基于应用型人才培养的工程光学课程教学改革研究
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摘 要 为满足社会岗位需求的应用型人才为培养目标，针对目前“工程光学”教学过程中出现的问题，在教学内容、教学方式、课后作业和考核方式等方面做了改革。具体改革方式是研读专业培养方案，优化教学内容，衔接好该课与后继课的关系；教学模式多样化，课堂教学方法的多样化，课后通过网络与学生点对点指导和交流；改革传统作业方式，让学生修改题目创新题目设计题目主动思考认真学习；注重过程学习的考核方式。将应用型人才培养目标贯穿课程的始终，提高学生的自主学习能力和学习兴趣。
关键词 应用型人才 工程光学 教学改革
中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.01.025
Abstract In order to meet the needs of social posts， the application-oriented talents are the training objectives. In the current teaching process of Engineering Optics， the reforms have been made in terms of teaching content， teaching methods， homework and assessment methods. The specific reform method is to study the professional training program， optimize the teaching content， and link the relationship between the course and the follow-up course； diversify the teaching mode， diversify the classroom teaching methods， and guide and communicate with students through the network after class； reform the traditional operation mode makes students modify the topic of innovative topic design topics to actively think about serious learning； pay attention to the assessment method of process learning. The application-oriented talent training goal runs through the curriculum， improving students' self-learning ability and learning interest.
Keywords applied talents； Engineering Optics； teaching reform
光電信息科学与工程专业是一门多学科交叉专业，工程光学是光电信息与工程专业的一门重要的主干专业基础课程，该课程对于提高学生的专业技能和素养具有重要的作用。黄山学院信息工程学院的光电信息和工程专业将其作为必修课程，该课程主要培养学生掌握一定的几何光学和物理光学的知识，具备分析和解决工程技术上常见的光学问题的能力。因此，教师必须充分发挥主观能动性，对教学内容、教学方法和手段进行改革，[1]提高学生的学习兴趣，使学生对枯燥、深奥的工程光学产生兴趣，提高教学效果，这无疑是具有很重要的现实意义的。
1 教学现状
1.1 教学理念
从工程光学教学实际情况来看，工程光学主要停留在传统的教学模式中，不能很好的适应新世纪人才培养目标。该课程理论性较强，逻辑性强，教师在讲授时一般会花费大量时间对课程中的重要概念、重要公式进行讲解和推导，过程中涉及较多的高等数学和大学物理知识，需要学生有比较好的高等数学和大学物理基础。这样的教学过程枯燥无味，难以使学生融入工程光学课堂教学，从而导致工程光学教学的水准难以提高，无法得到满意的效果。从近几年的教学反馈来看，学生对教师的讲授满意度不够高，在学习过程中反映课程相关知识点难懂，理论过于抽象，是一门“很难学的课程”。
1.2 教学内容
