創(chuàng)新人才培養(yǎng)視野下的“應(yīng)用光學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)改革探索

毛 珊

（西北工業(yè)大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710129）

一、“應(yīng)用光學(xué)”課程教學(xué)問題及探索意義

人才是一個(gè)國家、一個(gè)民族發(fā)展的核心競爭力。創(chuàng)新人才是具有創(chuàng)新精神以及創(chuàng)新能力的人才，是我國高等教育對人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)。從20世紀(jì)80年代開始，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)一直是我國高等教育人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)。特別是，黨的十九大從新時(shí)代堅(jiān)持和發(fā)展中國特色社會主義的戰(zhàn)略高度，做出了優(yōu)先發(fā)展教育事業(yè)、加快教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強(qiáng)國的重大部署。習(xí)近平總書記在全國教育大會上指出：“教育是民族振興、社會進(jìn)步的重要基石，是功在當(dāng)代、利在千秋的德政工程，對提高人民綜合素質(zhì)、促進(jìn)人的全面發(fā)展、增強(qiáng)中華民族創(chuàng)新創(chuàng)造活力、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興具有決定性意義。教育是國之大計(jì)、黨之大計(jì)。”［1］因此，如何培養(yǎng)創(chuàng)新人才是我國目前高等教育的重要任務(wù)之一。

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是基于并且高于課程教學(xué)內(nèi)容的，“應(yīng)用光學(xué)”課程涵蓋光學(xué)成像基本理論、典型光學(xué)系統(tǒng)成像原理以及應(yīng)用ZEMAX軟件進(jìn)行典型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法等課程內(nèi)容，具有較寬的專業(yè)適應(yīng)性和良好的工程實(shí)踐指導(dǎo)性。傳統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)課程主要以“教師—課堂—教材”為中心，以教師講授為主，學(xué)生參與性、主動(dòng)性較差，創(chuàng)新思維和能力受到束縛，學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐和創(chuàng)新的能力不足，不利于我國高等教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)［2-4］。因此，以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標(biāo)，對“應(yīng)用光學(xué)”課程進(jìn)行教學(xué)改革是實(shí)現(xiàn)學(xué)生高階能力培養(yǎng)的要求，是我國高等教育對人才培養(yǎng)的要求，更是為了適應(yīng)時(shí)代和社會發(fā)展的要求，是非常必要和及時(shí)的。

此外，課程內(nèi)容更是符合“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的社會背景，是光電信息科學(xué)與工程相關(guān)專業(yè)的創(chuàng)新實(shí)踐類課程。創(chuàng)新能力與專業(yè)技術(shù)的融合是當(dāng)前光學(xué)工程專業(yè)教學(xué)改革的重要內(nèi)容，符合當(dāng)前社會對此類專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。結(jié)合我校辦學(xué)特色和專業(yè)結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，本課程建設(shè)能夠服務(wù)國家重大需求和“雙一流”人才培養(yǎng)計(jì)劃。因此，有必要開展創(chuàng)新人才培養(yǎng)事業(yè)下的專業(yè)課建設(shè)，二者相輔相成，其融合有利于培養(yǎng)學(xué)生的雙創(chuàng)能力，落實(shí)高校實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，豐富改革理論，深化改革道路，更好地響應(yīng)國家“雙一流”建設(shè)。

二、課程教學(xué)改革實(shí)施策略

通過學(xué)習(xí)“現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程，學(xué)生要了解光學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域及前沿課題，熟悉光學(xué)設(shè)計(jì)的基本概念和定義，掌握現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)的必要基礎(chǔ)理論和設(shè)計(jì)方法，特別是應(yīng)用光學(xué)成像基本理論、像差理論、典型光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法以及使用ZEMAX軟件進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的基本方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)等內(nèi)容，從現(xiàn)代光學(xué)工程視角出發(fā)，基于應(yīng)用光學(xué)理論，以光學(xué)設(shè)計(jì)為主線，培養(yǎng)完整的現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)思維和能力，并為學(xué)習(xí)如“光學(xué)”“信息光學(xué)”“光電子學(xué)”“高等光學(xué)”“高級光學(xué)設(shè)計(jì)”等課程奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

