能力提升視角下光電類研究生課程建設方法探索

摘 "要：研究生教育擔負著為國家培養復合型人才的重任，課程教學在研究生人才培養中發揮著基礎性作用，課程質量影響著高層次人才培養質量，課程體系為提升研究生核心能力提供了重要支撐，課程建設為研究生課程設置和優化提供依據。文章以西北工業大學“計算光學成像”研究生專業核心課程為研究對象，以成果導向教育（Outcome Based Education，即OBE）理念為理論指導，從課程體系、課程內容、師資隊伍和課程資源等角度出發，通過對教學目標、內容和方法等方面的優化，探索光電類專業研究生核心課程的建設方法和途徑，以期構建滿足國家、行業和個體發展需求的能力培養體系。

關鍵詞：研究生教育；課程建設；成果導向教育；人才培養

中圖分類號：G643 " "文獻標識碼：A " "文章編號：1673-7164（2024）31-0048-05

研究生課程是研究生獲取專業基礎理論和學科系統知識的重要渠道，是確保研究生培養質量的基石。其高深、前沿、跨學科以及探索性質，決定了在研究生教育中的基礎性地位。［1］提升高質量研究生課程建設成效，旨在構建滿足國家、行業和個體發展需求的能力培養體系，對光電類課程體系建設至關重要。［2］然而，部分學科的研究生培養方案過于強調知識體系的完善，忽視了研究生自身能力的提升，使得個人能力和社會、國家、行業的需求脫節。［3］目前，許多研究聚焦于研究生課程的構建與設計，課程與研究生能力提升之間的關聯分析較少。［4］在迫切需要高層次人才的新時代，如何在全面推進研究生課程體系建設的同時，提升研究生的個人能力，積極探索以能力培養為核心的研究生課程體系，成為高校亟須解決的現實問題。［5］

總體而言，研究生課程是研究生獲取專業基礎理論和系統學科知識的基礎途徑，是保障研究生培養質量的重要組成部分。高質量研究生課程的深度、前瞻性、探索性和跨學科性賦予了課程在研究生教育中的基礎性地位。［6］因此，著眼于以能力提升為核心，展開研究生課程質量提升的相關研究，對推動研究生教育具有重要意義和價值。本研究以西北工業大學光學、光學工程、光電相關專業研究生核心課程“計算光學成像”為研究對象，以成果導向教育（Outcome Based Education，即OBE，又稱能力導向教育）理念作為理論指導和基礎，［7］通過課程內容優化、課程體系構建、教學方法探索、教學團隊升級等方面進行調整，深入研究光電類專業研究生核心課程建設方法和路徑，構建滿足國家、行業和個體發展需求的能力培養體系。

一、成果導向的教育理念

OBE作為一種先進的教育理念，目標是使得學生通過教育過程取得一定的學習成果（Learning Outcomes），即學生最終在學習過程中所達到的學習結果，代表了學生通過特定階段學習后能夠達到的最高水平。因此，基于OBE的教學設計主要強調四個問題：1. 學生最終取得的學習成果是什么？2. 為什么要讓學生取得這樣的學習成果？3. 如何有效地幫助學生取得這些學習成果？4. 如何知道學生已經取得了這些學習成果？［8］具體包含五個關鍵性步驟：1. 確定學習成果；2. 構建課程體系；3. 確定教學策略；4. 自我參照評價；5. 逐級達到頂峰。［8］

二、以能力為導向的光電類研究生課程構建方式

本研究以OBE教育理念為指導，以“是什么—為什么—如何做”的思路為主線，以關注光電類碩士研究生的能力培養為切入點，汲取先進經驗，審視培養現狀，依托于光電類研究生專業核心課程“計算光學成像”，探討如何以光電類研究生課程建設為支撐，通過對課程教學目標、教學方式等問題進行改革，構建并完善光電類研究生課程建設，切實提升研究生學術和職業能力，推動研究生綜合能力的培養，確保培養出滿足國家和行業發展需求的研究生。

鑒于光電類研究生培養的特殊性，教師應特別注重培養學生的實踐能力以及分析與解決問題的能力，在掌握學科基礎概念（如光的干涉、衍射、偏振等）、常用器件基本操作（如透鏡、空間濾波器、激光光源等）的基礎上，向研究生介紹學科前沿研究和實際工業應用（如三維重建、分辨率提高、超快成像等）。因此，需要通過課程的設計與建設，培養更多具備創造力和創新力的研究者，使其能夠滿足當今社會的需求并具備應對最新生產技術的能力，擁有出色的問題解決能力、學術造詣、批判性思維和創新能力。

