激光原理与技术的课程目标改革

张兴强，毛书哲 *，蔡青，胡永金

湖北汽车工业学院数理与光电工程学院 湖北 十堰

摘 要

课程目标作为激光原理与技术课程的风向标，不仅对标毕业要求的指标点，而且支撑人才培养目标。经过深入调研并分析学生的学习成绩，课程组对激光原理与技术的课程目标进行了“去粗取精”式的改革，在“减负”的前提下达到了“赋能”的效果，课程目标的达成度得到了明显提升，取得了良好的教学效果。在今后的教学活动中，课程组将课程目标改革的成果推广到其它课程的教学。

关键词

激光原理与技术，课程目标，课程组，改革

1. 引言

自1960年世界上第一台红宝石激光器问世伊始，光学的发展翻开了新的一页。与非相干光源不同，相干光源具有良好的单色性、相干性、方向性和高亮度等特点，因而被广泛应用于遥测、遥感、制导、定位、精密加工和检测等领域^[1]。激光原理与技术课程包括激光的基本原理和基础技术，主要介绍激光的特性、腔模理论、激光束的形成、谱线加宽等基本原理以及激光器的选模、调Q、锁模等基础技术^[2]。由于以普通物理学、高等数学、物理光学、原子物理学和量子力学等为先修课程，激光原理与技术课程具有很强的理论性，因此，学习难度较大^[3]。在以往的教学过程中，激光原理与技术课程组以学校的办学定位为宗旨，始终坚持“培养地方性实用型专业人才”的教育理念，制定了光电信息科学与工程专业的人才培养方案^[4]，编写了激光原理与技术课程的教学大纲。基于教学大纲对人才培养目标和毕业要求的支撑情况，课程组设定了具体的课程目标^[5]。经过长期的教学实践，课程组发现激光原理与技术的课程目标已经不能适应当前的教学活动，学生的学习成绩不佳，课堂气氛沉闷，课程目标没有完全体现出相应的毕业要求，故对人才培养目标难以起到支撑作用^[6]。为此，课程组在充分调研的基础上，认真分析激光原理与技术课程的教学大纲，仔细查找课程目标的对标点，对课程目标进行系统的全方位改革，以便达到预期的教学效果。

2. 激光原理与技术的课程目标

2.1 学校人才培养定位

湖北汽车工业学院是全国唯一一所以汽车命名、最具汽车特色的公办普通高等院校。工科高校的性质从工程教育实践中得以充分体现，学校一贯坚持“工程教育回归工程”的教育理念，始终围绕汽车产业链，不断拓展汽车设计、制造、开发等领域的新概念、新能源、新技术和新工艺等，为国家和社会培养专业基础扎实、工程实践能力强、具有创新精神和创业意识的专门应用型人才。随着科技的发展和社会的进步，激光原理与技术在汽车产业链中的应用日益突出，汽车自动驾驶、激光切割、激光焊接、激光点火、激光车灯照明等是未来汽车发展的方向。因此，开设激光原理与技术课程是学校的明智选择。

2.2 专业人才培养目标和毕业要求

光电信息科学与工程专业主要培养适应社会主义现代化建设需要，在德育、智育、体育和能力等方面得到全面发展，具备光电信息科学与工程等领域的专业知识，具有一定的创新意识和较强的实践技能，能够在光电信息产业和相关行业从事光电设备、光电信息、信息系统等技术的开发、研究、设计、制造及应用等工作的高素质应用型人才。

