地方本科高校工程光学课程工程体验式教学初探

周远 陈英 刘安玲 汪之又

摘 要：基于目前地方本科高校工程光学课程教学内容、模式、条件普遍难以满足应用型人才培养及新工科改革的需求的现象，文章针对工程光学课程教学探讨了工程体验式教学方式，以提高学生工程实践能力为核心重構教学内容。要将线上和线下、课内和课外相结合，以问题、任务或项目驱动教学;通过创建贴近工程实践的教学平台、“双师型”教学队伍、自主学习型网络教学平台及资源，为工程体验式教学提供条件;要以学生为中心，促使学生主动建构知识并提升工程综合能力。

关键词：地方本科高校;工程光学课程教学;工程体验式教学

一、引言

工程光学是光电、仪器、测控等类别专业的基础课。[1]课程通过学习光学基本知识、理论、方法及典型光学系统和技术应用，为解决专业领域复杂工程问题打下良好的光学工程理论基础。在高校应用型转型发展和新工科建设背景下，地方本科高校工程光学课程教学不仅要求传授光学基本理论知识，更需结合工程实际应用培养学生光学方面的工程综合实践能力。工程体验式教学将课程教学与工程实践紧密融合，让学生在贴近工程实际的教学场景中通过完成任务或项目主动建构知识，培养工程综合能力。[2]因此，在工程光学课程教学中探索工程体验式教学方式，是地方本科高校应用型转型和新工科改革中课程教学研究的有益尝试。

二、地方本科高校工程光学课程教学问题分析

在高等数学和大学物理知识基础上，工程光学主要学习几何光学和波动光学的基础理论，为其他专业课程打下光学基础。该课程理论性、工程性、实践性强，知识点多而零散，包含诸多抽象的概念和枯燥的公式。[3]对照地方高校应用型转型和新工科改革的要求，该课程的传统教学大多凸显以下不足：

一是教学内容设计不利于提升学生的知识应用能力，也难以有针对性地与地方相关产业发展相契合。目前地方本科高校工程光学课程内容大多是基于学科逻辑的知识体系设计，仍按照学术型人才培养的思路制订教学大纲，过于强调学科逻辑的系统性和完整性，而工程应用难以达到应用型转型和新工科改革的要求。地方高校学生数理基础普遍偏弱，这样的教学内容难以激发其学习兴趣。另外，这种过于追求全面和深入的内容设计淡化了课程知识与地方产业工程实践的联系，不利于培养区域相关行业需要的人才。

二是教学模式和方法难以体现以学生为中心、以能力培养为主的思路。地方高校工程光学课程的理论课教学大多借鉴以往学术人才培养的传统模式，往往专注于光学理论的枯燥推演而对知识在工程实践中的应用延展不足。[4]学生较少有机会参与课堂交流和讨论，导致其学习兴趣丧失，学习能力难以提升。在实践教学环节，由于光学器件系统的设计和加工十分繁杂，教学与工程实际普遍脱钩严重，导致教学内容局限于基础验证性的项目，难以使光学理论延伸到贴近工程的领域，不利于从知识传授为主向工程能力培养为要的转变。

三是教学的条件难以支撑应用型光电工程技术人才的培养。地方高校办学基础相对薄弱，其课程教学的软硬件条件较为缺乏。相对电子等类别的课程，工程光学实践所需的光学仪器设备及耗材往往昂贵且对环境要求较高。很多高校仅能依靠大学物理课程的光学实验设备做一些原理性实验，[5]无力更进一步培养学生的光学工程实践能力。另外，课程教师大多为学术型师资，缺乏一线工程经验，在指导工程实践时显得力不从心。

工程体验式教学是解决以上问题的可选方式，它以提高学生工程能力为核心目标重构课程教学内容，以贴近工程实际的任务或项目为驱动促使学生主动建构知识并提升工程能力和素质，通过创建贴近工程实际的实践教学平台、建设双师型师资队伍来营造工程实践氛围，为工程体验式教学提供软硬件保障。

三、工程光学工程体验式教学实施步骤

（一） 以提高学生工程能力为核心重构课程教学内容

根据地区相关产业发展需要的光学知识及工程素质能力确定课程教学目标。围绕目标，结合本校学生基础及后续专业课程教学需求，在课程原有光学知识体系基础上有针对性地重构教学内容，提炼知识模块，形成教学大纲。一要让教学回归工程，即注重各知识模块的实际工程应用。尽量将课程知识融入工程案例，形成贴近工程实际应用的问题、任务或项目。二要打破以往基于学科的知识结构，转而以产业所需的光学知识及能力要求为主线设计教学内容。将产业发展需要的内容作为教学重点，安排足够课时保证教学效果。对于在大学物理课程中已学的知识模块（如干涉、衍射理论）仅安排较少课时回顾总结。对于与后续专业课有重复的内容可安排在后续课程中学习，如光度学和色度学知识可安排至光学检测技术课程，像差理论可安排至光学设计课程等。根据产业相关工程技术发展趋势，适当增加前沿光学研究成果、最新光学工程应用进展等内容。

