“物理光學”一流課程建設探索與實踐

云茂金　劉眉潔　王進　王美　邵渭泉　滕冰

關鍵詞 一流課程;課程思政;物理光學

課程是人才培養的核心要素，課程質量直接決定人才培養質量[1]。為此，教育部堅持學生中心、產出導向、持續改進的理念和高階性、創新性、挑戰度的標準，于2019年全面開展一流本科課程建設[2]。青島大學“物理光學”課程教學團隊自2014年開始以應用物理學國家級特色專業（現為國家級一流本科專業）、光電信息科學與工程省級品牌特色專業（現為省級一流本科專業）和國家級應用物理實驗教學示范中心為平臺，以山東省重點教研項目為抓手，圍繞課程建設開展了一系列課程教學改革，在課堂教學傳授知識的基礎上，通過融入光學領域的前沿研究成果，拓展光學向相關學科的交叉和延伸，引導學生主動學習，提高其發現問題、分析問題和解決問題的能力。這與當前國家級一流本科課程“創新性、高階性、挑戰度”的建設標準，知識、能力、素質三位一體的人才培養目標完全吻合。在多年的課程建設過程中，“物理光學”課程教學團隊取得了一定的階段性成果，如：2014年獲山東省高等教育省級教學成果三等獎2項、2018年獲山東省高等教育省級教學成果獎一等獎2項。在此基礎上，“物理光學”課程分別于2019年和2021年入選山東省首批一流本科課程和山東省課程思政示范課程、“物理光學”課程教學團隊于2021年入選山東省課程思政示范教學團隊。

1 “物理光學”課程的基本情況及存在的問題

“物理光學”是面向物理科學學院應用物理學國家級一流本科專業、光電信息科學與工程省級一流本科專業等專業開設的一門專業基礎核心課程，主要從光的電磁場理論出發，研究光的本性、傳播及光與物質的相互作用，是激光原理與技術、信息光學、光纖通信原理與技術、光電檢測技術等課程的學科基礎[3-7]。此前，“物理光學”課程建設與國家級一流本科課程的建設思路基本一致，但在“創新性、高階性、挑戰度”的標準上存在一定的差距，在教學理念、教學內容、教學方式上存在諸多問題，如：

（1） “物理光學”課程既要培養學生扎實的數理基礎，又要培養其動手能力，既要開闊其視野，又要拓展課程的深度，提高學業“挑戰度”，更要培養其自信，如何兼顧？

（2） 如何把教學的重點從單純的理論推導轉向培養靈活的思維能力上來，在提高“參與度”的前提下，提升興趣，激發求知欲，實現教學內容的“創新性”、人才培養的“高階性”？

（3） “課程思政”是實現過程育人、全員育人的新要求[8，9]，“物理光學”課程在確保“兩性一度”的標準上，如何在教學中思考和挖掘相關知識內容中的思政元素，實現課程教學與思政教育的統一？

無論是百年未有之大變局下的新發展格局，還是新一輪科技革命和產業革命引發的深刻變革，都對新時代人才培養提出了新要求。為此，我們對“物理光學”課程的課程體系、教學內容及教學方式進行了全面深入的改革，并取得了顯著的成效，對同類課程的建設起到一定的示范和推廣作用。

2 “物理光學”一流課程建設的具體舉措及實施

傳統課堂存在著少、弱、多、悶等諸多弊端，師生互動少，學生主動思考少，老師滿堂灌，課堂氣氛沉悶，學生能力得不到有效的培養。為此“物理光學”課程團隊以“學生中心、產出導向、持續改進”的理念對課堂教學進行了全面深入的改革（見圖1），課程改革以學生發展為中心，以立德樹人為根本任務，在講授課本內容的基礎上通過課程論文設計、以賽促學、學生參與授課等環節實現課程教學方式及內容的“創新性”;通過參與科研項目、仿真計算、專題討論、融入前沿等環節提高學業“挑戰度”;通過高端學術講座和過程性考核，實現課程人才培養目標的“高階性”;課程思政與教學內容有機融合，貫穿所有教學環節，起到有意無形、潤物無聲地育人作用。具體措施如下：

2.1 遵循“兩性一度”標準，重構課堂教學內容

基于國家級一流課程“高階性、創新性、挑戰度”的標準，根據不同專業需求以及課時設置情況，我們重構教學內容，開設了64學時（4學分）、48學時（3學分）兩個不同的課程設置。課程內容突出光學基礎主干，通過光的干涉、衍射、偏振等基礎知識的進階應用，將量子光學、微納光子學、拓撲光子學等前沿知識融入到物理光學的教學中，視學時及基礎知識的掌握情況來拓展學習深度、提高課程內容的挑戰度，使基礎知識重心上移、課程內容深度由淺入深，最終實現課程目標的高階性、挑戰度（見圖2）。課堂上采用“雨課堂”等現代信息技術與課堂討論深度融合的“創新性”教學方式，考核中布置有“挑戰度”的課堂討論、課程論文、計算仿真等開放性作業，將知識、能力、素質有機融合實現人才培養目標的“高階性”。