学生主要学习光电信息科学与工程的基本理论和基础技术，接受科学实验的洗礼与科学思维的训练。完成学业后应具备本学科以及跨学科的科学研究、技术开发与成本管理等工作的能力，毕业生合格应达到这些指标点：①掌握数学、物理等方面的基础知识和基本理论；②掌握光电信息科学与工程、电子学、计算机科学与技术等方面的基本理论、基本技能和基本方法；③具有鲜明的政治立场，拥有良好的职业操守、敬业精神和社会责任感；④具有健全的身心、健康的身体和开阔的胸襟；⑤具有一定的人文社会科学知识，掌握科学的思维方法，具备创新思维能力、信息获取与处理能力、较强的协调与组织能力和团队精神；⑥了解国家信息产业政策以及国内外有关知识产权的法律法规；⑦了解光电信息科学与工程的前沿、应用前景、最新发展动态以及光电信息产业的发展状况；⑧具有较强的英语语言能力；⑨掌握资料查询、文献检索以及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法，具有一定的应用研究和实际工作的能力。

2.3 课程目标

激光原理与技术是光电信息科学与工程专业为大三下学期本科生开设的必修核心课程，通过学习应使学生达到如下课程目标：①掌握激光的基本原理和基础技术；②培养学生的理论思维能力；③训练学生分析问题和解决实际问题的能力；④为光电技术、光纤技术等后续课程的学习做必要的知识积累；⑤为学生将来成为光电方面的管理、开发和设计等高级人才奠定必要的专业理论基础。从人才培养方案中毕业要求的指标点与课程目标的对应关系可以看出，课程目标①、②、③和④对标毕业要求的第②个指标点，而课程目标③、④和⑤对标毕业要求的第⑦个指标点。

3. 课程目标改革的探索

3.1 课程目标的达成度评价

在课程目标改革前，激光原理与技术课程的教学内容安排了64学时，计4学分，具体分配如下：激光的基本原理与激光的特性4学时；开放式光学谐振腔与高斯光束16学时；光场与物质的相互作用8学时；连续激光器和脉冲激光器的运行特性10学时；激光的放大特性4学时；激光技术14学时；典型激光器8学时。课程的考核方式采取期末考试卷面成绩与平时的过程考核成绩相结合，期末考试的卷面成绩占70%，平时的过程考核成绩占30分。在期末考试100分的卷面成绩之中，填空题的30分支撑课程目标①；作图题的10分支撑课程目标②；解答题的30分支撑课程目标③；证明题的15分支撑课程目标④；简答题的15分支撑课程目标⑤。平时的过程考核成绩包括作业1占8分、作业2占4分、作业3占8分、作业4占6分和作业5占4分，分别支撑课程目标①、②、③、④和⑤。从2017级学生的卷面成绩来看，填空题、作图题、解答题、证明题和简答题的平均分分别为21.72分、8.21分、23.17分、11.36分和10.82分，根据平时的过程成绩统计，作业1、作业2、作业3、作业4和作业5的平均分分别为6.06分、2.55分、5.37分、4.13分和2.76分。经过计算课程目标①、②、③、④和⑤的达成度分别为0.73、0.75、0.74、0.73和0.71。

3.2 未达成课程目标的成因分析

根据学生平时学习的情况和考试大纲的要求，课程组认真准备了期末考试的试卷，并将课程目标的期望值预设为0.75。从考核成绩来看，只有课程目标②刚好达到0.75，其它课程目标都没有达到预期值，这说明在激光原理与技术课程的教学中可能存在不合理的因素。然而，经过对期末考试卷面成绩和过程考核成绩的分析，教师们发现教学过程中没有出现不合常理的地方，而是所设定的课程目标产生了偏差，不能准确对标毕业要求的指标点，下面进行具体分析。

填空题主要考查激光原理与技术的基本概念，目的是为了使学生掌握光电信息科学与工程等方面的基本常识。填空题设计了30个空，每空1分，总分30分。学生的平均卷面成绩是21.72分，达成度为0.72；作业1的平均成绩是6.06分，达成度为0.76。课程目标①的平均达成度没有达到预期值，主要是卷面成绩不达标，这说明学生对激光原理与技术的基本概念没有完全理解清楚，课程目标①的定位也不准确，很多概念在学生的头脑中只留下了一个模糊的印象，平时的练习中还可以翻翻书，达成度略高于期望值，闭卷考试时只能凭印象完成答题，达成度低于预期值。

