摘 要:《工程光学》讲述几何光学和物理光学的基本理论,通过对该课程教学内容、教学方法及实践教学的探索与实践,并吸收国内外相关课程的先进经验和学生的意见反馈,完善了课程的教学内容和教学方法,并运用于课堂教学实践。教学中采用了主题研究型的教学方法和方案讨论式教学方法,运用现代化教学手段,课程内容和教学方法紧密联系工程实际并反映了当代光电高新技术的实际应用,激发了学生的学习兴趣,教学质量明显提高。
关键词:工程光学 课程建设 网络教学 教学方法
中图分类号:G424文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)07(b)-0212-02
《工程光学》是我校信息显示与光电技术本科专业的必修课,本课程教学质量的好坏直接影响到《信息显示技术》、《光电传感与检测》、《激光应用技术》等后续专业课的教学效果。该课程涉及的教学内容多、理论性偏强。实际教学中,教学效果一直不够理想。学生普遍反映概念多、抽象难记;数学公式推导复杂、心生畏惧;理论多实验少;教师讲,学生听,满堂灌的填鸭式教学,教学效果不如预期的理想,学生普遍反映比较难学。鉴于《工程光学》课程的特点和实际教学中发现的问题,探索和完善课程的教学内容和教学方法势在必行。课程教材是知识的载体,是教师授课和学生学习的主要工具,教材内容的合适与否对整个教学环节起着关键作用。但是,大多现有教材知识面涉及过广,内容偏于理论化,和工程实际联系不多,不满足我校应用型技术人才的培养要求,不利于培养学生分析和解决工程实际问题的能力。为满足我校培养要求和学生特点,首先重新修订了课程教材,不断完善教学内容,改进教学方法和手段,教学效果获得了明显的改善。教学过程中采用了主题研究型的教学方法和方案讨论式教学方法,课程内容和教学方法紧密联系工程实际并反映了当代光电高新技术的实际应用,努力提高学生的学习兴趣,提倡主动学习,教学质量明显提高。本文重点介绍了完善《工程光学》课程教学内容和教学方法过程中的一些经验和体会,与同行交流。
1 《工程光学》教学内容和课程体系的确立
《工程光学》课程是“信息显示与光电技术”专业本科生在大学学习期间接触到的第一门光学方面的专业基础课。根据该课程的教学目标,教学内容主要包括几何光学部分和物理光学部分,其中几何光学主要讲授:几何光学基本定律与成像的概念、理想光学系统、平面光学系统、光度学与色度学、像差理论、典型光学系统与现代光学系统;物理光学主要讲授:光的电磁理论基础、光波的叠加、光的干涉与衍射、光的偏振与晶体刚学基础、量子光学基础。“信息显示与光电技术”本科专业教学计划中开设了多门光学、光电类课程,比如:光电材料与器件、激光应用技术、光通信技术、信息显示技术、光电综合实践等相关课程。因此,考虑该课程与后续课程的衔接性,《工程光学》课程在教学过程中,既要讲述光学原理也要扩展相关光学原理的应用,同时还要把握课程的讲授深度,避免与后续课程过多的重复,合理的编排教学内容,选择合理、合适、有利于组织课程教学的课程内容体系是一项重要任务。实际教学中,将光路计算和像质评价内容移至后续的光电综合实践中讲授,导波光学、激光原理等内容移至光通信技术和激光应用技术课程中讲授,这样安排教学内容既避免相同内容的重复讲授,又有利于学生集中精力学习和掌握几何光学和物理光学的基本概念和理论,总体考虑教学内容安排,提高整个专业教学体系的一致性和连贯性。
《工程光学》课程的一个最大问题是课程内容丰富,知识点分散,理论、技术、应用融为一体[1]。为了保证在有限的教学课时内完成教学计划,既要强化基础理论教学,又要引入应用技术及前沿性介绍内容。实际教学过程中把基础光学内容与现在光学科研成果以及工业生产实际问题有机结合,既注重严格的逻辑推理,又注意归纳整合,适当的前后穿插、相互渗透使各个分散的知识点融为一个有机的整体。几何光学部分,以几何光学的基本定律:光的直线传播定律、独立传播定律和费马原理作为几何光学的理论基础,分析和追迹光线,引出理想光学系统、平面光学系统、像差理论、典型光学系统等内容;物理光学部分,以波动光学和光量子论为主要内容为理论基础,光的传播主要表现为光的能量流的传播,以光波的电磁理论和光波的叠加原理为主线,把干涉、衍射、光偏振等现象有机联系起来,干涉、衍射、光偏振现象看成不同条件下光波叠加的结果。例如,从不同角度论证光波是电磁波,光波长趋于零时,物体的几何尺寸远大于光的波长时,光的传播行为可用几何光学的基本定律来描述;物体的几何尺寸与光的波长接近时,光的传播行为就要用物理光学的干涉和衍射理论来描述。通过这种有机的教学内容整合将几何光学和物理光学有机的结合起来,树立概念与知识点的相互关联,提高学生对工程光学的整体概念学习和掌握。
