數字化背景下的“光電子技術及器件”課程教學改革探索

后愛強 楊永佳 周自剛

收稿日期：2023-09-19? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 修回日期：2023-11-25

作者簡介：后愛強，男，博士研究生，研究方向為原子與分子的第一性原理計算、微納光學；楊永佳，女，副教授，碩士生導師，研究方向為光電探測器應用、光電子課程教學；周自剛，男，院長，教授，博士生導師，研究方向為光通信芯片集成、微納光子學、微波光子學、教育教學理論。

摘? ? 要：文章探討了在數字化背景下應用文獻案例同伴教學法（Literature Case Peer Instruction，LCPI）對提升光電信息科學與工程專業（以下簡稱“光電專業”）學生在“光電子技術及器件”課程中的學習效果和學習動力的作用。同時，以2021級光電專業學生為例，進行試驗設計和實施，通過將數字化過程應用到教學全過程，使用數字化教學跟蹤每個學生的表現，比較LCPI和傳統講授法（Traditional Lecture，TL）的教學效果。結果顯示，LCPI能夠促進學生交流合作，培養創新能力，提高課程成績。此外，通過問卷調查可知，學生對LCPI的認可度較高，認為其能夠激發學習興趣，增強學習動力。

關鍵詞：文獻案例同伴教學法；數字化教育；光電工程；學習效果；創新能力

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2024）02-0061-04

一、引言

隨著信息技術的飛速發展和廣泛應用，高等教育正經歷著數字化轉型的巨大變革。在這個背景下，“光電子技術及器件”課程的教學模式也面臨新的機遇和挑戰。

2022年，全國教育工作會議提出了深化新時代教育改革和實施教育教學數字化戰略行動的重要任務，將數字化技術應用于人才培養全過程能夠推動教育的高質量發展。教育數字化是將信息技術和教育相結合的教育模式，隨著通信技術、人工智能、大數據、云計算及物聯網技術的日益普及，其正在以前所未有的方式深刻地影響著人們的生活和學習[1]。特別是高等教育進入普及化階段，對學生的信息掌握已經成為一個主要的問題。在此背景下，將數字化應用到教學全過程，在“五步”教學流程的基礎上應用文獻案例同伴教學法，有利于提高課堂的教學質量。文章主要介紹文獻案例同伴教學法的實施過程和相關的教學探索。案例同伴教學法（Peer Instruction，PI）是一種有效的教學策略，國內學者通過案例分析和討論的方式發現，案例同伴教學法能有效促進學生的深度學習和思維能力[2]。國外研究也證明了案例同伴教學法的積極作用，能夠幫助學生更好地理解和掌握知識，激發學習興趣和動力[3-5]。

二、文獻案例同伴教學法

（一）概念

LCPI是一種以參考文獻作為課堂研討案例的教學方法，采用師生平等合作探究的教學班制形式。該方法精選與課程知識點匹配的參考文獻資料，并設計綜合測試題，旨在闡釋學生難以掌握的專業術語并引導學生進行深入探究。同時，借助手機端等應答交互系統，引導學生參與教學過程，促進專業術語的自主學習和合作探究，形成一種學生自主學習、合作學習，生生互動和師生互動的教學模式。

（二）內涵

文獻：主要包括期刊論文、學位論文、會議論文、專利、圖書、產品標準、質量報告、競賽作品和科技項目等。這些文獻體現了知識點的專深性、實踐性、探索性和創新性。

案例：教師提前選定適合課堂討論的文獻案例，要求學生結合慕課、課件等進行自主學習。這些案例作為課堂討論的起點和參考，擴大了學生的知識面，拓寬了學生的視野，培養了學生綜合運用多方面學科知識解決實際問題的能力。

同伴：同伴合作是文獻案例同伴教學法的重要特點之一。它體現了師生之間和生生之間的平等協作和共同進步的關系，符合學生中心教育理念。通過LCPI，學生不再被動接受知識，而是積極參與教學活動，成為問題探究和解決的主體。

