深化“工程光学”课程改革 打造一流本科“金课”

蔡怀宇 汪毅 江俊峰 陈晓冬

[摘 要] 振兴本科教育已成为新时代高等教育改革发展的核心任务。作为人才培养的核心要素，打造高水平课程，即“金课”建设尤为重要。“工程光学”课程组在前期教改工作基础上，以专业认证需求为导向，以学生发展为中心，开展了致力于打造具有一定挑战度的线上线下混合式“金课”的教改实践探索。充分利用先进的多媒体技术、网络技术构建课程教学内容，采用线上、线下相结合的方式，有效组织课程教学，同时设置综合练习环节，着力提升课程难度和学业挑战度。

[关键词] 本科教育;课程改革;金课

[基金项目] 教育部光电信息科学与工程教指分委2019年教育教学研究项目“《工程光学》线上、线下相结合的一流课程建设实践与探索”（gdyljs01）

[作者简介] 蔡怀宇（1965—），女，博士，天津大学精密仪器与光电子工程学院光学工程专业教授，天津市教学名师，“工程光学”国家级精品共享课程负责人、天津市优秀教学团队负责人，主要从事光电成像技术、信息光学和图像处理方面的理论与教学研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）40-0129-03    [收稿日期]  2020-03-26

一、引言

当下振兴本科教育已成为新时代高等教育改革发展的核心任务。2018年8月，教育部印发《关于狠抓新時代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》（教高函〔2018〕8号）要求：“各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰‘水课、打造‘金课，合理提升学业挑战度、增加课程难度、拓展课程深度，切实提高课程教学质量”。紧接着，2019年4月《教育部高等教育司2019年工作要点》发布，明确提出“实施一流课程（金课）双万计划”，即要建设1万门国家级一流线上、线下及线上线下相结合的混合式精品课程，也就是国家“金课”;同时打造1万门省部级一流课程，也叫地方高校的“金课”。

相对于“水课”的低水平、低质量和容易“混”，“金课”具有“两性一度”的显著特征[1]。“两性一度”即为高阶性、创新性和挑战度。高阶性体现在课程不仅仅要传授知识，而且要将知识、能力、素质有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维;创新性可分别体现在课程内容有前沿性和时代性，教学形式具有先进性和互动性，以及学习结果具有探究性和个性化3个方面;挑战度意味着课程要有一定难度，需要学生和老师一起努力才能达成。显然，“金课”肯定应该是一门教师走心设计、全情投入，学生用功对待、收获成长的课程。

“工程光学”课程组承担着精仪学院光电信息科学与工程、电子科学与技术等5个专业每学年400余学生的专业基础核心课程的教学任务，开设了3个不同的授课清单（48学时、80学时和104学时）以满足不同专业的教学需求。课程组教师在认真完成教学任务的同时，长期坚持开展教学研究和教学改革的实践探索，已取得较为丰硕的阶段性成果，如：分别于2004年和2012年建成“国家精品课程”和“国家精品共享课程”，2014年系列教材获批“十二五”规划教材，2014年课程团队获批天津市优秀教学团队称号，在最近3届教学奖评选中共获国家教学成果二等奖1次（2009年）、天津市教学成果一等奖2次（2009年/2013年）、二等奖1次（2004年）等。

在前期课程建设成果基础上，2013年《工程光学》课程组首批加入学院推出的“课程质量提升计划”，2014年获天津市MOOC课程建设立项支持，由此开启了新一轮的课程建设任务，即以学生发展为中心，以专业认证中“培养学生解决复杂工程问题的能力”这一需求为导向，努力打造具有一定挑战度的线上线下混合式高质量课程——“金课”。

