新工科背景下的光电专业背景课程教学改革研究

［摘 要］ 以新工科建设目标为导向，对工科院校光电专业背景课程教学改革进行了研究，并对实施方法展开了探索。首先，根据新形势下工科院校光电专业人才培养的实际需求，梳理了光电专业的特点，明确了新工科建设对于光电专业背景课程教学的要求。其次，从课程体系调整、教学内容重构、教学方法优化和教学效果评价等几个方面阐述了开展工科院校光电专业背景课程教学改革的思路。最后，以“物理光学”课程教学改革实践为例，探索了推动工科院校光电专业背景课程教学改革的有效途径，以期为专业背景课程的教学改革提供范例。

［关键词］ 新工科；专业背景课程；教学改革；物理光学

［基金项目］ 2023年度海军工程大学教育科研课题“‘三个面向’指导下的光电专业背景课程教学改革研究”（NUE2023ER58）

［作者简介］ 刘 文（1987—），男，湖北十堰人，博士，海军工程大学兵器工程学院讲师，主要从事光电探测和光纤传感领域研究；顾宏灿（1980—），男，江苏靖江人，博士，海军工程大学兵器工程学院副教授（通信作者），研究生导师，主要从事光纤传感与水中兵器探测领域研究；张朱峰（1995—），男，湖北钟祥人，硕士，海军工程大学兵器工程学院讲师，主要从事系统工程领域研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）43-0061-04 ［收稿日期］ 2023-09-25

近年来，面对新形势下工科院校教育转型发展要求和院校教育培养目标转变，如何建立与新体制下工科院校教育目标相适应的教育机制，培养高素质工程技术人才，成为工科院校教育面临的现实问题。2017年2月20日，教育部高等教育司发布的《关于开展新工科研究与实践的通知》明确指出，新工科研究和实践围绕工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量、新体系开展［1］。正式拉开了新工科建设的序幕。

新工科以一流人才培养、一流本科教育和一流专业建设为目标，以高等工程教育的新范式，成为一项深化工程教育改革的重大战略行动［2］。要提升高等工程人才的培养质量，专业背景课程作为人才培养体系中培养学生专业能力的重要基础，是开展新工科建设中不容忽视的组成部分。特别是对于光电专业背景课程来说，面对光电行业飞速发展的现状，其教学天然具有“面向未来”的创新属性［3］，如何让光电专业背景课程教学跟上领域前沿发展趋势、体现专业技术发展对工程应用实践的指导作用，是光电专业背景课程教学改革面临的现实问题。

一、光电专业背景课程教学概况

（一）光电专业背景课程教学目标的变化趋势

鉴于光电子技术在现代社会信息产业中的支柱地位，光电信息科学与工程专业入选新工科专业名单。根据新工科建设的总体要求，光电专业的人才培养目标是通过专业课程学习，了解光电信息技术的前沿理论，把握光电信息技术的发展动态，掌握光电仪器的设计、应用及制造方法，具有研究开发新系统、新技术的能力。

随着信息技术的不断发展，光电工程技术在各行业领域的应用日益广泛，社会对于光电专业人才的需求量也不断增加。与之形成鲜明对比的是，光电工程领域技术更新换代速度极快，对于学生学习和适应新概念、新技术的能力要求也越来越高。作为光电专业人才培养的重要教学内容和实施途径，光电专业背景课程教学围绕新工科建设目标开展教学改革，是提高光电专业人才培养质量乃至其他专业光电学科通识教育水平的必然趋势。

（二）当前光电专业背景课程教学面临的问题

在光电专业背景课程教学中，由于光电专业背景课程的内容涵盖了光电专业的基础理论，对于学生的数理功底要求较高，且涉及几何光学到波动光学，再到量子光学等现代光学理论体系的转变，内容繁杂、理论性强，学习难度大，学生在学习心理方面对众多复杂的公式推导和数学计算普遍存在畏难情绪。

除了知识体系的跨越带来的教学困境以外，现代光学技术的应用和发展不断拓宽实践应用的边界，对于学生专业背景知识的要求也不断提高。在有限的教学学时下，更加细分的光电专业方向使得光电专业背景课程的基础属性难以与实践应用的表层属性之间建立直接关联，“听不懂、学不会”和“学而无用”成为当前光电专业背景课程教学过程中亟须解决的两大突出矛盾。

