陈 莹

（湖北工业大学理学院 湖北 武汉 430072）

在5G通信、人工智能、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术蓬勃发展的同时，光电子技术作为这些信息技术创新发展的关键支撑技术也格外受到关注。近年来，光电子产品市场规模不断扩大，应用日益广泛，成为各国各地区竞相发展的热点[1]。我国光电领域的优势主要集中在应用等中下游环节，而在上游的关键技术和元器件领域基础薄弱，制约了我国光电子产业的快速发展。加快关键技术突破，培养高素质的专业性人才是解决该难题的有效途径之一。光电子学是光学和电子学结合的新领域，囊括了光电子技术的基础理论知识，是实践和创新的源头。然而，在目前的高校中，光电子学课程普遍存在课时少，教学深度和广度不够的问题[2]。较少的课时，较多的知识点，教师只能“灌输”知识，学生被动接收。多数学生了解知识点，但无法学以致用，更不用提实践和创新了。

翻转课堂，译自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，也可称为“颠倒课堂”，是指重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师转移给学生。在这种教学模式下，学生能利用课堂内的宝贵时间，更专注于主动的基于项目的学习，共同研究解决问题，从而获得更深层次的理解。翻转课堂是比较成熟的教学模式，能调动学生的能动性，引导学生主动学习。文章探索了翻转课堂在光电子学习题课中的实践，实践结果表明，学生的学习能力、实践能力和创新能力都得到一定程度的提升。

1 翻转课堂的研究进展

在翻转课堂模式下，学生课前独立学习，课堂上以合作的方式提问和回答，并将课堂上产生的想法和他人讨论。翻转课堂早已被应用在人文社会科学教学中，教师常要求学生提前阅读课程内容，并在课堂上提问和讨论，这正是翻转课堂的模式[3]。从技术应用的形式看，早在1977 年，就有学者提出利用电子设备录制课堂视频，对学生的学习进行研究[4]。随着互联网进入我们的日常生活，为我们带来了更丰富的在线音视频资源。2007 年，两名高中化学老师在网上发布了讲课的视频，供缺课的学生观看，也供上课的学生复习。由于反响好，该教师开始在课前发布视频，让学生在课堂上进行练习和深入讨论，最终达到了更好的学习效果[5]，自此越来越多的科学教学设计中采用了翻转课堂。Karabulut-Ilgu 等人[6]分析了截至2015 年5 月的论文，得出结论，工程教育中翻转课堂的研究更多地关注于记录设计，但这些只是初步发现。他们呼吁开展更多的研究，建立完善的理论框架和评价方法，以建立工程教育方法论。我国也有很多关于翻转课堂的研究和探索。陈巧悦等人就提出了将微课与翻转课堂结合应用于大学物理习题课的教学[7]。岳丹等人以现代光电子成像技术概论课为例，探索了翻转课堂在高校专业概论课程线上教学中的应用[8]。

2 光电子学课程的意义及习题课的重要性

光电子学是电子科学与技术等相关专业的一门核心专业基础课，也是一门承上启下的重要衔接课，更是学生毕业后从事相关领域工作的基础。目前这门课程普遍存在课时少但知识点面广，应用性强的矛盾，导致学生的学习深度和广度都无法满足时代的要求。学生只会机械式记忆，被动接受知识点，疲于应付考试，考试结束后一段时间就容易遗忘，后续课程中涉及相关知识点又需要重新自学已教过的知识，任务多，担子重，学生积极性大打折扣，毕业后从事相关领域的工作时也缺乏理论基础，输在了起跑线上，而且实践能力和创新能力也没有机会得到锻炼和提高。

3 翻转课堂在光电子学习题课中的探索与实践

笔者在知网以“翻转课堂”为主题检索，共找到70642条相关结果，以“光电子学”为主题检索，共找到4015 条相关结果，说明这两个主题受到了较多的关注。但以“翻转课堂”+“光电子学”为主题检索仅找到2 条相关结果，以“光电子学习题课”为主题检索共找到0 条相关结果，可见翻转课堂在光电子学课程，尤其是光电子学习题课中的探索和实践是必要且有意义的。在光电子学课时少但知识面广、公式多的矛盾下，加之学生能力良莠不齐，翻转课堂与光电子学习题课相结合的教学方法可解决这个难题。教师无需耗费过多的课时讲解习题，可以要求学生在课前预习，课中和课后自主进行练习，然后以PPT 或者微课视频的形式展示，提高学生的积极性和参与性，引导学生主动学习。教师有更多的时间与学生交流，因材施教。对学有余力的学生，教师应适当增加习题难度和数量，设置更多实践性、开放性课题，提升学生的个性化认知、实践能力和创新能力。对能听懂光电子学基本知识点但不会做相关习题，基础差、底子薄的学生，可先将教师录制好的典型相关题型的讲解视频看懂，然后讲给其他同学听，从而实现知识点内化的过程，在给别人讲清楚的过程中，完善自身的知识体系。在传统的教学模式中，教师讲，学生被动接收，没有机会完成知识内化，翻转课堂可以提供实践平台，帮助学生实现质的飞跃。

