“信息光學(xué)”課程是一門理論與實踐結(jié)合的課程，能夠讓學(xué)生了解和學(xué)習(xí)現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)，并在面對光電信息科學(xué)與工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題上提升設(shè)計和解決問題的能力?！敖逃扛叩冉逃?019年工作要點”中的十條都強調(diào)了本科教學(xué)的重要性，圍繞“一流本科、一流專業(yè)、一流課程、一流教師、一流質(zhì)保、一流人才”全面實施高等教育改革發(fā)展和助推高等教育強國建設(shè)[1-4]。專業(yè)課程是高等教育建設(shè)中的最基本單元，專業(yè)教學(xué)的意義和目標(biāo)更是幫助學(xué)生解決和發(fā)現(xiàn)能夠受用一生的知識和方法[5，6]。光學(xué)是一門古老而時髦的學(xué)科，本科高年級光學(xué)類專業(yè)課普遍具有較高難度?！靶畔⒐鈱W(xué)”是物理光學(xué)的延伸課程，更是現(xiàn)代光學(xué)的一個重要分支，目前在各大高校的光學(xué)工程專業(yè)的碩士研究生和博士研究生階段都在開設(shè)該課程，對于本科階段，該課程的學(xué)習(xí)具有一定的難度和挑戰(zhàn)性[7-11]。因此，教師在該課程的課堂教學(xué)內(nèi)容與設(shè)計、方式與方法進行不斷實踐與調(diào)整就顯得尤為重要。

一、教學(xué)方法和內(nèi)容探究

信息光學(xué)是在20世紀(jì)中葉建立和發(fā)展起來，主要源于光學(xué)領(lǐng)域中的三件大事：1948年光學(xué)全息術(shù)的誕生、1955年光學(xué)傳遞函數(shù)概念的提出和1960年激光器的誕生。信息光學(xué)從經(jīng)典的波動光學(xué)中脫穎而出，又以波動光學(xué)為基礎(chǔ)，運用信息系統(tǒng)概念和傅里葉頻譜分析方法對光學(xué)現(xiàn)象做了新的詮釋，并滲透很多科技領(lǐng)域并得到越來越廣泛的應(yīng)用。在多年的教學(xué)經(jīng)驗和科研實踐中，從以下方面對“信息光學(xué)”課堂教學(xué)進行了教學(xué)方法與內(nèi)容的探究、建設(shè)與實踐。

（一）重視緒論內(nèi)容與講授

緒論中講解國內(nèi)外最新科研進展及應(yīng)用，特別引入我院科研先鋒教師的研究進展介紹，用身邊的故事激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)科研強國精神和嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。介紹“信息光學(xué)”的課程建立發(fā)展及其思想內(nèi)涵，再引入最新的科技紀(jì)事。例如，美國科學(xué)家Rainer Weiss、Barry C. Barish和Kip S. Thorne于20世紀(jì)90年代，最早提出利用激光干涉儀探測引力波的方法，并由于“LIGO探測器和引力波觀測方面做出的決定性貢獻”而獲得2017年度的諾貝爾物理學(xué)獎。進而，介紹我國在空間引力波探測領(lǐng)域的重大進展——“天琴計劃”及該研究賦予的科研和國防科技的重大意義。2018年度的諾貝爾物理學(xué)獎也頒給了“在激光物理領(lǐng)域的突破性發(fā)明”的法國科學(xué)家Gerard Mourou和加拿大科學(xué)家Donna Stricklan，由于他們在20世紀(jì)80年代研究和發(fā)明出重大的“放大再壓縮啁啾光學(xué)脈沖”技術(shù)，該技術(shù)是激光脈沖展寬和壓縮的體光柵器件的應(yīng)用，可以從衍射光學(xué)角度看啁啾脈沖放大技術(shù)，是典型的信息光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的重大進展[12]。

引入身邊的先鋒人物和科研事跡。我校光電學(xué)院光學(xué)工程特色學(xué)科方向之一的吳建宏研究員帶領(lǐng)團隊在大口徑脈沖壓縮光柵全息掩膜領(lǐng)域進行研究，經(jīng)過多年的積累，已建成國際/國內(nèi)最大的全息實驗室，有國際首創(chuàng)獨有和國際唯一的超大光柵的拼接技術(shù)，突破了超大口徑極弱曝光條件下的條紋鎖定技術(shù)，精度達到1/20條紋周期。還有陳林森研究員和他的團隊，在光學(xué)全息技術(shù)上多年來具有廣度和深度的開發(fā)應(yīng)用：“定向光變色膜”原版制造技術(shù)，一舉拿下了第二代身份證的第一道防偽技術(shù)——視讀防偽;“雙通道光變色膜及其納米壓印技術(shù)”應(yīng)用在新版駕駛證和行駛證上;用于新能源汽車號牌的智能簽注系統(tǒng)的“3D光場打印技術(shù)”。他們在科研的道路上一直把個人命運與國家命運聯(lián)系在一起，在我國自主創(chuàng)新的道路上不斷探索，這種在身邊的科研精神更真實的鼓勵著學(xué)生努力學(xué)習(xí)、樹立“科技強國”的偉大抱負(fù)和立項。