《工程光学》课程的另一个问题是教材内容陈旧,现行教材经过十几年的教学仍在沿用。学生兴趣不大的原因之一就是课程内容陈旧,和实际关联不大,但是基本内容是所有新知识和新技术的基础,学生对于基本概念和基本理论掌握不透,对于新知识和新技术的理解也就会受到限制。因此,在讲授重点理论内容的基础上,课堂上增加工业生产实践和最新科研成果介绍,可提高学生兴趣,扩展学生的知识面,培养学生的实践应用能力,适应工程实践的需求。理论内容的讲授难免概念抽象、理论公式繁多,再加上学生对与所学知识的用途茫然,单纯的强调基础的作用是不能够改善教学效果的,只有在讲授理论和公式的同时,将理论和公式在工业生产实际中的应用以及最新科研成果里的体现介绍给学生,使学生认识到基础理论和公式不仅仅是纯粹的概念理论和公式,更能够成为解决实际生产问题的手段和方法,才能提高学生的学习兴趣,同时也使抽象的理论更加容易被学生吸收理解。例如:在典型光学系统里介绍显微镜一节时,深入的讲授基本的显微镜结构的同时,可展开介绍生物显微镜和电子显微镜的结构,进一步介绍更高级的扫描隧道显微镜,以及显微镜在生物学、遗传学、医学领域的应用和显微镜对这些领域的发展促进作用,这些扩展性介绍既可以提高学生对显微镜分辨率本领等概念的理解和掌握,又可以使学生认识了显微镜的整个发展历程和趋势。虽然扩展的内容所占的课堂时间并不多,通过几张图片演示就可以使学生将枯燥的理论介绍与现实中几千元到几百万元的显微镜系统联系起来。这种教学方式可以提高学生对基本概念和理解,加深课程学习印象,同时也有效的解决了《工程光学》概念多、实验课时少、理论抽象、公式推导繁琐带来的学习和掌握的困惑。
总而言之,在严格贯彻大纲规定的理论知识点和课时限度内,尽可能的将课程理论和生产实践相结合,引导学生的眼光更多的关注生产实际问题,更多的从工程实际问题出发讨论光学理论。
2 《工程光学》教学方法的探索与实践
《工程光学》的教学内容具有知识点多、概念抽象、公式繁琐等特点,使学生容易对课堂所学知识的用途茫然。因此,改变传统的“填鸭式”教学方法,创新教学方法、改进教学手段,是提高课堂教学效果的关键问题。《工程光学》课程实际教学中采用了主题研究型的教学方法,多媒体和板书相结合,运用现代教学手段使课堂教学内容更为直观生动,教学效果良好。
2.1 主题研究型的教学方法的实践
主题研究型的教学方法以教学大纲规定的重点章节或知识模块为单元,组织主题研究型的课堂教学[2]。合理的分配课时,根据重要程度可分配一次或更多次课讲述一个主题性内容。课堂上只讲解主题相关的基本概念、思想、方法和实际应用问题,学习主题所需要的基础知识要求学生课前自己查找学习,主题的扩展内容和容易理解的内容少将或者不讲,要求学生课后查阅相关资料或阅读教材的指定部分。这种教学方法提高课堂教学效率、激发学生的学习热情,锻炼学生的自学能力,强调自主学习,避免课堂一味的填鸭式教学。课堂教学避免“面面俱到”和“满堂灌输”等被动式教学方法的缺陷。通过课堂提问方式来检查学生的课前准备和课后主题学习效果。例如:光纤全反射导光的问题,光纤的特性和传光原理内容课堂上不再讲解,交予学生课前学习,课堂提问检查学生对光纤导光原理的掌握程度,课堂重点放在全反射现象的原理和应用上,其他物理量(全反射的孔径角、光纤的数值孔径等)要求学生课后自行查资料,通过作业练习,学习了解,下次课前一定要提问检查学生课后是否进行了拓展学习。
2.2 现代多媒体辅助教学方法的实践
《工程光学》课程涉及的光路和图表比较多,不同类型的光学器件(各种透镜、折射棱镜、分光棱镜等)实物图片和光路图等。传统的板书教学不能充分展示相关光学器件和光路的效果和特性,采用多媒体课件和板书相结合的方法,使教学内容更加直观生动[3]。多媒体课件重点体现教学内容的主线、重要概念和结论,课件里的图片、动画和视频资料可以加深学生对课堂教学内容的认识和理解,而基本概念和理论公式的推导以传统的板书方式讲解。例如:讲授理想光学、正弦差和慧差、光学偏振和典型光学系统(人眼)等内容时,精心选择真实的光学器件实物和光路照片给学生展示,眼见为实,通过视觉效果加深学生对光学器件中光路的认识,同时多媒体课件要合理的设计背景和字体大小、颜色及行距等,突出重点。通过多媒体教学,学生觉得课程不再是空洞的理论堆砌,光学器件和光路图就在同学眼前和生活中。实际教学中,将多媒体和板书结合到什么程度是一个值得探索的问题,多媒体课件一页的内容极其有限,讲完一页翻到第二页时,前一页的内容就看不到了,讲解第二页的内容时,学生上一页的内容只有一个大概的模糊认识,全部的多媒体教学不适合本课程的教学。