（三）特點

情境教學：LCPI將學習過程與學習環境相結合，創造真實、現實和有意義的情境。通過引入具有真實性和意義性的文獻案例，增強學生的學習興趣和積極性。

社會建構主義學習：LCPI符合社會建構主義學習理論，認為學習是一種社會交往活動。同伴合作和交流是

LCPI重要特點之一，即學生通過與他人的交流和互動獲取知識、經驗和技能，共同解決問題，相互學習和提升。

自主學習和合作學習：LCPI注重培養學生的自主學習能力和合作學習能力。學生通過獨立閱讀和分析參考文獻案例，自主思考和提出問題，并在同伴合作中共同探討和解決問題，培養了自主學習和合作學習能力。

三、“五步”教學流程

在“光電子技術及器件”課程教學過程中，教師采用“五步”教學流程進行教學，該流程主要包括：儲備測試、第一階段教學、半期成果檢測、第二階段教學和成果檢驗

（圖1）。學生通過單選題測試基礎知識和學習動力流程。教師采用LCPI引導學生參與討論，注重學生邊學邊做，并進行教學總結和反思；同時，通過形成性和終結性評價，評估學生達成學習目標和課程目標的情況，旨在提高學生的學習效率和解決復雜問題的能力。以下對“五步”教學流程進行詳述。

第一步：基礎知識儲備、學習動力和學習效率摸底測試。遵循最鄰近發展區理論，通過50道與本課程相關的基礎知識單選題，教師基本掌握每個學生對該課程所具備的基礎知識、學習動力、學習效率和情緒心理，是否可以克服學習困難，并在規定時間內完成學習任務，以此作為課堂教學的基本依據。

第二步：第一階段的課前、課堂和課后教學。遵循泰勒原理，按照建構主義和B. S.布盧姆（B. S. Bloom）相關學習理論，采用LCPI，根據學生學習基礎和學習動力分組并討論，圍繞各知識點和工程原理積極調動學生參與。

第三步：半期成果產出檢測，教學總結反思和持續改進。遵循最鄰近發展區理論，發布5種題型共40道題，檢驗每個學生學習后的基礎知識儲備、興趣、態度和心理的變化情況，尤其是知識儲備的增量、學習內驅力的動量和學習效率的變量，以便及時調整教與學的方式和方法。

第四步：第二階段的課前、課堂和課后教學。遵循泰勒原理，按照建構主義和B. S.布盧姆相關學習理論，采用LCPI，根據半期學生學習進步情況個性化調整同伴分組和討論，按照每個學生進步情況，圍繞課程涉及的實際科學、工程和技術問題，提高學生解決復雜工程問題的能力。

第五步：成果產出檢驗，教學總結反思和持續改進。遵循最鄰近發展區理論，按照課程目標要求，通過終結性評價（發布5種題型共35道題）和形成性評價（課后作業、自主學習、期中測試、應答互動、課外實踐），統計、總結、分析和評價每個學生的學習目標和課程目標達成情況，并進行教學反思和持續改進。

四、課程實踐

（一）試驗設計

文章旨在比較在光電專業“光電子技術及器件”基礎課程中使用LCPI和TL的教學效果。試驗對象為2021級光電專業學生。試驗班采用LCPI，對照班使用TL。兩個班級的學生在課程開始前進行基礎摸底測試，以便確定各班級學生的光電基礎知識水平。在12周的教學周期內，每周進行4節課的教學。試驗結束后，對兩個班級的學生的考試成績和學習問卷進行分析，以比較LCPI與TL的教學效果。

