课程教学创新探索与实践

摘    要：“物理光学”是北京工业大学测控技术与仪器专业的学科基础必修课程，是测控技术与仪器专业知识体系中不可或缺的部分，也是培养一流仪器科学与技术人才的重要支撑课程。该课程以“学生为中心、成果导向、立德树人、价值引领”为核心目标，将基于BLOOM模型的教学目标设计和基于BOPPPS模型的教学方法设计进行有机结合;以高阶性综合性问题为牵引，以解决问题为中心，培养学生创新思维能力和创新思维方法，培养学生高效获取知识的能力;面向工程教育专业认证需求，持续改进，把学生作为教学的出发点和落脚点，有效支撑专业培养目标的达成，推动人才培养模式的整体创新;同时将“思政元素”有机融入教学，构建“知识—能力—创新—价值”四维度一体化的高质量课堂。

关键词：教学创新;教学目标;教学方法;“物理光学”

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2022）06-0064-03

“物理光学”课程的建设发展与专业发展相辅相成。1960年北京工业大学测控技术与仪器专业成立即开设该课程，2008年仪器科学与技术学科成为北京市重点建设一级学科，该课程也成为专业特色发展的重要课程之一。2015年北京工业大学测控技术与仪器专业首次通过工程教育专业认证，课程建设面向工程教育专业认证需求，不断持续改进，为培养一流仪器科学与技术人才提供重要支撑。

“物理光学”是测控技术与仪器专业的学科基础必修课程，是专业知识体系中不可或缺的部分。“物理光学”课程以培养具有扎实物理光学理论基础知识、具备运用物理光学知识解决光电测量领域中系统或仪器相关复杂工程问题的能力和可持续发展能力强的高素质、创新型人才为目标，通过架构“知识—能力—创新—价值”四维度一体化高质量课堂，使学生能够在课程内容基础上提炼并掌握部分通用的思维模式，具备初步的认知思维构建和知识迁移创新能力，具备良好的查找和阅读专业外文文献的能力及展示汇报能力，能够开展有效的自主与合作学习，具备终身学习的意识和致力于国产光学测量仪器研发、打造民族仪器品牌的价值取向。

一、高质量课堂的构建

“物理光学”是一门经典理论与近代技术相结合的应用性很强的课程，课程教学过程中，存在学生参与度低、学习热情不高、交流互动不足等问题。

通过梳理“物理光学”课程教学体系，结合测控技术与仪器专业人才培养需求，“以学生为中心，成果导向，立德树人，价值引领”为课程核心目标，将基于BLOOM模型的教学目标设计[1]（如图1所示）和基于BOPPPS模型的教学方法设计（如图2所示）进行有机结合[2-3]，构建“知识—能力—创新—价值”四维度一体化的高质量课堂。

课程教学历程即教学目标、教学行为、学习活动、教学评估的循环过程，教学目标既是教学设计的起点也是终点，如何科学合理地设计课程教学目标，是有效教学的核心问题。基于BLOOM认知模型将教学目标进行科学合理的多层次划分，针对知识、能力、创新、价值多层面教学目标进行创新性综合式教学设计。

基于BOPPPS模型规范课堂教学组织过程，注重课程的教学目标达成，以学生的参与式学习为核心，突出学生的主导地位，课程教学实施过程利用多种方式激发学生学习兴趣，包括课堂实物演示、精美课堂授课课件的动画演示、讨论、提问、课堂测验、课程汇报、前沿科技成果引入、雨课堂的智慧教学等，形成教师与学生深度互动的混合环境，让学生深度参与到课堂教学中，提高教学效果。实时反馈教学效果，通过有效的课堂教学，焕发课堂生机活力，发挥课堂教学主阵地、主渠道的作用。营造充满自主性、参与性、探索性的学习氛围，有效激发学生对仪器学科的热爱和兴趣。同时注重过程管理，以学生发展为中心，以成果产出为导向，构建高质量课堂。

2018—2019年1学期和2019—2020年1学期“物理光学”课程能力分项达成度如图3所示。

教学过程中着重基础知识的讲解，通过反复强调、增加练习等手段增强学生对基本概念、基础理论知识的掌握情况，从图3可以看到2019—2020年1学期该课程能力达成度从0.59提高到0.69，取得了良好的教学效果。将最近两学期“物理光学”课程目标总达成度进行比较，课程目标有效达成并提升。

2020—2021年1学期“物理光学”课程设计了基于微信小程序的课程教学效果调查问卷，课堂学生人数46人，全部有效参与调查，有65.22% 的学生通过课程的学习认为自学能力有效提升，71.74%的学生对课程整体掌握情况满意度达到“非常满意”，80.43%的学生对课程教学的整体满意度达到“非常满意”，91.3%的学生非常赞同“课程授课教师讲解清晰”，90%以上的学生赞同“随着课程进行，对本学科的兴趣不断增加”。通过高质量教学，仅有15.22%的学生认为“物理光学”课程非常难。

可见“物理光学”课程教学将基于BLOOM模型的教学目标设计和基于BOPPPS模型的教学方法设计进行有机结合，构建“知识—能力—创新—价值”四维度一体化的高质量课堂取得了良好的效果。

