基于应用型人才培养的红外光学系统课程建设研究

摘  要：应用型人才培养是当前高等教育必须重视的人才培养模式，应用型人才的培养质量反映我国各高校的办学水平及课程的教学效果。该文结合工科专业应用型人才培养实际，从课程内容、教学资源、教学实施与模式及评价体系、教学反思等方面，以红外光学系统课程为研究对象，阐述红外光学系统课程建设的思路、内容及评价。以课程建设促进教学深度变革，利用信息化、数据化手段提升课程质量及教学效果，为应用型人才培养涉及的相关课程建设提供参考依据。

关键词：应用型人才培养；红外光学系统；课程建设；混合式教学；翻转课堂

中图分类号：C961        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）04-0080-04

Abstract： The training of application-oriented talents is an important model in higher education. Application-oriented talents training quality reflects the educational level of Chinese colleges and universities and the teaching effect of courses. In the paper， based on the practical training of application-oriented talents in engineering majors， the course of Infrared Optical System is used as an example， the ideas， contents and evaluation of the course construction were studied from the aspects of course content， teaching resources， teaching implementation and mode， evaluation system， teaching reflection and so on. To promote the deep reform of teaching by curriculum construction， improve the quality of courses and teaching effects by information and data means， and provide a reference for the construction of relevant courses involved in the training of applied talents.

Keywords： application-oriented talents training; Infrared Optical System; curriculum construction; blended teaching method; flipped classroom

近年来，为满足国家的发展需求，我国高等教育体系进行了多次大规模的改革，不断提升各高校的教学水平。实践是验证真理的唯一方法，人才的培养最终目标是能够满足实际应用需求，因此，应用型人才培养是我国高等教育最为重要的培养模式与教学目标，也是评价高校办学质量的试金石[1-3]。红外光学系统课程是长春理工大学电子科学与技术专业一门重要的专业应用能力培养课程，旨在培养学生的专业素质，提升综合素养，使学生具备运用所学知识完成基础实验和综合性实验的能力，为学生进一步学习和工作奠定基础指引方向。通过本门课程的学习，学生在扎实掌握红外光学系统的基础设计理论的前提下，结合目前我国相关科学研究进展与挑战，培养具有探索新方法、研究新器件、设计新结构、提出新工艺、发现新材料和实现新功能等创新能力的“明德、博学、求实、创新”高素质人才，更好地为地方科技进步、经济发展和社会进步服务。

红外光学系统目前教学仍是以线下传统教学为主，大部分都是被动式学习，难以调动学生主动学习的积极性。课程改革是改变现有教学模式，实现理论教学与应用教学、素质教学的有机结合唯一有效的方法，也是红外光学系统课程提升教学质量的有效途径。线上线下混合式教学、思政课堂及翻转课堂是红外光学系统课程建设的基本实现方法。开学第一课明确学习任务与教学计划，学生利用教学资源库的内容进行线上自行学习，提高自主学习能力与资源获取能力，引导学生独立思考，在线上完成作业、测验、反馈与讨论等，增加学生课堂学习的广度与深度，把有限的45分钟时间无限放大，实现学习时间的最大化。线下，教师可依据学生线上的学习情况，答疑解惑，以讲解重点难点为主，强化学生对知识的理解，促进学生更好地吸收知识能量。翻转课堂环节改变了传统的教学模式与教学方法，将“教”的主体由教师转变为学生，还课堂于学生，通过开展小组讲授、答疑等活动展示学生的学习成果，激发学习热情，活跃思维模式，引导学生从不同的角度分析问题、解决问题。本专业的学生很多会从事科学研究的工作，爱国主义、创新精神及唯物主义等思政教育也尤为重要。做好线上线下混合式教学、翻转课堂、思政课堂的建设与改革，是教育教学改革发展的必经之路，探讨与研究基于应用型人才培养的课程建设，是我们每一位专业课教师要完成的重要任务。

