學科交叉背景下生物光子學課程建設與實踐

摘? 要：學科交叉背景下的交叉學科課程建設非常重要。生物光子學是融合生命科學和光子技術發展起來的一門新興交叉學科。本文以西安電子科技大學的生物光子學課程為例，對生物光子學的形成與研究內容進行總體介紹，闡述生物光子學的課程目標和課程體系，從教學內容、教學方法、教學理念和教學評價等方面對生物光子學課程的建設與實踐進行探索，有效提高了教學質量，實現了多學科交叉融合的教學效果。

關鍵詞：學科交叉? 交叉學科? 生物光子學? 課程體系? 課程建設與實踐

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）02（b）-0171-03

Course Construction and Practice of Biophotonics under the Background of Interdisciplinary

LIU Lixin

（School of Physics and Optoelectronic Engineering， Xidian University， Xi'an， Shaanxi Province， 710071 China）

Abstract： The construction of interdisciplinary courses is very important under the background of interdisciplinary subjects. Biophotonics has developed as a new interdisciplinary subject by the integration of life sciences and photonics technology. Taking the course of biophotonics from Xidian University as an example， this paper generally introduces the formation and research content of biophotonics， elaborates the curriculum goals and curriculum system， and explores the course construction and practice from the aspects of teaching content， teaching methods， teaching concepts and teaching evaluation. This research effectively improved the teaching quality and achieved the teaching effect of interdisciplinary integration.

Key Words： Interdisciplinarity; Interdisciplinary subject; Biophotonics; Curriculum system; Course construction and practice

學科交叉已經成為提升大學辦學水平、人才培養質量和整體競爭力，促進跨越發展的必由之路。學科交叉研究體現了科學向綜合性發展的趨勢。華中科技大學教育科學研究院劉獻君教授在《學科交叉是建設世界一流學科的重要途徑》一文提出，在“雙一流”建設中，一流學科建設是其基礎和核心，而學科交叉是建設一流學科的重要途徑[1]。

學科交叉是指不同學科之間的相互交叉、融合、滲透，其結果是逐漸形成一批新興交叉學科。近代科學發展特別是科學上的重大發現，國計民生中的重大社會問題的解決等，常常涉及到不同學科之間的相互交叉和相互滲透。高校要為學科交叉創設良好的環境，而面向本科生、研究生的交叉學科課程建設與實踐是其中重要的一個環節[2]。

生物光子學課程是一門多學科交叉的綜合性課程。本文以西安電子科技大學的生物光子學課程為例，介紹生物光子學的形成與研究內容，闡述生物光子學課程的教學目標和課程體系，從教學內容、教學方法、教學理念和教學評價等方面探討學科交叉背景下生物光子學課程的建設與實踐。

1? 生物光子學形成及課程教學目標

生物光子學（Biophotonics）是在20世紀量子理論、技術革命、基因科學三大科技進步的基礎上，融合生命科學和光子技術發展起來的一門新興交叉學科。它交叉于光學、光電子學、生物學、醫學、電子學、材料學等諸多領域，其應用涉及到生物學研究、醫學疾病診斷、治療及預防等，多學科的相互交叉融合又會為新技術的發展和應用開辟新的途徑。圖1所示為生物光子學的總體介紹[3]。

我校物理與光電工程學院于2012年起開設了本科生的生物光子學選修課，在本科教學水平工作評估和工程教育專業認證的推動下，不斷完善并優化該課程的教學大綱和教學體系。課程教學目標是從光和生物組織體相互作用的基本現象入手，系統、深入地介紹基本概念、基本原理、技術、方法和應用進展，并通過講授生物光子學中的典型應用實例、最新科研成果及研究動態，給學生提供一個關于學科知識和技術應用的簡明主線。通過課程的學習，學生能對這門新興學科的方法、技術和現狀有較為深刻的認識，為設計生物醫學光學檢測儀器和從事生物光子學研究打下堅實的基礎。同時激發學生的學習和科研興趣，培養學生的創新能力，進而提升學生的專業素養。

2? 生物光子學課程建設與實踐

在學科交叉背景下，對生物光子學課程的建設與實踐進行探索和研究。實現在教學內容、教學方法、教學理念和教學評價等方面的改革與創新，提高教學質量，激發學生的學習興趣和激情，提升學生的專業素養，培養學生的多元化思維、國際化視野以及協同創新能力[4-5]。

2.1 教學內容

在推進一流大學和一流學科建設的進程中以及在教育部工程教育專業認證的推動下，完成對生物光子學課程教學大綱的優化和修訂，設計不同的課程模塊，提高課程實踐所占比例，注重發展性、過程性考核。在教材選擇上，為學生提供了國內外相關多種參考書籍和文獻資料，授課時以紐約州立大學布法羅分校Paras N. Prasad教授的《生物光子學導論》（何賽靈譯），以及由駱清銘、張鎮西教授主編的國家衛生健康委員會/教育部生物醫學工程專業教學指導委員會“十三五”規劃教材《生物醫學光子學》為指導。課程體系設計如圖2所示[3-6]。在教學環節設計上，分為基礎知識、案例教學和互動實踐三部分：基礎知識包括光子學、生物醫學、光與生物體相互作用，以及光電檢測技術的基本概念、基本原理，以老師講授為主，開展線上答疑;案例教學包括專題講座和實驗示例，主要對生物光子學中的重要技術、方法和應用進行講解，并輔以典型的實驗，如光鑷、全內反射熒光顯微技術等進行展示;實踐部分選取本領域重要的技術及應用，以課堂分組討論和口頭報告的形式由師生互動完成。在教學過程中，通過合理設計使內容深入淺出，提高學生自學和課上反饋比例，注重理論與實踐的結合。

