工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索
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摘要在如今的高等教育的改革發(fā)展當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)課程已經(jīng)成為人才培養(yǎng)中一個重要組成部分，其重要性不言而喻。工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)作為光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，具有很強(qiáng)的代表性。由于現(xiàn)如今工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程過于陳舊，這種傳統(tǒng)的教育方式已經(jīng)不能夠適應(yīng)現(xiàn)代的教學(xué)體系，對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革已經(jīng)迫在眉睫。針對課程中所存在的問題提出了解決方法，能夠有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，同時對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)水平以及創(chuàng)新能力也有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)效率
1引言
工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)中最基礎(chǔ)的一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，是后續(xù)光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的基礎(chǔ)[1-2]。學(xué)生通過工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，可以對光學(xué)儀器的基本操作有所了解。同時也有助于理解工程光學(xué)的概念，增強(qiáng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，讓學(xué)生體驗(yàn)團(tuán)隊(duì)合作的作用性，為今后學(xué)生開展其他相關(guān)課程的研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程質(zhì)量的高低直接關(guān)系到同學(xué)們對于后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)程度以及對于后續(xù)專業(yè)課程的興趣。但針對工程光學(xué)理論課程的教學(xué)現(xiàn)狀并未完全滿足學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)課程的要求，如何運(yùn)用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，合理配置教學(xué)資源，充分利用現(xiàn)在的教學(xué)技術(shù)，設(shè)計新穎合理的實(shí)驗(yàn)課程，這些都成為了新的挑戰(zhàn)[3-4]。本文主要針對目前工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中所存在的不足之處，在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)管理方面提出了一些管理改進(jìn)措施。
2目前工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所存在的問題
2.1學(xué)生對于課程理論的掌握度不高，對于實(shí)驗(yàn)的興趣不大
長期以來，因?yàn)楣鈱W(xué)實(shí)驗(yàn)對于所對應(yīng)的理論課程的掌握度要求較高，對于實(shí)驗(yàn)儀器的操作精度要求較高等因素，加之此類實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象較之計算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)、單片機(jī)等實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象并不明顯，所以部分學(xué)生對于工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣較小，從而造成學(xué)生對于課程的重視程度不夠，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不認(rèn)真分析，對于實(shí)驗(yàn)中所存在的問題不認(rèn)真總結(jié)，實(shí)驗(yàn)報告不認(rèn)真書寫，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程的效果并不理想。
2.2教學(xué)模式較為傳統(tǒng)
傳統(tǒng)的教學(xué)模式就是老師只負(fù)責(zé)教，學(xué)生只負(fù)責(zé)學(xué)，在實(shí)驗(yàn)課程前，學(xué)生在沒有接觸過任何實(shí)驗(yàn)儀器的情況下做預(yù)習(xí)報告，對預(yù)習(xí)報告上的實(shí)驗(yàn)器材十分陌生。在實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生只能被動地跟著老師的步驟做實(shí)驗(yàn)，對于實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的現(xiàn)象也不能獨(dú)立思考，遇到問題也只能是依靠老師來解決，不能夠用自己在理論課程中學(xué)習(xí)的專業(yè)知識去分析問題，解決問題。在實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是得過且過，從不追求完美的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在這種傳統(tǒng)的教育方式下，毫無疑問，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)獨(dú)立性將會受到制約。
2.3實(shí)驗(yàn)時間存在局限性
工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的授課對象是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的大三本科生，由于此專業(yè)的學(xué)生人數(shù)較多，但是相對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備較少，因此對于每組學(xué)生都規(guī)定了專門的試驗(yàn)時間，并且對于實(shí)驗(yàn)時間作出嚴(yán)格限制。學(xué)生只能在有限的時間內(nèi)盡快熟悉相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及完成所需實(shí)驗(yàn)，這就勢必會導(dǎo)致學(xué)生對于整個實(shí)驗(yàn)的理解不透徹，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容記憶不深刻，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果會隨著時間的推移而淡忘。此外，學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)儀器的時間較短，這就會導(dǎo)致學(xué)生在操作實(shí)驗(yàn)儀器時有所顧忌，不敢大膽操作，這在客觀上也可能會影響實(shí)驗(yàn)的最終效果。由于學(xué)生對于儀器的不了解而損壞儀器也可能會影響后續(xù)其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程的正常教學(xué)，從而影響教學(xué)和科研的正常進(jìn)行.