在課程教學(xué)改革過程中，秉承以立德樹人為引領(lǐng)的“研究+應(yīng)用”綜合型教學(xué)理念，堅(jiān)持“知識+能力+素質(zhì)+價(jià)值觀”一體化的全方位育人理念，培養(yǎng)目標(biāo)如下：（1）育人目標(biāo)：樹立家國情懷，激發(fā)奮斗熱情，形成工程素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識；（2）能力目標(biāo)：加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高興趣培養(yǎng)，初步達(dá)到光學(xué)設(shè)計(jì)工程師的能力要求；（3）知識目標(biāo)：了解光學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域及前沿課題，熟悉光學(xué)設(shè)計(jì)的基本概念和定義，掌握現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)的必要基礎(chǔ)理論和設(shè)計(jì)方法。

（一）改革教學(xué)目標(biāo)：創(chuàng)新人才培養(yǎng)

課程改革的根本目標(biāo)是培養(yǎng)符合高等教育要求的創(chuàng)新型人才［5-6］。根據(jù)新工科建設(shè)重視創(chuàng)新型、綜合化的工程教育理念，高等教育培養(yǎng)創(chuàng)新型人才能夠推動(dòng)行業(yè)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。通過深度調(diào)研光電行業(yè)發(fā)展和對高等人才的需求，對本課程的人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，在課堂知識中增加了相應(yīng)的創(chuàng)新型課題，使人才培養(yǎng)更加符合行業(yè)發(fā)展的需要。

（二）改革教學(xué)理念：打造新工科課堂

基于“構(gòu)建性教學(xué)觀”［7-8］，開展混合式教學(xué)模式，打造面向培養(yǎng)和提升創(chuàng)新能力的新工科課堂。在光學(xué)設(shè)計(jì)課程建設(shè)中，確立并強(qiáng)化了“應(yīng)用+創(chuàng)新”型教學(xué)理念，并將其貫穿于整個(gè)課程教學(xué)實(shí)踐。例如：在課堂教學(xué)中針對某些重點(diǎn)知識提出科學(xué)問題并展開討論，融入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，最后引入其在實(shí)際工程中的應(yīng)用，形成完整的理論、實(shí)際需求結(jié)合的過程，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、學(xué)術(shù)興趣和專業(yè)榮譽(yù)感等。以布魯姆認(rèn)知模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建了“識記—理解—應(yīng)用—分析—評價(jià)—?jiǎng)?chuàng)造”的課程教學(xué)體系創(chuàng)新方法和實(shí)現(xiàn)思路，從記住和理解的理工人文關(guān)聯(lián)低階強(qiáng)化認(rèn)識，過渡到應(yīng)用和分析的共同構(gòu)建案例中階認(rèn)知強(qiáng)化，最終實(shí)現(xiàn)評價(jià)和創(chuàng)造的思想政治價(jià)值構(gòu)建告誡認(rèn)識強(qiáng)化。

