摘" 要：光電成像原理課程作為無人裝備工程本科專業(yè)的核心主干課，為更好地完善學(xué)員知識體系，實現(xiàn)“學(xué)以致用”的教學(xué)目標(biāo)，課程組從“光電成像系統(tǒng)-器件-原理-性能”的角度逆向重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、提出基于知識圖譜的建構(gòu)主義教學(xué)模式、改革教學(xué)評價方式，幫助學(xué)員構(gòu)建完善知識體系，有效實現(xiàn)知識“外化”。

關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義教學(xué)理論;知識圖譜;課堂教學(xué)創(chuàng)新;教學(xué)模式改革;光電成像原理

中圖分類號：G642" " "文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）04-0147-04

Abstract： In order to better improve the students' knowledge system and practical ability， the course team of The Principle of Photoelectric Imaging reconstructs the teaching content from the perspective of \"Optoelectronic Imaging Systems-Devices-Principles-Performance\"， proposes a constructivism teaching mode based on knowledge graphs and reforms teaching evaluation methods. The above measures aim to assist students in building a sound knowledge system and effectively achieve the \"externalization\" of knowledge.

Keywords： constructivism education theory; knowledge graph; innovation in class-teaching; teaching mode reform; The Principle of Photoelectric Imaging

光電成像原理課程是無人裝備工程本科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，共52學(xué)時。教學(xué)內(nèi)容主要涵蓋光電成像器件的成像原理、主要性能參數(shù)，以及典型光電成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。目的是幫助學(xué)員理解光電成像器件的工作過程，掌握光電成像系統(tǒng)的組成、功能及工作原理，具備分析解決光電成像系統(tǒng)典型問題的能力。

本課程經(jīng)過多年教學(xué)模式改革與探索實踐，在解決課程概念抽象、理論公式繁多、推導(dǎo)過程復(fù)雜等教學(xué)難題方面，形成了一套行之有效的解決方案。然而，學(xué)員對于光電成像原理知識外化程度明顯不足。從知識“學(xué)到了、講明白、做出來”的三個階段來看，大部分學(xué)員僅停留于“學(xué)到了”的初級階段，能夠達到課程考試的基本要求，但很少有學(xué)員能夠向其他人“講明白”光電成像原理的整個知識體系，更別談將理論知識運用到光電成像系統(tǒng)的使用問題中，達到“做出來”的水平。反思課程的教學(xué)過程，有以下兩個痛難點：

一是僅強調(diào)知識的理解掌握，忽略了知識體系的形成與反饋。盡管運用了很多信息化、智能化課堂教學(xué)方法，但出發(fā)點還是停留在學(xué)員對單個知識點/知識模塊的理解掌握，使得學(xué)員面對本課程多而散的知識點，無法在自身頭腦中進行深度連接、結(jié)構(gòu)重整，沒有形成系統(tǒng)性知識體系、生成自己新的認知，導(dǎo)致大部分學(xué)員在大腦的自然遺忘規(guī)律下，很快忘記所學(xué)知識，真正需要用的時候卻想不起來。

二是缺少知識運用訓(xùn)練，“理論會考不會用”問題突出。對于成像問題的分析往往需要從現(xiàn)象到本質(zhì)的逆向推導(dǎo)，這不僅需要學(xué)員能夠融會貫通數(shù)電模電、工程光學(xué)等多門課程的相關(guān)知識，還能夠靈活地從多個角度來進行分析，對學(xué)員的逆向邏輯思維提出了非常高的要求。而學(xué)員在過去的學(xué)習(xí)中，大多數(shù)是基于順向思維引導(dǎo)，缺乏對逆向思維的實踐和訓(xùn)練，導(dǎo)致出現(xiàn) “理論會考不會用”的尷尬局面。

針對上述教學(xué)痛難點問題，課程組從“系統(tǒng)-器件-原理-性能”的角度逆向重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、提出基于知識圖譜的建構(gòu)主義教學(xué)模式、改革教學(xué)評價方式，幫助學(xué)員構(gòu)建完整知識體系，有效實現(xiàn)知識外化。具體舉措如下。

