基于線上線下相結合的光學CAD實驗課程教學方式探索

摘? 要：隨著現代信息化的迅速發展，基于曾經的疫情防控影響所帶來的思索，高校課程教學中的線上教學形式已成為不可缺少的一部分。該文基于線上線下相結合的教學模式，對光學CAD實驗課程的教學方式進行一定的探索。介紹該課程在線上與線下的具體教學方式，并以學生為中心，由老師作為引導者，將線下進行交流討論的互動形式應用于線上，提出進行線上分組答疑討論的交流方式。不僅有助于老師獲得更好的教學效果，為基于軟件平臺的實驗課程教學提供一定的新思路，而且更能夠鍛煉學生相互學習、互幫互助和取長補短的學習能力。

關鍵詞：實驗教學；線上線下相結合；線上分組答疑討論；Zemax軟件；教學方式

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）32-0095-04

Abstract： With the rapid development of modern information technology and based on the thinking brought by the influence of prevention and control of epidemic situation in COVID-19， the online teaching forms in the course teachings of colleges and universities have become an indispensable part. Based on the online and offline teaching mode， the teaching method of optical CAD experimental course is explored in this paper. The specific online and offline teaching methods of this course are introduced. With teachers as guides and students as the center， the interactive advantages of offline communication and discussion is applied to the online teaching. The communication teaching method of online group question-and-answer discussion is proposed. This will not only help teachers to obtain better teaching effect， and provides some new ideas for the teaching of experimental courses based on software platform， but also can train students' learning ability of learning from each other， helping each other and learning from each other's strong points.

Keywords： experimental teaching; combination of online and offline; online group asking and answeringdiscussion; Zemax software; teaching methods

基金項目：國家自然科學基金項目“基于液體變焦透鏡的人眼光學成像系統研究”（61905117）

作者簡介：孔梅梅（1983-），女，漢族，江蘇南京人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為光學設計、微流控光學與視光學。

光學CAD實驗課程是南京郵電大學電子與光學工程學院光電信息科學與工程等相關本科專業的一門專業選修課，是一門重要的具有專業特色的實踐性課程，課程教學內容都是基于學生前期已學習過的應用光學和物理光學專業課程的理論知識，以光學設計軟件Zemax[1]作為主要平臺，完成有關光學設計的理論與實踐的學習[2]。該課程與先修的理論基礎構成一個完整的體系，實現了由理論學習到工程實踐的過渡；其相關知識和工具的使用是該專業本科生今后就業和繼續深造經常需要的基本必備能力。

在已過去的新冠感染疫情防控期間，根據具體形勢的變化，學校在教育部“停課不停學、疫情防控與教學兩不誤”的指導下[3]，對于教學形式的變化通知時而線上時而線下，所以，為了應對這種不可抗因素的影響，光學CAD實驗課程的教學方式也進行了實時的規劃與調整，將線上和線下相結合，圓滿地完成了相應的教學任務。雖然現在已放開疫情防控，但是線上教學活動的開展帶給我們的啟示不僅僅是其只適用于疫情防控期間的教學形式，而是應該可以將線上與線下相結合、形成一體化教學模式的思索[4]，從而促進學生知識、能力、素質協調發展，進而顯著提升教學效果[4-5]。

本文主要對基于線上線下相結合的光學CAD實驗課程的教學方式進行了一定探索，以學生為中心，提出了進行線上分組答疑討論的交流方式，可以克服學生線上的有效交流受限的困難，彌補學生無法全方位地進行線下交流與相互學習的短板，從而可以有助于獲得更好的教學效果，為基于軟件平臺的實驗課程的教學提供了新思路。

一? 優勢與不足

由于光學CAD實驗課程主要是基于光學設計軟件Zemax進行有關光學設計的教學與學習，與一般的理工科實驗課程中必須應用到具體的實驗器材或分析儀器不同，教師和學生都無需現場操作具體的實驗器材、只需通過計算機和軟件的應用即可完成相應的課程任務。所以，該實驗課程在進行線上教學時，不受線下場地、時間安排和需操作實驗器材等相關限制，只需網絡正常，即可順暢無阻地進行，這是基于軟件平臺的實驗課程在進行線上教學時最突出的優勢。

