基于OBE 理念的《工程光学》课程教学改革探索

卢利锋，李少年，岳大灵，王小睿，魏列江

（兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃 兰州 730050）

0 引言

《工程光学》是兰州理工大学测控技术与仪器专业针对本科生开设的一门学科基础课，该课程于2004年首次开设，至今已有18届测控技术与仪器专业学生学习了此课程。该课程的主要任务是本科生通过本课程的学习，掌握光学的基本概念、原理和光学系统的分析方法，为学生以后从事有关光学系统设计、光学方法测量等研究奠定专业基础。

近年来，随着现代科技的迅速发展，工程光学已经与信息科学、能源科学、材料科学、生命科学、空间科学、精密制造和微电子等领域交叉融合，形成了高精尖的光学检测方法，相应光学检测仪器设备的开发已成为目前研究热点，因此，具备扎实基础理论知识和创新应用能力的毕业生是检测领域急需的关键人才[1]。这对学生的自主学习能力、逻辑思维能力、创新能力、实践能力、发展能力等提出了更高的要求。

然而教学团队开展教学十多年来，学生普遍反映该课程教学可使学生具备较系统全面的光学知识，但同时也存在一些问题，如教学内容概念多、抽象且理论性偏强，公式推导复杂且难懂，影响了相关知识点的理解和掌握，导致教学效果大打折扣；学生所学的纯理论知识与工程实际应用脱节，导致学生自主分析和解决问题的能力弱，在光学综合应用创新方面能力不足[2-3]。这些问题导致学生对学习工程光学的意义和前景感到困惑，而且很难保持足够的耐心和积极性[4]。

针对上述工程光学教学过程中遇到的问题，本文基于OBE理念，工程光学展开应用型课程改革。

1 OBE理念

OBE理念（Outcomes Based Education）指成果导向教育，强调以最终结果为基础，重点关注学习成效，根植于“能力本位”的教育思想，满足新时代下打造新型复合型人才的培养目标[5-6]。

基于OEB理念对《工程光学》进行课程改革，具有如下优势：首先，课程教学以学生为中心，打破了传统教学中学生热情度低、自信心差等壁垒，一切教学活动围绕学生展开，确保学生的综合素质和综合素养的整体提升；其次，以成果导向为目标，突出课程的实际应用性，在课程内容中引入国外先进光学检测仪器案例，形成章节教学内容与仪器案例对应关系，突出理论教学的实际应用价值；再次，以学生能力培养为宗旨，课程教学与考核中设置新型光学系统设计等环节，加强学生创新能力、发展能力等多重培养，把科学研究和教学紧密地结合在一起，发挥科研育人功能；最后，随着本科培养方案的大改革，课程教学时长进行了大幅缩减。基于OBE理念对课程教学方法进行改革，有利于在较少的课时内使学生能力得到全面的培养与锻炼。

因此，针对工程光学的教学现状、结合课程的特点，基于OBE理念开展教学研究具有重要的意义。

2 课程改革总体思路

基于《工程光学》课程教学现状及存在问题，结合OBE理念，以学生为中心，课程改革总体思路如图1所示。将学生的自主学习能力、逻辑思维能力、创新能力、实践能力、发展能力为改革宗旨，对课程教学目标进行优化。结合教师团队的科研方法，建立多领域工程应用案例，将其进行拆分，形成光学元件、光学系统和光学方法等基本元素，再依据教学大纲设置的教学内容，将工程案例的基本元素与章节理论知识进行融合，形成合理的课程教学设计方案。针对不同教学内容，采用多元化教学方法进行教学实施，同时设置考试、案例分析报告、创新设计报告等形式进行考核，对教改效果进行有效评价。

图1 项目总体思路

3 课程改革内容

3.1 课程教学目标优化

课程所支撑的毕业要求决定了该课程的教学目标。目前，测控技术与仪器专业的工程光学教学目标为：

（1）通过本课程的理论教学和实验训练，使学生掌握光学基本概念、基本原理、典型光学元件光路分析、综合光路像质分析等光学专业知识，能够用于测控系统光学部分工程问题的表述中；

（2）能够对复杂测控系统中的光学成像部分进行像质评价，或者依据光学系统的约束条件对光学模型进行建模分析。

该教学目标中未能突出学生的创新能力培养。基于OBE理念，根据以学生为中心的能力培养方针，以光学高精密检测应用为导向下，结合新型光学仪器发展趋势和新技术应用，对教学目标进行优化与调整，着重强调学生逻辑思维能力、创新能力、实践能力、发展能力的多元化培养，让本课程对本专业培养目标和毕业要求发挥更好的作用和贡献，具体修改如下：

