蔣治國 陳 聰 姚陸鋒

中國人民解放軍海軍工程大學(xué)理學(xué)院 湖北武漢 430033

光學(xué)課程是應(yīng)用物理、光電工程、光信息科學(xué)等專業(yè)本科學(xué)員必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，它包含幾何光學(xué)、波動光學(xué)、量子光學(xué)、傅里葉光學(xué)、非線性光學(xué)等內(nèi)容。光學(xué)與當(dāng)代科技發(fā)展聯(lián)系緊密，知識更新快，并與教師的科研工作結(jié)合緊密，多年來，許多院校的光學(xué)教學(xué)還是運(yùn)用傳統(tǒng)的教學(xué)方式和手段，教學(xué)內(nèi)容主要依據(jù)教材，不能依據(jù)科技領(lǐng)域的發(fā)展而更新，與科技發(fā)展聯(lián)系不足，學(xué)生只能學(xué)到課本上的基本理論知識，難以培養(yǎng)進(jìn)一步深入研究的能力，難以把握相關(guān)專業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀。因此，我們嘗試著將研究型教學(xué)模式引入本課程的教學(xué)中，以此為例對理工科專業(yè)本科學(xué)生的研究型教學(xué)進(jìn)行探索和研究。

1 研究型教學(xué)的概念與特點(diǎn)

1998年美國卡耐基教育研究基金會發(fā)表的《重建本科教育，美國研究型大學(xué)發(fā)展藍(lán)圖》報告[1]，明確指出要把研究型教學(xué)作為本科教學(xué)的基本要求。所謂研究型教學(xué)就是以培養(yǎng)研究型人才、科學(xué)人才以及人才的科學(xué)素養(yǎng)為目的的一種新型教學(xué)方式。

研究型教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比較，有許多不同的特點(diǎn)，具體體現(xiàn)在“四個變化”上：(1)教師與學(xué)生的角色發(fā)生變化。在研究型教學(xué)中，教師是教學(xué)活動的“導(dǎo)演”，而學(xué)生是“主角”，教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生自己提出問題、分析問題、提出假設(shè)并最終解決問題。(2)教學(xué)根本目的發(fā)生變化。研究型教學(xué)的根本目的是為學(xué)生創(chuàng)造一個展現(xiàn)自我的平臺，并在實踐過程中不斷提升學(xué)生的綜合素質(zhì)[2]。它強(qiáng)調(diào)的是在教學(xué)過程中學(xué)生能力的提高，而不是課本知識的傳授和學(xué)生的理論筆試成績。(3)教學(xué)內(nèi)容的組織發(fā)生變化。研究型教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容是針對課程的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)中學(xué)生的反饋意見，將教學(xué)內(nèi)容劃分為不同層次，如基礎(chǔ)知識、提高知識和擴(kuò)展知識。其中提高知識和擴(kuò)展知識是提高學(xué)生研究能力和素質(zhì)的重點(diǎn)部分。(4)教學(xué)模式發(fā)生變化。研究型教學(xué)主要是增強(qiáng)學(xué)生的參與性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考和探索，采用問題引入式，模擬科學(xué)研究的過程的教學(xué)方式[3]。教學(xué)過程中以學(xué)生為主，采用多種教學(xué)手段，加強(qiáng)互動，活躍課堂氣氛。

相對傳統(tǒng)的教學(xué)模式，研究型教學(xué)可以大幅提高課程的教學(xué)質(zhì)量。因為在教學(xué)過程中，學(xué)生通過研究和探索不僅能加深對光學(xué)基本原理和本質(zhì)的理解，增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和探索知識的熱情，拓寬知識面，同時處理問題的技巧和能力也可以得到鍛煉和提高。

2 研究型教學(xué)的具體實施

為了調(diào)動學(xué)生對專業(yè)課程的興趣，有效拓展學(xué)生的知識面并引發(fā)學(xué)生深入思考，我們將研究型教學(xué)引入光學(xué)教學(xué)中。在教學(xué)中，我們強(qiáng)調(diào)注重兩點(diǎn)：(1)充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；(2)在教學(xué)過程中注重學(xué)生的能力素質(zhì)培養(yǎng)。具體有以下措施：

