張林睿 孫詠萍

(內(nèi)蒙古師范大學物理與電子信息學院 內(nèi)蒙古 呼和浩特 011599)

1 引言

光學是一門古老而又年輕的學科，其經(jīng)歷了萌芽、幾何、波動、量子以及現(xiàn)代光學多個階段[1]．作為物理學的重要分枝，它拓寬了人類對世界的認知，由于其較強的應用性，在發(fā)展的過程中不斷地改變著人們的生活方式．目前光學已經(jīng)活躍在當前多個科技前沿領域，包括通訊、能源、醫(yī)療，探測等，涵蓋了包括信息、物理、化學、生物、工程等多個學科門類．隨著技術的發(fā)展，它所涉及的范圍愈發(fā)廣泛．因而相應的課程改革和發(fā)展，也隨著時代的變化而不斷向前跟進．

作為當代高等教育了解和掌握光學知識的基礎課程——光學課程，其主要開展在物理、光信息以及光學工程等相關專業(yè)．光學課程目前包含基礎課程與專業(yè)課程．基礎課主要有光學、物理光學以及應用光學；專業(yè)課程包括光纖光學、信息光學、激光原理等．此外，光學在一些理工科物理課程中也有所涉及．理工科學生學習光學，不僅僅在于它是一門有助于學習專業(yè)知識的基礎課程；另一方面，光學思想、研究方法和前沿科學對現(xiàn)代生活產(chǎn)生了巨大影響，同時也對學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)起著重要的作用[2]．因而，它一直都是當前基礎教育的前沿陣地．

2 光學課程與教學現(xiàn)狀

如何適應時代的發(fā)展，開展光學課程一直是當今物理教育工作者所關注和思考的問題．在中國“知網(wǎng)”文獻庫中，以光學課程進行搜索，可以統(tǒng)計相關論文433篇 (2020年底)．從1983年收錄第一篇與光學相關的課程論文《對理科專業(yè)物理學中波動光學、近代物理課程的教學要求》[3]，到2020年底，課程的內(nèi)容已經(jīng)涉及到改革、建設、創(chuàng)新、思政等多個方面，相關文章年出版數(shù)目已達44篇．尤其在十五規(guī)劃以后(2000年以后)，論文發(fā)表數(shù)幾乎線性增長，如圖1所示．

圖1 從1981到2020年“知網(wǎng)”統(tǒng)計以“光學課程”為關鍵詞搜索到的論文數(shù)

論文數(shù)目的增長反映著高校對光學課程的重視，而實質在于時代賦予它更多的使命．縱觀中國當前社會發(fā)展對人才的要求，例如從“十五”規(guī)劃提出“加快教育發(fā)展，提高全民素質；實施人才戰(zhàn)略，壯大人才隊伍”開始，高等教育的課程與教學改革就已經(jīng)進入了快車道．“十一五”規(guī)劃提出的深入實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，“十二五”規(guī)劃提出的急需人才培養(yǎng)和擴大應用型復合型技能型人才培養(yǎng)規(guī)模，以及“十三五”規(guī)劃提出的提高創(chuàng)新型、復合型、應用型和技術技能型人才培養(yǎng)比例．國家對人才培養(yǎng)的定位和重視，促使課程研究的導向也在與時俱進，迎合時代發(fā)展的背景．學生不僅需要在課堂中掌握基礎知識與專業(yè)技能，同時具有一定的實踐和創(chuàng)新能力，以應付日新月異的技術更新與挑戰(zhàn)．

由“知網(wǎng)”近10年光學課程研究的主題(圖2)可知，光學、物理光學與工程光學是光學領域中課程研究的主要對象．光學與物理光學在整個光學教育中起到了承上啟下的作用．對于師范教育來說，它是基礎物理教育中光學知識的推廣，是光學理論的基石；對于理工科而言，它為后續(xù)相關專業(yè)課程做好了前期的鋪墊．此外，光技術的發(fā)展使得光電子、信息以及測量等工程技術的知識體系也在持續(xù)不斷地更新．它間接促進了光學課程改革的研究一直有條不紊的進行．

圖2 “十二五”和“十三五”期間“知網(wǎng)”統(tǒng)計以“光學課程”為搜索詞反映的主題與論文數(shù)