2.4實(shí)驗(yàn)安排存在不合理性
任何物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)都是以其理論知識為基礎(chǔ)的，沒有扎實(shí)的理論知識就盲目地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取得的實(shí)驗(yàn)效果也必將不盡如人意。但是，現(xiàn)如今在實(shí)驗(yàn)課程的安排上，并沒有將實(shí)驗(yàn)課程和理論教學(xué)聯(lián)系起來，甚至有時候還會產(chǎn)生在理論教學(xué)之前就已經(jīng)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的過程中，由于學(xué)生沒有相應(yīng)的知識儲備，只能簡單地重復(fù)老師的實(shí)驗(yàn)步驟，這樣不合理的安排極大地限制了學(xué)生的思考能力。在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生只是在機(jī)械地跟著老師做重復(fù)工作，并不利于對于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
2.5實(shí)驗(yàn)教材更新較慢，實(shí)驗(yàn)種類較為單一
目前，在工程光學(xué)本科實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)驗(yàn)種類基本都為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論都比較固定，這在客觀上會導(dǎo)致學(xué)生不會勤于思考。實(shí)驗(yàn)課程中可以適當(dāng)加入一些拓展性實(shí)驗(yàn)，開拓同學(xué)們的思維，培養(yǎng)同學(xué)們獨(dú)立思考、解決問題的能力。
2.6實(shí)驗(yàn)成績評定方式存在局限性
實(shí)驗(yàn)成績是由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)報告完成情況、實(shí)驗(yàn)操作步驟、實(shí)驗(yàn)完成情況以及最終實(shí)驗(yàn)報告綜合評定給分的，但是由于實(shí)驗(yàn)操作步驟的成績主觀性和隨意性往往非常大，加之對于實(shí)驗(yàn)報告評定也有一定的缺陷，往往會出現(xiàn)幾組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)雷同。
3工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的缺陷的解決方法
對于實(shí)驗(yàn)課程的改革既不能脫離實(shí)驗(yàn)課程的根本目的，還要在一些必不可少的實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合一些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。
3.1加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，使學(xué)生深刻理解實(shí)驗(yàn)原理再進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)的理論知識是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的前提條件，良好的理論基礎(chǔ)不僅能加深學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的理解，而且還能加快學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。因此，扎實(shí)的理論知識是做好實(shí)驗(yàn)的必備的前提條件，而做到這一點(diǎn)，也需要全體老師和同學(xué)們的共同努力。
3.2增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時間
現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)時間緊張、學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)器材不熟悉，針對這種現(xiàn)象，可以采取一些措施：第一，選取學(xué)生在課程開始之前的幾個時間段將實(shí)驗(yàn)室開放，在開放時間內(nèi)同學(xué)們可以隨意使用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的儀器設(shè)備，同時安排專門的實(shí)驗(yàn)老師以及研究生對于前來實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生進(jìn)行交流指導(dǎo)，這樣同學(xué)們不僅能夠動手熟悉實(shí)驗(yàn)儀器，還能與帶教老師和研究生進(jìn)行面對面的交流，對于所學(xué)知識有更進(jìn)一步的了解。第二，可以適當(dāng)延長整個實(shí)驗(yàn)課程的時間。實(shí)驗(yàn)時間不足往往是由于整個實(shí)驗(yàn)課程所持續(xù)的時間較短，由于課程時間倉促，為了完成教學(xué)計劃，帶教老師往往會在一節(jié)實(shí)驗(yàn)課中加入幾個光學(xué)實(shí)驗(yàn)，而導(dǎo)致學(xué)生對于單個實(shí)驗(yàn)的時間不足。考慮到工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時間較長，可以適當(dāng)延長課程時間，使學(xué)生更加從容地完成實(shí)驗(yàn)，從而對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有更深的理解。第三，可以組織帶教老師在下課后安排答疑。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中往往會出現(xiàn)各種各樣的問題以及出現(xiàn)各種與預(yù)期不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但是由于課程時間十分緊張，老師在課堂上對于這種現(xiàn)象的產(chǎn)生并沒有時間去解釋，長此以往，學(xué)生的問題越來越多，如此就會導(dǎo)致一個惡性循環(huán)。因此，可以在課程結(jié)束后的某一時間，專門安排時間再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行答疑。這樣，一方面能夠解答同學(xué)們的問題，另一方面，同學(xué)們就能有再次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的機(jī)會，與實(shí)驗(yàn)器材再次接觸，進(jìn)一步熟悉實(shí)驗(yàn)室的氛圍和實(shí)驗(yàn)器材。
3.3增加實(shí)驗(yàn)課程的時間靈活度
實(shí)驗(yàn)課程往往會因?yàn)槔碚撜n程的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)器材的好壞而受到影響，為了克服這些影響，現(xiàn)如今的實(shí)驗(yàn)課程往往都是實(shí)驗(yàn)老師根據(jù)課表安排，抽出時間來安排實(shí)驗(yàn)課程。但是，如此安排實(shí)驗(yàn)課程就喪失了實(shí)驗(yàn)課程的靈活性，與在教室中授課并無任何不同。在實(shí)驗(yàn)課程的進(jìn)行中，可以充分利用學(xué)期時間較長的優(yōu)勢，結(jié)合工程光學(xué)理論教學(xué)的進(jìn)度，在原來的基礎(chǔ)上多安排幾個時間段供學(xué)生自由選擇，甚至可以通過網(wǎng)上預(yù)約的方式開放實(shí)驗(yàn)室[5-6]，可以讓學(xué)生自由選擇。這樣安排以后，不僅可以使對實(shí)驗(yàn)有興趣的學(xué)生有充足的時間進(jìn)行一次甚至是多次實(shí)驗(yàn)，也可以在一定程度上規(guī)避了“先實(shí)驗(yàn)，后理論”這種情況的出現(xiàn)。