但是，本實驗課程的線上教學也同樣會存在和其他課程相似的一些不足之處[6-7]。比如，沒有線下上課的課堂氛圍，不利于老師實時了解學生的上課狀態，也不利于學生之間互相熟悉、交流、討論，缺乏同齡人之間更多的交流學習機會，而大學期間的教育不僅僅只是延續中學期間那種從書本、老師、實驗室獲取知識的學習經歷，更需要學會與人交往、合作、互相取長補短等要步入社會的前期綜合活動能力[6]。因此，線上教學在一定程度上限制了學生之間的溝通，使得學生們的有效交流受限，不太有利于學生們綜合能力與素養的發展。而且，線上教學的學習環境獨立且開放，對學習者的自律性要求很高，對于一些自律性較差的學生來說，由于缺乏線下監管，可能會有學生直接將設備掛到網上而本人一去無蹤，這將大大削弱在線課堂的教學效果[7]。

二? 教學方式的探索與實踐

為了克服線上教學的不足之處，結合“線上+線下”的教學方式，除了平時一般的老師授課的線上直播形式以外，提出了進行線上分組答疑討論的交流方式，在本實驗課程的教學過程中添加了新的內容安排：以學生為中心，由老師提供平臺并作為引導者，由學生作為主角進行具體的討論交流，加強了線上的實時溝通，克服了學生們有效交流受限的困難，從而彌補了無法進行線下交流與相互學習的短板。

（一）? “線上+線下”相結合

在已過去的新冠感染疫情防控期間，根據具體的形勢變化，本實驗課程根據學校的通知要求動態調整教學形式（時而線上時而線下），采用了“線上+線下”相結合的方式，如圖1所示，下面主要介紹這兩個部分的具體內容安排。

新學期初，老師在開課前提前建立QQ教學群，上報給學院通知選課學生入群，并積極與輔導員聯系、合作，確保所有選課學生都能夠在正式開課前進群。老師在群里提前通知有關上課的事宜，比如，課程的具體上課方式會根據學校通知實時調整，課程所需軟件的安裝注意事項，本課程線上和線下教學時具體內容的安排計劃，等等。線上教學時，每次上課前，老師提前在群里發布將要學習的內容和學生需要完成的上機實驗報告，便于學生進行相關的課前預習。上課時，老師主要通過QQ群的“群課堂”功能或騰訊會議軟件按照課表時間進行直播上課，期間，學生若有疑問之處，都可以通過“群課堂”里的“發言申請”或騰訊會議里的“舉手”來向老師提出疑問，進行反饋。為了實時地關注學生上課的狀態，老師會通過QQ群的“投票”功能和課上提問請學生當場回答的方式來提高學生上課的專注度。并且，這兩種直播方式都可以通過直播“錄制”，具有課程回放的功能，有助于課后學生通過觀看回放復習所學內容或對某個知識點有所遺忘時的回顧。而且，對于課后有疑問的學生還可以通過QQ私信老師，老師也會一一進行具體解答。

除了直播上課以外，老師通過QQ群還會發布與本課程有關的網絡資源和電子資料供學生拓展學習。比如，通過大量的資料查閱，發現中國大學MOOC網上的光學系統設計與工藝課程中有關光學設計的內容比較適合本課程，老師將其相關的網址和觀看其課件時的注意事項都一一發布于群里；在進行光學系統設計過程中，我們需要參考《光學設計手冊》書本中的國家標準（如GB3158—82）來完成相關的光學設計，老師也會將該書本的電子文檔上傳至群里便于學生查閱。同時，為了培養學生既具有獨立工作能力，又具有團隊協作能力，老師根據具體的選課人數，讓學生可自由分組，進行2～3人一組的分工協作，從而按要求分組完成相關的實驗內容；關于具體的分組人員要求以及每一組不同的具體設計任務要求，都可以通過騰訊文檔軟件的在線文檔形式發布于群里，便于學生在線填寫并查閱。

當可以進行線下教學時，除了因為疫情原因個別未返校的學生以外，其他學生都可以在學院計算機虛擬實驗室進行線下上課，老師也通過采用了線上教學時的QQ群的“群課堂”或騰訊會議軟件，同步直播上課內容，便于未返校的學生一起上課學習。

線下教學時，老師除了進行常規的課程內容講授以外，會安排具體的現場軟件操作時間，可以進行面對面的現場交流。對于每一組學生在利用軟件進行實際設計操作過程中，若有學生出現了疑問可以進行同學間的相互討論和向老師求助的互動活動，老師就可以進行相應的現場答疑，也便于老師及時了解學生的掌握程度。而且，老師會根據每一組上交的實驗報告的批改情況，針對報告中出現的不同問題或錯誤，一一進行現場溝通，以確保每一組的每一位學生都能完全掌握相關的知識點。同時，基于前期線上上課時學生可能仍會存在的疑問之處，還可以在線下進行補充和解答。

