基于光电课程融合改革提高学生实践创新能力

赵小侠  贺俊芳 王红英 成桢 付福兴 崔颖 张云哲 卢一鑫 李院院 

西安文理学院  机械与材料工程学院  陕西 西安 710065

[摘  要］为了提高应用物理学专业学生的实践创新能力，进行了光电课程的融合改革，通过在各门专业课程中增加创新型和综合型实验以及参与光电设计竞赛，在实践中促进了各门课程知识的融合，加深学生对理论知识的掌握，提高了学生的实践创新能力。三年来实践表明对于学生的成长效果良好。

[关键词］融合改革；实践；教学改革；创新能力

[作者简介]赵小侠，女，1970年8月生，河南济源市人，西安文理学院教师，光学博士，主要从事光学与激光技术课程的教学及激光光谱方面的研究工作，机械与材料工程学院教授。

[项目名称] 光电教指分委2019年“一流课程与一流专业建设”教育教学研究项目，项目编号：gdyljs16; 西安文理学院2018年重点课程综合改革项目，项目编号：KGB201828；光电教指分委2019年“新

保留所有作者，本文的成果是大家这么多年共同辛勤劳动的结果！

教育部《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》中明确提出要“大力加强实践教学，切实提高大学生的实践能力”。实践能力的提高依托实践教学的实现。实践教学^【1-4】是高等教育教学的重要组成部分部分，是高校培养学生创新意识和创新能力的重要环节，是学生将课堂上所学的理论知识联系实际，并在实践中加深理论知识的掌握，从而培养学生掌握科学方法指导学生提高动手能力的重要平台，它是实现创新型人才培养目标的重要手段。应用物理学专业本来应该是将理论和实践较好结合在一起的应用型专业，但是国内高校目前应用物理学专业的普遍情况是课程设置与物理学专业接近，理论性偏强，实践性明显不足。这样导致学生就业率低，从而影响每年高考招生时报考应用物理学专业的第一志愿率偏低，导致一年后调剂到其它专业的学生偏多。为了适应社会发展对应用物理学专业学生的需要，我们在应用物理学专业进行了一系列的教改改革，从而提高应用物理学专业学生的实践创新能力，取得了明显的效果。

一、改革产生的背景与意义

为了加强应用物理学专业学生的实践创新能力，2009年9月在应用物理学2007级2个班中开设了32课时的《光电综合实验》课程，根据实验大纲的要求，在满足基本实验内容的前提下，为了激发学生的学习积极性，将光电技术的科研前沿介绍给学生，同时积极开设综合型、创新型实验，这样既满足了基本理论的具体应用，又激发了学生进一步学习的积极性，收到了意想不到的教学效果。在12月份学校举办的“实验（实践）教学评优”中获得二等奖。后来由于学生的强烈要求我们又相继把该门课扩充为分别为48学时的《光电综合实验I》和《光电综合实验II》。在2011年4月份的教育部对我们学校的本科教学评估中，专家们对我们的综合实验课程给予高度评价，认为我们的课程促进了学生把前面所学的光学和电学知识的融合。由于在综合型创新型实验中涉及光、电、传感器和软件等课程知识点，这激发了我们促进光电课程融合的想法。在后来的2010级和2011级应用物理学的《光学实验》和《激光技术实验》中都特别开设了综合型、创新型实验，以提高学生的综合创新能力。

