地方本科高校工程光學課程工程體驗式教學初探

周遠 陳英 劉安玲 汪之又

摘 要：基于目前地方本科高校工程光學課程教學內容、模式、條件普遍難以滿足應用型人才培養及新工科改革的需求的現象，文章針對工程光學課程教學探討了工程體驗式教學方式，以提高學生工程實踐能力為核心重構教學內容。要將線上和線下、課內和課外相結合，以問題、任務或項目驅動教學;通過創建貼近工程實踐的教學平臺、“雙師型”教學隊伍、自主學習型網絡教學平臺及資源，為工程體驗式教學提供條件;要以學生為中心，促使學生主動建構知識并提升工程綜合能力。

關鍵詞：地方本科高校;工程光學課程教學;工程體驗式教學

一、引言

工程光學是光電、儀器、測控等類別專業的基礎課。[1]課程通過學習光學基本知識、理論、方法及典型光學系統和技術應用，為解決專業領域復雜工程問題打下良好的光學工程理論基礎。在高校應用型轉型發展和新工科建設背景下，地方本科高校工程光學課程教學不僅要求傳授光學基本理論知識，更需結合工程實際應用培養學生光學方面的工程綜合實踐能力。工程體驗式教學將課程教學與工程實踐緊密融合，讓學生在貼近工程實際的教學場景中通過完成任務或項目主動建構知識，培養工程綜合能力。[2]因此，在工程光學課程教學中探索工程體驗式教學方式，是地方本科高校應用型轉型和新工科改革中課程教學研究的有益嘗試。

二、地方本科高校工程光學課程教學問題分析

在高等數學和大學物理知識基礎上，工程光學主要學習幾何光學和波動光學的基礎理論，為其他專業課程打下光學基礎。該課程理論性、工程性、實踐性強，知識點多而零散，包含諸多抽象的概念和枯燥的公式。[3]對照地方高校應用型轉型和新工科改革的要求，該課程的傳統教學大多凸顯以下不足：

一是教學內容設計不利于提升學生的知識應用能力，也難以有針對性地與地方相關產業發展相契合。目前地方本科高校工程光學課程內容大多是基于學科邏輯的知識體系設計，仍按照學術型人才培養的思路制訂教學大綱，過于強調學科邏輯的系統性和完整性，而工程應用難以達到應用型轉型和新工科改革的要求。地方高校學生數理基礎普遍偏弱，這樣的教學內容難以激發其學習興趣。另外，這種過于追求全面和深入的內容設計淡化了課程知識與地方產業工程實踐的聯系，不利于培養區域相關行業需要的人才。

二是教學模式和方法難以體現以學生為中心、以能力培養為主的思路。地方高校工程光學課程的理論課教學大多借鑒以往學術人才培養的傳統模式，往往專注于光學理論的枯燥推演而對知識在工程實踐中的應用延展不足。[4]學生較少有機會參與課堂交流和討論，導致其學習興趣喪失，學習能力難以提升。在實踐教學環節，由于光學器件系統的設計和加工十分繁雜，教學與工程實際普遍脫鉤嚴重，導致教學內容局限于基礎驗證性的項目，難以使光學理論延伸到貼近工程的領域，不利于從知識傳授為主向工程能力培養為要的轉變。

三是教學的條件難以支撐應用型光電工程技術人才的培養。地方高校辦學基礎相對薄弱，其課程教學的軟硬件條件較為缺乏。相對電子等類別的課程，工程光學實踐所需的光學儀器設備及耗材往往昂貴且對環境要求較高。很多高校僅能依靠大學物理課程的光學實驗設備做一些原理性實驗，[5]無力更進一步培養學生的光學工程實踐能力。另外，課程教師大多為學術型師資，缺乏一線工程經驗，在指導工程實踐時顯得力不從心。

工程體驗式教學是解決以上問題的可選方式，它以提高學生工程能力為核心目標重構課程教學內容，以貼近工程實際的任務或項目為驅動促使學生主動建構知識并提升工程能力和素質，通過創建貼近工程實際的實踐教學平臺、建設雙師型師資隊伍來營造工程實踐氛圍，為工程體驗式教學提供軟硬件保障。

三、工程光學工程體驗式教學實施步驟

（一） 以提高學生工程能力為核心重構課程教學內容

根據地區相關產業發展需要的光學知識及工程素質能力確定課程教學目標。圍繞目標，結合本校學生基礎及后續專業課程教學需求，在課程原有光學知識體系基礎上有針對性地重構教學內容，提煉知識模塊，形成教學大綱。一要讓教學回歸工程，即注重各知識模塊的實際工程應用。盡量將課程知識融入工程案例，形成貼近工程實際應用的問題、任務或項目。二要打破以往基于學科的知識結構，轉而以產業所需的光學知識及能力要求為主線設計教學內容。將產業發展需要的內容作為教學重點，安排足夠課時保證教學效果。對于在大學物理課程中已學的知識模塊（如干涉、衍射理論）僅安排較少課時回顧總結。對于與后續專業課有重復的內容可安排在后續課程中學習，如光度學和色度學知識可安排至光學檢測技術課程，像差理論可安排至光學設計課程等。根據產業相關工程技術發展趨勢，適當增加前沿光學研究成果、最新光學工程應用進展等內容。