作图题主要考查学生的理论思维能力和理解能力，目的是使学生掌握光电信息科学与工程等方面的实践技能。作图题共2小题，每小题5分，总分10分。学生的平均卷面成绩是8.21分，达成度为0.82；作业2的平均成绩是2.55分，达成度为0.64，平均达成度为0.75。由此可以看出，学生对期末考试还是比较重视的，绝大多数学生都能正确画出要求的图形，但平时的作业学生们基本采取敷衍的方法，不论对错，交给老师就算完成任务了，这表明课程目标②的设置存在问题，需要修改。

解答题是为了训练学生分析问题和解决问题的能力，一方面使学生掌握解决问题的方法，另一方面使学生将激光原理与技术的知识应用于工程实际。解答题共3小题，每小题10分，总分30分。学生的平均卷面成绩是23.17分，达成度为0.77；作业3的平均成绩是5.37分，达成度为0.67，平均达成度低于期望值。从达成度的情况看，学生存在平时不认真的现象，难以达到课程目标③的要求。课程目标③对毕业要求第⑦个指标点的支撑很弱，存在对标不准的情况。

证明题主要考查学生的知识积累程度和知识应用能力，为后续课程的学习打下基础。证明题只有1道题，总分15分。学生的平均卷面成绩是11.36分，达成度为0.76；作业4的平均成绩是4.13分，达成度为0.69，平均达成度低于期望值。从这里可以看出，学生轻视平时的作业但比较重视期末考试。课程目标④对标毕业要求的第②个和第⑦个指标点，学生既没有达到预设的期望值，也未满足课程目标④的要求，这表明课程目标④的设置不尽合理，对毕业要求指标点的支撑不力。

简答题考查学生对问题的理解程度和应用技巧，为将来的工作奠定必要的基础。简答题共3小题，每小题5分，总分15分。学生的平均卷面成绩是10.82分，达成度为0.72；作业5的平均成绩是2.76分，达成度为0.69，平均达成度低于期望值。学生对问题的理解不是很透彻，回答问题的技巧也不是很娴熟，平时的作业报告更没有认真撰写，没有达到课程目标⑤的要求。尽管课程目标⑤对标毕业要求的第⑦个指标点，但课程目标与毕业要求的指标点没有严格对应。因此，课程目标⑤的设置也存在不合理之处。

课程目标①是激光原理与技术课程的主要教学内容，涵盖了几乎所有的重要知识点，这样表述不详细，不具体；课程目标②强调学生理论思维能力的培养，这种表述是不准确的，各个学生的理论思维能力是有差异的，对于相同的理论知识，各人的理解能力是不同的，这种能力如何培养？有效的途径只有通过训练，才能逐步得以提高；课程目标③注重训练学生分析和解决问题的能力，该表述是不明确的，问题与所学的专业知识是否相关不得而知，有了分析和解决问题的能力也需要对症下药；课程目标④突出了课程的台阶作用，是学习后续课程的基础，该表述是不太清楚的，如果学生对光电技术课程感兴趣，即使没有学习激光原理与技术课程，照样可以学好光电技术课程；课程目标⑤强调课程的平台作用，该表述不太准确，只有专业理论基础没有专业实践技能的学生如果走上相关的专业岗位，后果是不堪设想的。文字表述仅仅暴露出问题的一面，而64学时的不合理分配是问题的另一重要方面。开放式光学谐振腔与高斯光束是课程的重中之重，内容多，信息量大，需要理解的难点也多。典型激光器基本上是在玩文字游戏，学生可以通过自学，老师回答共性问题就可以妥善解决了，不需要安排8学时的课堂教学，激光的放大4学时，可并入光场与物质的相互作用一起讲。其他内容的学时安排也不尽合理，应根据实际情况予以调整。

