跨学科视域下课程教学改革探索与实践

［摘 要］ 当今世界已进入智能时代，不断涌现的复杂性新问题需要多学科交叉融合来解决，对多领域交叉人才、跨学科复合型人才的需求提出了新的挑战。高校是培养社会发展所需人才的重要阵地，是开展跨学科教育、培养跨学科人才的摇篮。鉴于此，以“信息+”跨学科人才培养项目的“智能光电工程”专业课程为例，探索在教学内容、考核方式以及教学评价等环节中，光、电、控、算多领域跨学科复合型人才培养的新途径，培养学生自主创新意识和解决综合问题的能力，培养具有家国情怀、追求卓越、引领未来的领军人才。

［关键词］ 跨学科；课程教学改革；智能光电工程

［基金项目］ 2023年度西北工业大学研究生培养质量提升工程项目“智能激光雷达技术”（23KC0179）

［作者简介］ 王 江（1988—），男，山西大同人，理学博士，西北工业大学光电与智能研究院副教授，主要从事超快激光技术与光学探测研究；程光华（1976—），男，陕西安康人，理学博士，西北工业大学光电与智能研究院教授（通信作者），主要从事超快激光技术领域的理论与工程实践研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）36-0065-04 ［收稿日期］ 2023-08-07

2021年4月，习近平总书记在清华大学考察时强调，要用好学科交叉融合的“催化剂”，加强基础学科培养能力，打破学科专业壁垒，对现有学科专业体系进行调整升级，瞄准科技前沿和关键领域，推进新工科、新医科、新农科、新文科建设，加快培养紧缺人才［1］。这为我们积极推动学科交叉融合指明了前进方向，提供了根本遵循。高校是培养社会发展所需人才的重要阵地，是开展跨学科教育、培养跨学科人才的摇篮。高校跨学科教育旨在培养学生形成跨学科知识结构、跨学科思维能力和跨学科素养的一种新型教育范式，促使提升学生解决复杂问题的综合能力和高级思维［2］。西北工业大学作为国家科技创新的重要力量，肩负着坚持“四个面向”、服务“两个强国”，推动国家高质量发展的使命担当。为此，依托我校优势学科建立交叉创新人才培养平台，设立“信息+”项目。该项目以人工智能学科为基础，融合数学、光学、电子、计算机、自动化等多学科优势，围绕信息感知与智能处理开展拔尖创新人才培养，面向新一代信息技术、智能无人系统、机器人、光电传感、集成电路、智慧医疗等“信息+”的应用领域，夯实基础知识，拓宽学术视野，构筑广博学识，构建包含“通识课程、学科专业课程、个性发展、素质拓展”四大模块的本科人才培养方案，培养具有家国情怀、追求卓越、堪当大任、引领国际学术前沿的未来科学家和科技领军人才。因此，探索如何开展跨学科视域下专业课程教学是培养跨学科人才亟待解决的问题。

“智能光电工程”专业课程是“信息+”项目本科生培养方案中的重要课程，融合了人工智能、超快光学、光谱学、自动化、光电诊断、光电对抗、多模态认知计算以及计算光学等学科，面向新一代信息技术、智能无人系统、机器人、光电遥感以及智慧城市等应用领域，培养具有家国情怀、追求卓越、堪当大任的创新型人才及培养学生在跨学科视域下的理论学习和工程应用实践相结合解决复杂问题的综合能力。该课程主要讲述了激光的产生、调制、传输、探测、数据处理及工程应用，具有知识面广、工程化强、知识发展迅速等特点。因此，探索如何开展多学科理论知识与前沿工程技术、教学内容与学生内在需求、人才培养与国家需求相融合的专业课程教学是培养跨学科人才亟待解决的问题。

基于马斯洛需求层次理论，我们通过对历届本科生选择“智能光电工程”课程的动机进行了调查，结果表明，学生选择该课程的动机分别出于学分、就业、毕设、兴趣等需求。其中83％的学生选择选修课程是为了获取学分、就业、毕业或者无所谓，属于被动式需求，而只有17％的学生出于对该课程的兴趣，属于学生主动式需求，以及自我实现需求。因此，亟需结合培养方案，注重学生对课程的需求，探索以兴趣为驱动、需求为导向、创新为目标的跨学科一流专业课程建设。