一" 課程內(nèi)容重構(gòu)

為了實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，學(xué)員需學(xué)習(xí)像管、CCD等6種光電成像器件，夜視儀、紅外熱像儀等5種光電成像系統(tǒng)，100余個基礎(chǔ)知識與基本概念。為有效實現(xiàn)“學(xué)到了”“講明白”“做出來”的目標(biāo)。課程組從兩個方面重構(gòu)課程內(nèi)容體系。

（一）" 以知識為導(dǎo)向，自底向上構(gòu)建知識學(xué)習(xí)體系

按照“基礎(chǔ)理論—成像器件—成像系統(tǒng)”的順序組織內(nèi)容，體現(xiàn)的是一種典型的自底向上、從簡單到復(fù)雜的順向思維。

（二）" 以能力為導(dǎo)向，自頂向下構(gòu)建知識運用體系

依據(jù)專業(yè)技術(shù)人員能力養(yǎng)成的邏輯規(guī)律，通過自頂向下的逆向重構(gòu)，以“成像系統(tǒng)—成像器件—工作原理—性能指標(biāo)”為邏輯主線（如圖1所示），首先從系統(tǒng)出發(fā)，講授其功能應(yīng)用，然后再剖解到局部器件，講授其地位作用并分析性能指標(biāo)，最后再對器件剖解并闡釋內(nèi)在的工作原理，強化學(xué)員逆向思維能力。優(yōu)化后的教學(xué)內(nèi)容可以實現(xiàn)：

1）分散知識的體系結(jié)構(gòu)化。以光電成像系統(tǒng)為主體，將教材中原本多而分散的知識點關(guān)聯(lián)起來，有助于幫助學(xué)員構(gòu)建完整的知識架構(gòu)。

2）知識運用的能力導(dǎo)向化。通過由外向內(nèi)、由系統(tǒng)到零部件的逆向順序?qū)W習(xí)，使其在后期分析光電成像系統(tǒng)問題時，也能按照同樣的思路抽絲剝繭，潛移默化地培養(yǎng)其逆向邏輯思維習(xí)慣。

綜上所述，通過對教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)與優(yōu)化，學(xué)生既能夠基于教材順向梳理由器件到系統(tǒng)的成像過程，也可以基于逆向重構(gòu)后的教學(xué)內(nèi)容，由外向內(nèi)地分析系統(tǒng)的成像問題，更好地達成教學(xué)目標(biāo)。

二" 教學(xué)方法創(chuàng)新

針對學(xué)員“知識體系不完善”“理論會考不會用”的教學(xué)痛難點問題，光電成像原理課程組以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論[1-5]為指導(dǎo)，提出了基于知識圖譜的建構(gòu)主義教學(xué)模式。即借助知識圖譜教學(xué)軟件，結(jié)合情景、協(xié)作、會話等學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)員將所學(xué)的知識按自己的邏輯進行知識圖譜建構(gòu)、融會貫通，最終實現(xiàn)知識“外化”。在該教學(xué)模式下，具體教學(xué)內(nèi)容采用的教學(xué)方法如下。

（一）" 基于知識圖譜的支架式教學(xué)法

基于知識圖譜的支架式教學(xué)法[6-7]適用于理論框架明確、邏輯性強、學(xué)員已具備一定基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容。步驟如圖2所示，具體包括：

1）搭腳手架。教員按“最近鄰發(fā)展區(qū)”的要求設(shè)置學(xué)習(xí)主題，搭建腳手架。

2）獨立探索。教員設(shè)置問題，發(fā)布相關(guān)資源，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)員沿著搭建好的腳手架逐步攀升學(xué)習(xí)。

3）圖譜構(gòu)建。學(xué)員基于所學(xué)知識繪制知識圖譜框架，并挑選知識框架中最有觸動的知識點，按照自己的理解闡釋上傳，教員點評，選出有代表性的進行分享。最后，學(xué)員反饋知識框架中難以理解的知識點，教員統(tǒng)計共性難點問題。