3.3 课程目标改革的尝试

专业人才培养目标和毕业要求已经不能适应时代的发展，需要稍作修订，人才培养方案的培养目标经过修订后可表述为：光电信息科学与工程专业主要培养适应社会与经济发展需要，在德育、智育、体育等方面得到全面发展，充分掌握必备的数学、自然科学、人文、思政、英语等基础知识，具备系统且扎实的光、电、信息等理论基础，较强的工程实践技能和英语应用能力，具有终身学习能力以及创新与创业能力的应用型专业人才。毕业生可以在高新技术产业部门和科研院校等从事光电子技术、光通信、光电显示、光能应用等相关领域的研究、开发、制造、应用、教学等工作。学生毕业五年后，应达到如下具体目标：①能够有效运用所学知识合理解决光电信息科学与工程领域的问题；②具有良好的人文素养、科学精神、职业道德和团队协作意识；③熟悉相关的政策和法规，了解光电信息领域的动态和前沿技术，在处理工程问题时能够综合考虑安全、法律、环保、社会和健康等要素；④具备创新意识与创业精神以及较强的工程实践技能；⑤能够持续更新知识并不断提升能力，获得自主和终生学习的能力。

修订后的毕业要求为：学生主要学习普通物理、高等数学、电工电子、光学和激光原理等基本理论以及光电技术、光电显示技术、光纤技术和激光技术等专业知识，经受“专业、兴趣、前沿、创新”的多元化训练，获得相关工程领域的研究、开发和管理等工作的基本技能。毕业生合格应满足这些指标点：①具有一定的人文素养、敬业精神和社会责任感，在工作中保持良好的职业操守和履责意识；②能够将所学知识应用到相关工程领域；③能够应用专业知识和计算机能力处理工程问题；④能够正确使用并维护光电仪器仪表；⑤具备创新精神和创业意识，熟悉基本的创新创业方法，在工程实践中充分考虑安全、法律、环保、伦理等因素；⑥具备文献检索、资料查询、科技论文撰写等能力；⑦熟悉行业标准和管理规范，具有良好的安全、质量和服务等意识；⑧具有组织管理、人际交往和表达等能力以及协作精神；⑨能够利用外语进行相关工作和交流；⑩养成自主和终生学习的习惯。

改革后的课程目标为：通过激光原理与技术课程的学习，学生应理解激光原理与技术的基本理论，能够分析激光的产生机理、激光的传输与变换、激光的特性等，可以为激光原理实验提供理论指导。在此基础上，学会分析并解决激光原理、技术、特性、应用等方面出现的问题，为今后从事相关工作打下基础。三个具体的课程目标包括：①掌握激光的基本原理和基础技术，了解激光技术的应用范围及发展动向，培养学生的科学思维方法和解决实际问题的能力，提高学生的基本专业素养；②掌握常用激光器的工作原理、结构、特性、参数描述和应用领域，熟知各种激光器件的选用规则；③熟悉激光的工程应用，了解相关的工程系统，能够综合运用激光技术、光电技术、光纤技术、信息技术等分析简单的工程系统。

4. 课程目标改革对人才培养质量的影响

4.1 课程目标改革的作用

培养高级专业人才是高校的主要工作，我国作为高等教育大国，开办了众多分门别类的高等院校，每所高校设置了许多各具优势与特色的专业，每个专业的人才培养方案充分体现了学校的办学理念，而人才培养方案中的培养目标以及毕业要求则由开设课程的课程目标来奠基。因此，课程目标对标毕业要求的指标点，支撑具体的培养目标，确保高素质人才的培养质量。激光原理与技术课程的教学内容较多，涉及的知识面较丰富，应用的数学知识无法回避，由此导致课程目标的定位或不清、或不准、或不详。因此，课程组基于长期的教学实践和成绩分析，通过改革激光原理与技术的课程目标，使其更适应人才培养环节中“学以致用”的本质规律，体现出“减负赋能”的教学效果，以此提高专业人才的培养质量，契合我校高素质应用型人才培养的目标定位。改革后的课程目标对标毕业要求的第③个指标点，而毕业要求的第③个指标点支撑人才培养目标①和③。