二、以解决问题为中心，培养学生创新能力

以高阶性、综合性问题为牵引，通过科学合理、循序渐进的引导式教学方法，进行系统创新性思维方法训练，整合知识体系，培养学生的学习主动性、对问题的探究和钻研精神及追求创新的态度和意识，提高学生获取知识的效率和能力，引导学生掌握获取知识的方法，帮助学生建立发现问题和分析问题的思維模式，培养学生高效的学习能力和创新的思维方式及将知识转化为解决问题的能力，使其能够驾驭社会和学科的快速发展。

将工程教育背景下研究型教学过程中合作学习策略应用于“物理光学”课程教学，其实施过程如图4所示。根据以过程为导向的学习模式、基于小组学习的模式，以及基于问题学习的模式三种合作学习策略的教学模式特点（如表1），在教学过程中加以实施和应用，取得了良好的学习效果。

以2019—2020年1学期“物理光学”课程为例，课程汇报任务增加研究性、创新性和综合性内容，分别为：平面干涉仪、迈克尔逊干涉仪、泰曼干涉仪、泰曼干涉仪傅里叶变换、马赫泽德干涉仪、激光干涉测量系统误差、外差激光干涉仪的应用。合作性学习以学习小组方式进行，45名学生分为7组。合作性学习过程中教师是点拨者、推进者，学生针对教师布置的教学材料进行学习和讨论，课前需要进行知识储备，加大了学习投入。教师引导学生掌握分析问题的思维方法，通过学生自主学习、查阅文献、积极思考、写课程报告、汇报答辩等，提升了学生解决复杂工程问题的能力，培养学生的深度分析能力和创新精神，有效提高学生获取知识的能力。学生参与课程汇报有很大收获，学生反馈“在文献翻译、PPT制作、团队分工协作、沟通、查阅文献、自主学习、解决复杂问题的方法”等方面有较大进步。

三、面向工程教育认证，持续改进

由于“物理光学”课程理论性强，内容抽象，学生难以建立与物理光学相关的工程概念，很难将光学测量领域复杂工程问题与物理光学理论模型相联系。

教师将光学仪器的应用及解决关键问题的方法引入课堂，提高学生对物理光学知识应用于实际工程的认识，将知识转化为解决问题的应用能力，提高课程内容创新性和挑战度，提高学生获取知识，以及迁移应用的能力，使学生能够适应学科的快速发展。

例如，在讲授薄膜的双光束干涉內容时，将迈克尔逊干涉仪实验拍摄为视频进行演示，同时将等厚干涉装置带入课堂，理论讲授后，再通过观察等厚干涉现象，学生很快就将薄膜干涉中的实际工程问题与薄膜干涉理论模型紧密联系在一起。

为了能综合反映学生对知识的理解、运用、分析和创新能力，有效支撑专业培养目标的达成，课程强化过程性考核，弱化死记硬背性知识的考核，增强学生收获能力和素质提高的成就感。如表2所示，以2019—2020年1学期“物理光学”课程考核为例，课程成绩评定方式为：平时成绩占55%，期末考试成绩占45%。平时成绩包括作业、出勤及课堂测验（15%），课内实验操作及报告（10%）和课程综合报告（30%）。

“物理光学”课程通过强化过程性考核，侧重知识的迁移、融会贯通、应用等能力性考核，考核结果展示了学生学习了什么，学会了什么，能力等级水平如何，通过过程性考核成绩分布图（如图5），能够掌握学生课程目标达成情况和发现存在的问题，有效达成课程目标，支撑培养目标达成，契合工程教育认证理念，有效培养学生解决复杂工程问题的能力。

四、立足课堂，将思政元素有机融入教学

及时将学科前沿成果引入课堂，厚植学生爱国主义情怀，使学生树立正确的理想信念，使其具有远大的抱负和工匠精神，培养其致力于国产光学测量仪器研发、打造民族仪器品牌的价值取向[4]。同时进行使命教育，驱动学生在职业生涯中追求卓越，契合专业培养目标，学生毕业之后有能力、有意识、有担当进行有效实践。培养具有回馈社会、心系社会、有时代担当的人才。

参考文献：

[1]  MUZYK A J，TEW C，THOMAS-FAN-NINA， et al. Utilizing Bloom’s Taxonomy toDesign a Substance Use Disorders Course forHealth Professions Students[J]. Substance Abuse，2018，39（3）：351.

[2]  李贵生.遗传学布鲁姆认知阶层体系的建立[J].教育学论坛，2019（28）：55.

[3]  向模军，岐世峰.学习通辅助BOPPPS教学模型的有效课堂教学探析[J].工业和信息化教育，2021（4）：36. [4]  中国科学院，中国工程院.百名院士谈建设科           技强国[M].北京：人民出版社，2019：458.

编辑∕李梦迪

收稿日期：2021-04-22                                                          修回日期：2021-06-16

作者简介：陈洪芳（1980—），女，黑龙江安达人，北京工业大学材料与制造学部教授，博士研究生导师，研究方向：激光精密测量技术。

基金项目：北京市社会科学基金项目“素质教育视野下高校工程技术人才培养创新研究——基于工程教育认证框架分析”（16JDJYC002）;北京工业大学思想政治理论课程专项建设经费项目“思想政治理论课程专项建设”（048000513106）