一、跨学科视域下专业课程教学设计存在的问题

（一）师资力量薄弱，不具备跨学科工程素养，难以驾驭课程

目前，专业课的授课教师，部分为刚毕业的青年教师，一方面，其没有参加过相应工程项目，很难系统地对工程问题进行讲授；另一方面，年轻教师在教学中的精力投入不够，特别是教学经验积累不足，很难深入、全面、生动地驾驭课程内容。此外，授课教师本身不具备跨学科知识素养，很难将智能与光电工程等学科相融合

（二）“灌输式”教学，授课模式单一，难以激发学生兴趣

“灌输式”教育是采用一种拔苗助长和“填鸭式”的教育方式，教师是课堂教育的中心，授课往往是“纸上谈兵”，学生只能被动接受，总是看教师眼色行事，丧失了自我判断、自我加工信息和自我感知的能力。“灌输式”教学影响了学生对课程的兴趣，约束了学生创造力和独立解决问题能力的培养［3］。

（三）教学内容老旧，应用实践知识少，难以满足学生需求

目前，授课内容不够前沿，不够新颖，不够实用，没有经过系统推敲，很多内容和学生其他课程重复，并且实践内容缺乏，难以开阔学生视野、拓宽学生知识面，无法满足学生需求。

（四）考核方式不科学，以基础考查为主，难以反映综合成效

现在专业课采取考试的考核方式，学生需要花费大量时间进行课前预习和课后复习，无形中增加了学生的学习压力。此外，还存在翻译文献、科技报告等形式的考核方式，这些方式虽然可以减轻学生压力，但是很多学生随便在网上下载相关内容，就可以“交差”，致使学生缺乏学习主动性，难以提升学生自主解决问题的能力。

（五）教学评价不够全面，缺乏直接有效的反馈机制

现在大部分学校很少安排专业课专家的听课环节，导致授课教师沉浸在自我授课模式中，无法获得直接反馈。此外，很多学校缺乏学生对课程的及时评课，导致课程无法满足学生的需要，久而久之，学生对课程失去兴趣。总而言之，跨学科视域下专业课程教学仍然是一个亟须解决的课题。

二、跨学科视域下专业课程教学改革措施

针对“智能光电工程”专业课程在跨学科人才培养过程中的重要作用，开展以学生兴趣为驱动、需求为导向、创新为目标的专业课程教学改革，探索在教学内容、考核方式以及教学评价等环节中的具体改革措施，以提高教学效果，提升课程品质，培养符合社会需求的掌握光电工程与人工智能相结合的综合型、实用型、创新型人才。

（一）坚持立德树人，以课程思政涵养学生爱国情怀

国无德不兴，人无德不立。在“智能光电工程”课程授课中，贯彻落实立德树人根本任务，以育人为根本目的，从侧重“教书”转为强化“育人”，从树立课程思政理念、提升教师思政能力、挖掘课程思政元素等角度系统推进课程思政建设，从课程目标、内容、组织、评价等多方面全过程融入育人价值。比如，在讲系统工程内容时，我们会引出钱学森先生发表的《组织管理的技术——系统工程》一文，从而讲述钱学森先生的生平经历，激励青年大学生积极践行钱学森先生爱国、奉献、求真、创新的精神，树立中华民族伟大复兴的强国之志，接力精神火炬，奋进时代征程［4］。充分挖掘思政元素并融入课程教学，有利于开展理想信念教育、爱国主义教育以及优良传统教育等，培养有理想、有本领、有担当的高素质智能光电领域的跨学科人才。通过团队实践课，让学生理解团队的重要性，实现中华民族伟大复兴中国梦同样也离不开“团队合作”，需要通过每位学生的努力而凝聚强大力量。将课程思政元素潜移默化地融入课程中，培养具有家国情怀的大国工匠。

