“光學”課程建設的研究與實踐

［摘 要］ 課程是人才培養的核心要素，是立德樹人的重要載體。“光學”是物理學、光電信息科學與工程等本科專業的一門必修課程，是經典物理向量子物理過渡的橋梁，具有原理抽象、實用性強的特點。河北師范大學的“光學”課程被評為國家級線下一流本科課程。通過對“光學”課程建設研究的發展趨勢及問題進行了具體分析，并對河北師范大學光學課程群團隊在“光學”課程建設中的實踐經驗向同行做介紹，期盼能為新時代下“光學”課程建設提供一些新思路，為高校教學發展貢獻一份力量。

［關鍵詞］ 課程建設；教學改革；光學

［基金項目］ 2021—2022年度河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“‘光學’金課建設的研究與實踐”（2021GJJG129）

［作者簡介］ 李星亮（1986—），男，內蒙古赤峰人，理學博士，河北師范大學物理學院副教授，主要從事光學教學和非線性光纖光學研究；張書敏（1965—），女，河北石家莊人，理學博士，河北師范大學物理學院教授（通信作者），博士生導師，主要從事光學教學和非線性光纖光學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）44-0014-05 ［收稿日期］ 2023-09-26

一、“光學”課程建設研究的發展趨勢及問題

“光學”是物理學、光電信息科學與工程等專業的必修課，其旨在培養學生科學思維及理工融合能力，并在系統地學習光學基礎知識、擴展知識面、加強其實踐能力、培養其創新精神等方面起著重要作用。因而，“光學”課程建設的研究與實踐始終是光學教育工作者關注的重要內容。

2016年，貴州大學田晶［1］以“光學課程教學改革的探索與分析”為題，對“光學”課程教學進行了研究，指出采用教師重點講述與學生討論相結合的教學方式，可發揮學生的主觀能動性，培養學生自主學習、主動思考的能力，還可提高學生的綜合素質。同年，廣東石油化工學院的朱偉玲等［2］以“高校應用型人才培養框架下的光學課程的改革與思考”為題，對“光學”課程教學進行了探討，指出為適應應用型人才培養的要求，“光學”課程教學必須關注不同專業方向人才培養的特點與要求，并進行教學內容和教學方法的優化，即在課堂教學內容上側重共性，課外作業兼顧個性，課程考核以共性+個性的方式進行，以生為本，提高人才培養質量。

2018年，蘇州大學的喬文［3］以“光學課程項目式教學實例探究”為題，對“光學”課程教學改革進行了研究，并嘗試利用“小組項目”的形式開展任務型課堂教學，即以學生為主體，引導學生自主完成資料收集、實驗設計、總結和成果展示的全過程，提高學生課堂積極性，增強學生的合作意識，培養學生獨立進行學術思考的能力。同年，廣東石油化工學院的黃慶舉［4］以“大學光學課程的教學法探討”為題，從更新教學觀念、根據學生的情況調整教學進度、豐富教學法以調動學生的學習興趣及提高對教師素質要求的篩選等四方面對大學“光學”課程教學方法進行了探討。同年，唐山師范學院的侯宇［5］以“光學課程教改方法的探討與研究”為題，分析了“光學”課程教學過程中存在的一些問題，并針對性地提出了解決方法，指出采用光學課堂與實驗綜合教學模式，能有效改善課堂氛圍，加強教師與學生之間的溝通交流。

隨著時代的發展，要對課程教學方式方法進行探索和改革，新的教育理念要不斷融入課程教學方式方法當中。2016年12月習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上，強調：“其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”［6］。2018年9月，習近平總書記在全國教育大會上強調：“要把立德樹人融入思想道德教育、文化知識教育、社會實踐教育各環節，貫穿基礎教育、職業教育、高等教育各領域”［7］。2019年3月，習近平總書記在學校思想政治理論課教師座談會上強調：“要堅持顯性教育和隱性教育相統一，挖掘其他課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源，實現全員全程全方位育人。”［8］2020年，武震林［9］結合專業特色，將我國老一輩科學家的先進事跡及科學貢獻與課程內容相融合，就“光學”課程思政教學改革進行探索。