（二）探索工程體驗式教學模式

工程體驗式教學的理論依據是建構主義學習觀，突出以學生為中心，通過“情景、協作、會話、意義建構”四個要素促使學生主動建構光學知識，獲得工程能力。[6]教師首先要創設貼近工程的情景，包括創建光學類工程實踐教學平臺及資源，給學生布置貼近實際應用的光學問題、工程任務或項目。學生自主調研資料，通過與同學、教師的協商討論，確立方案并完成任務，最終建構知識并內化為工程能力和素質。需圍繞光學知識的應用來設計問題或任務，可為光學器件、系統參數理論設計，也可為實物設計和制作。如在學習光柵衍射時，可根據光柵分光的性能要求布置學生設計光柵的結構參數，也可指導學生調研資料設計和制作分光測色儀。教學中師生、生生間的“協作、討論”可通過線上和線下，課內和課外相結合的教學模式。課前教師通過網上教學平臺提供教學視頻、課件、案例等教學資源并布置任務，學生課外線上自學，調研資料并思考方案。線下理論課堂師生一起總結知識點，討論知識的實際工程應用并交流解決方案。實驗教學多采用貼近工程實際的綜合性、設計性項目，培養學生工程實踐能力和工程素養。例如，可引導學生利用實驗室條件自主設計方案測光波波長、介質折射率、飲料糖度等。課程設計或實訓環節宜布置難易度適中的典型工程實踐案例任務，引導學生調研資料，設計方案，利用貼近工程的實踐教學平臺完成實踐項目，從而掌握相關工藝，熟悉工程流程，提高工程設計能力。例如，可引導學生設計和制作望遠鏡，檢測光學元件面型精度、像差、傳函等。課外創新教學只針對部分學有余力的學生，讓學生參與教師科研，以大學生創新項目、學科競賽等為載體，采用項目驅動式教學，以導師制實施，旨在進一步提升學生工程綜合能力。

（三）創設工程體驗式教學條件

工程體驗式教學必須創設工程“情景”以保障教學的實施，包括創建工程實踐教學平臺、教學師資隊伍、網絡教學平臺及課程教學資源。宜與地區光電類生產研發企業、教儀研發企業等合作，建設貼近工程實踐的教學平臺或校外真實工程實踐平臺，將工程技能、素質內化于教學。例如，可建立工位式光學器件組裝與檢驗實踐平臺，全面系統地模擬光學元件檢測、光學系統像差檢測、光學鏡頭組裝等的“原理—設計—裝配—測試”一整套工藝流程。通過培訓和聘用相結合的方式建設“雙師型”課程教學師資隊伍。通過校企合作，選派教師參與企業工作或各種形式的光學類工程技術培訓來積累實踐經驗，也可聘請企業工程師參與實踐教學。建設宜于線上線下混合式教學的自主學習型工程光學網絡教學平臺，方便師生、生生交流討論和資源展示。利用多媒體課件、慕課視頻、工程實踐視頻圖片、工程過程動畫、工程案例等資源輔助教學。精選Zemax、Lighttools等光學設計軟件的學習資料上傳網上平臺，便于教師引導學生課后自學。

四、結語

在工程光學課程教學中嘗試工程體驗式教學，順應了地方本科高校應用型人才培養和新工科課程教學改革的需求。當前地方高校的工程光學課程教學內容不利于提升學生工程能力，教學模式難以體現以學生為中心，教學條件難以支撐應用型工程人才培養的需求。工程體驗式教學需要以提高學生工程實踐能力為核心重構教學內容，還要以學生為中心，線上線下、課內課外相結合，以問題、任務或項目驅動教學，促使學生自主建構知識，獲得工程能力，同時通過創建貼近工程實踐的教學平臺、“雙師型”教學隊伍、自主學習型網絡教學平臺和教學資源，為工程體驗式教學提供條件。

參考文獻：

[1]蔡懷宇，郁道銀，李 清.“工程光學”國家精品課程的建設與改革[J].高等理科教育，2006（2）：38-40.

[2]邢以群，魯柏祥，施 杰，等.以學生為主體的體驗式教學模式探索——從知識到智慧[J].高等工程教育研究，2016（5）：122-128.

[3]陳 穎，王春芳，童 凱.工程光學多元化教學模式研究[J].教學研究，2014，37（2）：89-92.

[4]李 麗，劉曉波.工程光學教學改革探索[J].實驗技術與管理，2009，26（8）：129-131.

[5]鄧榮標.工程光學實驗項目的優化研究[J].實驗技術與管理，2015，32（4）：220-222.

[6]余勝泉，楊曉娟，何克抗.基于建構主義的教學設計模式[J].電化教育研究，2000（12）：7-13.