與傳統教育相比，OBE教育理念遵循反向設計的原則，即從需求出發（內外部需求），確定研究生培養目標，并根據專業和課程目標確定研究生畢業要求，再由研究生畢業要求和就業需求指導課程設置。基于此，以能力為導向的光電類研究生課程“計算光學成像”的構建需要滿足以下四個要求：

第一，確定光電類人才培養目標與內外需求的契合度。內部需求包括國家的教育教學規范、各個高等院校的辦學理念與定位、專業人才培養定位以及教學主體的需求；外部需求則包括國家、社會、光電行業以及相關用人單位的期望。因此，必須準確處理多樣性需求與課程培養目標之間的匹配關系。

第二，確保教學內容與課程培養目標相互支撐。明確定義課程目標后，需要在教學大綱和具體內容中體現這些目標，同時需要在課堂實踐中培養相應的能力。這不僅符合OBE教育理念的要求，也是教學的關鍵。

第三，計算光學成像作為光學領域的新興研究方向，目前正處于迅速發展階段。現階段并無現成的教材，也缺乏統一的教學大綱，各高校的教學內容和側重點往往依賴教師的個人能力和研究方向。因此，必須以反向設計思維，從實際需求出發，明確課程的培養目標和教學計劃，以滿足光電類專業多樣化培養的需求。

第四，由于碩士研究生的專業基礎參差不齊，實驗動手能力存在差異。如果在理論學習之外增加實踐與實驗環節，以提升學生的動手能力，那么在課程考核方式上可能會面臨一定的困難。因此，有必要探索多元化、多模式的教學與考核方式，以實現“因材施教”的教育目標。

三、課程體系優化探索

在光電類研究生課程建設方面，需要在鞏固學生理論基礎的同時，拓展專業知識的廣度和深度，并有針對性地提升光電類專業研究生實驗技能和綜合素質。為了實現這一目標，需要結合光學、光學工程、光電類專業研究生人才培養目標，根據“計算光學成像”課程的特點，明確實施OBE理念強調的學習成果和教學目標，設置層次化、多元化的課程內容，通過豐富的教學活動實現人才培養的目的。

（一）明確研究生課程教學目標

通常而言，研究生在入學時應當具備堅實的專業基礎知識。但在實際教學中發現，由于研究生的本科院校、專業不盡相同，學生的知識儲備和學科理解程度也存在較大的差異，導致研究生在自主學習和創新方面的能力相對不足。現實中，存在一定比例的跨專業研究生，可能具有與碩士專業不完全相關的本科背景，導致基礎知識不夠牢固，學習上面臨困難。

在制訂“計算光學成像”課程的教學目標時，需要綜合考慮這些問題。首先，要確保學生能夠掌握堅實的基礎知識，如物理光學、信息光學等，以建立扎實的學科基礎。也需要培養學生的分析和問題解決能力，如通過查閱文獻，對待解決問題的歷史、發展、現狀等進行綜述，使他們能夠應對科研和工程中的挑戰。不同于本科基礎教育，研究生教育的目標之一是培養研究生在本專業的科研能力，因此，在研究生課程設置中，還需要有意識地培養研究生的創新能力，為他們提供研究和創新機會，通過完成課題調研、報告撰寫和專題匯報，使他們能夠在相關專業領域開展研究工作。

（二）設置層次化的研究生課程內容

研究生專業課的教學內容需不僅展示廣泛的知識涵蓋，還需強調深入的學科深度。應結合“計算光學成像”課程對實踐能力的需求，設置具有層次的課程內容，涵蓋從理論知識到實驗實踐的多個層次。

1. 光電類專業的研究生課程教學內容需要在廣度和深度方面進行平衡。廣度方面，作為研究生教育的延續，課程內容不應僅僅是簡單地重復本科階段的知識，而應當涵蓋當前學科領域的主要方向、熱點問題以及學術前沿動態，如超分辨率成像、超快成像、三維重建等相關研究課題，以確保教學內容的廣度。也需要強調課程內容的深度，根據“計算光學成像”課程教學團隊的人員組成、專業背景以及各自的研究方向，突出重點、挖掘深度。通過針對特定專題的深入講解，如定量相位成像、三維成像、優化算法等常用手段和技術，幫助研究生掌握光學成像基礎，深入理解計算光學成像領域的發展歷史和現狀，了解當前研究熱點和難點，并通過小課題的形式引導和培養學生展開科研工作，逐漸提升研究生的創新能力。