（二）探索工程体验式教学模式

工程体验式教学的理论依据是建构主义学习观，突出以学生为中心，通过“情景、协作、会话、意义建构”四个要素促使学生主动建构光学知识，获得工程能力。[6]教师首先要创设贴近工程的情景，包括创建光学类工程实践教学平台及资源，给学生布置贴近实际应用的光学问题、工程任务或项目。学生自主调研资料，通过与同学、教师的协商讨论，确立方案并完成任务，最终建构知识并内化为工程能力和素质。需围绕光学知识的应用来设计问题或任务，可为光学器件、系统参数理论设计，也可为实物设计和制作。如在学习光栅衍射时，可根据光栅分光的性能要求布置学生设计光栅的结构参数，也可指导学生调研资料设计和制作分光测色仪。教学中师生、生生间的“协作、讨论”可通过线上和线下，课内和课外相结合的教学模式。课前教师通过网上教学平台提供教学视频、课件、案例等教学资源并布置任务，学生课外线上自学，调研资料并思考方案。线下理论课堂师生一起总结知识点，讨论知识的实际工程应用并交流解决方案。实验教学多采用贴近工程实际的综合性、设计性项目，培养学生工程实践能力和工程素养。例如，可引导学生利用实验室条件自主设计方案测光波波长、介质折射率、饮料糖度等。课程设计或实训环节宜布置难易度适中的典型工程实践案例任务，引导学生调研资料，设计方案，利用贴近工程的实践教学平台完成实践项目，从而掌握相关工艺，熟悉工程流程，提高工程设计能力。例如，可引导学生设计和制作望远镜，检测光学元件面型精度、像差、传函等。课外创新教学只针对部分学有余力的学生，让学生参与教师科研，以大学生创新项目、学科竞赛等为载体，采用项目驱动式教学，以导师制实施，旨在进一步提升学生工程综合能力。

（三）创设工程体验式教学条件

工程体验式教学必须创设工程“情景”以保障教学的实施，包括创建工程实践教学平台、教学师资队伍、网络教学平台及课程教学资源。宜与地区光电类生产研发企业、教仪研发企业等合作，建设贴近工程实践的教学平台或校外真实工程实践平台，将工程技能、素质内化于教学。例如，可建立工位式光学器件组装与检验实践平台，全面系统地模拟光学元件检测、光学系统像差检测、光学镜头组装等的“原理—设计—装配—测试”一整套工艺流程。通过培训和聘用相结合的方式建设“双师型”课程教学师资队伍。通过校企合作，选派教师参与企业工作或各种形式的光学类工程技术培训来积累实践经验，也可聘请企业工程师参与实践教学。建设宜于线上线下混合式教学的自主学习型工程光学网络教学平台，方便师生、生生交流讨论和资源展示。利用多媒体课件、慕课视频、工程实践视频图片、工程过程动画、工程案例等资源辅助教学。精选Zemax、Lighttools等光学设计软件的学习资料上传网上平台，便于教师引导学生课后自学。

四、结语

在工程光学课程教学中尝试工程体验式教学，顺应了地方本科高校应用型人才培养和新工科课程教学改革的需求。当前地方高校的工程光学课程教学内容不利于提升学生工程能力，教学模式难以体现以学生为中心，教学条件难以支撑应用型工程人才培养的需求。工程体验式教学需要以提高学生工程实践能力为核心重构教学内容，还要以学生为中心，线上线下、课内课外相结合，以问题、任务或项目驱动教学，促使学生自主建构知识，获得工程能力，同时通过创建贴近工程实践的教学平台、“双师型”教学队伍、自主学习型网络教学平台和教学资源，为工程体验式教学提供条件。

参考文献：

[1]蔡怀宇，郁道银，李 清.“工程光学”国家精品课程的建设与改革[J].高等理科教育，2006（2）：38-40.

[2]邢以群，鲁柏祥，施 杰，等.以学生为主体的体验式教学模式探索——从知识到智慧[J].高等工程教育研究，2016（5）：122-128.

[3]陈 颖，王春芳，童 凯.工程光学多元化教学模式研究[J].教学研究，2014，37（2）：89-92.

[4]李 麗，刘晓波.工程光学教学改革探索[J].实验技术与管理，2009，26（8）：129-131.

[5]邓荣标.工程光学实验项目的优化研究[J].实验技术与管理，2015，32（4）：220-222.

[6]余胜泉，杨晓娟，何克抗.基于建构主义的教学设计模式[J].电化教育研究，2000（12）：7-13.