（三）改革教學(xué)方法：多模式結(jié)合的教學(xué)方式

課程采用的混合式教學(xué)模式，在課前、課上和課后圍繞創(chuàng)新能力采取了相應(yīng)的改革創(chuàng)新舉措。課前：以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主、教學(xué)導(dǎo)學(xué)為輔，教師通過制作和發(fā)送預(yù)習(xí)內(nèi)容、查看預(yù)習(xí)結(jié)果，優(yōu)化課程內(nèi)容；課上：采用混合式教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，采用雙向交互式學(xué)習(xí)方法；課后，教師通過發(fā)布不同培養(yǎng)目標(biāo)題目、開設(shè)科研專題講座、創(chuàng)新性學(xué)術(shù)競賽等，對學(xué)生課上所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行加強(qiáng)、拓展和創(chuàng)新。課程過程穿插思維導(dǎo)圖、問題導(dǎo)入、互動(dòng)研討、思育智育結(jié)合模式等教學(xué)方法，集科學(xué)性、趣味性、拓展性和思想政治教育于一體，兼顧傳統(tǒng)教學(xué)法，理論聯(lián)系實(shí)際，注重知識遷移、理解抽象概念、創(chuàng)設(shè)問題情境、培養(yǎng)問題意識，組織探究活動(dòng)，掌握科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、自主探究、邏輯推理、歸納總結(jié)，構(gòu)建師生學(xué)習(xí)共同體，一起開啟發(fā)現(xiàn)、研究、探索之旅。（1）豐富學(xué)習(xí)環(huán)境和內(nèi)容：設(shè)置不同的線上課程內(nèi)容，包括在線視頻、PPT、圖片、師生共創(chuàng)題目、論壇討論、教師雨課堂語音直播、學(xué)生“精華筆記”等，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)、無時(shí)無刻學(xué)習(xí)；（2）改變學(xué)習(xí)方式：鼓勵(lì)、培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)，組織課堂學(xué)習(xí)、小組討論、外出參觀、創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)等，為學(xué)生的學(xué)習(xí)方式增添了樂趣；（3）多維立體協(xié)同實(shí)踐教學(xué)方法探索與應(yīng)用：采用“多維立體”協(xié)同實(shí)踐教學(xué)方法，建立由教室到實(shí)驗(yàn)室、由課內(nèi)到課外、由基礎(chǔ)到進(jìn)階、由進(jìn)階到創(chuàng)新、由學(xué)校到社會、由學(xué)習(xí)到實(shí)踐、由實(shí)踐到雙創(chuàng)的全方位多維立體化實(shí)踐能力培養(yǎng)模式，擴(kuò)展學(xué)生學(xué)習(xí)空間，使學(xué)習(xí)與實(shí)際工作氛圍更融洽，實(shí)現(xiàn)無縫對接，培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)技術(shù)的應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力。

（四）改革教學(xué)內(nèi)容和考核方式

整合學(xué)科內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)、豐富教學(xué)資源，引入教師科研項(xiàng)目、創(chuàng)新競賽題目，提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高課程高階性、挑戰(zhàn)度和興趣度。從現(xiàn)代光學(xué)工程視角出發(fā)，基于應(yīng)用光學(xué)理論，以光學(xué)設(shè)計(jì)為主線，在理論知識講授的同時(shí)，有針對性地引入工程應(yīng)用方面的相關(guān)內(nèi)容，并使用應(yīng)用光學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，在強(qiáng)調(diào)光學(xué)設(shè)計(jì)作為光學(xué)工程學(xué)科重要分支的同時(shí)，突出其作為現(xiàn)代信息科學(xué)分支的應(yīng)用性，夠強(qiáng)化學(xué)生對專業(yè)知識的理解，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感。此外，引入部分學(xué)科競賽，例如光電設(shè)計(jì)大賽，引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課外科研訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，真正實(shí)現(xiàn)對理論知識的融會貫通，形成可持續(xù)發(fā)展的人才培養(yǎng)模式。特別地，采用線上線下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)合教學(xué)方式，混合式教學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)最優(yōu)化，使用線上線下教學(xué)模式幫助學(xué)生達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果；此外，由于本課程中部分內(nèi)容，例如像差理論等內(nèi)容較為抽象、晦澀，采用混合式教學(xué)結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的方法能夠有效幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)課知識。以本課程部分章節(jié)創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容為例，從教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)體系、理念和方法等方面實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)創(chuàng)新，創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容環(huán)節(jié)基本框架如圖1所示。

圖1 創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容環(huán)節(jié)基本框架

相應(yīng)地，對考核方式進(jìn)行改革：強(qiáng)化整體性考核，構(gòu)建多元化、多層次考核評價(jià)體系，融合過程與結(jié)果、定量與定性、基礎(chǔ)與拓展、能力與素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)教學(xué)考核。課時(shí)分配包括課堂教學(xué)學(xué)時(shí)、軟件模擬操作學(xué)時(shí)、課后學(xué)時(shí)三部分，分別為28、12和20學(xué)時(shí)。考核方式包括線上課程測驗(yàn)20%、開放式大作業(yè)20%、典型光學(xué)設(shè)計(jì)20%和期末考試40%。其中，線上課程測驗(yàn)包括學(xué)習(xí)過程考核，針對課前、課上、課后三部分；開放式大作業(yè)包含課程設(shè)計(jì)、雙創(chuàng)題目等，設(shè)計(jì)了人文素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、信息化技術(shù)能力等定性評價(jià)指標(biāo)，評估學(xué)生的綜合素養(yǎng)；典型光學(xué)設(shè)計(jì)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)部分，鍛煉學(xué)生的知識實(shí)踐能力；期末考試的設(shè)置也從基礎(chǔ)理論、提高拓展和設(shè)計(jì)應(yīng)用等題型，多方面對學(xué)生進(jìn)行考核。