3.4增加開放性實(shí)驗(yàn)
對于本科實(shí)驗(yàn)中多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀，在很大程度上限制了學(xué)生的想象力，因此，可以在現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對新興的研究方向增加一些具有開放性的實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)往往沒有固定的答案，但卻不僅能夠使得學(xué)生在有限的條件和時間下了解新興的光學(xué)知識，增加對于本專業(yè)的興趣，還能加深學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)儀器的熟悉程度。此外，在課程中也可以結(jié)合當(dāng)年的熱點(diǎn)事件。譬如2018年的諾貝爾物理學(xué)獎的技術(shù)———光鑷技術(shù)，可以根據(jù)光鑷技術(shù)的基本原理，帶領(lǐng)有興趣的學(xué)生搭建一套簡單的光鑷系統(tǒng)，通過這些現(xiàn)代的光學(xué)理論，不僅可以將基礎(chǔ)的工程光學(xué)的相關(guān)知識以實(shí)驗(yàn)方式傳授給同學(xué)們，也可以進(jìn)一步提高同學(xué)們對于光學(xué)知識的興趣，為以后準(zhǔn)備深造的學(xué)生提供一個扎實(shí)的基礎(chǔ)。拓展的開放性試驗(yàn)是以基礎(chǔ)的驗(yàn)證性光學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，開放性實(shí)驗(yàn)的目的并非是為了像驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一樣做出完美的實(shí)驗(yàn)結(jié)果、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而是通過這些實(shí)驗(yàn)來提高學(xué)生對于光學(xué)知識的興趣，拓展學(xué)生的知識面，將前沿的光學(xué)技術(shù)有機(jī)地插入到學(xué)生的學(xué)習(xí)生活中去。
3.5完善實(shí)驗(yàn)室管理
工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)對于儀器、環(huán)境的要求較為苛刻，光學(xué)儀器的精密度程度、實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及人為等其他因素都能夠直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此，對于儀器的保護(hù)、實(shí)驗(yàn)室的管理，極為重要。在管理實(shí)驗(yàn)室方面，要制定嚴(yán)格的規(guī)章制度，對于不符合規(guī)章制度的學(xué)生行為要堅(jiān)決予以制止，同時對于已經(jīng)老舊或者損壞的儀器也要及時予以更換，確保不會影響實(shí)驗(yàn)課程的正常進(jìn)行。
3.6完善學(xué)生成績考核制度
在學(xué)生考核方面，要明確考核成績的標(biāo)準(zhǔn)，這也是對學(xué)生公平公正的體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)報告完成情況、實(shí)驗(yàn)中的操作以及最后學(xué)生所撰寫的實(shí)驗(yàn)報告以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性都應(yīng)納入實(shí)驗(yàn)課程的平時成績。同時，在實(shí)驗(yàn)過程中對于光學(xué)儀器的保護(hù)措施、實(shí)驗(yàn)完成后是否歸位以及是否遵守實(shí)驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定等事項(xiàng)也應(yīng)在最后的總成績中有所體現(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生所提出的問題以及學(xué)生自主解決問題的能力也是評定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績的重點(diǎn)。最后學(xué)生所提交的實(shí)驗(yàn)報告也是評分的重要依據(jù)。通過撰寫一個實(shí)驗(yàn)的完整報告，能夠體現(xiàn)出一個學(xué)生相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技能以及加深對實(shí)驗(yàn)理論知識的理解，這同樣也是培養(yǎng)學(xué)生將來從事研究性工作的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)創(chuàng)新性實(shí)踐性人才的不可或缺的手段，靈活、開放性的實(shí)驗(yàn)技能夠考查學(xué)生對于光學(xué)基礎(chǔ)知識的靈活運(yùn)用，同時也拓展了學(xué)生的知識面，激發(fā)了對于學(xué)生提出問題、解決問題的能力。完善的成績考核制度激發(fā)了學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)課程的熱情，讓學(xué)生能夠端正實(shí)驗(yàn)態(tài)度，使得實(shí)驗(yàn)課程的效果達(dá)到預(yù)期。
4結(jié)語
隨著教學(xué)改革和發(fā)展的深入，實(shí)驗(yàn)教育與時俱進(jìn)，已經(jīng)是高等教育中一個不可缺少的組成部分，是新時代培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新人才的重要手段，實(shí)驗(yàn)教育需要被越來越重視，確保使得同學(xué)們能夠熟練地掌握實(shí)驗(yàn)技能以及與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的專業(yè)知識。由于工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作難度遠(yuǎn)超一般的物理實(shí)驗(yàn)，其環(huán)境因素、實(shí)驗(yàn)器材因素、人為因素都有可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗，因此我們才更加要用扎實(shí)的理論知識以及開放性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容引起學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的興趣，從根本上解決學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)課程“敷衍”的態(tài)度，提高學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)課程的質(zhì)量。同時通過對實(shí)驗(yàn)課程成績評定的優(yōu)化，促進(jìn)學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的熱情，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，為學(xué)生今后的進(jìn)一步發(fā)展鋪平道路。
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作者：江旻珊 茅前 單位：上海理工大學(xué)光電信息與計算機(jī)工程學(xué)院