教育的根本在于“以人為本，德育為先”．不同于前一個五年規(guī)劃，習總書記明確強調“樹德立人”之后，“十三五”期間(2016-2020)，課程思政在光學課程的研究中受到了更廣泛的關注．可以預見，“德育”在今后將會是光學課程研究的一個重點．就課程的改革來說，對學生能力、創(chuàng)新性以及思想道德的培養(yǎng)是關鍵．

2.1 創(chuàng)新性的培養(yǎng)

當前，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是光學課程改革的基本要求．創(chuàng)新需要創(chuàng)造的意識以及科學的思維方式．創(chuàng)新能力需要注重理論與實踐相結合，培養(yǎng)學生分析、解決問題，以及獨立思考的能力[4]．它需要課程內(nèi)容有意識的引導．目前常用的光學教材內(nèi)容容量較大．以姚啟鈞教授的《光學教程》為例，該教材包含波動光學、幾何光學、光與物質的作用、量子光學以及現(xiàn)代光學等幾個章節(jié)，且各章節(jié)彼此獨立．在目前常見60～80課時的有限時間內(nèi)[5]，使學生掌握課本全部內(nèi)容同時兼顧前沿領域的發(fā)展，時間較為緊迫．因而大部分高校會將其中內(nèi)容進行篩選，以適合專業(yè)的教學要求．

在這個過程中，適當增加一些應用與探索的主題內(nèi)容對于學生綜合能力的培養(yǎng)是有益的，比如在講完衍射部分之后，增加光刻機的介紹，讓學生知道所學的知識與生活緊密相關，學會思考．又比如，在講授光與物質的相互作用之后，可以適當介紹一些常見的科研光譜儀器的原理．學生在獲得基礎知識的同時，了解一些科研儀器的基本原理，提高學生的科研興趣．

2.2 能力的培養(yǎng)

課程的設置依據(jù)于教學大綱，教學大綱是通過專業(yè)的培養(yǎng)目標而制定．專業(yè)的不同會導致光學課程的內(nèi)容設置與講授存在著差異．例如，對于理工科專業(yè)而言，更強調實踐與應用，因而可以聯(lián)系實際案例在課堂進行分析，或者在實驗室環(huán)境進行課程講解，讓學生在學習的過程中，也能親身體驗知識的運用．而對于師范教育來說，一定要讓學生在知道“學什么”“教什么”的基礎上，還必須懂得“如何學”“如何教”[6]．一些具有連續(xù)性內(nèi)容的知識可以讓學生發(fā)揮主導作用，例如幾何光學中，球面反射與球面折射問題的推導過程基本相同，在講授完前面的內(nèi)容之后，可以讓學生進行嘗試，并在課堂直接進行教師技能的輔導．

2.3 思想道德

2020年，教育部下發(fā)的46號文件《新時代高等學校思想政治理論課教師隊伍建設規(guī)定》指出，“構建完善立德樹人工作體系，調動廣大教職工參與思想政治理論教育的積極性、主動性，動員各方面力量支持、配合思政課教師開展教學科研、組織學生社會實踐等工作，提升思政課教學效果．”即將課程思政教育滲透到專業(yè)課程教學的各個環(huán)節(jié)，使學生在專業(yè)課程的學習過程中，樹立符合社會主義發(fā)展的正確的世界觀、人生觀和價值觀．光學作為物理學科重要分枝，具有鮮明的辯證唯物主義思想．因而，在課程的設計中，運用辯證唯物主義觀點闡明光學概念，分析光學現(xiàn)象，使學生在掌握光學規(guī)律的同時，獲得辯證唯物主義教育[7]．此外，職業(yè)素養(yǎng)作為當代社會活動中的行為規(guī)范，維護著社會高效的運行．不同的職業(yè)，具有自己的特點．技術行業(yè)來說，需要培養(yǎng)社會服務意識和“大國工匠”的精神，教師教育要強調師德師風的建設．隨著社會的發(fā)展與技術的進步，更多新行業(yè)的誕生以及一些職業(yè)界限的融合，使得許多技術、能力以及精神的內(nèi)涵有待繼續(xù)挖掘．

