“光学”课程项目式教学实例探究

乔文

【摘要】为改变传统《光学》课程中学生被动的接受知识点的现状，教学团队选择“小组项目”的形式开展任务型课堂教学。本文以“手机中光学应用”为项目题目，通过具体实例分析项目式教学的课题设置方法，项目执行与成果。实践表明，以学生为主体，引导学生自主完成资料收集、实验设计、总结和成果展示的全过程，可提高学生课堂积极性，增强学生的合作意识，培养学生进行独立学术思考的能力。本文对光学课程的开展翻转式课堂教学设计具有一定参考价值。

【关键词】项目式教学  教学探讨

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）42-0166-02

《光学》课程是高等院校物理专业一门重要的必修基础课，它在为大学生系统地打好必要的光学基础知识，培养大学生初步的科学思想方法和研究问题的方法方面起着非常重要的作用。由于《光学》又是低年级开设的课程，它在使大学生树立端正的学习态度，掌握科学的学习方法，培养独立获取知识的能力，初步尝试科学研究前沿领域等方面也有着十分重要的作用。

1.項目式教学设置背景

《光学》课程主要包括几何光学及波动光学两大部分内容，具有与学生生活息息相关，与前沿科技联系紧密的特点。传统光学课程以启发式、灌输式教学为主，教师起主导作用，通过板书或幻灯片的形式将知识点归纳总结后传授给学生，学生被动地接受知识点。此种教学模式已不再适应当今教育的要求和发展。为此，教学团队进行教学改革，选择“项目”的形式开展翻转式课堂教学探索。

“项目”式教学源自欧洲的劳动教育思想，最早的雏形是18 世纪欧洲的工读教育和19世纪美国的合作教育。历经发展，直至20世纪后期逐步成熟和完善，成为十分重要的一种教育思潮。“项目”式教学是指在老师的指导下，将一个相对独立的项目交由学生自己处理。通过引导学生完成信息收集、方案设计、项目实施和最终评价，使学生自主学习，了解并掌握整个过程的知识难点。

“项目”式教学最显著的特点可概括为“项目牵引、学生主要、教师辅助”。在《光学》课程中，通过项目的形式，设计任务型的教学活动，以学生为主体，独立完成设定人物的资料收集、阅读、理解、总结和成果展示的全过程，从而提高学生课堂积极性，鼓励学生表达个人观点，增强学生的合作意识，培养学生进行独立学术思考的能力。“项目”式教学是高校国际化教育的重要实践途径之一。然而，“项目”式教学成果好坏，与项目课题设立、实施方法等有密切关系。为此，教学团队对项目课题进行了仔细的研究。

2.项目设置实例

项目课题应充分体现《光学》课程与生活息息相关，与前沿技术紧密联系的特点。同时，项目课题应充分考虑学生的兴趣和综合能力发展需求。为此，教学团队设立的项目题目之一为：手机相机的光学应用。下面就该项目实例进行详细说明。

课题设置原因：手机作为最重要的个人信息交互平台，已经成为最重要的产业之一。经过几年的迅猛发展，手机产业上市公司中，市值在200亿以上的至少有30多家。手机已集成各行业顶尖技术，是技术革新最快的领域之一。而手机摄像头则成为每位同学都有的光学系统，并代表了目前小型光学系统发展的前沿水平。充分利用人手一个的光学系统，可以了解光学产业的发展现状，并探讨光学在手机中的其他应用和发展趋势。

课题研究内容：为满足不同层次学生对知识汲取与探究的需求，课题设置“阶梯式”研究内容。主要分为三个阶梯：

2.1手机摄像头的性能参数评测方法

首先，通过文献查找获得手机所用图像芯片的像素数与像素大小，并记录主要参数。其次利用课堂所学知识和身边工具，设计实验估算手机系统的焦距、视场角等性能参数。之后设计实验，测量手机景深、动态成像范围等性能参数。最后，引导学生讨论系统的主要评价参数指标，及各参数之间的关系，并分析参数设计值选定原因。

2.2 手机摄像头的像差评测方法

像差是指实际光学系统中，由非近轴光线追迹所得的结果和近轴光线追迹所得的结果不一致，与近轴光学的理想状况之间的偏差。像差主要可分为球差、彗差、场曲、像散、畸变、色差以及波像差。利用通过测量手机摄像头的畸变、色差等参数，初步了解光学系统成像质量的评价方法。最后，通过文献调研，了解图像质量提升的硬件方法与途径。

2.3 光学在手机中的其他应用

除了摄像头，手机在光学系统中的应用还包括：平板显示技术、基于结构光的深度感知、裸眼3D显示技术、玻璃盖板上的微纳技术、屏下指纹识别等。教学团队鼓励学生选择一个感兴趣的领域，并进行深度研究，从工作原理、发展现状和技术瓶颈、未来发展方向等方面进行详细阐述。

3.项目执行与实施效果

项目执行分为组队、文献调研、实验、综述撰写、报告讨论五个环节。项目要求学生完成一个完整的学术研究闭环，即从资料收集，到实验设计，到成果整理与发表的整个环节。最后成果递交形式分为论文和口头报告两部分。

在论文撰写中，需包含论文题目、作者信息、摘要、论文主体、致谢和参考文献五个部分。并通过前言、实验步骤、实验结果、总结和讨论几个方面对项目研究进行详细阐述。教学团队预先提供范例论文以供学生模仿和参考，达到事半功倍的效果。实践中，学生递交的成果总会带来惊喜，说明他们的潜力是可以激发出来的。

在口头报告中，要求学生制作幻灯片，对“手机中光学的其他应用”这一部分调研内容进行概述，利用有限的时间对调研成果进行介绍。考虑到施教对象是本科低年级学生，幻灯片制作经验欠缺。实践中，教学团队预先提供优秀幻灯片范本，并提供科技型幻灯片制作技巧。在进行口头报告时，不少同学就报告的研究领域表达了自己的想法，并展开了热烈的讨论。比如，有几个小组都选择了基于结构光的深度感知这一研究课题。一个小组做完口头报告后，在提问环节就结构光的产生机理和影响因素进行了热烈争论，很好的达到了加深课堂所学知识，拓展和延伸到研究前沿领域的目的。

4.结论

多轮教学实践成果表明，教学团队坚持开展的项目式教学探索，构建的本科生任务型“阶梯次”能力训练的教学实践培养模式，受到了各届本科生的普遍欢迎。对培养本科生具有“宽泛的专业知识、团队合作和领导能力、解决问题能力”的创新型综合素质人才具有十分显著的教学效果。