二、“金课”建设方案及组织实施

经过课程组教师的反复研究与探讨，确立了“金课”建设中“一个中心、三个结合”的指导思想。一个中心即强调以“学生”为中心（student-centered），着力突出教育过程为学生的成长与发展带来的成果及变化。授课过程中不仅关注知识本身，还要注意培养学生良好的学习习惯，将知识、能力和素质的综合培养联系在一起。在为学生提供更丰富的教学资源的同时，以各种方式加强引导，以激发学生内在的“向学”动力。“三个结合”就是要坚持课内学习（线下）与课外学习（线上）相结合，充分发挥网络教育灵活便捷、不受时空限制的优点，让学生除参与课堂学习外，能够个性化自主地选学更多的知识;坚持“慕课”和“翻转课堂”相结合，实现这两种教学模式的优势互补，将以往课程中简单的知识传授变为有效培养学生综合素质的过程;坚持过程性评价与结果性评价相结合，将考察环节贯彻课程教学的全过程，全面督导学生的学习投入和效果，避免之前长期存在的平时学习状态稀松、只靠考前突击的现象。

围绕上述指导思想，我们明确了“金课”建设的主要内容，包括以下四个方面。

1.慕课网络平台和课程资源建设。在学校相关部门的支持下，课程组在“北洋学堂”网络教学平台上同步开始网络课程。资源建设方面兼顾知识的系统性和碎片化，在原有国家精品共享课资源基础上，重新梳理素材，不断探索学生喜闻乐见的知识点展示方式。网站重视学生参与环节，相应设置了在线知识单元测试和讨论区等，为探索互联网环境下有效的监督方式，网站还提供了统计和自动计分环节等。在网络课程平台建设的同时，课程组还长期坚持系列教材建设，近年来除连续出版了课程的主教材外，还组织出版了课程实验和习题解答等，系列教材编写中特别注意突出前沿性、综合性和引导性，将教学科研成果不断融入再版教材，为学生提供更为丰富的学习资源。

2015年初“工程光学”课程在“北洋学堂”网络平台正式上线，运行前3年蝉联“热门课程排行榜”首位。作为线上/线下混合式教学的SPOC课程，2018年、2019年春课程访问数分别达到18.78万和22.81万人次。

目前，课程内容按章节规划，包括教学视频、实验视频和章节测试等。每学期课程开始前，会发布课程学习说明及课程学习路线图等，配合线下教学，明确学习任务和时间安排。教学期间通过后台统计功能，随时掌握学生线上学习情况，根据需要，个别督学。

2.开展有效的翻转课堂教学实践，打破传统课堂的“安静”。比较中美的大学课堂[2]，最显著的不同在于学生的教学参与度！相比之下，中国的大学课堂过于“安静”，这也是束缚学生思想，成为限制学生创新意识和综合能力提高的最大障礙。

中国大学中教师“一言堂”的现象比较严重，要打破传统课堂中的“安静”并不容易，主要原因在于：（1）长期以来学生已养成上课只是来“听讲”的习惯，不“习惯”、也不“愿意”参与讨论;（2）学生普遍没有预习习惯，对讨论的内容缺乏必要的共识，感觉无话可说;（3）课堂学时较少，不允许长时间深入讨论，而且教师从主观认识上尚未完全认同并接受这种教学方法的改变。

针对上述问题，课程组经过研讨，在提高教师自身认识的同时，决定选择课程中的重点、难点问题先行尝试，最终选定第4章“光学系统中的光束限制”的内容实施。该章内容中许多概念相近、容易混淆，且应用灵活，具有一定难度，是历届学生反馈的学习难点。另外现有网络资源中充斥着很多表达不明确、似是而非、甚至是错误的概念、原理或技术，亦造成学生的困惑。为了让学生建立起共识平台，有利于讨论的深入，要求学生提前以小组方式学习讨论，按提纲要求准备PPT材料，并上传到课程网站，开展小组间的学习和互评;课堂上以抽签的方式，选出学生讲解、同组同学回答师生提出的问题;课后还要求学生根据课堂讨论结果，修改完善之前上传到网站上的准备材料，以达到提高认识、深入理解的目的。