例如：課程論文拓展課程深度方面，我們讓學生結合所學知識選擇課題、設計完成論文、并以答辯形式匯報，老師對每位成員進行提問。這不僅鞏固基本知識、拓展深度，也激發其學習興趣，實現教學目標的“高階性、挑戰度”。在該教學環節下，學生分析問題、解決問題的能力得以大大提升，多位本科生以第一作者在《實驗室科學》、《OpticsExpress》等期刊發表高水平論文。

2.2 以學為中心，提高課堂參與度

無論是講授理論知識，還是課程思政，提高課堂效率的有效手段是提升參與度。為此，我們以學生發展為中心，開展以結果為導向的教學和以學評教的評價方式。結合所學知識，融入我國在光學領域的先進技術，通過課堂討論、課程論文、計算仿真等形式的開放性作業提高參與度。例如：講量子光學初步時，我們會介紹中國在量子光學領域的“墨子號”量子通信衛星、量子計算機“九章”、量子成像（鬼成像）等舉世矚目的成就，鼓勵學生通過查閱資料，建立模型、對所學知識進行仿真，建立清晰的物理圖像。這不僅加深其對知識的理解、提高其仿真能力，還提高了課堂 “參與度”，實現教學目標的“高階性、挑戰度”。經過仿真模擬的鍛煉，不僅鞏固所學知識、培養科學素養，還使學生擁有很強的建模技能，多次在數學建模競賽中獲獎。經過課堂討論環節，學生的表達、總結、邏輯能力均得以提升，多位學生在全國以及山東省大學生教學技能大賽中獲獎。

2.3 以賽促學、以賽促教，確保“高階性”

將“物理光學”課程和競賽有機結合，通過競賽使學生的專業知識、創新能力、合作意識等綜合素質得以提升，實現人才培養目標的“高階性”。例如：在學習雙折射晶體的電光效應之后，結合老師在透明壓電陶瓷材料方面的科研項目，指導學生自主開發了基于透明陶瓷的多功能電光調制教學實驗裝置，該實驗裝置在全國光電設計大賽中獲二等獎。該舉措不僅使學生的創新創業能力得以大大提升，還獲得多項國家發明專利與國家級競賽獎勵。

2.4 注重過程性考核，彰顯課程挑戰度

注重過程性考核，通過課前評價引導問題診斷，課中評價引導策略調整，課后評價引導目標重建，做到知識、能力、素質并重。課程考核采用10%+10%+20%+60%的計分模式來綜合評價學生的學習情況（圖3），其中：課前預習、文獻調研占10%，課堂討論、平時作業占10%，建模仿真、課程論文占20%，期末考試60%。通過課堂討論、建模仿真和課程論文答辯等“創新性”教學環節，提升學業“挑戰度”，實現教學目標的“高階性”，對客觀評價學習效果和解決重突擊、輕平時的弊端起到了積極作用。

2.5 結合時代背景，融合課程思政，重構育人理念

“物理光學”課程改革以學生發展為中心，以立德樹人為根本任務，結合學校辦學定位、專業培養目標，圍繞“為誰培養人，培養什么人、怎樣培養人”這一教育的根本問題，從物理光學基本知識的過去、現在和未來挖掘課程蘊含的思政元素，合理設計思政教學切入點，重構課程教學內容和課程體系。如：講解光學儀器的分辨本領時，在講清其光學基本原理的前提下（過去），引出有我國自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏射電望遠鏡“天眼”（現在），并介紹其總設計師、“人民科學家”南仁東的光輝事跡。通過這一事例，老師既要把基礎知識與學科前沿動態和社會發展需求緊密聯系起來，契合 “創新性、高階性、挑戰度”的課程標準，還要用心把科學家獻身科學事業所蘊含的道理講深、講透、講活，讓學生用心領悟，達到溝通心靈、啟智潤心、激揚斗志的目的。在此基礎上，進一步啟發學生思考屢被“卡脖子”的光刻機等未來的事情，使學生站在民族發展的高度進行自我規劃。由此將物理光學基本知識、技術的傳授與社會主義核心價值觀相融合，在講授專業知識的同時潤物無聲地將知識傳授、價值塑造和能力培養三者融為一體，踐行為黨育新人，為國育良才的使命。

3 “物理光學”課程建設成效

多年來，“物理光學”課程團隊秉承“學生中心、產出導向、持續改進”的理念，實現了從“以教為中心”到“以學為中心”的轉變，教學內容及方式具備了一定的“創新性”，學業“挑戰度”得到合理提升，實現了人才培養的“高階性”。團隊成員圍繞課程建設獲批“物理光學”省級一流課程、“物理光學”省級課程思政示范課程、獲山東省教學成果一等獎等多項獎勵。多名本科生圍繞光學領域相關研究以第一作者發表高水平論文，在全國大學生光電競賽、山東省物理創新大賽及山東省光電競賽中獲多項獎勵。學生的專業知識、創新能力、合作意識等綜合素質得以提升。

4 結語

課程作為高校人才培養體系中的最基本單元，是高校立德樹人的重要載體，是專業建設的核心要素[10]。建設中國特色、世界水平的一流本科課程體系，直接關系著為黨育人、為國育才的使命和人才培養質量的高低及成效。近年來，“物理光學”課程團隊秉承“學生中心、產出導向、持續改進”的理念，實現了從“以教為中心”到“以學為中心”的轉變，教學內容及方式具備了一定的“創新性”，學業“挑戰度”得到合理提升，人才培養的“高階性”得以實現。