工程光学是一门内容繁杂的系统课程，通过学习本课程，可以使学生掌握较深的几何光学和物理光学知识，但是工程光学教材为了保持自己的系统性和完整性，在教材中保留的部分教学内容与其他已修或者待修课程有重合，这在当今专业课时紧张的现状下，无疑是不经济的。典型的例如物理光学中的傅里叶光学与信息光学中的内容重复。另一方面，从应用型本科院校的定位出发，工程光学应该突出课程的应用性，然而近年的工程光学的教学不能很好的符合这一定位和要求。主要体现在理论教学中，教师往往突出相关公式的推导和演算，对工程应用方面的讲授很少，不能很好的培养学生的工程应用能力；这既不利于培养学生的创新能力，也不利于提高学生的学习兴趣。
1.3 教学方式
在教学方式上，“工程光学”尽管实现了从板书到多媒体的转换，但是不能真正发挥多媒体的功效，提高学生的兴趣，大部分教师的多媒体应用的主要表现是PPT的使用。虽然，ppt演示相对板书更为美观，图形更为形象，但是由于节省了教师的书写时间，ppt的课堂信息容量大增，大大的增加了学生的负担；使学生学习囫囵吞枣，似是而非，教学效果很不理想。
2 教学改革措施
2.1 优化教学内容，促进学生综合素质协调发展
“工程光学”分为上篇和下篇，上篇介绍的是几何光学与光学设计，下篇介绍的是物理光学。“工程光学”作为“光学系统设计”和“信息光学”的先修课程，内容上即要做到衔接，又要做到不重复，如信息光学里介绍傅里叶光学，而傅里叶光学也是工程光学里下篇的一章，而由于学时的关系，这个内容就放在信息光学里介绍。“工程光学”是光电信息科学与工程学生解触到的第一门专业基础课，2014级安排在学生入学第三学期上，而2015级学生安排在入学的第二学期上，这时大学物理电磁部分还没上，因此需要将光的电磁理论作介绍。为培养综合型应用人才，加强课程之间的衔接和整合，适应专业培养方案的调整，调整“工程光学”课程教学内容，课时有的章节进行微调，删去傅里叶光学，新添光的电磁理论。具体修订如表1所示。 2.2 基于“翻转课堂”教学模式，提高同学的学习积极性
教学改革的主要内容就是教学方法改革，针对“工程光学”课程的基本概念抽象，元件很多，光路复杂，干涉衍射现象平时很难接触，散、乱和知识点多的特征，采取线下和线上相结合的“翻转课堂”的教学模式，使学生喜欢工程光学，勤思考，多交流，提高学生的学习主动性和积极性。
2.2.1 线下教学
（1）课堂内容：近年来，随着课改的进行，PPT基本是上课的必备材料，它的好处很多，比如直观形象，省去许多板书时间，课堂内容很多。工程光学需要课件，几何光学的光路图比如照相机、望远镜和显微镜的光路图比较复杂，课堂板书画图就很花功夫，因此用PPT分析理论是可以节省画图时间，但是一直用课件不利于学生对讲授知识的消化。通过几年的摸索，老师在课堂中将PPT和板书有机结合起来，图片展示光路图和一节课内容的概念思路和总结，而具体分析带着学生一步一步的板书推导，让学生在推导中慢慢的领会公式的理解和应用。但几何光学里作图求像法是个很重要的方法，介绍这里时，为了让学生加深印像，要求学生现场上黑板画图，学生的积极性和紧张性马上就出来了。
（2）以实物、简易实验促进课堂教学。几何光学主要是以光学设计为目标的，让学生学会设计光路很重要，一个集成光路元件很多，几何光学的前三章课堂主要内容就是介绍基本元件的主要性质，尽量利用手边有的实物展示给学生看，比如介绍凸面镜时将汽车的后观镜给学生看，放大镜时拿凸透镜去课堂让学生现场看放大效果，谈望远镜时拿实物对着分析，在分析的过程中提出要求，让学生思考怎么设计简单光路。谈光栅衍射时将CD、DVD、还有光栅拿到课堂上直接展示实物，并用激光笔照在CD、DVD和光栅上让学生对具体现象产生兴趣，从而进入新内容的学习。
（3）教学方法的多样化。工程光学的知识点很多，散乱是它的主要特征。为了让学生主动学习，每次课堂上课前七八分钟，都是复习时间，提三个以上前一次课的主要知识点，点名学生回答，让学生快速进入学习氛围，也达到突出重点的目的。比如：上第一章第四节球面光学成像系统之前，老师提问的问题是：a、什么是符号法则？用自己的理解表述出来。b、什么是近轴条件？c、近轴区单球面的折射公式怎么用？
“工程光学”的公式很多，通过几年的教学总结发现，有部分学生常常是求反射时错用折射公式，该利用单球面公式时错用凸透镜公式，张冠李戴，错漏百出。有部分学生常常在解题是分析不清楚实像虚像，由于反射情况和折射情况下，实像虚像的判断口诀容易混淆，在教学过程中，笔者一般用作图法让学生领会真正反射情况和折射情况下光线的走法，而不是死记口诀。
怎么让学生理解透公式很重要，因此，老师尽量将公式统一化，比如：平面镜反射、平面折射、单面镜（又分为凸面和凹面）反射、折射等都有各自的公式，记忆麻烦，在讲授时，可以从费马原理出发证明这些公式，也可以直接由近轴假设得到这些公式，课堂上两种思路都做介绍分析，并且将反射和折射都統一在一个公式里。这样就不会让学生觉得乱了。
（4）善于应用系统框图。物理光学主要介绍干涉、衍射和偏振，其中干涉和衍射的本质是当相遇点的光波数目不同、光程差满足条件不同时产生的现象之分。这部分内容中光栅衍射是一个比较复杂的综合知识点，它即有干涉也有衍射。因此，笔者用这样的方框图（图1）来设计物理光学中光栅衍射，将知识点融会贯通，让学生好理解。