總之，為適應21世紀信息技術與信息產業的加速發展，培養適應新時代、適應地方發展的人才，許多高校都本著以學生為中心的理念對“光學”課程進行了建設．但目前仍存在下列問題：（1）教學內容單一，知識相對陳舊，與應用知識和研究前沿結合不足，導致學生缺乏學習興趣。（2）新媒體因勢而生，教師“自身換血”不及時，沒有充分運用新媒體新技術使課程教學活起來，課程教學時代感和吸引力不足。（3）教學模式對知識培養、能力培養及科學素養培養等方面做得較為全面，但是過程化考核形式單一，檢驗學生能力是否得到真正培養的方式方法比較欠缺。（4）課程思政與課程內容有機融合得不充分，潤物無聲的效果不明顯。

二、河北師范大學“光學”課程群教學團隊在“光學”課程建設中的具體實踐

上面提到的相關問題既不利于培養高校學生的綜合能力和實踐能力，也不利于人才的培養。隨著科學技術發展的日新月異，原有的“光學”課程的教學模式、教學方法、教學手段等都應有所變化。如何提高學生的學習興趣，培養學生的實踐應用能力已經成為高校和教育工作者面臨的重要課題。經過課程團隊多年的努力，河北師范大學的“光學”課程被評為國家級一流本科線下課程。該課程的發展理念注重解決地方高校長期存在的教學教育問題，因地制宜、因校制宜、因課制宜地建設課程，這對一流本科建設中“光學”課程的建設具有一定的借鑒意義。

（一）課程建設方面

課程團隊以內涵探索為基礎，加強課程建設和改革。團隊積極聚焦“一流本科”“一流專業”建設要求，優化課程結構，創新育人體制機制，促進知識學習與科學研究、能力培養有機結合，對標開展課程建設和課程改革。隨著教學團隊不斷壯大，課程建設和改革不斷深入，課程內容與資源不斷豐富，學生培養質量也不斷提高。針對課程建設和改革過程中所面對的問題，團隊主要從以下方面持續改進。

1.針對教學內容單一的問題，團隊不斷加強采用傳授知識、培養能力，促其正確人格養成，培養其科學素養的理念，堅持“學生中心、產出導向、持續改進”，通過優化教學大綱，進一步完善研討式、啟發式、互動式教學，提高學生自主學習能力；團隊不斷加強落實實驗探究、小組討論、實物講解、講授、課題研究相結合的教學方法，加大實驗在教學中的比重，提高學生的抽象思維能力；團隊發揮學科優勢，不斷探索將科研成果轉化為教學的新思路、新方法。不斷加大教學內容改革力度，進一步將科技前沿、生活實際引入課堂，提高學生的科學思維能力和創新意識；此外，團隊探索雙語教學方式，培養學生的國際視野。

例如，在光柵部分講解時，教師會準備衍射光柵、透射光柵、不同類型光纖光柵的成品帶到教室給學生進行實物演示，課中在講解光柵制作時會播放光柵制作視頻，課下會安排約4個小時到研究生實驗室內觀摩光纖光柵制作過程。張書敏教授所負責團隊能制作長周期光纖光柵、短周期光纖光柵。特別是短周期光纖光柵覆蓋了1微米、1.5微米、2.0微米波段，能刻寫高反射率、低反射率、啁啾等不同性能的光纖光柵。并且，實驗室已經將自制的基于長周期光纖光柵的光譜濾波器應用到高性能光纖激光器的研發中，取得SCI二區及以上論文成果10余項，授權發明專利1項。學生通過所見所感加深了對光柵知識點的理解。因為光柵是第二章最難的知識點，通過將教學內容與科學前沿知識相結合，對光柵相關知識的實踐學習讓學生覺得第二章《光的衍射》的內容精華簡潔明了。關于第五章《光的偏振》的講解，教師會準備偏振片、偏光眼鏡、波片、雙折射片的成品帶到教室給學生進行實物演示，課中會講解非線性偏振旋轉的鎖模原理，是通過偏振光的干涉（課本第一章《光的干涉》）來實現的。課下會安排約2個小時到研究生實驗室觀摩研制的非線性偏振旋轉鎖模光纖激光器。該類型光纖激光器包括偏振片、偏振分束器、布儒斯特窗、波片等相關知識，張書敏教授所負責團隊在非線性偏振旋轉鎖模時空孤子光纖激光器及Mamyshev振蕩器方面的研究，取得了SCI二區及以上論文成果30余項。仍然是通過將教學內容與科學前沿知識相結合，對干涉、偏振相關知識的實踐學習讓學生領悟第一章《光的干涉》及第五章《光的偏振》的內容精華。關于第三章、第四章幾何光學部分的學習，教師會將開普勒式和伽利略式天文望遠鏡帶到教室中進行實物演示，也會安排一個天氣情況比較好的晚上，帶著學生用天文望遠鏡觀測月球。教材中的每一章內容除了普通物理實驗和近代物理實驗的實踐支撐外，還有知識點與科技前沿應用的緊密結合。有的學生也會因為“光學”課程的實踐學習，激發了他們從事物理競賽和科學研究的內驅力。