二、光电专业背景课程教学改革的方向探索

面对新工科建设人才培养目标，专业课程教学应以行业需求引导能力培养，通过开展教学改革，让专业教学真正发挥出高等教育的育人效能。对于专业背景课程而言，既要夯实理论基础，也要发挥实践指导作用，尽力做到与后续课程教学实现导向一致，共同为专业特色工程技术人才培养发挥效能。

对于光电专业背景课程而言，学生在公共基础课程阶段只学习了基本的光学现象，对现代光学知识体系了解极少。开展光电专业背景课程教学改革，就是要遵循高等教育教学规律，将专业背景课程改革融入高等院校教育改革的发展主流，推动院校的专业基础教育向行业聚焦、向岗位靠拢，探索能够调动学生学习积极性的教学方法，充分发挥专业课程教学的有效性。

结合光电专业学科和课程体系的实际特点，光电专业背景课程教学改革的思路可概括为“真学、真用、真感受”。真学，是指让学生真正成为教学活动的主体，通过教师的主导作用引导学生充分发挥主观能动性，让专业基础背景知识沉淀为学生的专业素养和科技底蕴；真用，就是始终以实践应用作为工科学生专业背景课程学习的主要导向，使光电专业理论知识能够为光电工程技术应用发挥指导作用；真感受，就是通过优化教学内容、教学设计、教学方法和教学手段，让学生能够在理论和实践的映射中准确把握住光在不同尺度研究时的规律及区别，在知行合一的过程中，真正构建现代光学理论体系，培养创新思维。

三、光电专业背景课程教学改革的实践探索

（一）明确实践需求，调整课程体系

针对近年来科技领域的快速发展，系统梳理光电技术工程实践应用，将教学改革目标落地落实到教学活动实施过程中，从专业视角将实践应用的理论基础纳入不同光电专业背景课程的知识体系中，开展从表层应用到底层理论的逻辑解构，通过逐层明确专业知识要点，统领各门光电专业背景课程的教学内容优化，实现专业背景课程体系的优化。

针对新形势下人才培养目标的变化，“物理光学”课程团队同其他专业课程教学团队一同对光电专业人才培养方案和教学方案进行了修订，在新工科建设目标导向下，对光电专业知识体系结构进行了梳理，聚焦光电专业领域发展前沿，根据应用需求和后续课程学习基础调整了教学主线，在专业条件建设的统筹下开展了课程资源建设。按照光电技术发展脉络进行了专业课程体系调整，让教学目标符合光电学科的认知规律，逐步将古典光学、现代光学的教学内容依次推进，使波动光学与几何光学、量子光学等不同光学认知模型统一于现代光学知识体系，培养学生的辩证唯物主义思维。面对学时不足的现实矛盾，将相关知识内容体系进行模块化处理，在专业课程中讲精讲透，让培养具有专业特色的高素质工程技术人才成为主线牵引的系统工程。

（二）结合实践应用，开展教学内容重构

在按照课程体系优化结果、明确专业背景课程教学要点后，结合社会岗位需求和工程应用实践，对光电专业背景课程的教学内容进行梳理，按照“理实一体”的导向，科学重构专业背景课程知识体系。

针对光电专业背景课程教学内容繁杂、抽象性概念多、理论性强的现实情况，专业背景课程的教学内容选取、知识体系构建应以强化基础、凸显应用为原则，通过知识点梳理构建科学合理的教学内容，让学生能够在“听懂学会”的同时，体现课程教学的高阶性和挑战度。在进行基础理论教学时，把专业领域发展前沿及工程应用新成果作为素材或者案例引入教学，通过专业逻辑结构解构，将工程应用和理论基础有机融合，作为专业背景知识“学而有用”的典型范例，让应用实例为专业基础理论提供现实支撑。根据不同专业背景课程内容，构建从表层应用到底层理论的技术逻辑网络，按照从理论到应用的工程技术链路和并行专业知识结构“一纵一横”两条主线，对光电专业背景课程知识体系进行删繁就简、直指应用，在夯实学生理论基础的同时，注重应用能力培养，实现专业背景课程教学内容优化。

