工程光学课程金课建设初步研究

毛少娟 李刚 黄富瑜 陈玉丹 李莉

摘  要 当前全国各高校都非常重视金课建设研究，提出要消灭“水课”，建设金课。结合陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系工程光学课程两期的教学实际，分析当前课程教学中凸显的问题，针对这些问题，从教学内容、教学手段、教学方法三方面以金课标准对其进行初步建设，力争使这一课程更加符合人才培养方案要求，更加贴近部队需求。

关键词 工程光学;金课;教学内容;教学手段;教学方法;教学辅助软件;课程思政;实验仪器

中图分类号：G642    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）05-0047-04

0 前言

为了贯彻落实党中央、习主席关于深化国防和军队改革的决策部署，2016年我军院校进行了大规模编制体制调整改革，光学工程教研室的教学培训任务随之发生较大变化。针对部队需求和专业培训特点，教研室对承训专业的专业课程体系及内容设置进行修订，经多方调研论证，将原来教研室开设的应用光学和物理光学课程合并为工程光学课程。自光学工程教研室成立以来，应用光学和物理光学两门课程一直是教研室承训专业的主干型专业基础课，在光学工程学科的教学中起着承前启后的作用，占有十分重要的地位;二者合并为工程光学课程后，已经经历两轮教学实践，发现课程教学中存在的某些突出问题。笔者力图通过对教学内容、教学资源以及教学方法等的合理整合、优化及设计，以金课标准对其进行精心设计，使得这一课程更加符合新版的人才培养方案和培养目标要求，更加贴近部队需求。

1 当前课程教学中存在的问题

课程学时多，教学频次安排紧凑  作为工程光学课程的前身，应用光学和物理光学两门课程的侧重点各不相同：应用光学采用光线理论来阐述光学现象，较为形象，便于理解;而物理光学侧重光的波动理论，较为抽象。二者本身均为有一定难度的课程，合并之前教学学时分别为50学时和60学时。在开课时间上，应用光学课程一般较物理光学课程提前一个学期开课，安排在大二春季学期。两门重要的专业基础课程在开课时间上相互错开，有利于合理地安排教学频次，有利于学员更好地消化吸收知识。二者合并后教学学时压缩为80学时，开课时间安排在大三秋季学期授课，同时期学员还开设有激光技术及应用、光电技术、现代光学实验等几门重要课程。这几门课程均以工程光学课程内容作为基础，从开课时间顺序上要求安排在工程光学课程之后，而整个学期教学时间又是有限的，这就势必要求工程光学课程尽可能开得早一些、讲得快一些，以方便后续课程的教学。

课程内容多，学员易出现学习疲沓现象  工程光学课程教学内容包含几何光学和物理光学两大部分，各部分的内容模块相较原来的应用光学和物理光学没有明显减少，这也是前期研讨课程教学计划时教员为了保证教学内容的完整性和系统性的考虑。经过两期的教学实践，发现学员在如此多学时的大课程学习中容易出现学习疲沓现象和教学内容的遗忘，学了后面忘记前面，不利于课程知识的整体掌握。

课程理论性强，难以引起学员兴趣  工程光学课程中的几何光学和物理光学部分均涉及很多的公式推导，授课中如果过度强调这些推导过程，不利于学员工程应用能力的培养，体现不出工程光学教学内容的实用性与趣味性;而且学员普遍对这些公式推导过程不感兴趣，课堂授课质量差，学员对知识的吸收能力很弱，对所学知识的工程运用和前景不甚清楚。

授课方式单一，教学不够生动形象  目前的课堂教学中主要还是采用传统的板书结合PPT的讲授式教学方式，虽然课程组在课件中尽可能多地融入了动画、视频、实验演示等内容，在一定程度上能够提升学员的学习兴趣，但是这种单一的教学方式仍然不足以长时间地吸引学员的眼球。

教学环境转换，学员适应新环境需要过渡期  本专业学员现实行的是“2+2”培养方式，前两年在南京校本部学习基础课程，后两年（大三和大四）在石家庄校区学习专业课程。工程光学课程作为学员来到石家庄校区后接触的第一门专业课程，其教学方式、授课节奏、学习方法、考试安排等均与南京校本部课程有所区别，学员亟待调整来适应新的教学模式。

2 工程光学课程金课建设实践

针对上述问题，从以下几方面对课程进行初步建设。

教学内容上，规划设计好教学内容

1）合理分配学时，规划好各部分教学内容。工程光学课程总学时为80学时，内容包含几何光学和物理光学两部分，合理分配这两部分内容的授课学时，对于开展整个教学活动至关重要。鉴于此，对多个开设工程光学课程的地方高校进行调研，多数高校的学时分配方案是物理光学部分较几何光学部分多。考慮到本专业的人才培养目标及学员在前期基础课程大学物理中学习过部分简单的物理光学知识，将几何光学和物理光学两部分均分为40学时。以此为基础，教员对课程内容进行下一步的合理设计。