2.1 將物理學(xué)史引入教學(xué)中

在教學(xué)過程中為了避免理論知識的枯燥性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們有意識地將光學(xué)發(fā)展中的許多名人軼事與典故有機(jī)融入相應(yīng)的知識點(diǎn)中，例如在幾何光學(xué)部分，可以引入我國古代關(guān)于小孔成像的記載、高錕與光纖的故事等；在波動光學(xué)部分可以引入泊松亮點(diǎn)由來的典故、惠更斯與雙折射、馬呂斯與偏振的故事等；在量子光學(xué)部分可以引入普朗克與量子假說、吳有訓(xùn)與康普頓散射、倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的故事等。

2.2 結(jié)合學(xué)科前沿，突出實際應(yīng)用

根據(jù)理工科院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)與特點(diǎn)以及學(xué)生將來的就業(yè)與發(fā)展，我們將整個課程的設(shè)置與實際應(yīng)用緊密結(jié)合，并且突出最新科技前沿。在實際教學(xué)過程中，注意介紹光學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)與重大發(fā)現(xiàn)，各章節(jié)設(shè)置的問題與實際應(yīng)用相結(jié)合。這樣教學(xué)內(nèi)容不但更具有針對性，而且可以激發(fā)學(xué)生對光學(xué)研究的熱愛，提高學(xué)習(xí)的主動性。例如光纖通訊技術(shù)、激光陀螺導(dǎo)航技術(shù)、偏振與立體電影、激光的應(yīng)用等。

2.3 采用多媒體、實物演示與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

多媒體中的3D和Flash等軟件能夠制作生動活潑、逼真的動畫，可以直觀形象地展示許多光學(xué)現(xiàn)象，例如干涉衍射現(xiàn)象、多普勒效應(yīng)等。還有許多光學(xué)原理與現(xiàn)象可以在課堂上通過儀器當(dāng)場演示，能帶給學(xué)生更強(qiáng)的真實感。例如用偏振片演示偏振現(xiàn)象，演示光電效應(yīng)現(xiàn)象等。我們將新的教學(xué)手段和傳統(tǒng)教學(xué)方法結(jié)合起來，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)了學(xué)生對知識的記憶，因此大幅提高了教學(xué)效果。

2.4 多方式、多手段引導(dǎo)學(xué)生思考，活躍課堂氣氛

為了引導(dǎo)學(xué)生積極思考，我們在教學(xué)模式上主要采用問題引入式教學(xué)法。即針對每個章節(jié)教師事先精心設(shè)計幾個問題，要求學(xué)生以解決問題為牽引，提前查詢相關(guān)資料、收集信息并進(jìn)行研究，在課堂上分組進(jìn)行交流討論。教師則加以指導(dǎo)，最后對討論結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)和點(diǎn)評。例如：如何將幾何光學(xué)三定律合三為一？幾何光學(xué)三定律適用的條件是什么？干涉和衍射的區(qū)別與聯(lián)系？如何快速找到復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的物方和像方焦平面等。

對于一些相對復(fù)雜而又重要的知識點(diǎn)可以以案例教學(xué)的方式進(jìn)行，也可以組織學(xué)生以撰寫小論文分組研討的形式深入探究。例如全息照相技術(shù)、彩虹的形成機(jī)制和主要特征等。在教學(xué)過程中注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，引導(dǎo)學(xué)生將自己的一些新想法新思路設(shè)計成作品，并推薦參加各類創(chuàng)新實踐競賽。這些活動不但增強(qiáng)了師生互動，活躍了課堂氣氛，而且培養(yǎng)了學(xué)生的自主能力。