綜上可見，與線上教學相比，線下教學最突出的優勢就是學生之間或學生與老師之間都可以進行現場的面對面的交流與討論，使學生能夠及時地解決問題、老師能夠及時地了解學生的具體掌握情況。為了彌補線上教學時在交流互動這部分的缺失，在進行線上教學時，我們將線下的交流互動形式應用于線上，提出一種線上分組答疑討論的交流方式。

（二）? 線上答疑討論的交流方式

通過利用騰訊會議軟件，采用線上答疑討論的交流方式如圖2所示。具體的流程內容主要為：每一組輪流按照分組的組號進行，首先，由每個組派一位同學代表，通過共享屏幕或文檔，提出各個組在設計過程中遇到的具體問題和對某個知識點存在的疑問等，也可以每一組中的每一位同學都進行不同角度的提問；然后，針對該組所提出的疑問，其他組的同學若有解決方法和對知識點已掌握并可解答的，那么就可以由其他組的同學幫忙回答，再由老師對其回答進行點評和總結；如果其他組的同學也都不清楚、沒法回答，那么說明這個問題或疑問可能需要老師重視，就由老師來重點詳細地進行答疑；最后，老師在線與學生進行實時交流、反饋，確定大家都聽懂和聽明白。除了進行答疑解惑以外，每個組的同學也可以在線分享各自在設計過程中獲得的心得與經驗，幫助大家一起進步、更好地掌握所學知識點。

比如，有一組同學在進行“擴束系統的設計”過程中，遇到了“單個正透鏡該如何組合”的問題，圖3是其在進行提問交流時的截圖，而其他組的同學也暫時沒有可以完全解答的。雖然這個問題在上課時老師都已進行了詳細講解，但可能因為該組合過程相對于單個結構的設計而言比較復雜，所以學生仍存在疑問也是正常的。而后在這樣的線上答疑中，通過老師的解答，該組同學不僅復習了如何將透鏡進行組合、加強了組合時需注意的細節方面，而且還發現了目前單個正透鏡的厚度不符合設計標準，需要重新進行建立評價函數控制厚度并進行優化。后面，在其他組的同學進行交流時，不僅也解決了“單個正透鏡該如何組合”的問題，而且還通過該組同學的分享，發現本組也存在與其相似的厚度問題，也需要進行相應修正。

除了答疑以外，某一位同學還分享了其學習心得。他根據目前上課中所學到的內容，對所有重要的知識點都進行了相應的歸納整理，并以思維導圖的形式體現出了其已收獲的主要知識。圖4是其交流的針對“單個正負透鏡的設計”內容而整理的思維導圖截圖，條理清晰、簡潔明了，該學生的學習態度和方法值得稱贊，而且值得其他同學多多學習。在他介紹完基于思維導圖的學習心得后，老師不僅表揚了他的學習態度與方法并給予鼓勵，表達了學生可以相互學習的希望，而且還對其所做的思維導圖中的細節問題都一一做了相關的具體點評，使其可以更加完善內容，加強了知識點的鞏固，對每一位同學而言都是受益匪淺的。

為了參與這樣的線上交流方式，每一組的學生都要在課前提前進行組內溝通，一起進行課程已學內容的復習，才能整理出本課程學習過程中遇到的有關疑問和已獲得的知識，提前做好答疑討論準備。在進行線上答疑討論的過程中，每一位學生也都會認真參與其中，因為不僅可以收獲各自的疑問解答，而且還可能做其他同學的“小老師”幫助別人解答問題，體會到助人為樂的快樂。因此，這種線上分組答疑討論的交流方式具有以學生為中心、由學生為主角的特點，能夠調動起學生積極學習的主動性，能夠激發學生主動參與課程學習的熱情。

三? 結束語

根據光學CAD實驗課程的特點，基于線上線下相結合的教學方式，并將線下可相互交流討論的形式應用于線上，提出了線上分組答疑討論的交流教學方式，由老師提供平臺并作為引導者，由學生作為主角，老師通過跟學生們一起探討設計過程中遇到的問題，進行實時的討論與交流，不僅可以讓老師實時了解學生的具體掌握情況，而且可以讓學生之間相互學習、互相幫助，取長補短，讓其能夠樹立正確的學習理念，獲取更好的學習方法，比單單掌握本課程的內容更有教育意義。

參考文獻：

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