2.2.2 线上教学
分享网络资源：分享国家级精品课程天津大学的“工程光学”的教学视频，分享课堂教学PPT，积极调动学生的学习兴趣。
建立班级网络交流平台：QQ、微信、微博等通信工具已经广泛的应用于日常生活交流中，通过建立班群，将上课的PPT、课堂思考练习、课后思考等问题放在群中，及时和学生点对点的交流，为学生解惑。而且通过学习群的建立，他们在大三大四准备考研时，也方便和学生交流。
2.3 改革作业提高学生思考积极性
我校使用的书是天津大学郁道银主编的《工程光学》，这本书例题很少，因此如何让学生通过理论的学习，达到能够解决问题的能力是我一直以来思考的问题。2014级时我是让学生完成书上习题中的部分题目。2015级通过建立课后习题集发挥课下网络学习优势，2016级更进一步提高学生的课后学习积极性，要求学生在习题集的基础上，自己修改题目，让学生通过改变某一给定的题目，修改两个以上的数据或条件重新做题，要求学生改变条件但要能够解出答案。这样的改进有利于学生思考题目可以改变哪些量，理解光学系统，理解符号法则等知识。通过修改题目，许多学生有奇思妙想，有的同学会简单的将题目中的数据修改下，但是改的不好是做不出答案的，这给了学生锻炼机会，在计算过程中，学生进一步理解了许多公式的应用，符号法则的要求。有的学生改元件，比如将凸面改成凹面，将反射改成折射，这类都是比较普遍的现象。学到典型光学系统时，修改题目就比较困难了，已经比较综合，许多学生改题过程中就主动和我交流，这即是锻炼他们，也是锻炼我自己。从近三年的试卷分析（如表2）可以看出，学生的卷面成绩通过这些改革在进步。
近三年卷面成绩分析列于表3，从中可以看出，工程光学改革的成效是明显的。学生的成绩明显呈上升趋势。及格率从2014级的31.08%上升到2015级的78.16%，再上升到2016级的85.145。
2.4 改革考核方式，强调过程性学习
“工程光学”是光电信息科学与工程专业的重要专业基础课，综合成绩由平时成绩和期末考试卷面成绩组成，平时成绩主要为考勤和作业。但是具体操作方式在不断的补充，如：考勤2014级是老师课堂点名，从2015级开始主要由班干部课前点名，一周一统计，达到课堂管理的目的。2014级的作业主要以课堂作业为主，2015级的作业主要以课下网络布置的为主，2016年主要以学生自己修改的为主，为了提高学生的学习主动性，每一章学习结束，都会做一次课堂习题作业，让学生现场完成，而这些习题的部分来源就是学生自己修改的比较好的题目，基本两章内容上下来，学生就会彼此交流修改题目，达到主动学习的目的。还有课堂表现，为公平性一门课我争取做到每个学生都能有一次以上的回答问题机会，有的学生感觉回答不好，还有自告奋勇上黑板解题的机会，为提高学生自主学习和自我管理能力，我将课程的考核方式尽量多样化，具体如下：
第一部分是学生出勤和课堂表现，这以考勤和回答问题上黑板完成题目质量互动为依据；第二部分是课后参与度，修改作业、每章课堂作业、课堂笔记为依据；第三部分是期末卷面成绩，以闭卷形式考核，主要考察知识点的应用、设计，淡化公式推导。
3 结语
为了满足学校向应用型高校转型的要求，培养与社会接轨、毕业后能够胜任工作岗位的应用型人才，作为第一重要的培养方式——课堂，需要与时俱进，了解社会需要，即要把基本理论教好，又要让自己所教的是学生将来有用的，这是教育工作者一直摸索的方向，也是我这几年来一直思考的问题：怎么上好一门课，怎么提高学生的学习兴趣。“工程光学”作为光电信息科学与工程专业学生接触到的第一门专业课，就要开个好头，第一，认真研读该专业的培养方案，优化课程内容；第二，丰富教学方法，建立线上和线下多渠道多交流的教学模式，让学生课上认真听课，课下能第一时间找到我交流解惑，构建良好的学习氛围；第三，作业方式的变化从以前学生自己解题就好到解出题目分析题目考点修改题目最终再解出题目，这其实是个复习设计的过程，特别是后面的综合题的设计，认真设计就是一次小创新；第四，改革考核方式，注重过程学习和自主学习。以应用型人才培养为课程改革的目标，理论联系实践，实践反过来又推进理论学习，提高学生的学习兴趣， 实现培养应用型人才的目的。
参考文献
[1] 柏俊杰，张小云，吴英.面向工程应用的工程光学教学改革与实践[J].重庆科技学院学报，2012（13）：186-188.
[2] 郁道银.谈恒英.工程光学[M].2011.6：1-293.
[3] 杨磊，蔡怀宇，吕且妮等.天津大学“工程光学”“慕课”教学改革与实践[J].教育教学论坛，2017（4）：143-145.
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