1. 引言
光电技术是信息科技领域重要的组成部分，近年来信息技术的蓬勃发展推动了光电技术的快速进步，光电子科学技术的水平迅速提高，由此导致了高等学校教育受到前所未有的冲击与考验，对光电领域人才的培育也提出了更高的要求，需要同时具备坚实的理论基础和较强的实践能力[1] [2]。从而对教师的课堂教学和学生的学习带来了新的挑战。多所高校利用当前发展迅速且成熟的互联网工具和教学平台，开展课程智慧教学设计，为课程改革提供了新的思路和方法[3] [4]，在学生知识、能力和素质培养等方面具有促进作用。作为光电类专业一门必修的专业基础课，《光电子技术基础》课程的改革势在必行。借助现代网络信息化教学手段，将课程的教与学贯穿于课前预习、课中学习和课后内化等全过程，突破传统的时间、地域束缚，灵活实现师生之间交流，学生之间互动，建立高效的教学模式，激发学生的学习兴趣和学习主动性。
2. 目前课程存在的问题
《光电子技术基础》课程于2020年9月在我校正式开课，授课对象是光电信息科学与工程专业本科三年级学生。目前已完成四轮教学，积累了一定经验，但是发现仍存在一些问题。
2.1. 学习难度大，学生信心不足
课程内容会涉及到如固体物理，电磁场，量子力学等方面的内容，理论性较强，对光电专业的本科生来说，比较抽象难以理解，导致在学习过程中学生的信心不足，甚至产生畏惧。此外，光电子技术基础理论知识与实际应用存在一定距离，学生不清楚所学内容相关的应用场景，导致兴趣不高。目前以老师讲授为主，采用黑板板书、PPT多媒体或两者结合等传统学习模式，缺乏教师和学生之间的有效互动，没有很好地调动学生的积极性。课后一般也是以课后习题为主，这种教学方式虽有助于学生掌握基本概念，但教学方式较单一，远不能满足现代教学的需求，学生从根本上还是不理解难点知识。久而久之，问题越堆积越多，学生便丧失了信心，最后造成的局面就是对课程学习兴趣大幅降低，参与度不高，课程学习效果必然不尽如人意。
2.2. 内容繁多，课堂学习时间紧张
该课程内容涵盖面广，知识点繁多，包括光学基础知识、发光光源、光信号传输、光调制、光电探测、光电成像与光显示等内容[5]。随着现代科技水平的快速发展，衍生的光电相关新理论和新技术，需要在课堂教学中进行补充和更新，因此占据了一定课时。此外，该课程实践性强，教师除讲授基本理论之外，还要结合工程案例对相关知识进行延伸，以此使学生对知识点的理解得到强化，因此也需要一定课时量。目前，我校对该课程的学时设置是48学时，包括理论32学时，课内实验16学时。因此，32学时的专业课程理论教学课时显得尤为紧张。
此外，课内实验包括4个实验，2个班共计60余名学生需要在规定的16学时内完成全部实验。且由于光电设备较为昂贵，目前校内光电实验仪器的台套数有限，因此每次上课不能实现全部学生进行实验，需要分批完成。面对这样紧张的资源和学时分配，迫切需要进行课程改革。
3. “学习通”平台在课程中的应用
课程教学团队考虑到上述问题的存在，结合教学经验，积极应对解决措施，提出利用目前发展成熟的现代信息化教学手段——“学习通”，来提升课堂教学效果。针对该课程，团队在“学习通”移动网络平台上，建立课程门户，包含“课程介绍”、“课程章节”和“教学资源”等内容。其中“课程介绍”主要对课程性质、课程内容、课程实施方式和考核等内容一一说明，使初学者对课程有整体认识，然后是“课程章节”，类似课程内容的提纲，使学生对课程内容有系统认识，形成一条清晰的知识脉络。“教学资源”，即每节课要用到的相关内容，包括了教师在课前、课中和课后所上传的资料。基于建立完成的课堂平台，将其贯穿到整个教学过程中。在实施过程中可能遇到的挑战，诸如网络故障、课程资源不足等。若在课程学习过程中遇到网络技术故障，特别是在课堂教学过程中教师要实时调用平台资源，因网络中断或卡顿导致的问题，教师会提前做备选方案，将所用资料提前存入教学用计算机，结合线下模式完成授课，避免过度依赖线上模式影响教学效果。此外，随着知识日新月异，课程资源要同步更新并完善，包括学科知识、课程思政案例等，以解决资源不足的问题。
