基于新工科理念的《物理光学》课程建设

周哲海 赵爽 王晓玲 牟涛涛 何巍 樊凡 郎晓萍

摘要：新工科建设要求将产业和技术的最新发展、行业对人才培养的最新要求引入教学过程中，这就要求对原有的课程体系进行重新的梳理和调整。正是基于这样的需求，教学团队对物理光学课程体系进行了调整，增加了很多反映最新社会发展和技术需求的教学内容，同时着手建设在线课程和虚拟实验平台，为学生的课外学习提供了更为丰富的教学资源，支撑了学生创新实践能力培养。

关键词：新工科，物理光学，课程体系，创新实践

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）15-0089-03

一、引言

2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了复旦共识、天大行动和北京指南，以主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略。新工科建设要求将产业和技术的最新发展、行业对人才培养的最新要求引入教学过程，更新教学内容和课程体系。

物理光学是我校光电信息科学与工程专业的专业基础课，基于光的波动性和粒子性（即波粒二象性）的基本原理，介绍光的干涉、衍射、偏振、散射等基本的光学现象、基本原理及典型应用，是光电类专业重要的知识组成部分。同时，物理光学所涉及的内容与社会发展密切相关，有非常大的生命力和活力，在现代社会和科技发展中有非常大的影响力，在不断地创新发展，推动者社会进步。因此，持续开展课程体系建设，以适应最新的社会发展需求，是课程建设的基本要求。在过去两年，课程组基于工程教育专业认证和新工科理念，对物理光学的课程体系进行了新的系统设计，将最新的信息技术引入到课程教学中，突出学生创新实践能力培养。本论文将对过去我们的工作做一简要总结，抛砖引玉。

二、建设举措及效果

在光电信息科学与工程专业2012版培养方案中，物理光学课程的课时为48个，同时与之相关的两门课是信息光学和现代光学实验，其中，信息光学40个学时，现代光学实验是24个学时，是一门纯实验课。物理光学和信息光学两门课有一部分内容有一些重叠，就是关于光的衍射的内容。而现代光学实验则同时包括两门课的一些综合性实验。总体上，这样的安排有一些混乱。同时，面向新的技术和产业发展，原有的课程内容也需要进行调整。因此，在2016版培养方案中，课程团队对课程体系进行了一系列的调整。

（一）进一凝练教学内容，将最新的技术发展融入课程教学

技术在不断发展，课程教学内容也应该随之变化，以适应这种发展。我们将信息光学课程取消，部分内容融入物理光学的课程中，总学时由原来的48个学时增加至64个学时，现代光学实验依然为独立的实验课程，16个学时，全部为综合性的实验。具体来说，课程团队对物理光学内容进行了新的调整，引入了“傅里叶变换”和“线性系统理论”，从频域的角度进一步理解光在空间传播的物理现象和本质，从而从更深的层面理解衍射的物理含义;同时，课程还增加了“光学全息”的内容，让学生综合运用干涉和衍射的物理概念来理解这个非常重要的物理概念。

同时，课程还对原有的一些内容的教学学时进行了压缩，例如金属的反射和透射特性、多层介质薄膜的滤波特性、子波带法计算菲涅耳衍射场分布、多种类型的光栅等，设立了一些小的专题，例如负折射率材料的反射和透射特性、基于Macleod软件计算介质薄膜的透射和反射特性、凹面光栅、亚波长光栅、超分辨荧光显微成像、全光场成像等等，将这些最新的技术发展引入到课堂中，激发学生的学习兴趣、了解最新的技术发展和研究热点，激发他们探索新问题的热情。

（二）采用新的教学方法，提升课程教学质量

面向新的技術发展，特别是信息技术的发展，传统的教学方法面临着很多挑战，很多传统的满堂灌、一言堂的方式已经难以激发学生的学习兴趣，因此新的教学方法改革与创新变得非常重要而且迫切。

为此，课程组在物理光学的课程建设中也开展了一些新的尝试。首先，建设了在线课堂资源，将教学内容和重要知识点讲解放到网上，学生可以随时进行在线学习，提问答疑，完成测试等;其次，在课堂教学中引入了超星公司的学习通App，增加了互动环节，让学生参与到课堂教学中，激发学生分析问题、解决问题。

