工程光学课程思政案例设计

杨晓霞，薛 彬，董 建

（1.天津职业技术师范大学 自动化与电气工程学院，天津 300222；2.天津大学 海洋科学与技术学院，天津 300072）

引言

将思想政治教育贯穿于人才培养全过程是推进大学生思想政治教育的重要举措，且思想政治教育入课堂是贯彻落实这一举措的有效途径。专业课堂是向学生传递知识和思想的主要阵地，专业课的授课过程是注入思政元素的良好载体。思政元素与课程知识内容的自然过渡与有机结合是教学实践中的重点和难点，尤其对于工科类课堂而言，这是对传统工学知识讲授方式的改革。本文以工程光学课程为例，对教学过程中涉及的思政点进行挖掘和梳理，从学史增信、鉴往知来、家国情怀、使命担当、理论联系实际等方面设计教学案例，总结光学课程的思想政治教育方法，亦希望能为其他相关工科类课程提供思路和参考。

本文首先总结工程光学的课程特点，并以此为依据确定思政元素挖掘方向；再根据各思政元素点设计教学案例；最后对所提案例进行总结。

一、光学课程特点

工程光学是光电类、仪器类等工科专业的基础必修课，授课内容一般包括物理光学、几何光学的基本概念、理论及应用，开设该课程的主要目的是为后续光电系统设计、检测方案设计、光电成像、光信息等相关课程学习或科学研究工作打下理论基础。根据光学课程的起源、发展历程、知识特征、应用场景及其在军事国防、国民经济、生活日常等方面的地位，将光学学科及课程特点总结为：（1）我国光学研究历史悠久。我国人民对光的认识和研究可追溯至2000多年前，有记载的研究成果为光学学科的发展作出很大贡献。（2）光学研究由国家需求导向。光学技术在诸多重要领域都有应用需求，光学技术研究关系到国防安全、国民经济等领域的发展，多年来一直是各国间充满竞争、不容松懈的研究学科。（3）光学的应用性强。课程所涉及的基本光学规律、原理都要与实际现象、应用相联系。

根据以上特点，本文从学史增信、鉴往知来、家国情怀、使命担当、理论联系实际等角度挖掘思想政治教学案例。

二、思想政治教学案例设计

以工程光学课程特点为依据，以所提挖掘的方向为导向，对该课程可引入的思政元素及切入点进行设计，形成下述案例。

（一）学史增信，鉴往知来

理工科的学生从中学开始偏重理工类课程的学习，对历史、时事的学习程度及敏感性不及文科生，故大都对我国历史中的科学发展案例了解较少。而在理工科各门基础课程的学习过程中，涉及大量国外学者提出的重要定理、技术等，这样的知识获得结构可能使学生在潜意识里产生对自己国家文化不自信的情绪。因此，在理工类课程中适时加入我国在该学科的研究史及输出贡献，是对学生进行“学史增信”教育的有效手段。结合光学学科的历史发展特点，在绪论中引入我国的光学探索史。

现今很多学科的发展历程都可追溯到我国古代，人类对光的探索史也不例外，远在春秋战国时期，我国就有对光的研究及记载。墨家学说的创立者墨子是我国古代极具代表性的科学家之一，他最早完成了小孔成像的实验，并通过实验现象探讨了物体经小孔成像的特点、成像的大小与物体斜正及光源远近之间的关系，这是几何光学概念的起源。墨子还通过运动物体的影子实验指出影子运动的根本原因是物体的运动，反映出了物和影像之间的对应关系。墨子及其弟子后将各种光学现象以实验的形式记录于《墨经》之中，是我国最早关于光学研究的论著，基本完整地呈现了几何光学的思想精髓，从时间上讲，早于欧几里得所著的光学书籍。到唐宋时期，也出现几位具有代表性的科学家在光学领域作出了突出的贡献。沈括将光学与数学结合，用数学表征反射、折射等光学现象，并对小孔成像和凹面镜成像的关系进行了阐述，即为“格术”。这些成果和贡献均在他编著的《梦溪笔谈》中有详细记载。赵友钦也是该时期著名的光学实验物理学家，其著作《革象新书》中的“小罅光景”卷记载了他在光学方向的工作和成就。在前人积累的基础上，他在光的直线传播、照明度等方向进行了大量的实验，实验方法科学且严谨。对月的盈亏变化进行了实物模拟实验，并对小孔成像中的物距、像距、孔径大小、光源形状等因素进行了探讨。在视角方面，他指出“远视物则微，近视物则大”，是对物、像关系的进一步研究和探索。另外，在很多对光的应用及简单光学器件的制作方面，我国也在时间上领先于西方国家。早在东汉时期就有“以日影定其径界于山之脊”的记载，即利用日光影的位置来定向。后人们将木杆或石柱立在地面上，通过观察日光影的位置和长度来定向或定时，这样的仪器即为“表”，是最早的光学仪器。汉晋时期，我国就有用水晶珠作为凸透镜聚光取火的记载。这些文物和记载都显示出我国古代人民非凡的才能和智慧。