2.3 课堂互动,课堂提问的方法实践
课堂教学中,师生的有机互动能显著提高课堂教学效果和学生的学习兴趣。课堂提问是师生互动的良好手段,实践教学中发现讲解某些内容,提问学生会踊跃回答,课堂气氛活跃;而讲解学生没兴趣的内容时,学生大部分低着头,课堂气氛变得沉闷。课后,和学生交流找出问题所在,学生对感兴趣的内容反应活跃,因此,对于什么内容提问、提问的方式是课堂教学中值得深入思考的问题。例如:典型光学系统部分,提问人眼的屈光度和散光等问题时,学生都可积极回答,这些基本概念平时生活接触较多,学生也有兴趣;而提问像差理论部分正弦差和慧差、像散等问题时,平时生活接触很少,学生没有兴趣,几乎没人主动回答问题。
2.4 网络教学平台和课程题库的建设实践
采用现代教学方法,建立网络教学平台,扩展课堂教学。网络课堂为学生的学习和发展提供了形式多样的课后学习环境,精心编制多媒体教学课件挂在网络平台上,课件制作力求重点突出、层次分明、讲解清晰、图标生动,尽量把复杂的公式推导和理论浅显化讲解。学生可以在课后时间充分利用网络课堂预习、自学、复习、提交作业、学习感兴趣的课外知识,通过论坛留言等互动方式和老师进行互动交流,提高学生学习的主动性和自主性,同时鼓励学生通过国外大学公开课进行扩展学习,了解国外相关课程教学模式和动态。课后练习和习题对巩固课堂教学效果有十分重要的作用,为此初步建立了《工程光学》试题库:基础概念题作为课堂讨论和课后思考题;教材课后习题解答,将教材课后习题的答案做详细整理,附解题思路和多种解题方法,作为期末复习的参考。
3 《工程光学》教学效果的提高
通过《工程光学》课程的教学内容和教学方法的探索与实践,重点从以下几个方面提高教学效果[4]。
（1）多开展教研活动,集中教研室集体智慧,完善教材内容,探索《工程光学》课程的课堂和实验教学方法,培养年青的师资力量,提高年青教师的教学能力。
（2）根据高职本科的学生特点,开展教材建设,运用现代多媒体教学技术,精心制作多媒体课件,把枯燥的理论内容以生动的画面形式展示给学生。
（3）采用启发式教学增强课堂互动,充分利用短学期实践环节,充分调动学生运用《工程光学》课堂所学知识到工程实践的积极性,努力提高学生的实践应用能力,使学生受到良好的综合技能培训,培养应用技术型人才。
（4）根据学生对象、本校光电专业的实际情况,引入现代新型光学系统(照相、扫描等)、以及新技术到课程内容中,结合生产实际设计应用实例,使学生有更多的机会接触实际应用。
利用短学期实践环节,将学生分为几个项目小组,让学生了实际工程项目中的设计要求和技术规范,并让学生利用课余时间到图书馆或通过互联网进行项目调研并代表项目小组给出原理性技术方案,组织不同项目小组的学生进行方案讨论,最后,教师对不同的方案进行点评。通过这种方法,极大地激发了学生的学习潜力,使学生主动了解相关光学技术的应用和发展动态,有利于培养学生团队协作精神和创新思维能力,并提高学生的表达能力,取得了良好的教学效果。
4 结语
为了更加有效的提高教学效果,开展了《工程光学》课程的教学内容和教学方法的探索与实践,通过深入研究确立课程教学内容和教学方法,改善教学手段,探索出适合我校专业和学生特点的《工程光学》教学模式,教学中将实际工程应用和课堂理论知识有机融合,避免传统的“填鸭式”教学方法,使课堂教学更加生动有趣,提高学生的学习兴趣,为了进一步提高教学效果。课堂教学中采用多媒体和板书有机结合,引入主题研究型的教学方法和方案讨论式实验教学,并获得了良好的教学效果。实践证明:满足时代要求的教学内容和兴趣导向的教学方法可明显的提高课堂教学效果,并可充分锻炼学生的实践应用能力。
参考文献
[1]郁道银,谈恒英.工程光学[M].第2版. 北京:机械工业出版社,2006.
[2]江文杰,曾学文,施建华.《光电技术》课程建设的探索与实践[J].高等教育研究学报,2009,32(4):43～45.
[3]李亚捷.“光电技术”课堂教学方法的研究[J].中国电力教育,2010,3:81～82.
[4]曹柏荣,张卫纲,陈宝玉,等.《光电传感与检测》课程教学的研究[J].现代教育研究,2008,4:18～19.
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