2.2 教學方法

教學方法和手段是教學改革與實踐的重要內容之一。本課程采用混合式教學模式，線上線下相結合，綜合運用課堂講授、提問鞏固、案例教學和主題發言等方法[5，7-8]。根據課程需要，將不同的方法與課程內容有機地結合起來，形成“教”與“學”的統一，提高教學效率和教學效果。授課過程中，將網絡、多媒體等現代教學手段和管理模式有機結合并應用于教學實踐中，激發學生的學習興趣，提高參與程度。教師結合自己的科研工作，講解具體案例及注意事項，加深學生對于相關原理的理解和掌握，強化學生分析和解決問題的能力。學生在有效閱讀文獻的基礎上，自行選擇某一主題，在課堂上發表自己的見解，提高了獨立思考能力和語言表達能力。開展翻轉課堂實踐，老師布置某項任務由學生分組完成并在課堂上進行匯報，增強了互助合作的團隊意識。同時鼓勵學生進實驗室參觀學習并積極參與課題研究，提高學生的實驗設計能力和動手操作能力，對于培養學生的科學研究能力和創新意識具有重要作用。

2.3 教學理念

教學理念對教學活動有著極其重要的指導意義。教學過程中，教師積極轉變思路，不以灌輸知識為目的，而以學生為主體，關注學生的進步與發展;從宏觀著眼，細節著手，增強學生對交叉學科和專業應用領域的認識;以任務為導向，激發學生的學習興趣和主動性，培養學生的自學能力;推薦相關的專業書籍、參考文獻和講座報告，鼓勵學生分組討論、上臺演講，由被動接受變為主動參與，培養學生在多元文化環境和國際環境中獨立思考和協同創新的能力;利用“學在西電”課程平臺、QQ課程群、微信等方式和學生開展教學互動、課后答疑、報告推送等，充分發揮線上線下、課堂內外的優勢組合與多元融合，實現知識的不斷深化。

2.4 教學評價

教學評價主要包括對教師教學工作過程的評價和對學生學習效果的評價。教師通過平臺發放隨機問卷由學生進行評教，根據評教意見完善課程內容、改進教學設計等，從而不斷提高教學質量。在對學生學習效果評價時，不以一次考試為評定標準，注重發展性、過程性評價。課程總成績包括10%的課堂測驗成績，30%的課程研究性學習成果成績和60%的期末報告成績。

3? 結語

學科交叉和融合既是科學研究的熱點領域，又是未來學科發展的主要方向，已經引起大多數高校的重點關注。新時期辦學要改變傳統的教育教學方法，建設開放、多元的學科文化，重視學科交叉背景下的交叉學科課程建設，培養具有多學科背景、具有獨立思考和協同創新能力、適應國際化發展需要的復合型人才。在學科交叉背景下從教學內容、教學方法、教學理念和教學評價等方面成功探索了生物光子學課程的建設與實踐，將為其他交叉學科課程的開展和建設提供借鑒和指導。

參考文獻

[1] 劉獻君. 學科交叉是建設世界一流學科的重要途徑[J]. 高等教育管理， 2020， 14（1）： 1-7，28.

[2] 劉立新. 交叉學科發展與本科生培養的一些思考[J]. 科技創新導報， 2018， 15（23）： 192-194.

[3] Paras N Prasad. Introduction to Biophotonics [M]. Hoboken， New Jersey： John Wiley & Sons， Inc.， 2003.

[4] 程芳琴， 曹麗瓊. 交叉學科背景下資源循環科學與工程專業研究生課程建設研究[J]. 教育理論與實踐， 2019， 39（27）： 50-52.

[5] 孫克萍，江廷磊，林愛青，等.分子生態學課程建設與實踐[J]. 高校實驗室工作研究， 2017（1）：1-3.

[6] 李昂，崔崇威，馬放，等.學科交叉背景下的微生物生理學課程體系改革與建設[J].微生物學通報， 2018， 45（3）： 581-588.

[7] 張蓓蓓， 武丹， 李婉. 基于混合式教學模式的教學實踐與效果分析研究[J]. 湖北開放職業學院學報， 2019， 32 （9）：133-134.

[8] Jennifer Catharine Evans， Hennie Yip， Kannass Chan， Christine Armatas， Ada Tse. Blended learning in higher education： professional development in a Hong Kong university. Higher Education Research & Development， 2020， 39（4）： 643-656.