課程是對教育目標、教學內(nèi)容以及活動方式的規(guī)劃和設計．教學通常是指發(fā)生在師生之間教和學這種特有的人才培養(yǎng)活動．課程的改革反映了高校為適應當前社會的發(fā)展而主動求變，而教學改革、創(chuàng)新體現(xiàn)了教師對當前和未來人才培養(yǎng)活動的思考與實踐．課程與教學相輔相成，促進著光學教育的發(fā)展．圖3統(tǒng)計了“十五”期間到“十三五”期間，刊登在“知網(wǎng)”主題為光學教學的文章數(shù)目．可以看到，兩者增長趨勢基本一致．

圖3 2001到2020年間“知網(wǎng)”統(tǒng)計以“光學課程”和“光學教學”為關鍵詞的論文數(shù)

由圖4可知，近10年的光學教學的主題較多集中在教學應用、光學實驗、物理光學以及教學改革等方面．物理光學為理工科的基礎課程，其重要性不言而喻，由于研究問題的方法以及思維方式較為抽象，因而是大多數(shù)高校教學的一個難點．光學實驗屬于光學實踐課程，它能夠直觀地幫助理解光學知識，鍛煉學生的動手能力，然而如何通過實驗培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力，是目前實驗課程亟需解決的問題．在“十三五”期間，教學改革與教學中的應用受到了更多的關注．除了思政引起的重視外，一些課堂新技術的開發(fā)與教學新方法、新理念的提出，例如計算機技術Python、mathlab以及相關模擬仿真演示[8]已在光學課堂中活躍；在教學模式方面，例如網(wǎng)絡教學、翻轉課堂、科研反哺式教學的試驗與推廣，促進了教學的進步．同時，近些年博士擴招后走向崗位的青年教師，由于職稱評定上的需要，以及樂于嘗試新鮮事物，也直接促進了該領域上的發(fā)展．

圖4 “十二五”和“十三五”期間“知網(wǎng)”統(tǒng)計以“光學教學”為搜索詞反映的主題與論文數(shù)

在光學教學方面，大多數(shù)高校仍以傳統(tǒng)的教學為主，因而存在以下一些問題[9]．

(1)教學方法上，理論教學形式較為單一，學生興趣較低，課堂注重知識內(nèi)容的灌輸，導致理論與實踐結合較弱，學生學習較為被動．

(2)光學實驗課訓練簡單，學生創(chuàng)新能力得不到較好的鍛煉．

(3)教學評價方面，考核方式和評價手段單一，不能十分客觀地反映學生的綜合素質和能力．

2.3.1 增加課堂的趣味性

愛因斯坦曾經(jīng)說過：“興趣是最好的老師．” 相對于枯燥的課堂，學生更容易對一些新鮮有趣的事物感興趣．光學是一門與生活聯(lián)系密切的學科，在課堂中增加一些生活、熱門或者前沿的話題，往往可以吸引學生的注意．因而可以在課前播放與課堂內(nèi)容相關的科技小視頻，或者不定期開展與課堂內(nèi)容相關的前沿專題講座．在授課的過程中穿插著小故事，講解一些發(fā)生在偉人身邊的有趣事跡，例如，勞厄為了證明X射線的波動特性，創(chuàng)新地采用晶體中原子的排列作為立體的光柵[1]，德布羅意波的提出等，也可以使嚴肅的課堂增添不少趣味，同時又能潛移默化培養(yǎng)學生積極的人生觀，以及創(chuàng)新、探索精神．此外，相對于單一的灌輸，授課的風格也可以進行新的嘗試，例如江西理工大學在“學堂在線”網(wǎng)課中發(fā)布的“詩情畫意的光學”，以物理來解讀詩詞中的光現(xiàn)象，將理科知識與人文色彩很好地結合起來，將光學帶上了一種人文的美感．

2.3.2 IT與教學的融合

當前多媒體、可視化編程以及模擬仿真進入了課堂，使得原本由于環(huán)境、成像以及光路等限制而很難在課堂演示的光學現(xiàn)象可以清晰直觀地呈現(xiàn)在屏幕上．這些技術的出現(xiàn)提高了學生的可觀感受和教師的課堂效率．同時，在模擬仿真演示的過程中，適當設置問題可以讓學生主動地參與到課堂的學習之中，使他們可以不局限于書本中理論的推導，同時也可以完成后續(xù)知識的挖掘[10]．網(wǎng)絡技術的發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡課堂與微信APP等技術的普及，更是將傳統(tǒng)的課堂活動向課下延伸，使學生能夠進一步擴展自己的學習時間與空間．當然，網(wǎng)絡和多媒體技術是一把雙刃劍，它在提高授課效率的同時，往往進度較快，而光學內(nèi)容又比較豐富，導致學生很容易接收困難，尤其對于一些過程的推導．因而需要結合實際教學情況，合理使用IT技術．