4.2 课程目标改革的成效

激光原理与技术课程组对课程目标实施了“去粗取精”式的改革。经过调研、咨询和探讨，教师们重新备课并安排了授课计划：激光的基本理论6学时，支撑课程目标①和②；开放式光学谐振腔与高斯光束14学时，支撑课程目标①和②；电磁场与物质的共振相互作用12学时，支撑课程目标①和②；激光的振荡特性8学时，支撑课程目标①、②和③；激光特性的控制8学时，支撑课程目标①、②和③。教学内容从64学时4学分减少到48学时3学分，学业负担的减轻可以促使学生在轻松的环境下快乐学习并健康成长。在课程考核方式未变的情况下，课程组将课程目标从5个减少到3个，对标毕业要求的指标点也从2个减少到1个，课程目标和毕业要求指标点的减少使过去“多而散”的现象变成了现在“少而精”的现实，课程组可以抽出更多的时间和精力来解决主要矛盾，以达到“减负”的效果。

学生的学业负担确实减轻了，减负的目的达到了，然而课程目标改革也应该赋予学生必要的专业技能，以达到“学以致用”的目的。因此，课程组安排了必要的过程训练。对于课程目标①、②和③，课外的过程训练分别为10学时、18学时和10学时，其中2学时、4学时和2学时分别对应课程目标①、②和③的基本训练，剩下的学时则根据个人兴趣，由学生自主选择，以此达到“赋能”的目的。

从2018级学生期末考试的卷面成绩来看，填空题与作图题的46分支撑课程目标①；解答题的42分支撑课程目标②；简答题的12分支撑课程目标③。平时的过程考核成绩包括作业1占10分、作业2占10分和作业3占10分，分别支撑课程目标①、②和③。填空题与作图题的平均成绩为34.76分，解答题和简答题的平均成绩分别为38.23分和9.22分。按照平时的过程考核成绩统计，作业1、作业2和作业3的平均成绩分别为8.55分、8.06分和8.37分，经计算课程目标①、②和③的达成度分别为0.78、0.93和0.81。由此可见，学生的学习成绩确实得到了较大的提高，教学质量明显提升。

5. 结束语

在激光原理与技术课程的教学中，课程组通过深入调研并分析学生的学习成绩，改革了激光原理与技术的课程目标。与改革前学生的学习成绩相比，课程目标改革有效促进了教学活动的开展，在对学生“减负”的同时达到了“赋能”的效果，学生的学习成绩得到了很大的提升，课程目标的达成度也得以显著提高。经过改革，课程目标对标毕业要求的指标点更加精准，强力支撑着人才培养目标，这种“去粗取精”式的课程目标改革取得了良好的教学效果，有效保障了教学质量。基于课程目标改革的成效，课程组拟将改革的经验推广到其它课程的教学。

致谢

作者感谢湖北汽车工业学院数理与光电工程学院物理实验中心的全体教师，对数理与光电工程学院教师们提供的帮助，在此一并致谢。

参考文献

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[3] 张兴强. 激光原理与技术课程的教与学[J]. 教育进展, 2013(3): 80-83..

[4] 张兴强, 王晴岚, 曾维友, 付艳华, 徐利, 靳龙, 黎小姝. 构筑多元平台培养光电信息科学与工程应用型人才的研究[J]. 教育进展, 2019, 9(4): 409-416.

[5] 张迪, 武波, 张乐芳, 任志宏. 课程目标及毕业要求指标点达成度的研究[J]. 高教学刊, 2021, 35(7): 38-42.

[6] 郑秋. 高校人才质量保障与监控体系的构建研究[J]. 吉林工程技术师范学院学报, 2019, 35(9): 32-34.

基金项目：湖北汽车工业学院2021年教研改革项目(JY2021031)资助。