2.5 充分利用網(wǎng)絡(luò)資源

一方面，我們充分利用學(xué)校圖書館的電子數(shù)據(jù)庫資源。通過與外校聯(lián)網(wǎng)的SCI，EI，IEEE等數(shù)據(jù)庫查閱與光學(xué)相關(guān)科研工作的最新進(jìn)展，將相關(guān)科技文獻(xiàn)的內(nèi)容引入課堂教學(xué)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新和擴(kuò)充。同時，也讓學(xué)生了解最新的科技發(fā)展動態(tài)，提高學(xué)生對課程的興趣。另一方面，我們在校園網(wǎng)上建立了光學(xué)課程網(wǎng)站，上傳了許多教學(xué)資源，如教學(xué)大綱、課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)課件、教學(xué)案例、授課視頻、演示實驗、熱點(diǎn)追蹤、自測習(xí)題、在線答疑等。學(xué)生可以通過這些資源進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，也可以通過網(wǎng)上留言與教師進(jìn)行及時的交流與溝通，解決難題，增進(jìn)師生了解。

2.6 更新考核方式

傳統(tǒng)的考核方式過于注重考查學(xué)生對理論知識的掌握程度，而對學(xué)生的研究創(chuàng)新能力考核較少，因此考核成績不能全面反映學(xué)生的綜合素質(zhì)。為了鍛煉學(xué)生的思考與探究能力，同時也為了更全面科學(xué)地評價學(xué)生通過學(xué)習(xí)所獲得的知識和能力，我們對考核方式進(jìn)行了創(chuàng)新。新的考核內(nèi)容包括課堂討論、小論文撰寫、創(chuàng)新設(shè)計、期末筆試4部分。

(1)課堂討論。在課堂上，學(xué)生對每個章節(jié)設(shè)置的問題進(jìn)行討論和交流，根據(jù)具體的表現(xiàn)，教師給出一個評定。其中發(fā)言次數(shù)最多、質(zhì)量最好的學(xué)生給100分，其他的分?jǐn)?shù)依次為90，80，70，60分等。此項得分占總成績的20%。

(2)小論文撰寫。在本課程的教學(xué)中，我們準(zhǔn)備了兩個比較重要或復(fù)雜的熱點(diǎn)問題，根據(jù)實際情況擬定幾個題目要求每個學(xué)生撰寫一篇研究性的小論文，并進(jìn)行評分，該評分計入考核總成績，占總成績的10%。

(3)創(chuàng)新設(shè)計。對于能夠?qū)⒆约旱男孪敕ㄐ滤悸吩O(shè)計成作品的學(xué)生，教師可以酌情加分，但不能超過總成績的20%。

(4)期末筆試。在學(xué)期結(jié)束后舉行一次期末筆試，筆試的內(nèi)容主要考查學(xué)生對光學(xué)基本理論的掌握和理解程度以及應(yīng)用理論解決實際問題的能力。題型中減少了選擇題和填空題所占的比例，加大了計算題、證明題和討論分析題的比例。筆試成績占總成績的50%。

更新的考核內(nèi)容中50%以上是對學(xué)生研究思考、創(chuàng)新能力的考查，這種方式在一定程度上避免了傳統(tǒng)考核方式中存在的弊端，能更公平科學(xué)地反映學(xué)生的真實學(xué)習(xí)效果。

3 結(jié)束語

光學(xué)是許多理工科專業(yè)學(xué)生了解學(xué)科知識，培養(yǎng)科研和創(chuàng)新能力的重要課程之一。研究型教學(xué)是一種新的能夠切實提高教學(xué)效果的教學(xué)模式，在培養(yǎng)學(xué)生研究能力方面發(fā)揮著重要作用。我們對本專業(yè)課程的研究型教學(xué)進(jìn)行了探討和研究，在教學(xué)過程中獲得了一些經(jīng)驗和教訓(xùn)，也取得了一些成績，同時發(fā)現(xiàn)仍然還存在許多問題，需要我們進(jìn)一步探究解決。

[1]盧德馨.研究型教學(xué)20年—理念、實踐、物理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.

[2]王澤鋒,程湘愛,王睿.軍校本科專業(yè)課程研究型教學(xué)模式初探[J].高等教育研究學(xué)報,2012(1):60-62.

[3]沈曦,曾交龍.《基礎(chǔ)物理學(xué)》課程研究型教學(xué)的探索與實踐[J].海軍院校教育,2012(4):79-81.