一  以应用为基础，优化课程教学内容

教师是教学过程的主导者，要注重主导作用的发挥。教师肩负着教学内容设计和教学改革的任务，教师应该在教学过程中将自身价值最大化。为提升红外光学系统课程的教学效果，基于社会对应用型人才的要求，对红外光学系统的课程内容进行了优化设计。红外光学系统课程理论学时为32学时，分为四章，第一章的授课过程中，结合红外技术在军事应用、地质勘测、医疗和民用等领域的具体案例，学习红外光学系统的设计基础，做到理论联系实际；第二章加强前沿理论方法引导，开展红外光学系统的光路计算与像差理论学习，鼓励学生开展探索性学习；第三章进行红外物镜光学系统的设计，学有所用，学用相长；第四章提升教学的深度与广度，指导学生进行典型与新型红外装置光学系统的设计，将所学的专业知识应用于具体的光学设计实例中，注重提升学生利用理论和技术手段分析、提出方案并解决电子信息领域理论或工程实际问题的基本能力。所设内容层层递进，既详细介绍红外光学系统的几何光学基础，同时串联红外成像等领域的主要内容，使学生对光学系统设计有更全面的认识，激发学习兴趣。几何光学的基本定律、像差部分采用翻转课堂形式进行，线上指导学生完成典型红外装置光学系统的课程设计；注重实践能力的培养，设置光学系统像差的测量、光学系统传递函数的测量、典型光学系统的设计三个实验，教师启发式讲解实验，明确实验的基本原理与注意事项，引导学生思考如何设计实验，学生则勤于动手，勇于探索，独立完成实验的设计与操作。在教学中重视课堂教学与本领域最新的理论方法、科研成果相互结合，让学生用探究的方法获取知识。课余时间鼓励学生积极参加光学相关的物理科学竞赛及创新创业项目训练，参与导师的科研项目，将学生的创新性想法运用到实践生产指导中，从而更好地实现“以赛促学”和“学科融合”，增强学生学习的自觉性，提高学习品质。

考虑培养应用型人才的根本目标，结合光学设计行业的实际需求，在进行相应理论知识点讲解的同时，配以光学系统的设计实例，以实际案例加深理解，并且掌握光学系统设计的软件、方法、流程等，实现电子科学与技术专业学生光、机、电的实际结合。教学中，将价值观教育、爱国思政课堂与专业知识相融合，使教师成为思想政治教育的载体。

二  与时俱进，建设信息化教学资源

在新教学体系及内容框架下，遵循多媒体与传统教学组合性设计的原则，参照我专业国家级精品课红外物理教学资源库中课程资源的建设内容，建设与时俱进、信息化教学资源。己构建的资源包括教案、讲义、多媒体课件、知识点视频和应用案例等基本教学资源；习题、作业、讨论等实践能力培养资源；阶段性学习汇报、章节测验、考试及光学系统设计等效果检验资源[4]。

在课程信息资源库建设的过程中，结合学生的特性，调研学生的先修课程，与已经学习完本课程的高年级学生沟通，充分考虑学生的需求，完善学习资源库。资源库的每一版块都设置基础—提升—拔高—应用等阶梯式内容，教师还要在学生获取资源、有效利用资源等方面提供帮助。学生在学习时可根据自身的需求选择合适的内容进行学习，提升学习效果。教学资源是课程建设必不可少的部分，就单一教师而言，由于精力有限、思维有限，收集到的资料也有限。同一学科的教师可以自发组成教学团队，集思广益，共同收集更多的教学资源，完成教学资源库的建设。

三  线上、线下教学深度融合，重塑教学过程，创新教学模式

基于应用型人才培养的红外光学系统课程建设研究具体方案主要分为课前线上自主学习、课堂线下教学、课后线上、线下巩固教学、混合式专业实验指导、线下思政教学、多维度教学评价和教学反思等方面的建设。