三、面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的學(xué)科競賽實(shí)踐成果

實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，課堂教學(xué)效果、學(xué)生學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力均有了明顯的改善，創(chuàng)新人才培養(yǎng)視野下的“應(yīng)用光學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)改革探索取得了一定的成果。

（一）學(xué)業(yè)成績和學(xué)生實(shí)踐、雙創(chuàng)能力明顯提升

學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性明顯提高，學(xué)業(yè)成績優(yōu)良率大幅度提高，團(tuán)隊(duì)精神、雙創(chuàng)精神均有明顯增強(qiáng)。學(xué)業(yè)成績方面，未發(fā)現(xiàn)不及格的學(xué)生，成績良好比例上升；科研實(shí)踐和雙創(chuàng)比賽獲獎(jiǎng)方面，我校在本賽事的獲獎(jiǎng)取得突破；另外，在“三航杯”、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、全國大學(xué)生光電設(shè)計(jì)競賽等項(xiàng)目中均取得很大突破。2021年，學(xué)生獲批國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目11余項(xiàng)（規(guī)模同比增長近200%），2020—2022年全國大學(xué)生光電設(shè)計(jì)競賽取得持續(xù)突破性成果等。

（二）思想政治教學(xué)成效

新媒體延伸第二課堂，依托“西工大物理學(xué)院”微信平臺建設(shè)，開展了“實(shí)踐分享”“雙創(chuàng)‘英雄匯’”等系列活動(dòng)，定制化、個(gè)性化地為學(xué)生提供課外學(xué)習(xí)課程和內(nèi)容。此外，改革成效已部分服務(wù)社會，部分學(xué)生畢業(yè)后開始從事雙創(chuàng)工作，課程負(fù)責(zé)人也已跟部分企業(yè)、高校開展產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目的合作，整體效果呈良性態(tài)勢。實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，課堂教學(xué)效果、學(xué)生學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、“雙創(chuàng)”能力均有了明顯的改善。

四、總結(jié)與反思

注重創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，與國家和社會進(jìn)步息息相關(guān)。如何培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，是新時(shí)代經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對高等教育發(fā)展的迫切要求，也是高等學(xué)校人才培養(yǎng)模式改革的重要方向。學(xué)科競賽已經(jīng)成為當(dāng)前高校學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要載體，能有效推動(dòng)課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供了一條有效的途徑。針對全國大學(xué)生光電設(shè)計(jì)競賽，西北工業(yè)大學(xué)著眼于全校學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，從創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)、重構(gòu)課程內(nèi)容、更新教學(xué)方法、組織教師和學(xué)生團(tuán)隊(duì)等多方面做出了相應(yīng)的改革和優(yōu)化，既保證了競賽的健康發(fā)展，又能服務(wù)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。面向培養(yǎng)工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的混合式教學(xué)實(shí)踐，產(chǎn)生了較好的效果，并正向著更好的方向發(fā)展；然而從傳統(tǒng)課堂到第二課堂、第三課堂的拓展，還有很長的路要走，總結(jié)如下：（1）如何依托“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，更好地提高教學(xué)效果，以及如何理順傳統(tǒng)教學(xué)模式和新的教學(xué)模式的關(guān)系等問題，還需在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索。（2）實(shí)踐、“雙創(chuàng)”平臺的建設(shè)，課堂教學(xué)改革推進(jìn)不夠深入；課程考核方式、教學(xué)案例等深入實(shí)踐工作不足。（3）人才培養(yǎng)更應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)籌各方關(guān)系，運(yùn)用科學(xué)方法，邊實(shí)踐，邊總結(jié)，邊探索，不斷優(yōu)化。