（1）掌握光学的基本概念、基本原理、典型光学元件光路分析、综合光路像质分析，能够利用光学专业知识对实际工作应用中的光学系统进行分析与评价；

（2）掌握光学系统的设计原理，能够依据光学测量方法，建立光学系统模型并进行设计。

3.2 教学设计

传统的教学以课堂讲授为主，实验教学为辅，关注学生理论知识的理解和掌握能力。基于OBE理念，以学生为中心，在理论教学中加强实际工程案例的解剖与分析，培养学生解决复杂实际工程问题的思维方式和意识，突出学生逻辑思维能力的建立与发展。如图2所示，课程教学改革是基于实际工程案例，通过对光学仪器的光学系统进行拆分，形成以光学元件、光学系统结构、光学测量方法为基本元素的系统构架，然后对工程光学教学内容进行调整，并与光学系统基本元素之间形成映射关系。在实际教学中，针对每个部分的教学内容用工程实例进行支撑，时刻体现理论与实际应用之间的紧密结合。

图2 课程教学设计方案

3.3 教学实施

工程光学课程内容繁杂枯燥且抽象，概念多、公式复杂、图示多，许多内容涉及的知识点多，并具有广泛应用背景，学生学习过程中缺乏兴趣，很难有足够学习耐心和积极[3]。传统的PPT与板书相结合的教学模式，难以满足当下的教学要求。基于OBE理念，以学生为中心，开展多元化教学，有利于学生综合能力的培养。如图3所示，针对不同课程内容，采用不同的教学手段进行授课，通过现代多媒体的教学手段使课堂的教学课件更生动活泼，利用动画、Zemax等设计软件进行部分抽象理论内容讲授，使教学内容直观易懂。同时设置工程案例分析任务，让学生形成完整的光学系统设计分析方法，并进行新型光学系统设计与开发。着力培养学生光学基础理论知识的应用能力和工程创新能力，旨在达到教学与科研相统一。

图3 课程教学实施

3.4 教学考核

传统的教学考核方式主要为闭卷考试的方式进行，这种形式重点强调的课程理论的学习，对实践应用考核未能有效体现，表现出重理论轻实践的现象。鉴于此，建立以学生能力培养为评价指标的教学考核方法，让学生在学习过程中，明确学习目标，掌握科学的学习方法，从学习、应用和创新等多层面进行能力拓展和锻炼，突出复合型人才培养的价值。

具体教学考核指标包括：学生学习态度、作业练习、实验训练、案例分析报告、创新设计报告和闭卷考试。通过分阶段性（期中和期末）、分类型（理论学习、实践训练、创新训练等）地进行多层面考核，建立学生自主学习能力、逻辑思维能力、创新能力、实践能力、发展能力的多元化评价方法。

3.5 队伍建设

加强教师队伍建设是推进课程改革，提高教学质量的有效保证。基于OBE理念下的教学实施过程，要求老师具有良好的工程应用、光学仪器设计与开发背景，以及具备教学组织协调、教材编写等能力。教学团队成员往往既要教学，又要科研，是高校人才培养模式改革的主要实践者。因此，建立教学团队，一方面有利于教学和科研一体化发展，促进多学科知识的交叉与渗透，使得课程教学内容不断丰富和修改；另一方面，突出教师之间互相协作，进行资源整合、挖掘教师潜力，团队合力进行教学研究，有利于教学改革的进行，提高教学水平和质量[7]。

教学团队由多位副教授职称以上的一线教师组成，各成员的研究领域涉及液压、光电、流体、控制等领域。一方面，教学团队整合研究领域中的工程光学应用实例和光学检测仪器，将其引入到课程教学中，突出理论学习在实际应用中的价值和意义，激发学生学习本课程的动力和热情。同时，针对研究中涉及的先进光学系统，将其加入课内设计环节，以考核学生利用所需知识进行创新发展能力。另一方面，团队成员依据多年教学经验编写了《工程光学》教材，使其更好地满足兰州理工大学测控专业本科生培养目标[8]。基于合作机制建立教学团队，打破了单一教师主导教学质量的培养模式，从整体上提高课程的教学质量与水平。

4 总结

本文基于OBE理念，以学生能力培养为目标，从教学目标、教学设计、教学实施、教学考核和团队组建五个方面进行改革，形成理论与实际相结合的教学模式和多元化考核方式；同时，引入工程实例案例分析和新光学系统创新设计，弱化课程理论公式的推导，强化光学知识的工程应用和多学科交叉与渗透，充分发挥学生的想象力，培养学生自主学习能力、创新能力、发展能力。