工程光學課程金課建設初步研究

毛少娟 李剛 黃富瑜 陳玉丹 李莉

摘 ?要 當前全國各高校都非常重視金課建設研究，提出要消滅“水課”，建設金課。結合陸軍工程大學石家莊校區電子與光學工程系工程光學課程兩期的教學實際，分析當前課程教學中凸顯的問題，針對這些問題，從教學內容、教學手段、教學方法三方面以金課標準對其進行初步建設，力爭使這一課程更加符合人才培養方案要求，更加貼近部隊需求。

關鍵詞 工程光學;金課;教學內容;教學手段;教學方法;教學輔助軟件;課程思政;實驗儀器

中圖分類號：G642 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）05-0047-04

0 前言

為了貫徹落實黨中央、習主席關于深化國防和軍隊改革的決策部署，2016年我軍院校進行了大規模編制體制調整改革，光學工程教研室的教學培訓任務隨之發生較大變化。針對部隊需求和專業培訓特點，教研室對承訓專業的專業課程體系及內容設置進行修訂，經多方調研論證，將原來教研室開設的應用光學和物理光學課程合并為工程光學課程。自光學工程教研室成立以來，應用光學和物理光學兩門課程一直是教研室承訓專業的主干型專業基礎課，在光學工程學科的教學中起著承前啟后的作用，占有十分重要的地位;二者合并為工程光學課程后，已經經歷兩輪教學實踐，發現課程教學中存在的某些突出問題。筆者力圖通過對教學內容、教學資源以及教學方法等的合理整合、優化及設計，以金課標準對其進行精心設計，使得這一課程更加符合新版的人才培養方案和培養目標要求，更加貼近部隊需求。

1 當前課程教學中存在的問題

課程學時多，教學頻次安排緊湊 ?作為工程光學課程的前身，應用光學和物理光學兩門課程的側重點各不相同：應用光學采用光線理論來闡述光學現象，較為形象，便于理解;而物理光學側重光的波動理論，較為抽象。二者本身均為有一定難度的課程，合并之前教學學時分別為50學時和60學時。在開課時間上，應用光學課程一般較物理光學課程提前一個學期開課，安排在大二春季學期。兩門重要的專業基礎課程在開課時間上相互錯開，有利于合理地安排教學頻次，有利于學員更好地消化吸收知識。二者合并后教學學時壓縮為80學時，開課時間安排在大三秋季學期授課，同時期學員還開設有激光技術及應用、光電技術、現代光學實驗等幾門重要課程。這幾門課程均以工程光學課程內容作為基礎，從開課時間順序上要求安排在工程光學課程之后，而整個學期教學時間又是有限的，這就勢必要求工程光學課程盡可能開得早一些、講得快一些，以方便后續課程的教學。

課程內容多，學員易出現學習疲沓現象 ?工程光學課程教學內容包含幾何光學和物理光學兩大部分，各部分的內容模塊相較原來的應用光學和物理光學沒有明顯減少，這也是前期研討課程教學計劃時教員為了保證教學內容的完整性和系統性的考慮。經過兩期的教學實踐，發現學員在如此多學時的大課程學習中容易出現學習疲沓現象和教學內容的遺忘，學了后面忘記前面，不利于課程知識的整體掌握。

課程理論性強，難以引起學員興趣 ?工程光學課程中的幾何光學和物理光學部分均涉及很多的公式推導，授課中如果過度強調這些推導過程，不利于學員工程應用能力的培養，體現不出工程光學教學內容的實用性與趣味性;而且學員普遍對這些公式推導過程不感興趣，課堂授課質量差，學員對知識的吸收能力很弱，對所學知識的工程運用和前景不甚清楚。

授課方式單一，教學不夠生動形象 ?目前的課堂教學中主要還是采用傳統的板書結合PPT的講授式教學方式，雖然課程組在課件中盡可能多地融入了動畫、視頻、實驗演示等內容，在一定程度上能夠提升學員的學習興趣，但是這種單一的教學方式仍然不足以長時間地吸引學員的眼球。

教學環境轉換，學員適應新環境需要過渡期 ?本專業學員現實行的是“2+2”培養方式，前兩年在南京校本部學習基礎課程，后兩年（大三和大四）在石家莊校區學習專業課程。工程光學課程作為學員來到石家莊校區后接觸的第一門專業課程，其教學方式、授課節奏、學習方法、考試安排等均與南京校本部課程有所區別，學員亟待調整來適應新的教學模式。

2 工程光學課程金課建設實踐

針對上述問題，從以下幾方面對課程進行初步建設。

教學內容上，規劃設計好教學內容

1）合理分配學時，規劃好各部分教學內容。工程光學課程總學時為80學時，內容包含幾何光學和物理光學兩部分，合理分配這兩部分內容的授課學時，對于開展整個教學活動至關重要。鑒于此，對多個開設工程光學課程的地方高校進行調研，多數高校的學時分配方案是物理光學部分較幾何光學部分多。考慮到本專業的人才培養目標及學員在前期基礎課程大學物理中學習過部分簡單的物理光學知識，將幾何光學和物理光學兩部分均分為40學時。以此為基礎，教員對課程內容進行下一步的合理設計。