3.1. 课前预习
每次上课前的一周左右，教师将学习资料，按照对应章节位置进行上传，包括教学PPT课件、课内实验指导内容(实验目的、实验器材、实验原理等)、课堂知识相关的视频、图片、文档等多种形式的资料，方便学生提前预习。对于理论教学和实验教学，教师均要求学生在平台上完成相应的预习任务。例如，学习“光在晶体中的传播”这一小节时，如图1所示，教师在该章节的“学习目标”模块对话框中，对本节课的学习要求进行说明，这样使学生在预习时，对重难点的认识有一定的指引作用，提高预习效率。除了常规的“PPT课件资源”外，在“学习资料”模块对话框，教师会额外增加晶体学的辅助学习资料，这是考虑到学生之前对晶体的内容接触甚少，甚至没有接触过，所以如果上课时教师直接讲解光在晶体中的传播，学生肯定接受难度大。课前对晶体要有一定了解是必需的。这部分教师引用了李家泽，阎吉祥编著的《光电子学基础》中的第1章(晶体学基础)和第2章(晶体性质的数学描述)的教材内容，对晶体的基本概念、描述晶体各向异性的张量基本知识、电极化率、极化强度等进行介绍，为后续进一步学习基于二阶张量KDP晶体的电光效应奠定基础。在“视频资源”模块对话框，上传了石英这类电介质晶体的工程案例，介绍晶体的压电效应如何应用于钟表制造中，视频中通过工程师的讲解与动画展示，让学生对晶体这类电介质有更深入的认识。这样，通过上述资料的铺垫与导入，使学生在课前对即将学习的内容有一定的基础，降低了课堂学习难度，课堂上会更好的理解和吸收。
此外，通过“学习通”平台的学生自学行为，系统后台会留有学习记录。上课前一天，教师会通过该平台进行学情统计，及时了解学生的预习情况，对没有及时完成预习的学生推送提醒通知。同时为保证学生在线上学习过程中，能够认真观看视频，确保学习效果，在播放视频的过程中，教师可设置“防拖拽”、“不允许倍速”等操作。对于预习任务没完成的学生，教师会在线下课堂教学中重点关注，帮助其解决存在的学习问题和困难，引导学生逐步完成学习任务。
Figure 1. Preview materials before class
图1. 课前预习资料
3.2. 课堂学习
线下的课堂教学中，打破传统的以教师为主的讲授法，结合“学习通”平台开展课堂随机提问，随堂测试等活动，将学生“拉”回课堂，提高课堂参与度。并对于课堂表现积极、参与度高、回答正确率高的学生给予加分，激发学生的学习主动性。特别对于课堂中具有一定难度的知识学习，这种方式具有很好的课堂效果。例如，讲到“光在光波导中的传输”时，目前教材只是简单给出光在波导中传播的简单示意图，学生并不能理解光波导中的光传输特性，以及分析物理参量对光传输模态的影响。教师基于仿真分析软件，将该抽象理论转化为具体模型，使学生能够直观地分析并深刻理解其光波的传输模式，激发了学生们的求知欲望和学习的主动性[6] [7]。紧随其后，为进一步加深该部分的理解，教师利用“学习通”平台，将提前准备好的围绕波导的测试题目及时推送给学生。考虑到课堂对章节内容的学时控制，教师开展随堂测试的题目一般为客观题型，如选择题、填空题或判断题等，这样“学生端口”完成测试提交后，“教师端口”立即获得学生答题得分情况，设置的题目数量不多，一般为5~10道，这样既能快速完成课堂活动，不会占用过多课时，又能准确真实反映学生对该部分知识点的掌握情况。如图2所示，结合平台的互动学习，学生对该部分知识点掌握较好。通过该测试结果，既可以反映出班级学生的整体水平，也可以反映出对不同题目(不同知识点)的学习成效。
值得一提的是，教师通过开展课堂随机提问，随堂测试等活动，也“变相”地实现了课堂考勤，借助“学习通”平台，快速准确掌握了学生的出勤情况。相比传统的“老师点名 + 学生答到”方式，节省了80%以上的时间，而且由于是随机开展此项活动，所以如果学生旷课，便不能及时查看手机里的活动任务，即考勤数据获取真实、有效。