2.3.3 提高學生參與度

目前國內(nèi)教學由于受到諸多條件的限制，普遍采用填鴨式教學，師生之間互動有限，掌握更多的是一種應試能力．學生在了解原理和推導，解決課后習題后，綜合能力的訓練比較匱乏．這種被動的學習方式，并不利于創(chuàng)新實踐能力以及自學能力的培養(yǎng)．課堂不僅僅是教師的課堂，也是學生的舞臺．在教學的過程中，針對知識的類型，靈活地切換教學方法，例如在傳統(tǒng)的教學過程中穿插研究型教學，在講解完基本的光學概念和方法之后，以教師為主導，將課程的內(nèi)容轉變成生活、生產(chǎn)或科學中的實際問題，并以學生為中心，讓其參與，在教師的幫助下按照科學研究的模式來分析、解決這些問題，可以使學生獲取知識的同時提高自身學習能力．與之類似的新式課堂模式，例如“翻轉課堂”，讓學生課下完成知識的學習，課堂成為師生之間以及學生與學生之間互動的場所；課堂的教學活動包括答疑解惑、知識的運用．該方法不僅能夠增加課堂的活力，讓學生由被動變?yōu)橹鲃?，成為課堂的主人，目前在國內(nèi)一些課堂已經(jīng)小有成績[11]．

2.3.4 實驗課的擴展

對于理工科學生而言，實驗課堂是他們重要的實踐場所，物理實驗的開設能夠加深學生對基礎知識的理解，為他們提供科學實驗的基本訓練[12]．光學實驗不同于其他物理實驗，它是一門精密且極具耐心的實驗課程．但與大多數(shù)基礎實驗課類似，當前存在的問題主要在于學生眼高手低，實驗內(nèi)容老套．學生基本依據(jù)實驗手冊就可完成相應的實驗項目，類似于機械重復，創(chuàng)新性低[9]．因而，結合相應的實驗內(nèi)容，適當開設一些來源于生活或者解決實際問題的開放課題是有益的，或者將國家和省級物理實驗競賽的光學題目帶入課堂，讓他們在相應的學期結合所學的實驗同步開展，從而培養(yǎng)學生的思考與動手能力．

2.3.5 合理評價體系的構建

高校教育側重于綜合能力的培養(yǎng)，因而對學生課程的考核應該是多元化的．期末考試作為考核的一部分，可以體現(xiàn)知識的掌握程度．當前高校普遍實施的考核機制是以課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)以及期末考試進行綜合的評估．雖然可以較好地了解學生的學習情況和知識的掌握程度，但卻不能反映學生的實踐、創(chuàng)新以及解決問題的能力．任何一門課程學習的最終目標是讓學生在學完之后，能夠運用所學的知識去完成專業(yè)相關的工作．因而在光學課堂中，采用多元化的考核方式，進行綜合評估，能夠為學生后續(xù)的發(fā)展指明方向．例如小論文、科技項目，實踐并鼓勵學生積極參加專業(yè)性的競賽而獲得成績，讓學生能夠靈活地在學習的各個方向發(fā)展，竭盡全力，可以更好地讓他們了解和發(fā)揮自己的優(yōu)勢和能力．

3 結論

總之，國內(nèi)社會發(fā)展與變化使得光學課程與教學的改革變得十分重要和迫切．同時，我們也必須深刻地認識到培養(yǎng)學生絕不僅僅只是課本知識的掌握，而是讓他們具有積極的人生觀、價值觀以及高尚的道德情操，能夠學以致用，善于運用，具有一定的實踐創(chuàng)新能力．只有這樣，才能回歸教育的本質，并推動著教育的發(fā)展．當然，光學課程與教學的改革還需要眾多同仁的不斷努力，去探索總結各種經(jīng)驗教訓，去不斷開發(fā)新技術和新方法，去不斷改進和完善當前的理念．相信不久的將來，光學知識能夠在高等教育領域更好地傳承，培育優(yōu)良的人格并服務于社會．