（二）試驗過程

1.試驗班

試驗班的課程實施過程按照LCPI的授課流程，具體實施過程如圖2所示。整個教學環節可以用7個字進行簡要概括，即測、研、答、講、辯、導、結。

測：在課程開始前，進行課前自學檢測，評估學生對課前發布資料的學習情況。

研：同伴研討相關參考文獻資料，產生共鳴，為課堂討論做準備。

答：在同伴研討的基礎上，進行第二次獨立應答。

講：同伴之間進行分享，展開理由分析講解。

辯：在整個班級范圍內進行異同觀點爭辯，讓爭辯的氛圍充滿整個課堂，使學生的想法能夠得到充分交流和展示。

導：教師根據學生的答題、交流情況進行講解和補

充，鼓勵學生自主學習和參與課程討論。

結：綜合學習成果和評價體系，評估學生的整體效果，對課堂要點內容進行總結，構建師生學習共同體。

2.對照班

對照班采用TL。在課前學生閱讀相關講義，課堂上主要由教師進行定理演示和解決課本上的問題。學生可以自主決定是否尋求助教的幫助，以解決課后作業中的問題。

（三）結果及討論

試驗結束后，教師對兩個班級的學生的基礎摸底測試情況、考試成績和學習問卷進行統計分析，比較LCPI與TL的教學效果。

為了確定學生在光電知識方面的基礎水平，教師在開學前進行了一項基礎性摸底測試。該測試包括50道單選題，涵蓋了“光電子技術及器件”課程的基本概念，包括光輻射與激光原理、光束的傳播、光束的調制、光的探測技術、光的成像技術及光顯示技術。

考試在課程結束時進行，題型包括選擇題、填空題、判斷題、簡答題及非標準題，覆蓋了學期內所學的全部內容。

1.課程評價

課程評價采用綜合性的評估體系，旨在全面衡量“光電子技術及器件”課程中LCPI的教學效果。評價內容包含傳統的知識學習成績評估，同時引入了對學生思辨能力和科技創新能力的考核，以全面評價學生的綜合能力和實踐能力。

（1）診斷性測試。研究發現，試驗班有90%的學生參加了摸底測試，對照班測試率為100%。結果表明，兩個班級學生的基礎水平沒有明顯差異（圖3）。如果將錯誤和空白都歸為錯誤的話，則試驗班和對照班的錯誤率都明顯高于正確率，試驗班錯誤率為67.31%，對照班為69.81%，表明兩個班級學生的先驗知識水平相對較低，基礎知識水平較為一致（圖4）。因此，課程開始時增加對基本概念的復習，并將其與后續更復雜的概念聯系起來，旨在解決學生對基礎光電概念理解不清的問題。

（2）考試成績。數據顯示，試驗班學生在期末考試中的表現均優于對照班學生（表1）。特別是在期末考試中，試驗班學生表現更出色，表明LCPI對學生掌握光電子技術的基本概念的作用大于TL。綜合考試結果表明，LCPI有效提升了學生對光電子技術基礎知識的理解能力。值得注意的是，兩個班級學生的期末考試得分率都高于期初摸底考試的得分率，符合課程初期的目標。此外，試驗班有17%的學生未通過課程考試，而對照班有24%的學生未通過課程考試，這說明LCPI有助于降低不及格率。

（3）學生思辨能力評估。教師通過在課堂上引入辯論課和問答課的形式，培養學生的思辨能力和批判性思維。試驗班學生分小組展開辯論，運用邏輯思維和說服能力支持觀點，理解回應其他小組的論證，展示團隊合作能力。教師通過記錄試驗班和對照班學生在辯論課和問答課上的表現，評估其論證邏輯、說服力和團隊合作水平。結果表明，試驗班學生更積極主動、邏輯思維和辯論技巧更出色，這表明LCPI在提升學生思辨能力方面具有優勢。

（4）科技創新能力評估。在課程中，教師特別關注對學生科技創新能力的培養，在考核模塊中引入科技作品加分項來評估學生的科技創新能力。科技作品的評估標準包括作品的創新性、實用性和學生的獨立貢獻。學生在小組合作的基礎上，展現個人的創意和技能，通過提交科技作品報告并進行答辯，以展示對作品的深入理解和應用。通過評估學生的科技作品發現，LCPI可以有效地培養學生的科技創新能力。