4）協(xié)作學(xué)習(xí)。針對框架中的重難點內(nèi)容以及學(xué)員反映的共性問題，通過小組協(xié)商、課堂實驗、小組辯論等形式，對知識問題進行辨析、研討，在共享集體思維成果的基礎(chǔ)上達到對建構(gòu)的知識圖譜框架進行完善與拓展，最終完成對所學(xué)知識的意義建構(gòu)。

5）效果評價。通過小組互評與教員評價，從知識圖譜邏輯正確性、完善性、學(xué)員自學(xué)能力、協(xié)作學(xué)習(xí)過程中的討論效果等進行評價。

（二）" 基于知識圖譜的拋錨式教學(xué)法

基于知識圖譜的拋錨式教學(xué)法[6-7]適用于理論與實際結(jié)合緊密、案例豐富、具有一定難度的教學(xué)內(nèi)容。步驟如圖3所示，具體包括：

1）創(chuàng)設(shè)情境。結(jié)合學(xué)習(xí)主題，教員創(chuàng)設(shè)與現(xiàn)實情況基本一致或相似情境。

2）啟發(fā)引導(dǎo)。選擇與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題密切相關(guān)的真實性事件或問題作為學(xué)習(xí)的中心內(nèi)容，讓學(xué)生面臨并需要立即去解決該現(xiàn)實問題。

3）自主探究。教員向?qū)W生提供解決該問題的相關(guān)線索，發(fā)展學(xué)員的“自主學(xué)習(xí)”能力。學(xué)員結(jié)合自己搜集的資料，分析、加工并思考問題解決方案，初步完成解決該問題所需的知識圖譜建構(gòu)[8-10]。

4）協(xié)作學(xué)習(xí)。通過小組討論、交流，通過不同觀點的交鋒，加深學(xué)員對當(dāng)前問題的理解，并及時補充、修正已構(gòu)建完成的知識圖譜，并將問題的分析與解決思路按照各自的理解闡釋上傳。

5）效果評價。結(jié)合學(xué)員完成的知識圖譜，評價學(xué)員確定學(xué)習(xí)內(nèi)容表的能力、獲取有關(guān)信息與資料的能力、利用評價相關(guān)信息及資料的能力。

（三）" 基于知識圖譜的隨機進入式教學(xué)法

基于知識圖譜的隨機進入式教學(xué)法[6-7]適合于運用場景多樣化，對學(xué)員靈活運用能力要求高、課程中與上下文鏈接豐富的教學(xué)內(nèi)容。步驟如圖4所示，具體包括：

1）呈現(xiàn)基本情境。向?qū)W員呈現(xiàn)與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題的基本內(nèi)容相關(guān)的情境。

2）隨機進入學(xué)習(xí)。學(xué)員“隨機進入”學(xué)習(xí)所選擇的內(nèi)容，而呈現(xiàn)與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題的不同側(cè)面特性相關(guān)聯(lián)的情境。

3）思維發(fā)展訓(xùn)練。通過設(shè)置有利于學(xué)生認知能力發(fā)展的問題引導(dǎo)學(xué)員思考，結(jié)合知識圖譜構(gòu)建過程，引導(dǎo)學(xué)員建立自己的思維模型，同時通過拓展性問題，培養(yǎng)學(xué)員的發(fā)散性思維，進一步補充完善知識圖譜[8-10]。

4）小組協(xié)作學(xué)習(xí)。圍繞呈現(xiàn)不同側(cè)面的情境所獲得的認識展開小組討論，在討論中，每個學(xué)員的觀點在和其他學(xué)員以及教員一起建立的研討環(huán)境中受到考察、評論，同時每個學(xué)員也對別人的觀點、看法進行思考并作出反應(yīng)。

5）學(xué)習(xí)效果評價。通過小組互評與教員評價，從學(xué)員自學(xué)能力、小組學(xué)習(xí)過程中所作的貢獻以及是否完成對所學(xué)知識的意義建構(gòu)三方面進行評價。