2.針對網絡新媒體技術靈活運用的特點，團隊利用互聯網對教育教學資源進行收集整理和優化，再通過豐富的資源對學生進行有效引導；團隊以線上線下相結合的課堂學習模式，利用學習通、雨課堂等網絡課程平臺為傳統課堂賦能，加強課堂的時代特色，加深學生對教學內容的體會和理解，從而使得整個教學活動更具活力。不僅如此，團隊還將教學改革成果、試題庫利用學習通等進行推廣，推動教學資源和成果惠及更多學生。針對團隊教師培訓進修問題，不間斷派出教師參加一流高校“光學”課程的課堂學習。如2022年課題組通過中西部高校青年教師融合式教學進修項目，派出2名教師全程參加了華東師范大學“光學（榮譽課程）”的課堂學習。教師不斷將所學的“光學”教學的新思想、新方法與本校的教學實踐相結合，實現教師自身及時“換血”。

平時團隊授課教師會有意識關注新媒體新技術在課程教學中運用的有益案例，PPT中會及時更新一些對相關知識點理解的新動畫。教師也嘗試錄過一些微課，比如“從三個角度來看波函數的表達式”“非線性偏振旋轉鎖模用到了哪些光學知識點”。這些微課需要一些平臺來播放，如何將新媒體新技術與課程教學有機融合并提升學生學習效果是教學團隊不斷關注的方向。

3.針對過程化考核形式單一問題，團隊不斷完善試題庫建設，加大過程化考核力度，提高過程化考核質量和分數占比；全方位、多角度、全過程地記錄、考查學生的課堂考勤、課堂表現、階段性測驗、平時作業、學術文獻閱讀等方面的課程學習過程化數據，建立學習反饋機制并對成績落后學生進行預警和輔導等；發掘教學過程化考核新模式、新方法，進一步調動學生學習的積極性，提高學習效果。

以下是“光學”課程過程化考核占比情況：（1）課堂考勤（1%）：每次課堂結束后記錄未到學生名單。（2）課堂表現（9%）：針對學生的聽課狀態與紀律，學生課堂發言、公式推導、專題討論等課程表現情況進行綜合評定。（3）平時作業（30%）：包括課外作業、學術小論文或文獻綜述。（4）階段測驗（30%）：包括隨堂測驗和章節測驗。（5）期末考試（30%）：過程化考核方面的新舉措借鑒了華東師范大學管曙光教授團隊的做法。教師將波動光學和幾何光學的重要內容分成了40個專題，每3～4人一組研究一個專題知識點，在講授相關知識點時讓相應小組分享對專題知識點的理解或者補充一些拓展內容。學生這部分表現作為第二項的考核內容之一。整個考核方案的目的是盡量排除班級授課教師主觀上對學生整體學習效果考核的干擾。這種做法對存在多個平行授課班級或大班授課的情況是一項有利因素。

4.針對課程思政效果不明顯的問題，團隊教師不斷加強自身思想建設，提高政治站位，緊跟黨和國家建設高等教育強國的新思想、新理念，緊跟時代，不斷優化教學大綱，常講常新，不斷激發教師積極性、主動性和創造性，著力打造一支信仰堅定、學識淵博、理論功底深厚的教師團隊。另外，團隊將課程思政引入課堂，講述光學在現代科技前沿中的重要應用及國家社會安全穩定發展的重要性等，培養學生的科學家精神，實現光學專業知識與思想政治教育的有機融合。課程組已經打磨了多個成熟的“光學”教學課程思政案例，潤物無聲地將高校立德樹人任務在“光學”課程上落地，不斷增強學生的擔當精神和責任意識。

