光電子器件課程教學改革思路

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摘要:針對《光電子器件》課程在教學中遇到的理論知識多而難，實踐實驗訓練項目簡單，訓練形式單一，工程運用實踐性不強，學生課程學習積極性不高，工程實踐能力上不去等問題，以課程的理論知識、實踐訓練要服務、運用于工程實踐的原則，對課程的理論知識進行篩選、優(yōu)化、重新編排、強化一套旨在于提升學生工程素質的實踐實驗教學原則、措施，并通過多樣化的課程量化評價、考核方式等方面對《光電子器件》課程教學進行改革與實踐，取得了良好的教學改革效果。

關鍵詞:工程技術型人才;工程素質;實踐能力;課程改革實踐

光電信息科學與工程是21世紀在全球迅猛發(fā)展的光電信息產(chǎn)業(yè)帶動起來的一門綜合性、運用性、技術性學科。國內的光電產(chǎn)業(yè)自2000年以來迎來最好的發(fā)展時期，同時也促進了與產(chǎn)業(yè)緊密相連的光電學科的發(fā)展、建設，到目前為止，全國已有近170多所高校(其中接近100所是地方新建本科院校)設置了光電及其相關專業(yè)，并將《光電子器件》作為光電信息科學與工程及其相關專業(yè)的主干課程。該課程教學的實施不僅有利于鞏固、銜接學生所學的光電子技術、光電顯示、視頻接口與驅動、光電傳感器、數(shù)模電路、單片機等專業(yè)核心課程的知識內容，而且對拓展專業(yè)工程實踐運用，培養(yǎng)專業(yè)學生工程實踐能力、為區(qū)域光電產(chǎn)業(yè)輸送工程技術型光電人才起到承上啟下的作用。在早先的《光電子器件》課程日常的理論教學中，從教學大綱、教案到課件參照了重點大學光電專業(yè)的教學模式，將每節(jié)課都用來講解光電器件的理論知識、器件背景知識、制造器件的材料、半導體制造工藝、器件的熱、光、電學性質、性質的理論公式推導以及一些理論模型的建立分析，課堂的教學內容多、雜、難。課程的實踐實驗教學也是按照實驗室購買的實驗儀器開設一些常規(guī)類的實驗實踐教學項目，按部就班進行。在實驗實踐教學過程中學生按照實驗步驟連接實驗線路，測試實驗數(shù)據(jù)，在完成實驗的整個過程中很多學生不知道自己用的是什么類型的光電器件、實驗要做什么、測量什么數(shù)據(jù)、有什么用。在學習過程中學生學習興趣、效率越來越低，專業(yè)的工程技術能力沒有被培養(yǎng)起來反而變得很薄弱。在國家建設職業(yè)型、應用型大學培養(yǎng)模式的大環(huán)境下，以三明學院運用型人才培養(yǎng)模式改革為契機［1］，對《光電子器件》課程進行有別于老本科院校學術型、研究型高級光電人才培養(yǎng)目標，在課程的教學內容、實驗、實訓教學、考核方式等方面進行改革與實踐，積極探索工程技術型光電人才培養(yǎng)新模式，迎合包括三明在內的海西光電產(chǎn)業(yè)集群對光電人才的需求。

