案例式教学在《高等光学》课程中的应用探索

摘要：在高等教育新工科背景下，针对《高等光学》课程理论抽象、实验局限及与产业脱节的问题，本研究探索案例式教学在本课程中的应用。通过构建“基础-前沿-产业”三维案例体系，设计10个典型光学案例，结合虚实实验、科研热点和产业需求，采用“四阶五维”教学法，提升学生工程实践与创新能力，为光学人才培养提供了新范式。

一、引言

在高等教育新工科建设背景下，光学工程和光电工程技术以培养面向未来光电产业的创新型工程人才为目标，强调“实践导向、跨界融合、创新驱动”的核心要求，要求学生突破专业壁垒，整合光学、信息、材料等知识解决复杂工程问题，从而具备多学科交叉应用能力以及真实场景下的技术创新能力[1]。《高等光学》作为光学工程和光电信息技术专业的重要课程，与多门课之间存在交叉，且与各光学技术领域的专业相关度很高。目前，该课程的教学存在以下痛点[2-4]：（1）理论抽象难以转化：数学性强、概念抽象，学生难以将公式推导与实际光学现象联系，导致“学不会、用不上”；（2）实验演示受限：大多光学实验只是基础演示，没有应用方面的进一步延深，实践沦为“走流程”；（3）理论与产业脱节：教学材料多源于教材经典模型，与光电产业前沿技术衔接不足。因此，对《高等光学》的教学模式进行课堂改革至关重要。

案例教学是近年来较为突出的教学改革方向，被广泛应用于各学科领域的人才培养。其是指由教师引导，学生作为主体参与，课堂教学内容围绕真实科研或工程案例展开的一种先进的互动式教学方法[3]。将案例式教学应用于《高等光学》的教学中，不仅可以弥补实验演示的局限实施、提升学生工程实践能力、促进"课程-科研-产业"三链对接，而且有利于将思政教育融入课堂教学，对研究生的继续深造、职业规划和职业操守等进行合理引导，具有重要现实意义。

二、案例库建设

2.1案例库设计原则

本案例库的设计遵循“理论-技术-应用”三位一体的教学理念，以培养学生的光学理论基础、实验技能和工程实践能力为目标，具体体现以下原则：

（1）科学性与系统性：案例内容紧扣高等光学核心理论，每个案例对应课程知识模块，确保知识体系的完整性和逻辑性。

（2）前沿性与创新性：引入引力波探测、散射成像、生物光学检测等科研热点，反映光学领域的最新进展。

（3）实践性与可操作性：结合实体实验与仿真实验，适应不同实验条件，提升学生的动手能力。

（4）产业导向与工程应用：案例选题对接光纤通信、激光器、光谱仪、光刻机等产业需求，强化学生的工程思维和实际问题解决能力。

2.2 案例类型设计

基于上述建设原则，结合本学院光学工程学科导师研究方向，我们设计表1中的“基础—前沿—产业”三维案例体系，构建高等光学教学与科研、产业间的桥梁。精选10个典型案例覆盖干涉、衍射、偏振、波导及散射等核心知识模块，构建了三维教学体系——实验、前沿科研和产业应用，分层递进，形成循序渐进的知识链；依托虚实结合手段（如Labview光学镜头仿真+光学干涉实验）突破教学条件限制，使抽象理可视化、可操作化；通过基础链（原理验证）、技术链（方法创新）、产业链（应用转化）的递进设计，实现能力阶梯式提升。

三、教学实施模式

3.1 授课模式

案例教学运用教学模式如图1所示。“以学生为中心”， 提出以学生为中心的"四阶五维"（问题导入-探究实施-迭代优化-迁移应用）教学法。通过互动讨论、实验操作、前沿专题和产业应用等四种方式的环环相扣和互相支撑，使各案例专题互相反哺、拓展和推广。具体地：

案例导入环节（课前）：（1）真实问题情景创设；（2）发放实验讲义、前沿进展相关资料（链接、文献等）、产业应用课题等，标注涉及的光学原理、技术难度和产业背景，学生通过预习、调研的方式，熟悉相关背景；（3）分组任务发放：根据学生研究领域，采用"拼图式"分组，各组成员负责与自己专业领域相关的专题；（4）学生完成课堂专题汇报PPT等。

探究实施阶段（课中）：（1）针对实验+前沿/产业专题，学生给出实操实验的实验方案和可行性分析；学生对专题相关知识及前沿/产业对接，进行小组汇报和组间讨论。（2）针对前沿科研专题，学生结合自身的研究领域，进行专题汇报；邀请学院相关领域硕士生导师进行专题报告。（3）针对产业应用专题，学生结合自身的研究领域，进行专题汇报；邀请相关领域企业导师进行专题报告，并与学生进行深入探讨。

迭代优化-迁移应用阶段（课后）：（1）针对实验专题，进入实验室完成实操实验探索，或者借助Labview等软件及虚拟仿真平台，完成仿真实验的验证；撰写实验报告。（2）针对前沿科研/企业应用专题，学生结合课中讨论结果，进一步调研文献，撰写课程报告。

3.2 评价方式

四、总结

本文探索了案例式教学在《高等光学》课程中的应用，构建了"基础-前沿-产业"三阶融合的案例教学体系，设计10个典型光学案例（涵盖干涉、衍射、偏振等核心模块），通过"虚实结合、科教融通、产教协同"的创新模式，实现知识传授向能力培养的转，有效解决了高等光学教学中理论与实践脱节的问题，为新工科背景下高阶光学人才培养提供了可复制的范式。

参考文献：

[1] 秦旭磊， 李野， 李沿阳， 王新. 新工科建设背景下应用型创新人才培养模式探究[J]. 中国现代教育装备， 2023， （409）：96-98.

[2] 季家镕， 冯向华， 曾学文.《高等光学》精品课程建设的实践探索[J]. 高等教育研究学报， 2009， 32（2）：60-62.

[3] 云茂金， 刘眉洁， 等. “物理光学”一流课程建设探索与实践[J]. 物理与工程， 2023， 33（2）：101-104.

[4] 耿涛， 孙伟民， 等. 研究生教学中高等物理光学授课模式的探索与实践[J]. 高等教育， 2014， （1）：147-149.

[5] 唐祝兴， 李学田. 以案例式教学为中心的沈阳理工大学基础化学课程群教与学模式研究与实践[J]. 化工设计通讯， 2023， 49（4）：99-101.

基金项目：专业学位研究生教学案例库建设项目，《高等光学》教学案例库建设，2023ANLK_082。

作者简介：

张莉 1987.11，女，汉族，山西运城人，博士研究生，佛山大学副教授，研究方向：结构光场光场调控及应用

林飞 1995.01，男，汉，福建平潭人，博士研究生，佛山大学讲师，研究方向：结构光场调控及应用

洪玲 1994.03，女，汉，福建南安人，博士，佛山大学讲师，研究方向：结构光场调控与量子信息

张宇 1995.04，男，汉族，河南信阳人，博士研究生，佛山大学讲师，研究方向：新型光力产生机制、测量及应用研究

和河向 1986.03，男，汉族，广东信宜人，博士研究生，佛山大学副教授，研究方向：非线性光场调控、计算成像、计算全息。