当然，受封建制度影响，在中华人民共和国成立之前，我国在科技方面明显落后于发达国家。但是，面对国家发展对各项科学技术的需求，中国的科技工作者不畏困难，潜心研究，勇攀科技高峰，攻克一个个技术难题。在这样的困难时期，涌现出很多为国奉献出一生才学的科技工作者，他们淡泊名利、无私奉献的民族精神是留给我们最宝贵的财富。经过科技工作者前仆后继的艰苦奋斗，现如今的祖国已成为科技大国，在光学科技方面的发展也是突飞猛进，取得了很多傲人的成就。由科学家南仁东作为总设计师，我国设计建造了世界上口径最大（500米）的射电望远镜FAST，被称为中国的“天眼”，可用于助力宇宙大尺度物理学研究、观测脉冲星、探测星际分子、搜索星际通讯信号等。在性能方面，FAST的探测灵敏度远高于德国、美国等的同类型大口径望远镜，是目前最具威力的射电望远镜。在激光技术方面，我国也处于世界领先水平。我国自主研发的非线性光学晶体独步全球，同样功率下的激光输出性能远优于其他，使得我国激光制造技术垄断欧美多年。在光学摄影系统方面，我国也立于世界强林。在2022年北京冬奥会上，短道速滑赛道的“黑科技”——高速摄像系统“猎豹”吸引了全世界人民的眼球。“猎豹”是我国自主研发的超高速4K轨道摄像机系统，是一款特种摄像设备，可以时速90公里的速度进行超高清拍摄，最大程度地保证了比赛的公平性。在光学领域，我国领先世界的技术不止于此，比如在超精密光学零件制造、光通信等方面，都有突出成就。未来，在我国强劲的科技发展势头下，必然还会有更多的世界领先技术。当代大学生要坚信，我们有这样的智慧和才能，我国的科技实力一定会在新一代人的努力下更加强大。

（二）家国情怀，使命担当

我国现今欣欣向荣的科技发展势头离不开老一辈科技工作者的呕心沥血，他们不畏艰苦、为国奉献的精神值得新一代青年发扬和学习。在光学课程相关知识点的讲解中引入前辈科技工作者的奋斗事迹，是激发学生家国情怀，引导学生担起时代使命责任的良好契机。

近代中国受封建社会制度影响，科技发展受阻，一段时期落后于西方国家。然而，即使在那满目疮痍、战火连绵的时代，依旧有很多科技工作者怀揣着“科技救国”的梦想，从未停下前进的脚步。到中华人民共和国成立初期，百废待兴，从国防安全到国民经济，很多技术都被国外卡了“脖子”。我国有志青年急国家之所急，踌躇满志，时刻准备为国效力。很多海外留学的中华学子无畏外国的阻挠和迫害，历尽艰辛回到祖国。在艰苦的工作条件下，老一辈科技工作者创造了一个又一个奇迹。光学的发展关系着国计民生、国防安全，在这个时期，涌现出了很多优秀的光学领域科学家。中国科学院院士严济慈少年时期就受到新文化思想的熏陶，在法国留学并从事光学方面的研究工作。取得博士学位后回国在大学中任教，并于1931年开始筹建北平研究院物理研究所。抗日战争开始后，严济慈将科技作为武器，用制造的光学仪器为抗日作出了卓越的贡献。他将北平研究院物理研究所秘密迁至昆明郊区，为国家保存了一支完整的科研队伍。战火中，设备和资料损耗极大，在这样的艰苦条件下，严济慈将自己多年研究成果转化研制抗战所需的仪器设备。他对研究所内的工作人员说，“侵略者破坏了我们从事科学研究的条件，使得每个爱国的中国人都不能袖手旁观了”，于是带领技术人员研制压电水晶振荡器、显微镜、望远镜等，建起了小具规模的工厂。据统计，抗日期间研究所为前线医院共生产了500个显微镜，为前线行军提供了300余套望远镜和测距仪，1000多个用于无线发报机的振荡器。这些仪器设备在抗战中起到了非常关键的作用，这支以严济慈先生为首的研究队伍功不可没。同时期的龚祖同先生也是为我国光学事业作出卓越贡献的科学家。为求得我国光学技术上的独立，从1939年开始，严济慈先生开始研制光学玻璃，从最初在上海研制被敌人迫害，到贵阳建厂被国民党撤销，再到秦皇岛玻璃厂试制被国民党上级反对，研制光学玻璃经历了三次失败。直到1953年，中国的第一埚光学玻璃于长春熔炼而成，结束了我国光学玻璃只能依靠进口的历史。那一刻，龚祖同先生讲：“一生的重担从此获得解脱，这是我毕生最幸福的日子。”这是老一辈科学家对祖国的承诺和践诺。后期与龚祖同先生共同参与研制光学玻璃的还有王大珩先生，他是20世纪下半叶我国光学事业的领军人。早年为了解决德国法西斯对光学玻璃的垄断，王大珩先生去英国留学，专门学习光学玻璃制造技术。攻读博士学位期间，英国玻璃公司招聘光学研究人员从事光学玻璃研制工作，王大珩先生想到这可能是尽快掌握光学玻璃制造技术的好机会，急祖国之所急，他毅然放弃了自己的博士学位，去公司参加研制工作。1948年，王大珩先生学成归国，一心扑在我国光学事业的发展上，带领科技工作者开启了我国光学事业发展的良好局面。1951年，王大珩先生主持筹备中国科学院仪器馆，即后来的长春光学精密机械研究所。在他的领导下，研究所在显微镜、光学玻璃、激光器及大型光学观测设备等方向取得了突破性成就，为中国光学事业的发展作出了巨大的贡献。