以“物理光学”课程为例，教学内容重组的基本思路是：在学生已有的数理基础上，凸显光学本质和物理模型的逻辑主线，以学生掌握光的波动本质、理解波动光学系统工作机理为重点，关注光电仪器设备和应用实践中干涉、衍射、偏振系统的结构组成、工作过程和性能特点，深化对理论知识的工程应用，并根据专业发展前沿和工程应用实践的变化动态对教学内容进行更新，在多轮教学过程中针对不足开展迭代，以满足学生的岗位任职需求。在进行教学内容设计时，既注重波动光学理论的概念解释、原理阐释和公式推导，又注重从生活现象和实践应用的角度解释光波的物理本质，将光学现象与理论对应，再进行工程应用实践，从而将学生的思维从知识层面引向思维层面，在传授基础知识的同时，着力培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，让理论课程真正学而有用，从形式和内容上贴近实践。

（三）根据课程特点，探索教学方法优化

基于现有的教学条件和课程建设成果，借鉴新工科导向下的专业基础课程教学改革成果，在深入理解光电专业背景课程教学目标要求的基础上，将已有经验借鉴移植到本专业背景课程的教学实践中，让专业课程教学改革落地落实。

针对不同类型的学习内容、不同层次的学习要求和不同场合的应用目标，通过采用启发式、案例式、研讨式、问题式、任务驱动式、探究式等教学［4］，结合课程实验教学和课外实践活动，在小班教学的基础上，针对学生学习基础存在差异的实际情况，特色定制教学计划，并通过分组学习、互助学习等方式，以不同阶段学习目标作为引导，调动不同层次学生学习的主动性。在强调“知识、能力、素质”学习目标的基础上，将后续实践课程及工程实践应用的理论知识进行体系关联，凸显理论知识的应用能力培养。通过全过程考核方式，以学生的学习效果作为教学效果的参考依据，在动态调整教学方法的过程中，重点关注学生自主分析能力和解决问题能力的培养，强化其物理建模思维的养成。

除了专业知识课程教学以外，在教学活动的实施过程中，通过调查问卷、座谈等方式，了解学生的学习现状及心理状态，分析学生的学习情绪特点，以教学班会为依托，调查学生对于光电专业人才培养目标、光电专业背景课程学习、现代光电技术应用工程实践等内容的认知水平，将专业背景课程教学实施准备前置，提前介入学生的学习生态环境，分析课程教学改革过程中可能存在的难点。开展专业背景课程思政建设，将实践应用案例、专业典型范例纳入专业背景教学内容，通过情感激励、目标导向和价值引领等方式，提高学生学习的积极性与主观能动性，进一步激发学生的学习热情，在专业背景知识的教学过程中引入思政元素，体现专业背景课程教学的育人导向。

在“物理光学”课程教学中，课程团队确立了以核心能力塑造为目标的理实一体化教学理念，重点关注学生的学习能力、专业能力、实践能力和创新能力培养。在教学实施全过程强调应用背景，坚持落实立德树人根本任务，将专业历史、先进人物、科研精神和典型应用融入教学，打造思政素材库。针对理论性强、复杂公式多的实际情况，通过随堂实验展示和课后参与式实践，拓展教学维度，让理论知识具象化，以学生自身的参与式体验，破除思维定式。针对引入工程实践应用教学内容而课程课时有限的现实矛盾，在教学实施过程中，充分利用MOOC和微课等互联网资源进行课前预习及课后复习，并通过互联网信息资源推送，让学生能够利用碎片化时间了解光电专业相关时事热点，在将背景知识学习过程前置后，课堂教学着重强调教师的关键引导作用，在课堂讲授环节重点关注教学内容的主线和学习内容的重点及难点，让课程教学活动更有效率。为了检验学习效果，除了课堂学习外，还可通过随堂测验、平时作业、课程实验、课后实践、翻转课堂、双语翻译等多种形式强化过程性考核；在终结性考试中，以生活实例和装备应用等场景对专业背景知识要点进行“包装”，重点考查学生分析问题、解决问题的能力。在教学活动中，关注学生的学习心理，注重其学习态度培养，增强其自主学习意识，多渠道激发其学习动力，探索从基本理论到工程实践、从知识结构建构到能力素质培养的教学改革全过程实施路径。