为杜绝小组中某些成员“不参与，蹭分数”的问题，在教学评价环节中采取激励措施。将成绩划分为小组和个人两部分。小组成绩由PPT内容、制作及讲解决定，是小组通力合作的体现，反映学生的协作能力。个人成绩包含回答问题及提出问题两部分，反映个人的思考深度和表达能力。最终将小组成绩和个人成绩相加，得到每个成员的最终成绩。通过翻转课堂讨论，同时可以锻炼学生自学能力、小组合作能力、批判思维意识和综合表达能力。

3.设置课程综合训练环节，提高课程难度和挑战度。课程组根据整体教学安排，每学期至少设置2个综合训练环节，采用灵活的组织方式，锻炼学生解决复杂工程问题的能力。比如：在学习了大部分“应用光学”理论之后，选择15个典型应用系统，要求学生抽签选取1个进行系统的外形尺寸计算和像差分析，讨论制作、调试过程中会遇到的问题等，分组完成，方法不限。在学习了“光的衍射”理论后，要求学生用Matlab编程分析干涉、衍射图样，并讲解形成机理。最后通过师生面对面交流反馈研究结果，若学生认为准备不充分或当面反馈不理想，允许申请2次重讲。

4.课程评价体系建设。为更好地评价课程建设成果，督促学生全过程投入学业，教学过程中坚持过程性评价与结果性评价相结合。形成性评价包括多考核点，覆盖教学全过程。如18192学期成绩组成为：2个综合练习分别占6%和8%，月考8%，期中15%，网络学习5%，作业8%，期末50%。设置多次不同形式的考试或考查，有效地避免了学生平时不努力、期末考试前突击的现象。

三、“金课”建设成效

开展“工程光学”“金课”建设5年来，建成课程SPOC网站并持续平稳运行，共有超过5000人注册学习，丰富了教学资源，为校内外资源共享打下了良好的基础。同时将“SPOC”与翻转课堂的教学模式相结合，实现了课内学习（线下）与课外学习（线上）有机融合，有效地调动了学生的学习积极性，达到了随时随地、灵活便捷学习的目的和良好的教学效果。课程中采用增设综合练习等方式提高课程挑战度，有效拓宽学生视野，提高了学生综合分析能力和解决实际问题的能力。以“学生为中心”的课程评价和学业评价方式，有利于缓解师生之间的对立，有针对性地提升课程质量;同时激励学生加大课业投入，学习知识的同时锻炼能力，提升综合素质。

课程改革以来，学生课业成绩、继续深造率均有所提高。改革前后，同专业学生（2014/2015年春）修课及格率提升2.3%，高分段人数提升17.4%;5年来继续深造率由50%提升至73%。多种教学新模式逐渐得到学生认同：在结课总结中，越来越多的学生对自主学习、翻转课堂等给予了很高的评价。另外，课程组教师受到学生好评，在2019届毕业生“我心目中的好老师”评选中，课程组教师5位当选，占全部当选教师的23.8%。学生们在推荐词中评价说，“授课安排巧妙，多种方式相结合，其中线上教学、线下小组讨论都是授课方式的创新。”“理论和实践相结合使同学们不仅学习了专业知识，也锻炼了专业技能”。

四、结语

在大学中打造“金课”、淘汰“水课”，直接关系着高等教育人才培养质量的高低，关系着中华民族的未来，长远来讲势在必行。但也要清楚地意识到，全面淘汰“水课”任重道远，绝非一朝一夕就能解决，它是一个复杂的系统工程[3]。

经过多年的课程改革和实践，我们认为以下两方面的问题亟待解决：一是学生的学习积极性和对大学课程的期许与社会发展和祖国需要存在落差，部分学生进入大学后缺乏明确上进目标，得过且过，认为“金课”要求对他们只是带来麻烦，缺乏对“金课”的认同感。二是目前“金课”建设还只停留在教育部有号召，教师自发行动的状态，这显然不利于“金课”建设健康有序长期发展，制度上的激励和保障必不可少！

参考文献

[1]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9.

[2]真虹.中美大学课堂教学比较研究[J].高教发展与评估，2007，23（2）：106-111.

[3]董立平.关于大学课程建设与改革的理论探讨——基于中国大学“金课”建设的反思[J].大学教育科学，2019（6）.