在光学领域，还有很多为我国科技发展作出卓越贡献的工作者，他们都以家国所需为重，不计个人得失，勇担历史使命，埋头担当，是我辈学习的榜样。引导学生对所提案例进行学习总结，在课下自主挖掘更多的榜样事迹，并反思作为新时代知识青年，应该奋发图强，担负起历史使命。

（三）理论联系实际

工程光学课程注重理论知识与实际现象、应用的联系，具体体现在光学理论知识对既存现象的解释、应用基本理论解决实际应用问题等，二者在教学过程中相辅相成，实际现象帮助学生理解基本理论，夯实的理论知识又为光学的实际应用奠定基础。基本理论与实际应用的契合点是引入“理论与实际结合”思想的好时机，以培养学生理论联系实际的良好作风。具体可从如下两个方面切入。

1.从生活走近光学。生活中存在着多种多样的光学现象，通过对这些现象的深层挖掘可以使学生更容易走进抽象的光学理论体系。为什么人类看到的世界是五颜六色的？由此引出光频率与颜色的关系。阳光下，为什么会有物体的影子？为什么会有日食、月食现象？由此引出光沿直线传播理论。通过一面镜子，如果你能看到对方，对方必然也能通过镜子看到你，这是为什么？由此引出光路的可逆性原理。光学本就来源于生活，课本上抽象的理论最初也是从生活中总结凝练而得，以生活中经常能看到、经历的案例作为启发点，可以把抽象的定理、公式以更生动的形式具化于学生的头脑中，更易懂，印象更深刻。同样，在一些定理的讲授过程中，也要启发学生联想并列举生活中的相关应用及现象。比如讲到反射定律，启发学生列举平面镜等生活应用；讲到折射定律，引导学生尝试解释水中筷子弯折等常见现象。

2.用光学洞悉世界。从基础的光学原理，到简单元器件的光学作用，最终教学目标还是要落到光学的实际应用上。例如，应用几何光学基本定律、理想光学系统成像原理等基本理论知识去理解望远镜、显微镜、摄影系统等典型光学应用系统的工作原理。引导学生通过实际光学系统的使用进一步体验光学的奇妙之处，并在实验课中设计搭建典型光学系统的环节。再例如，学完平面镜旋转特性后，可引导学生应用该特性设计一角度测量装置；学完各种棱镜的特性后，可提出某特定工程需求去设计一个应用光路等。这些实际应用及实践活动是光学理论到实践的有效途径，学生可以用光去观察、测量，体验用光学洞悉世界。

在以上教学环节的实施过程中，潜移默化地引导学生在学习过程中注重理论联系实际，不能只知概念、定理，不知应用，要将原理和规律引申到实际现场。作为一名工科学生，在日常学习、生活中，要有从现象探索原理、将理论付诸实践的意识和能力。

结语

专业课堂是加强大学生思想政治教育的重要阵地，将思政元素有机融入专业课程是高校教师当前教学改革工作的重要任务。本文为工程光学课程设计若干思想政治案例。分析光学课程的主要特点，并以此为依据，从学史增信、鉴往知来、家国情怀、使命担当、理论联系实际等角度设计与该课程相关度较高的思政元素，以学科为背景，将其潜移默化地灌输给学生，振奋的科学成就、感人的奉献事迹、知行合一的亲身体验都将顺势引起学生对历史使命、学业规划等的思考，并对学生建立正确的价值观起到积极的作用。希望上述案例能为同类型课程的思想政治教学设计提供借鉴。