光学是高校光电技术行业的一门重要的专业基础课，尤其是光学部分的干涉和衍射理论无论在理论研究还是在高校光学教学中都占有重要的地位。长期以来，由于光学课程中的概念繁多、物理规律较为抽象，再加上光学教师一直沿袭传统的口授笔演的教学方式，这些都给学生学习该门课程带来了诸多困难，因而该门课程的教学效果也总是不尽如人意。鉴于此，2015年申报了西安文理学院教改项目《基于MATLAB的尝试教学法在光学教学中的应用与探索研究》。光学课程需要形象生动的教学，需要现代化的教学手段，为学生提供观察物理现象的机会，提高学生学习光学课程的兴趣，让学生积极主动探索、独立思考、发现问题、分析问题和解决问题，以培养学生的探索精神和自学能力。该项目申报前已经在2010级和2011级应用物理学的光学课程设计中进行了实践研究，结果表明对学生的毕业设计及论文的进行有良好的促进作用。申报成功后在2014级的光学课程设计和毕业论文取得了良好的效果，在2015级的光学课程设计和2017-2019三年的学生的光电设计竞赛中发挥了重要的作用。通过学生参与光电设计竞赛，促进光电类课程与其他学科的交叉与融合。基于上述研究成果发表《<光学>课程教学的几点心得》^[5]教改论文。

二、改革主要解决的教学问题及解决方法

目前实践教育与理论教育脱节，工程教育与行业企业实际脱节太大等问题。未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强的高素质复合型人才，他们不仅学科专业上学业精深，而且还应具有"学科交叉融合"的特征;他们不仅能运用所掌握的知识去解决现有的问题，也要有能力学习新知识、新技术去解决未来发展出现的问题。

通过研究与实践后，我们解决了以下的主要教学问题：

1）以往课程教学方法单一，教学手段落后，不符合学生的认知特点，不能充分调动学生学习的积极性和主动性。

2）专业课程教学过程中存在重理论知识轻实践技能，重课程基本内容轻视实际工程需要，强调教师的权威性而没充分发挥学生的创新能力。

3）各门专业课程间的知识融合贯通不足，学生在实践中创新能力不足。

基于上述教学中遇到的主要问题，我们采用了如下方法：

1）采用多样化教学手段。采取多媒体课件教学与网络教学相结合、动画演示与实物演示相结合、现场教学与动手操作相结合、教师主导与学生自主相结合、教学生产与科研课题相结合的教学手段，并贯穿教学全过程，以求全方位调动学生的视觉、听觉和感觉，激发学生学习的积极性和主动性。优化教学资源并共享化，将课程标准、考核大纲、教学录像、动画演示、经验交流、答疑解惑、在线作业、试题库等教学资源全部上传我校泛雅网络教学平台上，并进行动态更新管理，方便学生在网络中自主学习，从而实现线上和线下相结合教学。学生可以实时利用网络学习，不再受课堂教学时间的限制，而且还可以与老师在网络上实时互动，随时解决学习中遇到的问题，这样相当于延长了课堂教学的时间，老师和同学们不需要见面就可以解决许多学习中遇到的问题。由于该方面教学资源我们做得比较充分，在2020年的疫情情况下“停学不停课”教学环节上，学生们普遍反映是非常好的。

2）在教学过程中，采用理论联系实践的教学手段和教学方法。采用了引导探究式、研讨式和合作式的教学模式；在教学过程中增加案例教学法、小组讨论法、课程实践法等课内外相结合的教学方式。引导探究的教学模式，是指通过引导、探索研究的基础上加深了解设计的主要问题和矛盾，引导学生对某一主题进行较为深入的探究，使其在掌握一般原理和方法的基础上拓展思维的深度和广度。在教学过程中，教师采用“知识性教学与激发式教学相结合”的方法，而对于学生的设计构思，教师则主要通过讨论的方式指出其设计中存在的问题(包括没解决好的问题和忽略的问题等)，以激发学生学习的主动性，培养学生在课后勤查资料、独立自主地解决问题的能力。作为一名教师同时时刻关注学科发展前沿将最新的科研成果介绍给学生（主要是在学校网络教学平台-学习通上分享最新研究成果，课堂上就某个知识点展开讨论等方式），激发学生探究世界探究自然的兴趣，从而激发学生的学习积极性。