（二）增加現(xiàn)代光學(xué)的專題內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)和科研探索興趣，拓寬科技視野

“信息光學(xué)”課程囊括的知識內(nèi)容既是傳承又是突破，在標(biāo)量衍射理論框架下發(fā)展了現(xiàn)代光學(xué)思想，通過增加現(xiàn)代光學(xué)的專題內(nèi)容，一方面激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)和科研探索興趣，另一方面拓寬學(xué)生的知識面和科技視野。

對本課程才出現(xiàn)的概念，例如“空間頻率”“角譜”“角譜理論”“基元函數(shù)”和“點擴散函數(shù)”等，如何讓學(xué)生更準(zhǔn)確的理解和掌握，并不至于“抽象而晦澀”？為幫助學(xué)生更好理解這些概念，教師在教學(xué)過程中更注重傳統(tǒng)理論知識在現(xiàn)代工程技術(shù)中的應(yīng)用，除了教材中的例子，再引入主題式或?qū)ｎ}式的教學(xué)內(nèi)容。例如，在“相襯顯微鏡技術(shù)”中深入探討空間濾波的“相幅信息轉(zhuǎn)換”概念、“超大光柵技術(shù)”中深入對光學(xué)全息技術(shù)和基元全息圖的理解，以及“光學(xué)傳遞函數(shù)”的專門認(rèn)識和講解。為了加深對頻譜信息的理解，專門在對光學(xué)成像系統(tǒng)的頻率特性一章的學(xué)習(xí)之后，開始進行小專題“從信息變換的角度看透鏡成像”的講解，進一步幫助和消化頻譜信息概念與分析。并將部分專題內(nèi)容的知識點講授形成教學(xué)短視頻，以微課小視頻的形式放在在線學(xué)習(xí)平臺上供學(xué)生課外時間觀看。以真實而生動的應(yīng)用實例，帶動對抽象理論概念的理解，幫助學(xué)生深刻認(rèn)識到公式背后的物體圖像，顯著增強學(xué)習(xí)興趣。

（三）注重知識體系構(gòu)建和知識的連貫性

“信息光學(xué)”課程的形成和發(fā)展在時間和知識面寬度的跨度很大。從18—19世紀(jì)的Fourier變換和Kirchhoff/Fresnel標(biāo)量衍射理論、Abbe-Porter理論到20世紀(jì)的現(xiàn)代通信理論、空間濾波技術(shù)和精密加工技術(shù)的發(fā)展，理論、實驗和應(yīng)用交錯發(fā)展。因此，在教學(xué)方法和內(nèi)容上，更加重視課程知識體系的構(gòu)建，教學(xué)設(shè)計上注重知識導(dǎo)圖的學(xué)習(xí)和講解。如圖1給出“信息光學(xué)”的發(fā)展和建立框圖，交代該課程在理論與應(yīng)用發(fā)展上的里程碑事件，同時也概括了“信息光學(xué)”課程的知識體系形成與構(gòu)建的內(nèi)在脈絡(luò)。光學(xué)圖像從“空域”走向“頻域”，使得頻譜信息的概念貫穿整個課程始終。

在課程構(gòu)建體現(xiàn)基礎(chǔ)上，課程內(nèi)容分解和涵蓋了包括二維線性系統(tǒng)分析、標(biāo)量衍射理論、透鏡成像規(guī)律、用頻譜方法分析光學(xué)系統(tǒng)性質(zhì)、光學(xué)全息技術(shù)、空間濾波和現(xiàn)代光學(xué)信息處理技術(shù)等章節(jié)內(nèi)容。課堂教學(xué)過程中，不僅要重視一門課程的第一課和最后一課，也要重視課程每章的第一課和最后一課。針對整個課程內(nèi)容，有開篇的課程模塊介紹和引導(dǎo)學(xué)習(xí)內(nèi)容，也要有課程總結(jié)和回顧。針對章節(jié)，則是提煉章節(jié)主要內(nèi)容和章節(jié)重點。例如，課程第三章“光學(xué)成像系統(tǒng)的頻率特性”的第一課，回顧第兩章“二維線性系統(tǒng)分析”和“標(biāo)量衍射理論”的主要內(nèi)容與本章節(jié)之間的聯(lián)系：非初等函數(shù)和特殊函數(shù)、傅里葉變換和線性系統(tǒng)及采用空間頻譜的觀點來分析衍射成像，為透鏡成像系統(tǒng)的像質(zhì)評估提供了數(shù)理基礎(chǔ);每章最后一課羅列總結(jié)學(xué)習(xí)重點：透鏡的位相調(diào)制、傅里葉變換性質(zhì)及成像特性、相干傳遞函數(shù)和光學(xué)傳遞函數(shù)對成像系統(tǒng)評估應(yīng)用（光學(xué)系統(tǒng)的截止頻率和像強度分布計算）。

