“工程光学”课程教学改革探讨

邢笑雪，罗 聪，董 朔

测控技术与仪器专业是建立在精密机械、电子、光学、自动控制、计算机与信息技术等多学科基础上的工科专业［1］.“工程光学”是测控专业的必修课程，不仅要求学生掌握几何光学和物理光学相关的基本理论，而且要求学生能利用光学设计软件进行光学设计和像质优化［2-3］.该课程学习的效果直接影响后续光学专业课的学习，为了适应时代发展的要求，提高学生的学习主动性、工程实践能力和创新能力，本文对“工程光学”的教学现状进行了分析，针对目前教学中存在的问题对教学内容、教学方法和考核方式进行了改革.实践结果表明，改革实施后其教学质量和教学效果得到明显提升.

1 “工程光学”教学存在的问题

1.1 教学内容更新慢

研读“工程光学”的教学大纲后发现，其教学内容与其他课程的教学内容重叠，如几何光学中的光度学基础与光电检测技术重复，光的干涉衍射与大学物理重复等.此外，实验教学内容偏向于基础性的实验，综合性、设计性实验较少，这不利于学生的动手能力、实践能力和创新能力的培养.

1.2 教学方法单调

在教学方法上，长春大学的教师目前多采用PPT+板书的方式，该方法在一定程度上提高了教学效果，但是也带来了相应的问题.首先，PPT 的使用增大了课堂信息量，压缩了学生对于知识点的理解时间；其次，PPT 的应用使得教学内容更加紧凑，增大了学生的课后学习压力，进而导致教学效果不明显.为此，需要改进教学方法，增加多媒体辅助，充分调动学生学习的积极性.

1.3 考核方式单一

在考核方式上，“工程光学”课程采用的是平时、实验和期末结合的方式，平时∶实验∶期末的占比为2∶1∶7.期终考试占比较高，学生只注重期终考试的成绩，而忽略了平时学习的累积，这种考核方式单一，考核内容不全面，忽视了过程学习的重要性，不能体现实验教学的重要性.

2 “工程光学”的教学改革与实践

2.1 优化教学内容，强化理论与应用的结合

目前，长春大学选用的是由郁道银、谈恒英教授主编，机械工业出版社出版的《工程光学（第4 版）》，教材内容分为上、下两篇，为了保证教材内容的完整性，其很多内容与其他前续或者后续课程重叠.受到学时的限制，课程组对教学内容进行了相应的调整：压缩了经典光学的内容，删除了光度学的相关内容，删除了与大学物理学课程重复的内容（如光的干涉与衍射），增加了新型光学系统设计等相应内容.调整后的教学内容更加突出了重要知识点，强化了理论与应用的结合，使学生能够更好地把握教学内容，加深了对基本理论的理解.具体修订见表1.

表1 “工程光学”教学内容调整表

2.2 搭建SPOC 教学平台，丰富教学模式

SPOC（Small Private Online Course）即“小规模私人在线课堂”［4-5］，SPOC 教学平台可以为学生提供更多样化的学习资源.例如微视频、习题、作业、测试、论坛讨论等，SPOC 教学平台的搭建丰富了教学模式，能更好地激发学生的学习积极性，提高教学质量和教学效果.以光学系统中的光束限制单元为例，课程组在超星SPOC 平台上传了12 段课堂教学微视频、2 份习题、2 份作业、5 份测试，发布了3个论坛讨论主题，极大地方便了学生学习.工程光学SPOC 教学平台门户页见图1.

图1 “工程光学”SPOC 教学平台门户页

2.3 增加虚拟实验教学，丰富实验教学资源

虚拟光学实验平台是传统实验教学必不可少的辅助手段之一.在实验教学中，利用Matlab、Labview 等软件搭建虚拟实验仿真平台，可以为学生提供更加丰富的实验教学资源，平台的演示效果可以帮助学生充分理解理论知识，进而提高实验教学的效果.以光学像差实验为例，课程组分别搭建了基于Matlab GUI 和基于Labview 的光学像差实验仿真平台［6］，实验仿真平台见图2 和图3.从图2 和图3 中可以看出，该仿真平台具有简洁直观的人机交互界面，可以直观地观察校正情况，更有助于学生对理论知识的深入理解.

图2 基于Matlab GUI 的仿真平台模拟示例

图3 基于Labview 的仿真平台前面板

2.4 注重过程考核，考核方式多样化

依据过程考核优于结果考核的原则，课程组对考核方式作如下尝试：实行分阶段考核方式，增加平时测试和期中考试.改革后，“工程光学”综合成绩是由平时成绩+平时测试1+平时测试2+期中考试+实验成绩+期末考试成绩组成.其中平时成绩主要由课堂提问、出勤和作业成绩组成，占综合成绩的15%；平时测试1 和平时测试2 各占综合成绩的5%；期中考试占综合成绩的10%；实验成绩占比提高到15%，期末考试成绩占综合成绩的50%.多样化考核方式促进了学生学习的积极性，有效地激发了学生的学习潜能，更有利于课程教学质量的提高.

改革后的成绩见表2，从表2 中可以看出，“工程光学”的改革达到了一定的效果，学生的成绩明显提升.及格率从2015 级的60.04%上升到2016 级的74.28%，再上升到2017 级的83.26%.

表2 近三年成绩分析表

3 结语

本文针对长春大学测控专业“工程光学”教学的实际情况，借鉴其他同行的课程改革的优秀经验，对“工程光学”的教学改革进行研究.具体方式为：优化教学内容，做好与前序和后续课程的衔接，强化理论与应用的结合；搭建SPOC 线上教学平台，丰富教学模式；增加虚拟实验教学，搭建虚拟仿真实验平台，丰富实验教学资源；实行分阶段考核方式，注重过程考核，多样化考核方式.实践结果表明，这种改革方式极大地提高了学生的学习积极性和学习效率，学生的学习成绩得到了明显地提高.