2）完善課程標準，刪減與其他課程重復內容。課程選用教材為機械工業出版社出版，郁道銀編著的國家精品課程教材《工程光學》，涵蓋內容極其豐富。鑒于教學課時有限，不可能在一個教學周期內完成全書內容的講授，必須對教材內容進行合理的刪減整合。考慮到教學中既要強化學員的基礎理論教學，又要引入應用技術及前沿課題，保證課程的先進性，按時完成教學任務，經教研室專家教授研討決定，在盡可能保證教學內容完整性、系統性前提下，工程光學課程內容教學重點側重在基礎知識上，將教材中涉及的前沿技術以教學案例的形式穿插到基礎知識講授中。其中幾何光學部分重點講授“幾何光學基本定律與成像概念”“理想光學系統”“平面與平面系統”和“光學系統中的光闌與光束限制”等四章內容;物理光學部分重點講授“光的電磁理論基礎”“光的干涉和干涉系統”“光的衍射”以及“光的偏振和晶體光學基礎”等基礎知識，詳細的教學內容安排如表1所示。

教學手段上，采用生動性、可視化的輔助手段

1）開發課程教學輔助軟件。針對這種大課時、內容多、理論性強的課程，必須采用多種教學手段來提高教學效率，避免學員感覺課程枯燥乏味。授課中注重在PPT課件中適當增加視頻、動畫等資源，提高學生學習興趣，適度減少冗長復雜公式的推導過程，側重講清公式及結果的物理含義。除此之外，為了使學生能更深刻地理解理論知識，增強課程的生動性和可視化，開發工程光學輔助教學軟件，主界面如圖1所示，分為幾何光學和物理光學兩部分，每一部分均包含學習課件、教學資源、題庫、輔助軟件等四個模塊。其中，學習課件匯集了教師上課所用的教案和PPT課件，方便學員課下查看學習。教學資源模塊包含教員從互聯網上搜集的工程光學國家級或省級精品課程的視頻和動畫等資源，解決了軍校學員不便上互聯網查找資料的難題。幾何光學和物理光學的題庫各包含至少1 000題，做到了教學內容重難點的全覆蓋。幾何光學輔助軟件部分如圖2所示，采用ZEMAX軟件，將傳統教學中難以演示的光路路徑、光學元件（系統）以三維實體的方式精準地構建出來，極大地增強了理論知識的形象化和準確性[1]。物理光學輔助軟件部分如圖3所示，采用MATLAB軟件構建物理光學仿真平臺，方便教員在課上演示光學實驗的實驗效果，有效地提高了課堂教學效率，改善了當前課時壓縮和教學內容有增無減的矛盾。

2）增加課堂演示實驗。工程光學課程的理論知識較為抽象，其中涉及很多光學實驗，這些實驗裝置、實驗現象、實驗過程僅憑教師的口授講解，學員理解起來比較困難。前期教學中，教研室一直缺乏與課程配套的實驗儀器，課程中涉及的經典實驗只能借助課件或仿真的方式盡可能地使其生動化，但是學員的工程實踐能力和創新能力無法得以鍛煉提高。為此，課程組購置一批小巧、便于組合的先進實驗儀器，包括光學系統像差測量實驗儀器、應用光學基礎實驗儀器、光的偏振與晶體光學實驗儀器、物理光學基礎實驗儀器，如圖4所示。這些實驗元器件通過組合，基本能夠覆蓋工程光學課程的經典光學實驗，既方便教員在課堂上演示實驗，也可以讓學員利用課余時間自行組隊深入研究感興趣的實驗，同時可以作為學員開展科技創新的基地，提升學員的科研能力和工程實踐能力。

教學方法上，依據教學內容的不同，選取合適的教學方法

1）引入課程思政元素。2016年底，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出：“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面。”[2]軍隊院校更應時刻注重學員的思想政治教育，而專業課程教學中涉及的都是學術性、針對性很強的專業知識，如何在課程中挖掘思政元素并將其融入教學中，是一個值得任課教員深思的問題。如在教材下篇的物理光學部分有“光的干涉和干涉系統”一章，光的干涉理論上是指在多個光波疊加的區域內、在觀察時間里形成穩定的光強強弱分布的現象，干涉后的總光強可能大于或小于各光波強度之和，出現1+1>2或1+1<2的效應[2]。由此現象，向學員傳遞“二人同心、其利斷金”和“團結就是力量”的正能量，引導學員樹立團結協作、共同進步的意識，注重班級和團隊的凝聚力建設，增強集體榮譽感。

2）采用小組合作與任務驅動相結合的方法。為了充分調動學員參與課堂教學的積極性，教員在授課中采用小組合作與任務驅動相結合的教學方法。課前選取教學內容難度適中的課題，以設計任務的形式提前布置給學員，全部學員分成若干小組，每組2～3人分工合作完成課題任務，課堂上每組學員輪流進行答辯講解。如在幾何光學部分，教員講授關于光學系統成像和像質的基本知識后，布置“簡單望遠系統”的設計任務，讓學員課下根據已有知識或查閱資料，自行設計出系統方案，課上答辯時由全體學員討論、評判方案的可行性及有無進一步優化的可能。在這種學員自己設計、眾人思想碰撞的過程中，學員相當于又把知識梳理了一遍，增強了將理論知識應用于工程實踐的能力。

3 結語

當前，全國各高校積極響應第一次新時代中國高等學校本科教育工作會議精神，發出金課建設研究的強烈信號，同時校區近期也開展了廣泛的課程改造工作，由此可見課程建設在人才培養質量方面的重要作用。本文以本專業學員的專業基礎課程工程光學為例，針對兩期的教學實踐反映出來的問題，從教學內容、教學手段、教學方法三方面提出解決方法，并對課程進行了初步的改造和建設，以期通過這些方法手段，使其更加符合新版的人才培養方案和培養目標要求，更加貼近部隊需求。

參考文獻

[1]李莉.基于光學設計軟件的應用光學課程建設研究[J].教育教學論壇，2015（34）：170-171.

[2]卞海溢，曹蘇群.課程思政在工程光學教學中的實踐探索[J].教育教學論壇，2020（22）：262-265.