二、過程化考核與評估探究

課程考試是課程教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，也是檢測高等教育教學(xué)質(zhì)量的一個重要手段。過程化考核（考試）是在教學(xué)全過程中，對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)表現(xiàn)和學(xué)習(xí)積極性等情況進行全面而綜合的考量?！靶畔⒐鈱W(xué)”是一門專業(yè)綜合性強的高年級專業(yè)課程，采用過程化考核的評估模式，能夠充分調(diào)動學(xué)生的積極性，實現(xiàn)對學(xué)生全方位和多元化的考核，及時幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)難點問題。

該課程在過程化考核和評估中，基礎(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí)采用章考核、應(yīng)用內(nèi)容的學(xué)習(xí)注重文獻閱讀和翻轉(zhuǎn)課堂匯報。與“信息光學(xué)”課程相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用學(xué)習(xí)貫穿整個課程，翻轉(zhuǎn)課堂項目和文獻閱讀分散在整個學(xué)期中，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和時間安排選題并完成。教學(xué)過程中設(shè)計的翻轉(zhuǎn)課堂項目的相關(guān)選題，內(nèi)容涵蓋了課程的全部章內(nèi)容，包括基礎(chǔ)理論及重要應(yīng)用，文獻檢索近3～5年內(nèi)的不少于5篇，至少包括2～3篇英文文獻。翻轉(zhuǎn)課堂項目分組進行，每組3～4人，設(shè)置小組長，各有分工。在學(xué)習(xí)專業(yè)知識過程中，幫助養(yǎng)成和提升學(xué)生之間的交流合作能力。在上一輪的過程化考核中，本課程共設(shè)置3次章節(jié)的過程考試，內(nèi)容包含二維線性系統(tǒng)分析、標(biāo)量衍射理論和光學(xué)成像系統(tǒng)的頻率特性、光學(xué)全息和現(xiàn)代光學(xué)信息處理，三次過程化考核均采用開卷答題形式，共占總成績50%;1次綜合考試，占總成績25%;平時表現(xiàn)、文獻閱讀和翻轉(zhuǎn)課堂項目匯報，占總成績25%。綜合考試放在學(xué)期末統(tǒng)一安排，其余成績考核均在教學(xué)周完成。該課程設(shè)置在本科三年級，過程化考核式學(xué)習(xí)能夠更好體現(xiàn)專業(yè)學(xué)習(xí)上的有承前啟后與課程之間的銜接特點。過程考核的實際教學(xué)過程表明，幫助學(xué)生及時理解和消化專業(yè)知識、鞏固和拓展了專業(yè)知識的應(yīng)用、減緩期末考試壓力和提升了學(xué)生平時學(xué)習(xí)的積極性和興趣。

結(jié)語

我校以學(xué)科建設(shè)推動本科專業(yè)及教學(xué)發(fā)展改革，對“信息光學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容和方法、教學(xué)考核和評估進行了探究與實踐。在緒論中講發(fā)展、講來源、也將身邊的人物和故事，注重基礎(chǔ)理論與現(xiàn)代光學(xué)應(yīng)用結(jié)合、教學(xué)與科研結(jié)合?？己朔绞讲捎眠^程化考核，評估學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。采用章考核方式、綜合考試、文獻閱讀和翻轉(zhuǎn)課堂匯報等形式，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和思考，激發(fā)學(xué)習(xí)的主動性和積極性，收到了良好的教學(xué)效果。

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Classroom Teaching Construction and Practice Based on Process Assessment of the Course of “Information Optics”

ZHANG Gui-ju， QIN Lin-ling

（School of Optoelectronic Science and Engineering， Soochow University， Suzhou， Jiangsu

215006， China）

Abstract：Information Optics is an important branch of modern optics， which is generally considered to be a very difficult optical course for undergraduates. We have adopted the process assessment mode to build and practice the teaching content， method and design of Information Optics. It explores the teaching contents and methods， introduces the characteristic direction of optical information of optical engineering discipline of Suzhou University from the introduction， pays attention to the combination of basic theory and modern optical application， and the combination of teaching and scientific research. In the basic content learning， we have adopted the method of chapter assessment， and the applied learning pays attention to literature reading and flipped classroom report. In the actual teaching process of process assessment， we pay attention to inspire and guide students’ autonomous learning and thinking， and stimulate their learning initiative and enthusiasm， and finally good teaching results have been achieved.

Key words： Information Optics; process assessment; teaching practice