（三）提供更丰富的实践内容，提升学生的创新实践能力

课程实验和围绕课程的实践环节是课程教学的重要内容，也是提升学生实践创新能力的重要手段，所以提升课程实践环节的教学质量至关重要。

首先，我们对原有的一些实验进行了改造提升，让传统的验证性实验提升到设计性、综合性实验的水平，在实验设计的环节中提出问题导向，让学生带着问题做实验，通过做实验来分析问题、解决问题，从而提升学生的实践动手能力、分析问题和解决问题的能力。为此，我们基于工程教育专业认证的要求，重新梳理了课程实验教学大纲、课程实验指导书、实验报告规范以及实验考核标准等内容。

其次，我们还开设了一些新的开放性实验供学生选择，和集体做实验不同，学生可以在课余时间来做实验，灵活自主，而且按要求完成后可以计入课程实验成绩。更大的一个创新工作在于，我们利用虚拟仿真软件平台开设了一些虚拟仿真实验，学生通过这些实验可以模拟一些典型的光学现象，了解基本的光学原理，同时还可以设计一些比较复杂的实验系统，进行更为复杂的实验现象的分析模拟。这种虚实结合的实验方式为学生的实践教学提供了更多的锻炼机会，更好的能力培养途径。

（四）改革课程考核方式，丰富课程考核手段，进一步强化过程考核

传统的课程考核方式主要是期末考试和平时考核相结合，这种方式忽略了过程考核，导致很多学生在平时学习的压力不够，不够用心期末考试突击复习，学习效果和成绩并不理想。鉴于此，我们将过程考核引入到课程考核中，将课程成绩分成几个过程性成绩的总和，增加一些过程考核的环节，这样学生在平时学习就比较有压力，在整个过程都能投入，学习的效果也好很多。当然，这种过程考核方式给教学团队增加了很大的工作量，因为每个考核过程都要进行成绩批改和记录，以及教学文档的整理。

（五）完善现有的课程评价机制，持续改进提升课程教学质量

持续改进是工程教育专业认证的三大理念之一，将这一理念运用到课程教学上，最关键的就是科学合理的课程评价机制。

传统上课程评价的机制主要是学生评教，学生给老师的总体教学水平打一个分数。但是这种方式无论分高分低，都很难用于持续改进，因为老师不是很秦楚课程需要在哪些方面进行改进提升。为此，我们按照工程教育专业认证的理念，丰富了课程的评价机制。首先，通过调查问卷，了解学生课程目标达成情况以及对课程的意见。通过问卷结果分析，可以清楚地了解到学生对课程不同目标的达成情况，也就是学生收获的情况，这可以告诉教师在新一轮的教学中在哪些方面加强改进提高，而且收集学生的意见后，也可以有针对性地进行完善。另外，我们还引入了课程过程成绩评价方法，也就是将学生的考核成绩和教学目标挂钩，定量的了解学生在不同教学目标方面的达成情况，有比较清楚的量化指标，更有利于课程改进的实际操作。而且这种课程量化评价方法还可以进一步支持专业的毕业要求达成度评价。

三、总结与分析

课程教学是提升人才培养质量“最后一公里工程”，所以课程教学改革始终是人才培养最根本的问题。过去几年，我们围绕物理光学的课程体系进行了一系列改革，在课程内容、教学方法、实践体系、考核方式以及评价机制等方面都做了一些尝试，有了一些心得和收获，这些改革的效果得到了学生的支持，也确实提高了课程的教学质量，学生有了更多的收获。为此老师们也付出了很多的时间和精力，投入很大。当然这些方法也不见得能运用到所有的课程教学上，实际上，针对不同类型的课程，都可能有很多不同的更适用的方法。但不管怎么说，只要是能提高课程教学质量，让学生有更多收获的方法就是好方法，值得去努力应用的方法。

改革永远在路上，课程教学改革也是如此，我们也将更加努力，不断探索，不断实践，在提升课程教学质量、提升人才培养质量的路上继续奋进。

参考文献：

[1]顾佩华.新工科与新范式：概念、框架与实施路径[J].高等工程教育研究，2017，（6）：1-13.

[2]顾佩华.从CDIO在中国到中国的CDIO：发展路径、产生的影响及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017，（1）：24-43.