2.問卷調查

問卷覆蓋了“光電子技術及器件”課程的培養目標，包含4個問題，旨在了解學生對培養目標的達標情況。

問題1（Q1）：具備光電子技術相關系統的設計與制造等方面的理論基礎和工程技術知識；

問題2（Q2）：具有自覺學習和運用專業知識分析光電子技術領域復雜工程問題的能力；

問題3（Q3）：會使用現代信息技術工具，具備綜合分析、批判思維、鑒別與應用的能力；

問題4（Q4）：能主動適應社會，具備較強的溝通交流和團隊協作等能力及創新、創意與創造等素養。

通過Cronbach's alpha信度系數評估問卷的可靠性，結果顯示，試驗班的問卷信度為0.93，對照班為0.67，可見，試驗班的問卷可靠性較高，而對照班的問卷則呈現較低的內部一致性。試驗班在大多數問題上的得分都高于對照班得分，尤其是Q1、Q2、Q3和Q4的得分均超過了

3.研究的局限性

試驗班和對照班的“光電子技術及器件”課程是由同一個教學小組的不同教師教授的。盡管教師定期開會討論課程進展，制定相似的作業和評分標準，但無法完全控制小組的條件。在試驗中，未能控制學生人數、性別等變量。

（四）試驗結論

試驗結果表明，LCPI在“光電子技術及器件”課程中具有一定的優勢，可以提高學生的學習效果和學習動力。具體來說，LCPI可以促進學生之間的交流和合作，增強學生的學習興趣和動力，培養學生的創新意識和思維能力。與TL相比，LCPI更加注重學生的主動參與和合作，更加強調實踐和體驗，使學生在學習中得到更多的鍛煉和成長。

然而，試驗結果也揭示了LCPI存在的不足之處。首先，LCPI需要教師投入更多的時間和精力，如準備課前閱讀文獻和資料、設計課前小測試題，以及在課堂上組織和管理學生進行小組討論和互動，以確保教學的順利進行。其次，LCPI可能受到一些學生在學習和交流中的主觀限制和偏見影響，需要教師引導和輔導，確保學生的參與和貢獻。最后，LCPI對學生的自主學習和探究能力要求較高，需要學生具備一定的學習能力和自我管理能力。

五、總結與展望

文章基于數字化背景，通過LCPI提高學生的學習效果和學習動力，培養其創新思維能力，用LCPI對每個學生的過程性數據進行全覆蓋式跟蹤，重點解決學生學習動力不足和課程教學拘泥于教材的問題，并對其在“光電子技術及器件”課程中的教學效果進行了探索和評估。結果顯示，LCPI可以作為一種有效的教學模式，促進學生對于光電子技術概念的理解和培養學生的創新能力。

0.8，表明試驗班學生對LCPI高度認可（表2）。問卷結果顯示，試驗班學生普遍認為LCPI可以促進學生之間的交流和合作，能有效培養創新意識和思維能力。學生對LCPI的滿意度也較高，認為LCPI使課程內容更加生動有趣，提高了學習的積極性和主動性。此外，試驗班學生對使用LCPI的反應相當積極，與TL相比，在刺激性、參與鼓勵、挑戰性和價值性等方面存在顯著差異。這些結果表明，文獻案例同伴教學法對學生的學習動機產生了積極影響。

未來，高校應進一步研究和推廣LCPI在“光電子技術及器件”課程中的應用，包括拓寬文獻案例的來源與種類、深化教學活動的設計、提高評估方法的精確度和全面性。同時，應加強教師的專業發展與培訓，提高其在數字化背景下教學的能力與水平。此外，還應積極探索LCPI與數字化技術的結合，創新教學模式與工具，以便更好地滿足學生的學習需求和培養目標。總體而言，LCPI在“光電子技術及器件”課程中的實踐為高校提供了一種有潛

力的教學方法，未來的研究與實踐將進一步推動教育的數字化轉型與發展。

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■ 編輯∕王力