笔者以本校电子科学与技术班学生为研究对象，展开了基于翻转课堂的光电子学习题课的教学模式探索。翻转课堂理念下的光电子学习题课课前准备环节中，教师需要将每一章的知识点和经典习题制作成PPT 或者录制成视频微课，经典习题划分成不同的难易等级，然后教师让学生自行分组，按照组进行光电子学课程各章习题的认领。在课中和课后环节中，学生在课余时间通过小组成员间的协同工作，制作各组的习题讲解PPT 或者录制微课，制作完成后由教师进行审核和评价，然后教师会将各小组制作的内容汇总分类发布到班级内部学习平台，供学生进行交流以及互评。在教师评价和生生互评的过程中，教师和学生之间，学生和学生之间可以随时进行交流和合作，引导学生主动学习，增强了学生的自信心，以较高的效率达到较好的教学效果，最后的考试成绩也有明显的提升。

笔者以光电子学中激光原理与技术章节为例，基于翻转课堂理念进行了习题课的教学设计。激光原理与技术章节重点内容包括：光与物质相互作用理论与受激辐射；激光产生的条件；激光器的基本结构及各部分的功用；典型激光器的典型值以及半导体激光器。这一章知识点比较多，而且概念有些晦涩难懂，还涉及计算和应用，学生的理解往往流于表面，难以灵活应用，实践效果不理想，但是这章非常重要，衔接着后续专业课激光原理，也是光电子产业和芯片产业中的基石。这章的知识目标主要是掌握激光和激光器的基本原理及其相关应用。思政目标是让学生知道我国激光技术的快速发展过程以及存在的阻碍，引导学生建立民族自信心和国家自豪感，也勇于担负起自身的专业使命和责任。习题课的教学设计和方法包括：课前教师制作PPT 或者思维导图的形式串联起本章的重点内容，录制激光产生的演示实验视频，帮助学生直观地理解知识点，教师录制微课视频讲解相关典型例题，并布置不同难易程度的任务点，让学生分组认领，合作完成任务。简单级别的任务可以是一些光电子术语的科学含义，例如，受激辐射，谱线的多普勒加宽，谱线的自然加宽和光放大等。或者概念性的简答题，例如，激光的特点是什么，为什么二能级系统不能产生激光？中等级别的任务可以是一些简单的计算与推导题目，例如，＝0.5 m 时，什么温度下自发辐射率与受激辐射率相等？T ＝300 K 时，什么波长下自发辐射率相等？试推导爱因斯坦关系式等。高难度的可以设计激光器的结构，利用实验平台搭建简单的激光器，解释生活中激光相关应用的原理或者介绍相关的前沿技术等。还可以设计一些开放性的问题，例如，你认为我国激光技术的瓶颈在哪？突破口在哪？引导学生明确自身专业的使命和责任。

课中，教师可以先提问或者发布线上讨论，让学生回答什么是激光，激光产生的条件，激光器的结构等涉及重点内容的相关问题，引导学生快速回顾核心知识点，进入学习状态。然后教师可以播放学生制作的优秀微课或者请同学现场讲解习题，安排学生课堂讨论，教师适时进行评价和总结，评价以鼓励为主，增强学生的自信心。翻转课堂的习题课设计互动性强，不同的习题难度级别可以增加不同能力学生的参与度，课堂气氛热烈且轻松。最后以问卷调查的形式完成生生互评，也可以收集学生对基于翻转课堂理念的光电子学习题课程教学设计的感受和建议，完善习题课的探索体系。对光电子习题课进行翻转课堂设计后，学生普遍反馈知识点的掌握度更深了，实践能力也提升了，习题课不再是枯燥无味，而是充满趣味。和没有采用翻转课堂模式开展光电子学习题课教学的班级相比，学生到课率更高，期末平均成绩也明显提高。

4 总结

光电子学是电子科学与技术等相关专业一门重要的基础专业课，其中理论部分和实践环节都十分重要。但是课程课时少，知识点多，应用性强，学生的学习效果往往流于表面，机械地记忆知识点，然后应付考试环节，学习的深度和广度都不够，一旦碰到实际应用就不知如何展开。本文探索了翻转课堂在光电子学习题课教学中的应用，显著提高了学生的主动性，增强了学生的自信心，取得了良好的教学效果，可以为其他理工科专业习题课教学环节提供借鉴。