2. 光電類專業是一個應用性非常強的專業，因此，相應的課程設置需要考慮基本實驗儀器的掌握和研究生動手能力的培養。為了提升研究生的實踐能力，課程內容應設置基礎實驗、專題實驗和綜合性實驗，如光束在自由空間衍射傳播與成像、激光的空間濾波方法等，側重光電課程基本操作、數據分析等方面，幫助學生掌握相關技術，如空間光調制器、圖像傳感器、波前傳感器等成像系統常用儀器的使用方法，培養學生的創新能力。

3. 課程思政教育是實現全程育人、全方位育人目標的重要手段。在課堂教學中，可以通過介紹光學的歷史和發展、中國古代在小孔成像、光線傳播等現象的發現及其解釋等內容的基礎上，結合近年來中國高科技領域的發展，如空間站夢天實驗艙的發射和空間望遠鏡的建立等案例，宣講王大珩、錢學森、金國藩等科學家的成就和人生經歷，引導學生了解中華民族和中國人民在光學領域的貢獻，培養他們嚴謹治學的態度，潛移默化地傳遞創新、自信、開放的理念，有效發揮“計算光學成像”課程的育人功能，實現立德樹人的根本任務。

（三）優化課程考核方式

以筆試為主的專業類課程評估方式容易導致學生產生應試心態，不利于培養學生的創新能力。本課程在設計之初便采用了考查的方式，即通過學生查閱文獻、選定課題、編寫程序，完成一份研究報告并進行課堂匯報，以取代傳統的書面考試。這一舉措積極主動地改變了傳統的評價體系和課程考核方式。然而，這種考查方式仍然存在不足，無法全面評估學生能力的提升情況，尤其是學生的動手實驗能力。因此，可以采用更加多樣的考核方式，尤其是將實驗能力考查納入教學評價中，將課程的總成績分為課堂表現、專題報告、實驗操作和主題匯報四個部分，并按照10%、30%、30%、30%的比例，提高對實驗能力的要求。其中，對實驗能力的考查如下：以學生選題為依據，促使學生在完整學習選題相關的基礎理論并完成仿真實驗后，在實驗室用真實的器材和設備設計和搭建成像系統，并通過采集實驗數據，驗證理論和仿真的正確性。將實驗能力這一成績計入課程成績中，以提升學生對知識的實際運用能力。在期末匯報時，可以通過學生相互間的評價，了解學生在表達能力和學術交流能力方面的情況。通過優化課程的考核方式，引導學生積極參與課堂教學，促進學生理論功底和動手能力的提升，培養學生的科研能力，從而切實提升學生的個人能力和專業素質。

（四）強化實踐教學

光學和光學工程專業具有很強的實踐性，尤其“計算光學成像”課程更是如此。該課程不僅僅涉及光波相關的理論知識，還包含很多具有極強應用性的成像系統和光電設備。因此，僅僅進行理論教學難以使學生掌握實踐技巧和實驗操作技能。在課程設計中，教師可以有目的性地融入配套實驗，隨著教學內容的深入，逐級加深實踐教學內容。以學生的個人能力和研究興趣為依據，可將實驗分為基礎型、進階型和開放型三類。基礎型實驗的目的是將理論知識與實驗系統相結合，通過實際操作來鞏固學生對基本操作技能和實驗儀器的掌握，如菲涅爾衍射、夫瑯禾費衍射、小孔成像，4F系統等光學基礎實驗。進階型實驗是以較為成熟的光電成像系統和設備為基礎，促使學生掌握儀器的使用方法，了解不同系統的應用場景，拓展學生的知識面。例如基于雙相機的三維重建、基于結構光照明的超分辨率顯微成像、光學合成孔徑成像技術等，這些實驗可以促使學生在實踐中形成獨立思考和解決問題的能力。開放型實驗鼓勵學生在給定范圍內自主選題，并根據各自的知識背景、科研需求和興趣，結合“計算光學成像”課程，以解決實際問題為目的，開展個性化研究，旨在讓學生了解當前研究現狀、熱點和難點，理解發展成像技術的內在驅動力，培養學生發現、分析、理解和解決實際問題的能力，為提升學生個人科研能力打下堅實基礎。教師可以設置一些具體的目標課題，如“提升數字全息成像系統的空間分辨率”“提高傅里葉疊層成像系統的成像速度”“多源圖像信息的快速和精準匹配”“復雜背景下弱小目標的探測和識別”等，讓學生根據自己的興趣和實驗方案去進行實踐，以達到上述培養目標。