三" 教學(xué)評價改革

堅持“以評促學(xué)、以評促改、以評促建”的考核理念，設(shè)計了形成性考核（滿分100分，占比60%）+終結(jié)性考核（滿分100分，占比40%）相結(jié)合方式的課程考核方式。其中，終結(jié)性考核為閉卷考試，滿分100分，終結(jié)性考核不及格，計課程考核成績不及格，最高為59分。

針對形成性考核的評價見表1，由于不同教學(xué)內(nèi)容采用的教學(xué)方法不同，因此涉及到的具體環(huán)節(jié)及評價點不同，具體見表1。

四" 改革實踐效果

（一）" 學(xué)員學(xué)習(xí)效果評價

課程組于2022年秋季學(xué)期針對第五章至第十章的教學(xué)內(nèi)容開展教學(xué)模式改革，其他內(nèi)容采用傳統(tǒng)教學(xué)方式授課。通過不同的授課模式，對比分析學(xué)員在終結(jié)性考核（A、B卷閉卷考試）過程中的得分情況發(fā)現(xiàn)，A卷平均分79.5分，B卷平均分79分，兩套題目難易程度相當(dāng)，題型覆蓋全內(nèi)容。對比A、B卷答題情況，從每題的得分率可以看出：總體上，學(xué)員對第五章、第六章、第七章相關(guān)內(nèi)容掌握較好，平均得分率在80%以上。相反，對第一到四章部分題目容易的情況下僅有20%～40%的學(xué)員答對。對比可知，采用改革后的教學(xué)模式講授的相關(guān)內(nèi)容，平均得分率為85.25%，而采用傳統(tǒng)教學(xué)方式授課的相關(guān)內(nèi)容，平均得分率為70.35%。對比可知，采用基于知識圖譜的建構(gòu)主義教學(xué)模式，學(xué)員得分率提升了14.9%。

（二）" 教學(xué)痛難點改善明顯

2022年由于疫情影響，學(xué)員在無時間復(fù)習(xí)的情況下參加光電成像原理課程考試，基于傳統(tǒng)教學(xué)模式教授的相關(guān)內(nèi)容學(xué)員得分率為20%～40%，相比之下，教學(xué)模式改革后教授的相關(guān)內(nèi)容學(xué)員得分率基本在80%以上。專業(yè)實習(xí)期間，學(xué)員知識運用能力明顯提升，解決光電成像系統(tǒng)相關(guān)問題2起，受到實習(xí)單位好評，實現(xiàn)了課程理論知識向?qū)嵺`的直接轉(zhuǎn)換，一定程度上改善了學(xué)員“知識體系不完善”“理論會考不會用”的痛難點問題。

五" 結(jié)束語

課程組圍繞光電成像原理歷年來教學(xué)過程中存在的學(xué)員“知識體系不完善”“理論會考不會用”兩大痛難點問題，從學(xué)員“體系知識建構(gòu)、逆向思維培養(yǎng)”兩方面進行突破。通過逆向重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)員學(xué)會從頂向下思考剖析光電成像系統(tǒng)，并以建構(gòu)主義教學(xué)理論為指導(dǎo)，引入知識圖譜教學(xué)工具，使知識建構(gòu)過程、關(guān)系梳理鏈接等過程得以具象化、可監(jiān)督可評價，從而激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，使學(xué)生的知識、能力、素養(yǎng)得到了綜合一體化培養(yǎng)，更好地實現(xiàn)了課程教學(xué)目標(biāo)，提升了教學(xué)質(zhì)量。

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基金項目：陜西高等教育教學(xué)改革重點攻關(guān)項目“基于系統(tǒng)工程思維的多學(xué)科交叉類課程教學(xué)改革與實踐”（23BG057）

第一作者簡介：趙搏欣（1987-），女，漢族，四川內(nèi)江人，工學(xué)博士，副教授。研究方向為光電成像技術(shù)。