3）设计综合型和创新型实验和参加光电设计竞赛促进各门专业课程知识点的融合贯通，增强学生的实践创新能力。学生在课程学习中往往面对一门课程具有较强的学习和应用能力，在这门课程的设计综合型和创新型实验表现良好。但对于多门课程知识的综合应用能力尚显薄弱，因此我们将竞赛作为一个结合点嵌入到学生创新实践教学。高校的学科竞赛是将课堂教学和实践应用相结合的一个重要的平台。在学科竞赛中不仅培养学生发现问题和解决问题的个人能力，而且能够培养团队协作和创新意识和创新能力，从而综合运用所学的各科理论知识，促进知识的融合发展。学生在参与光电设计竞赛的过程中，利用光学课程知识设计光学系统成像，利用电子技术将所成的像变为电信号，并将数据传输到计算机，并且利用软件来控制信号。学生将光学、电子、计算机、传感器等专业课程知识综合应用于一个系统，增强各门课程知识之间的融会贯通。光电竞赛只是一个载体，学生在参与光电设计竞赛的过程中逐渐掌握的是一种解决问题的思维方法，以后面对一种工程应用系统，可以运用这种思维方法触类旁通的寻找解决办法。这样通过竞赛不仅加强了学生基础知识掌握和实践能力的培养，并在提高学生社会人文精神方面起一些推动作用。

三、改革的实际效果

在一系列光电改革课程的指导下，通过课程改革采用多样教学手段，理论联系实践的教学手段和教学方法，在各门课程中增加综合型、创新型实验以及积极鼓励学生参加光电设计竞赛，学生在实践中加强了对专业课理论知识的理解，从而提高学生的工程应用能力；促进了各专业课知识点的交叉融合贯通；加强了大学生创新实践能力及团队协作精神的培养，增强学生将所学专业知识灵活运用相互结合的能力，促进光电信息学科与其他学科的交叉与融合。近年来的实践表明在提高学生的创新实践能力方面取得了一系列成果。近三年来指导学生获得国家级一等奖1项，二等奖4项，三等奖5项，优秀奖2项；省级特等奖1项，一等奖2项，二等奖8项，三等奖20项；共有13篇获得校级优秀毕业论文；完成国家级大创1项、省级大创3项和校级大创6项，指导学生发表论文8篇，指导学生申报专利6项，20人考取研究生。已有上百名毕业生在西安及全国的相关光电企业及研究机构工作，毕业生受到用人单位广泛好评。

总之，在一系列教改项目的支持下，通过光电课程的融合贯通，以学生光电设计大赛为驱动，在提高学生实践能力方面取得了一些成绩，以后需要进一步加强学科间交叉融合适应新工科背景下教学的实践需要。

参考文献：

[1]张富文. 应用物理专业创新型人才培养实践教学体系的构建与实施[J]. 开封教育学院学报, 2013(5):60-61.

[2] 戴跃侬. 加强实践教学, 提高人才培养质量[J]. 中国大学教学, 2005(8):43-44.

[3] 孙伟民. 大力加强实践教学, 提高人才培养质量[J]. 中国大学教学, 2006(03):42-43. 

[4]朱玲.“以赛促学、赛课融合”对应用型人才创新能力培养的研究[J].新一代，2018（15）:138.

[5]赵小侠《光学》课程教学的几点心得[J].产业与科技论坛，2019,18（7）:163-164.

Based on Photo and Electricity curriculum integration reform to improve students' practical and innovate ability

ZHAO Xiao-xia   HE Jun-fang  Wang Hong-ying  Chen  Zhen  Fu Fu-xing  Cui Ying   Zhang Yun-zhe Lu Yi-xin  Li Yuan-yuan

School of mechanical and material engineering,

xi 'an university , xi 'an, shaanxi 710065

Abstract:

In order to improve the Applied Physics students' practical and innovative ability, integration reform between photo and electricity course is implemented. In each professional course innovative and comprehensive experiments are increased and photoelectric competitions are participated. In practice, students promote the integration of knowledge of various courses, the theoretical knowledge which students' grasp is deepen, so students' ability of practical innovation is improved. Three years practice shows that effect is good for students^’ growth.

Key words: Integration reform; Practice; Teaching reform; The innovation ability