（一）  课前线上自主学习

本课程的线上教学不占用理论课32学时的教学时间，使学生拥有更多自主学习的时间，充分发挥学生的主体地位。教师在每次的理论课前发布导学任务单，在微信教学群里通知学生任务单已经发布，提醒学生进行线上学习，引导学生在规定时间内完成本次课程相关知识点的学习，并鼓励学生在讨论区提出学习中遇到的问题与困惑，教师则一一进行答复，实时反馈互动信息，调动学生的学习热情，活跃学生的学习思维；教师课前实时跟进学生课前线上学习的情况，统计学生对每一个知识点的学习情况，依据线上学习的统计结果，凝练整理出课堂教学重点、难点内容，有针对性地对课堂教学进行精细的课前准备；至少课前一天发布“面授线下课堂教学的具体安排”，明确线上资源中学生需要提前预习的内容，学生在课堂上可以紧跟教师的教学节奏，提高线下学习效率，有效地开展课堂教学活动[4]。

（二）  课堂线下教学实时互动练能力

课堂线下教学以学生线上学习的成果为基础，检查考核学生线上的学习质量，主要进行重点及难点的讲解，拓展学生学习的深度。在基本理论教学的同时，以“培养应用型人才”的目标为主，培养学生的专业素养和创新实践能力。教师通过线上问卷、测验、讨论等多种形式的“线上前测”对学生进行摸底测验，并结合学生反馈的学习情况及时调整课堂教学进度与课程教学内容的深度。采取自荐或随机选取学生总结线上学习内容，展示学生自己的学习成果；教师梳理线上知识脉络，就学生线上学习存在的共性问题进行答疑解惑；聚焦知识重点难点，结合实例进行有针对性的讲解与剖析；组织学生对复杂概念、问题进行讨论，学生通过解锁复杂问题提升能力[5]。

红外光学系统课程总学时为32学时的情况下，设置8学时的翻转课堂教学。选择“几何光学的基本定律”“像差”等合适的知识点进行翻转课堂教学，采用“生讲-生问-生答-师生共评”等环节进行翻转教学，提前将授课学生分为合适数量的教学小组，下发学习任务及翻转课堂时间，学生通过线上自主学习、查找资料、请教任课教师等方法，学习掌握相关知识点的基础理论及应用，深入学习基于此知识点的国内外最新的研究进展，在翻转课堂上向学生展示包括知识点的讲解、知识点的应用、相关习题、教学PPT的制作等学习成果，其他同学可提出自己的疑惑，讲授的同学回答学生的提问，学生从亮功夫、找金子、碰矛盾几个方面进行评价，实现全员参与的翻转课堂设计。教师在整个过程中要注意知识点讲解、问题解答的准确性，如不够准确要及时补充与纠正。为了避免翻转课堂过程中出现问题，在第一次翻转课程开始前，详细讲解翻转课堂的注意事项、流程、演示文档的制作等，在翻转课堂的前一天，和学生确认是否存在问题，在翻转课堂过程中，教师要提前做好应对突发状况的准备，及时解决问题，保证翻转课堂的顺利完成。

（三）  课后线上、线下教学巩固提升

整理分析红外光学系统课程教学全过程数据，选取教学内容的重难点及线上整理出的学生易错知识点布置作业、测验，要求学生在规定的时间内完成并提交作业与测验；发布与课程内容密切相关的前沿应用实例、新型光学系统的设计资料等拓展学生学习的广度，有效地将理论与应用相结合。教师利用“雨课堂”等线上教学平台跟踪掌握学生的学习情况及作业、测验的完成情况，对线上、线下教学的内容，学生知识及能力目标的达成进行总结反思，确保教学过程的持续改进与完善。

（四）  混合式专业实验加强应用

在线上发布专业实验的教学内容，指导学生如何搭建实验光路、明确实验的注意事项，演示实验过程及相应的实验结果；线下教师讲解实验原理、搭建实验平台，指导学生进行实验操作；翻转实验教学，学生根据线上学习内容及教师讲解进行实验设计，解决实验中遇到的各种问题，交流经验心得，实验环节结束后，学生按要求完成实验报告，教师根据学生线上学习效果、翻转课堂的表现及实验报告的完成情况给出实验成绩。专业实验的教学将理论知识与实际应用有效地结合，加强专业知识的实际应用，提升学生创新能力。

（五）  线下思政教学提升素质