除此之外，教师以提升育人成效为目的，将世界观、人生观和价值观的引导、爱国主义培养、创新思维培养等“润物细无声”融入课堂教学中[8] [9]。例如在学习波导这部分内容时，给学生讲解波导相关的思政元素：不以规矩，不成方圆。光在波导中传播，波导对光束的限制，就如社会规则、道德和法律对个人思想、行为的引导与约束。我们要做一个对社会、对国家真正有用的人，成为合格的社会主义接班人。育训结合，深入人心。采用“学习通”平台，老师“趁热打铁”发布话题讨论，鼓励学生积极参与，讲感受和感悟，并在讨论区发布留言。
Figure 2. Classroom testing
图2. 课堂测试
3.3. 课后内化
线下课堂之后，进一步结合“学习通”平台，教师发送相关学习任务，完成课堂知识的延伸。一方面，发布作业，完成对课堂基础理论的巩固和理解，内容涵盖所学的全部知识点。每章学完后，发布本章总结，包含本章节的重要知识点总结，以及并发布相应的练习题目。或者发布开放式作业，例如，让学生调研1~2个身边的光电产品，并简要说明其功能和基本工作原理(如：液晶显示器、手机扫码、激光打印、汽车测速等方面，可参考但不仅限于这些例子)，如图3所示。从课后作业中，教师可及时掌握学生对于知识点的掌握情况。每个学生从自己的视角和理解出发，对知识进行完成内化吸收。
另一方面，可具体结合课堂内容的学习和理解，在课后进行相应知识点的扩展或深化。例如文中3.2小节中提到，教师利用仿真软件给学生形象展示了光在波导中的传输形态和特性。课后，学生可以根据教师的指导，自己学习软件并结合课堂内容，以仿真软件为开发平台，建立以求解波动方程为目标的物理模型，并根据实际情况引入边界条件，进行模型求解，从而得到实现光波导中光传输模式并显示图形化结果。以及在此基础上，举一反三，分别分析光在光纤波导、平板介质波导(对称型和非对称型)等不同类型光波导中的传输。
最后，围绕课程内容所关联的思政元素，建立学习小组，交流思政感悟并在平台完成作业提交。可以从专业课程内容、历史、行业背景以及学科发展等多个维度挖掘思政元素，也可以从学科历史挖掘回顾学科发展历程，挖掘其中体现的科学家探索精神、创新精神以及为国家和社会做出贡献的使命感。例如，波导这部分内容中，提及光纤之父——高琨，2009年获得诺贝尔物理学奖。他追求真理，不畏艰难，打破众人质疑，开创性地提出光纤在通信上的应用原理，并坚信只要解决好玻璃纯度和成分问题，就可以利用其制作光纤从而高效传输信息。目前光纤的应用越来越广泛，全世界掀起了一场光纤通信的革命。
(a)
(b)
Figure 3. Research assignment after class: (a) Completion status of homework; (b) Student research result
图3. 课后调研作业：(a) 学生作业完成情况；(b) 学生调研内容
4. 结语
《光电子技术基础》作为光电类专业一门重要的专业必修课程，在培育高素质应用人才方面具有重要的作用。基于“学习通”移动网络平台，使课程学习贯穿于课程教与学的全过程，完成课程知识教与学的闭环。通过将该平台应用于光电子技术基础课程教学改革，有效改善了传统的教学模式，极大发挥了学生的主体性，让学生参与到课堂中并引导学生主动获取知识，提高专业能力与科学素养。本研究对其他相关课程的教学改革具有一定的参考价值。
基金项目
2024年西安航空学院课程思政教学研究项目(24JXGG241291)；2023年西安航空学院校级高等教育教学改革研究项目(23JXGG2026)；2023年教育部产学合作协同育人项目(230702557123642)；2022年西安航空学院校级一流本科课程(22ZLGC5045, 22ZLGC5046)；2022年西安航空学院校级课程思政示范课、教学团队项目——光电子技术基础。
NOTES
*通讯作者。