在緒論《光學發展簡史》部分，通過對中國古籍中光學內容的介紹，如《墨經》（光的直線傳播）、《潛夫論》（光源）、《夢溪筆談》（成像焦點）和蘇軾關于海市蜃樓（光的折射）的詩句等，歸納出中國古人在直觀體驗的感性認識上是很有創造力的，突出中國古人具備科學探索的精神。在講第1.8節《邁克爾遜干涉儀》部分，通過對邁克爾遜干涉儀在測量長度的微小變化上的應用引入激光干涉引力波觀測系統（LIGO），并介紹LIGO發現引力波并獲得諾貝爾獎事件，突出強調光學研究在人類科學發展上的貢獻，進而引入中國空間引力波探測項目——“天琴計劃”，激發學生的愛國熱情，增強學生的社會責任感和使命感。在講第4.8節《助視儀器的放大本領》部分，通過對望遠鏡的講解，引入我國500米口徑球面射電望遠鏡（即“中國天眼”），“中國天眼”在結構工程及力學、大尺度工業測量、接收機系統研制等多個領域的五項相關技術成果被鑒定為國際領先水平，顯著提高了我國相關領域產業技術水平和自主創新能力。同時，專家組一致認定射電望遠鏡的靈敏度水平已經顯著領先國際上其他射電望遠鏡水平，實現了我國射電天文望遠鏡由追趕到領先的跨越，對促進我國在相關學科實現重大原創突破具有重要意義。增強了學生的民族自豪感，堅定“四個自信”。

（二）“光學”課程的定位與課程目標方面

1.課程定位。河北師范大學的“光學”課程是一門線下教學課程。我校物理學專業于2020年入選首批“雙萬計劃”國家級一流本科專業，而“光學”課程是物理學專業的重要專業必修課程之一，擔負著培養德才兼備、熱愛教育事業、積極踐行社會主義核心價值觀，具備扎實的物理專業知識及相關學科知識，具有寬厚的文化修養、良好的科學思維習慣和科學素養，能運用所掌握的物理專業知識和技能在中學和科研院所等單位從事物理教育教學和相關科學研究等工作，具有培養寬廣視野的高素質人才的重要責任。“光學”課程在2019年被遴選為河北省一流本科課程，2023年被遴選為第二批國家級線下一流本科課程。

2.課程目標。“光學”課程目標兼顧學校發展目標及本科專業培養方案的培養目標，對標畢業要求，每兩年修訂一次。在教學活動中以學生為中心，以師生為主體，期待通過課程學習使學生能達到以下要求。一是使學生系統地掌握光的基本概念、基本原理、基本規律和基本性質，進一步培養學生物理思維和建立鮮明物理圖像的能力。二是培養學生分析問題和解決問題的能力，為后續課程的學習和專業訓練提供必要的準備；初步具備發現和提出科學問題的能力，能夠通過查找資料掌握解決科學問題的方法，具備獨立思考和探索求真等基本科學素養。熟悉中學物理教材與課程標準與該課程基礎內容對應關系，初步具備將獲得的資源轉化為提升教學能力。三是系統地掌握“光學”課程的知識結構以及與物理學等其他學科的依存關系，熟悉中學物理課程中光學相關內容及其重難點，掌握光學干涉、衍射、偏振等知識的學習方法，基本達到物理核心素養要求。

（三）團隊建設方面

1.團隊結構和所承擔工作。河北師范大學“光學”課程群教學團隊共有教師6人，其中教授2人、副教授3人、講師1人。具有博士學位的教師占比100%，45歲以下教師占比83.3%，非本校學歷教師占比83.3%，學歷、職稱、年齡及學緣結構合理。團隊承擔我校物理學、光電信息科學與工程、空間科學與技術等專業的光學類教學及科研任務，承擔“中國大學生物理學術競賽”“全國大學生物理實驗競賽”“河北省大學生物理競賽”和“全國大學生光電類知識競賽”的培訓、組織和指導工作。團隊教師師德師風好、學術造詣高、教學能力強，有河北省教學名師1人、河北省模范教師1人、河北省教育廳優秀青年科學基金獲得者1人。2019年“光學課程群教學團隊”被評為河北省優秀教學團隊。