（二）采用案例教学法，加强理论与实践有机结合

智能光电工程有着清晰的以问题为导向的学科特征，具有原理抽象、学科交叉性以及实践性强等特点，许多研究表明，在教学过程中开展案例教学有助于提高教学效果［5］。为了让学生更好地理解相关理论和方法，“智能光电工程”课程专门设计了案例研讨课环节。通过智能光电工程典型案例，激发学生解决工程问题的兴趣，挖掘学生对相关知识的需求，启导学生创新思维，促使学生将光电探测和智能数据处理相关专业课知识融会贯通。此外，从最新应用及前沿研究的案例分析出发（如水下激光雷达系统、火箭燃烧诊断系统、无人飞行器智能驾驶等），通过宏观的智能光电工程系统，逐步引入基本技术原理、基础理论等教学内容，把一个或一组典型案例与一类智能光电工程技术关联，从而针对知识的离散性而实现知识的模块化。这样既可以使学生产生浓厚的兴趣，又可以使学生接触到实际应用，把教学内容嵌入应用背景。结合临地安防中智能光电技术典型案例，激发学生解决工程问题的兴趣，挖掘学生对相关知识的需求，启导学生创新思维，促使学生将光电探测和智能数据处理相关专业课知识融会贯通，从而实现拓展学生的知识储备，启导学生从事相关科学研究的兴趣，培养有担当、有创新精神的跨学科创新人才。“智能光电工程”课程的实践性很强，但本课程的学时较少、知识覆盖面宽、工程性强，单一通过课件很难激发学生兴趣，很难使学生掌握相关工程知识。因此，需要学生身临其境去感受工程魅力。课程设置4学时实践课，通过现有的激光雷达系统和无人机成像系统教学资源，开设相应的实践课程，按照学生人数将其进行分组，让学生通过团队合作，利用教育资源，并通过人工智能大数据处理技术，对实验结果进行处理，形成分组汇报。最后，分享讨论他们的成果，从而实现理论与实践相结合的培养目标。

（三）构建灵活多样的考核方式，激发学生内驱力与自我效能感

考核是课程的重要组成部分，最终目的是激发学生的学习热情、积极性和主动性，考核方式的设置往往会影响学生在本课程中学习的态度。敷衍单一考核方式，易导致学生“混学分”现象，很难激发学生的主观能动性，无法提高学生解决复杂问题的能力。此外，探索灵活多样的考核方式也是教学改革中的关键一环。现有的课程考核主要是以考试考查分数为依据，不注重对学生能力的综合评价，考核项目相对单一。应建立科学化、多元化及开放化的考核体系。因此，我们提出学生“互评+实践课+课外参与度”的多样化考核方式。

1.采用课程群互评考核的形式。学生对其他同学进行客观的考核评价，从而提高学生在考核体系中的位置，增强学生在课程考核中的参与感和对他人的认同感。

2.将学生对课程的评价反馈作为学生考核的一部分，促使学生参与课程教学活动，从而更加有效地获得学生对课程教学的需求，激发学生的主观能动性。

3.增加实践课在课程总评中的权重。学生自由组合，自主选择专题任务，亲自参与可行性分析、方案拟定、项目实施、答辩以及总结等各环节，教师在过程中给予指导，并结合汇报，提出建设性思路和意见。课程由单纯记忆性考核改变为合作沟通能力、材料收集能力、逻辑思维能力、实践操作能力、陈述表达能力的指标性考核，让学生展现所学所想，并适时调整学习状态和策略，自我总结和自我评估，最大限度实现教考分离，激励学生对实践课的热爱，对解决工程问题的兴趣，从而提升学生自主解决问题的能力。

4.课外参与度考核方式。学生可以通过参加创新创业竞赛、专利申请、项目申请等形式多样的科研活动，将相关申请书作为课程考核的一部分。通过课外活动来考查学生对本课程知识与应用的掌握情况，突出以学生兴趣为驱动、需求为导向、创新为目标的专业课程教学改革，从而培养学生解决工程问题的能力，升华学生自我实现的幸福感。

（四）完善教学评价反馈机制，不断提高教学效果

教学评价本质不在于筛选和严苛的考核，而在于注重教师的成长。目前，根据实用操作可行性，国内高校教师执教能力的评价模式基本采用的是“三维评价模式”，即学生评价、同行专家评价、教学督导评价。该模式从教学活动的参与者、教学过程的管理者、学术水平的评价者的不同角度，不同评价主体采用不同的评价指标和评价方法，既评定课堂教学质量的优劣，也促进教学质量提升，在评价主体上有较强的创新性和实践意义［6］。然而，目前的三维评价方式的反馈机制对专业课来说仍然存在很多不明确性。比如，学生只关注考核方式是否容易获取学分以及时间上反馈不及时的评价，对课程内容的设置、授课教师的授课形式等缺乏有效及时评价。此外，缺乏对专业课相应的同行专家评价和教学督导评价次数，很难对课程做出全面、客观、有效的评价。特别是缺乏教师自我评价，现代教师专业发展观认为教师自我评价是教师对自身能力、价值所做出的最基本的判断，能潜在地影响学校对教师的认知及教师对自身的认知，是促进教师专业发展的关键举措［7］。因此，探索有效的专业课教学评价反馈机制对课程品质的提升十分重要。