2）完善课程标准，删减与其他课程重复内容。课程选用教材为机械工业出版社出版，郁道银编著的国家精品课程教材《工程光学》，涵盖内容极其丰富。鉴于教学课时有限，不可能在一个教学周期内完成全书内容的讲授，必须对教材内容进行合理的删减整合。考虑到教学中既要强化学员的基础理论教学，又要引入应用技术及前沿课题，保证课程的先进性，按时完成教学任务，经教研室专家教授研讨决定，在尽可能保证教学内容完整性、系统性前提下，工程光学课程内容教学重点侧重在基础知识上，将教材中涉及的前沿技术以教学案例的形式穿插到基础知识讲授中。其中几何光学部分重点讲授“几何光学基本定律与成像概念”“理想光学系统”“平面与平面系统”和“光学系统中的光阑与光束限制”等四章内容;物理光学部分重点讲授“光的电磁理论基础”“光的干涉和干涉系统”“光的衍射”以及“光的偏振和晶体光学基础”等基础知识，详细的教学内容安排如表1所示。

教学手段上，采用生动性、可视化的辅助手段

1）开发课程教学辅助软件。针对这种大课时、内容多、理论性强的课程，必须采用多种教学手段来提高教学效率，避免学员感觉课程枯燥乏味。授课中注重在PPT课件中适当增加视频、动画等资源，提高学生学习兴趣，适度减少冗长复杂公式的推导过程，侧重讲清公式及结果的物理含义。除此之外，为了使学生能更深刻地理解理论知识，增强课程的生动性和可视化，开发工程光学辅助教学软件，主界面如图1所示，分为几何光学和物理光学两部分，每一部分均包含学习课件、教学资源、题库、辅助软件等四个模块。其中，学习课件汇集了教师上课所用的教案和PPT课件，方便学员课下查看学习。教学资源模块包含教员从互联网上搜集的工程光学国家级或省级精品课程的视频和动画等资源，解决了军校学员不便上互联网查找资料的难题。几何光学和物理光学的题库各包含至少1 000题，做到了教学内容重难点的全覆盖。几何光学辅助软件部分如图2所示，采用ZEMAX软件，将传统教学中难以演示的光路路径、光学元件（系统）以三维实体的方式精准地构建出来，极大地增强了理论知识的形象化和准确性[1]。物理光学辅助软件部分如图3所示，采用MATLAB软件构建物理光学仿真平台，方便教员在课上演示光学实验的实验效果，有效地提高了课堂教学效率，改善了当前课时压缩和教学内容有增无减的矛盾。

2）增加课堂演示实验。工程光学课程的理论知识较为抽象，其中涉及很多光学实验，这些实验装置、实验现象、实验过程仅凭教师的口授讲解，学员理解起来比较困难。前期教学中，教研室一直缺乏与课程配套的实验仪器，课程中涉及的经典实验只能借助课件或仿真的方式尽可能地使其生动化，但是学员的工程实践能力和创新能力无法得以锻炼提高。为此，课程组购置一批小巧、便于组合的先进实验仪器，包括光学系统像差测量实验仪器、应用光学基础实验仪器、光的偏振与晶体光学实验仪器、物理光学基础实验仪器，如图4所示。这些实验元器件通过组合，基本能够覆盖工程光学课程的经典光学实验，既方便教员在课堂上演示实验，也可以让学员利用课余时间自行组队深入研究感兴趣的实验，同时可以作为学员开展科技创新的基地，提升学员的科研能力和工程实践能力。

教学方法上，依据教学内容的不同，选取合适的教学方法

1）引入课程思政元素。2016年底，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出：“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。”[2]军队院校更应时刻注重学员的思想政治教育，而专业课程教学中涉及的都是学术性、针对性很强的专业知识，如何在课程中挖掘思政元素并将其融入教学中，是一个值得任课教员深思的问题。如在教材下篇的物理光学部分有“光的干涉和干涉系统”一章，光的干涉理论上是指在多个光波叠加的区域内、在观察时间里形成稳定的光强强弱分布的现象，干涉后的总光强可能大于或小于各光波强度之和，出现1+1>2或1+1<2的效应[2]。由此现象，向学员传递“二人同心、其利斷金”和“团结就是力量”的正能量，引导学员树立团结协作、共同进步的意识，注重班级和团队的凝聚力建设，增强集体荣誉感。

2）采用小组合作与任务驱动相结合的方法。为了充分调动学员参与课堂教学的积极性，教员在授课中采用小组合作与任务驱动相结合的教学方法。课前选取教学内容难度适中的课题，以设计任务的形式提前布置给学员，全部学员分成若干小组，每组2～3人分工合作完成课题任务，课堂上每组学员轮流进行答辩讲解。如在几何光学部分，教员讲授关于光学系统成像和像质的基本知识后，布置“简单望远系统”的设计任务，让学员课下根据已有知识或查阅资料，自行设计出系统方案，课上答辩时由全体学员讨论、评判方案的可行性及有无进一步优化的可能。在这种学员自己设计、众人思想碰撞的过程中，学员相当于又把知识梳理了一遍，增强了将理论知识应用于工程实践的能力。

3 结语

当前，全国各高校积极响应第一次新时代中国高等学校本科教育工作会议精神，发出金课建设研究的强烈信号，同时校区近期也开展了广泛的课程改造工作，由此可见课程建设在人才培养质量方面的重要作用。本文以本专业学员的专业基础课程工程光学为例，针对两期的教学实践反映出来的问题，从教学内容、教学手段、教学方法三方面提出解决方法，并对课程进行了初步的改造和建设，以期通过这些方法手段，使其更加符合新版的人才培养方案和培养目标要求，更加贴近部队需求。

参考文献

[1]李莉.基于光学设计软件的应用光学课程建设研究[J].教育教学论坛，2015（34）：170-171.

[2]卞海溢，曹苏群.课程思政在工程光学教学中的实践探索[J].教育教学论坛，2020（22）：262-265.