（五）教學團隊建設

高級技術人才，尤其是專業型研究生人才的培養，是一個系統性工程，需要多方共同參與，教師的研究方向和個人能力對課程的內容設置和實施會產生深遠影響。鑒于“計算光學成像”研究生課程的創新性和前沿性，任課教師需要基于能力提升理念，結合教學目標和內容，科學、系統地構建一個強大的教學團隊，并促進教師之間的交流與合作，以全面提升教學團隊的整體素質。考慮到該課程是近年來新開設的，目前的教學團隊相對薄弱，因此迫切需要加強教學團隊的建設，從根本上提升課程的潛力和質量。

“計算光學成像”是一門兼具理論性與應用性的課程。除了組建老—中—青、理論—實踐相結合的梯隊式教學團隊以外，鑒于該課程的前沿性和深度，可以邀請領域內國內外名師擔任客座教授，講授領域內科技前沿進展；邀請研究所、企事業單位的資深專家進行應用教學，幫助學生快速掌握專業技能和解決實際問題的技巧，使學生了解用人單位的需求。

（六）前沿教材建設

由于計算光學成像是一個相對較新的研究領域。盡管各個研究方向已經獨立發展多年，但系統地將這些技術，如光學計量、低光探測、超分辨率成像等，綜合在“計算成像”方向以內，使得這些技術既有獨特性，又有共性，是一項全新的挑戰。作為一個正處在快速發展中的新興領域，無論是針對本科生還是研究生，目前都沒有成熟的教材面世，無法找到在課程內容、計劃學時、知識廣度、專題深度、難度等各方面都適合光電類專業研究生的教材。

在對現有相關教材充分考察和調研的基礎上，需要研究“計算光學成像”課程在國內外相關公開資源中的表現。結合具體的教學目標和教學內容，首先編寫一份特色講義，包括課程相關的基礎理論、方法，以及部分合適的最新前沿研究成果，以展現講義的廣度和深度。在合適的時間，可以將講義整理成一本教材出版，供相關專業的研究生和技術人員參考。為了培養學生的實驗操作能力，需要在講義中加入與理論知識和物理模型進度、難度相匹配的實驗內容，參考網絡上、國內外公開的數字化和電子化資源，如慕課、在線課程、虛擬實驗等，形成一個以紙質講義為主、以數字化資源和實驗室配套實驗系統為輔的新型教材模式，全方位鞏固學生的理論功底、知識廣度、自主學習和動手能力。

根據對研究生課程現狀的分析發現，研究生課程教學與前沿研究內容相較，存在滯后性。在過去的課程中，通過匯總相關專業英文綜述和文獻并分享給學生，能夠在一定程度上向學生介紹前沿進展。因此，可以進一步將國外有關“計算光學成像”課程提供給學生，并將專業詞匯、前沿資料等內容采用英文表述，讓學生能夠以更加開闊的視野學習前沿知識，并通過促使學生接觸國際先進的教學資源，與最先進技術接軌，培養國際視野。

“計算光學成像”課程具有顯著的實踐性和應用價值。為了使得相關技術和系統具有更強和更廣泛的實用性，可以通過建立應用案例庫，整理和歸納計算光學成像技術，以解決實際生產生活、國防、醫學等方面的問題。例如，本課程將涉及條紋投影法在三維成像、測量和動畫建模方面的應用，光學超分辨率成像技術在亞細胞結構、分子動力學等動態場景監測，多手機攝像頭對成像質量的提高等方面的研究課題。可以將這些實例較為系統地整理成案例，在鞏固知識的基礎上，使學生了解課堂學習的理論和技術如何應用到工業生產、測量、檢測等領域，如何將系統進一步整合成設備和儀器，方便技術人員在實驗室場景、野外場景等不同場合下高效率、便捷使用，提升學生對所學知識的轉化能力，同時激發學生的創造性思維。

四、結語

在我國高等教育改革和創新的最前沿，“雙一流”建設成為學術界探索的焦點，研究生教育被賦予了培養創新型、復合型人才的關鍵使命。在當前“雙一流”建設的大環境下，研究生教育呈現出廣泛而深刻的發展前景。本研究以光電類專業研究生課程建設為例，以“計算光學成像”為切入點，探討了研究生專業核心課程建設的方法與途徑。通過合理設計課程體系、精準構建符合教學目標的教學內容、倡導OBE理念的教學方法革新、培育高水平的教學團隊、配套資源的補充，形成了一套全方位的研究生培養模式。該模式不僅有助于研究生個人能力的全面發展，更有助于實現培養創新型人才的目標。

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（責任編輯：楊毅恒）