2.思想建設。團隊緊跟時代發展的教育要求，堅持“以本為本”，推進“四個回歸”，持續深化本科教育改革，不斷更新育人理念。團隊以光電信息科學與工程黨支部為載體，定期主動學習、研究黨和國家有關高校思政工作的相關政策文件，將“三全育人”理念與光學學科教學特色相結合，并通過在學期初做課程思政教學計劃，學期末總結育人理念落實工作的完成情況，提升團隊教學創新活力和思政育人能力。

3.制度建設。教學團隊采用首席教師負責制，對教學團隊進行建設。團隊負責人張書敏為光學專業博士生導師、河北省教學名師、教育部光電信息科學與工程專業教學指導委員會協作委員、省光學學會常務理事、省電子信息類教指委委員、“光電信息科學與工程”省級一流本科專業負責人，主持“光學”國家級線下一流本科課程，其研究方向為光子學與現代光通信，利用其學科優勢，對團隊青年教師進行培養。另外，通過共同備課、互相聽課，提高團隊教學水平；通過對外學習與交流，提高團隊教師的教學水平。團隊三年來共派出教師進修學習、參加國際和國內會議10余人次，有效提高了團隊的學術水平和教學水平。

4.組織建設。團隊注重構建面向創新能力培養的實踐課程體系建設，瞄準產學研合作契機，完善創新創業教育體系，建設了一批高質量的校企合作實踐基地，為增加學生的專業與職業體驗、培養學生的實踐與就業能力提供平臺。2018年，申報并獲批“省高校質量教育社會實踐基地——光電實習實訓基地”；2020年，申報的“面向新工科人才培養的復合型實習實訓課程體系與實踐創新平臺的建設與實踐”課題，獲批為“河北省第二批新工科建設項目”。團隊充分發揮實踐基地的引領作用，著力培養拔尖創新型和復合型人才。

結語

經過不斷探索和完善，“光學”課程在2008年被評為河北師范大學校級精品課程，2019年被遴選為河北省一流本科課程；2023年被遴選為第二批國家級線下一流本科課程。本文概括了河北師范大學“光學”課程群教學團隊在“光學”課程建設中的研究與實踐方面的做法，為我校物理學、光電信息科學、工程和空間科學與技術等專業的“光學”課程建設蓄力，為推動高等教育發展和“光學”課程建設提供一些參考。

參考文獻

［1］田晶.光學課程教學改革的探索與分析［J］.佳木斯職業學院學報，2016（7）：271．

［2］朱偉玲，何穎君，陳海波，等.高校應用型人才培養框架下的光學課程的改革與思考［J］.教育現代化，2016，3（33）：39-41．

［3］喬文.“光學”課程項目式教學實例探究［J］.課程教育研究，2018（42）：166-167．

［4］黃慶舉.大學光學課程的教學法探討［J］.教育教學論壇，2018（28）：209-210．

［5］侯宇.光學課程教改方法的探討與研究［J］.教育教學論壇，2018（26）：125-127．

［6］習近平在全國高校思想政治工作會議上強調 把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面［N］.人民日報，2016-12-09（1）.

［7］習近平在全國教育大會上強調 堅持中國特色社會主義教育發展道路 培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人［N］.人民日報，2018-09-11（1）.

［8］習近平主持召開學校思想政治理論課教師座談會強調 用新時代中國特色社會主義思想鑄魂育人 貫徹黨的教育方針落實立德樹人根本任務［N］.人民日報，2019-03-19（1）.

［9］武震林，潘路軍，韓秀友，等.本科基礎課“光學”課程思政教學改革探索［J］.教育教學論壇，2020（50）：25-26.

The Research and Practice of the Course Construction of Optics： Taking the Course Construction of Optics" in Hebei Normal University as an Example

LI Xing-liang， ZHANG Shu-min，YANG Zhen-jun， PANG Zhao-guang

（College of Physics， Hebei Normal University， Shijiazhuang， Hebei 050024， China）

Abstract： “Curriculum” is a core element of talent cultivation and an important vehicle for moral education. Optics is a required course for undergraduate majors such as physics and optoelect. The Optics course of Hebei Normal University was rated as a national offline first-class undergraduate course. This paper analyzes the development trend and problems of the course construction of Optics in detail. It introduces the practical experience of the group team of Hebei Normal University in the course construction of Optics to peers. We look forward to providing some new ideas for constructing the Optics course in the new era and contributing our part to the development of teaching in colleges and universities.

Key words： curriculum construction; teaching reform; optics