1以理論知識實用、夠用為課程教學原則改革課程教學內容

《光電子器件》是光電專業(yè)的基礎核心課程，是一門集理論性和實踐性都非常強的專業(yè)課程，課程全面地介紹了光電子技術的基本原理、聚集了數(shù)量繁多且工程技術上常用、實用的光電器件、羅列推導了繁雜難懂的器件及相關性質的方程公式，且課程內容缺少所涉及的光電器件在現(xiàn)代光電工程中的運用實例。這樣的課程教師難教，學生難懂、難學、難用。以學院特色的“3355”應用型人才培養(yǎng)模式為課程改革動力，配合“教學型、運用型、服務型”的學院人才培養(yǎng)模式，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和較強實踐能力的高素質工程技術型光電人才及高效服務行業(yè)社會為課程教學價值目標，優(yōu)化《光電子器件》教材，改革課程理論教學內容?！豆怆娮悠骷番F(xiàn)有的教材對光電器件進行介紹時一般從兩個方面進行:器件原理公式推導證明，對應的測量電路。一方面對于本科層次的教材，大部分的教材在器件原理及測量電路這兩方面就占了很大的篇幅，且大部分為復雜的材料原理及電路原理公式推導，而對于大部分從事光電行業(yè)的企業(yè)、事業(yè)單位，只具備本科學歷的光電畢業(yè)生并不是其產(chǎn)品研發(fā)的主力軍，而是作為工程技術型人才使用。因此用人單位對畢業(yè)生的能力要求主要體現(xiàn)為能夠掌握光電器件的基本原理、能運用特定的光電器件來實現(xiàn)光電信號的傳輸、轉化、控制以及對現(xiàn)代光電工程進行鋪設、檢測、維修，這也正是作為一個地方性的本科高校培養(yǎng)人才的精準定位。這就要求專業(yè)課程的課堂教學內容應以實用為主，圍繞器件在光電工程中的應用范圍，應用實例為主線對教材內容進行優(yōu)化，摒棄了以復雜公式的詳細推導為重點的授課方式。另一方面目前教材涉及的光電子器件類型很多，從遠紅外到紫外光甚至還介紹X射線探測與成像器件，有些光電子器件學生無論是在實踐、設計課程，還是今后畢業(yè)走上工作崗位都很少會涉及到，因此本著課程內容夠用的原則，刪除了這方面的知識，留出更多的課堂時間分配到常用的光電器件上［2］。同時由于目前半導體材料技術的進步發(fā)展，光電器件的類型不斷更新，許多新型光電器件不斷研制、運用例如:靈敏度可變的光探測器(VSPD)，有源像素圖像傳感器(APS)等，這些學科專業(yè)最新的發(fā)展動向正是高素質運用型人才所必須的專業(yè)軟實力，因此需要將光電器件的前沿增加到光電子器件的課堂教學內容之中，以拓寬學生的專業(yè)知識面。

2全面開放專業(yè)實驗儀器資源為課程實踐教學改革服務

目前通過學院多年的累積經(jīng)費投入建設，三明學院的光電專業(yè)擁有數(shù)量較多和類型較齊全的專業(yè)實驗儀器設備，這些實驗儀器設備通常只為單一專業(yè)課程服務，以太陽能光伏發(fā)電實訓設備為例，設備只在專業(yè)學生第七個學期開設相關課程的時候用到，其他的時間、其他專業(yè)年級的學生都很少接觸到這批實驗設備，一方面在《光電子器件》課程教學改革的重點是針對各類型的專業(yè)工程技術型實踐項目訓練，和太陽能光伏有關的工程技術實踐項目比較常用且運用廣泛，另一方面對于光電專業(yè)的學生而言太陽能光伏知識的運用是學生專業(yè)知識的重要組成部分，因此有必要讓學生盡早接觸這批實驗設備，并對太陽能光伏相關的知識運用有一定的了解，才能使后期學生實踐實訓項目順利推進，所以必須對光電專業(yè)的傳感器系統(tǒng)實驗裝置、太陽能光伏發(fā)電實訓設備、單彩、全彩LED點陣顯示實驗儀器設備、光電技術創(chuàng)新實訓平臺擴展實驗儀器、光電技術創(chuàng)新實訓平臺、液晶模塊應用實驗系統(tǒng)、彩色面陣CCD綜合實驗儀、多功能CPU單片機實驗系統(tǒng)等實驗儀器資源進行有機整合，把《光電器件》課程教學改革中需要涉及的實驗儀器全部開放運行使用，充分利用資源，為后期的實踐訓練項目提供硬件條件支持。

3以學生工程素質培養(yǎng)和提升為目標改革實踐教學環(huán)節(jié)

工程素質是指從事工程實踐的工程專業(yè)技術人員的一種能力，在專業(yè)工程實踐中表現(xiàn)出來的一種思考問題、解決問題、建立長久工程問題反應機制的能力，需要從專業(yè)課堂、專業(yè)實踐、工程實踐中長期積累。用人單位對專業(yè)人才的專業(yè)能力期望值往往較高，而地方本科院校大部分的畢業(yè)生在解決工程實際問題的實踐能力方面普遍較差，因此往往不能令用人單位滿意，這兩者之間的失衡歸根結底是專業(yè)學生的工程素質缺失。因此在日常的專業(yè)課程教學中培養(yǎng)學生的工程素質成為地方新建本科高校為地方企業(yè)輸送優(yōu)秀專業(yè)人才的關鍵。以光電信息科學與工程專業(yè)課程體系中的《光電子器件》課程教學為例，主要從以下幾個方面訓練學生在相應的光電工程實踐能力并提升其工程素質:

(1)有機整合現(xiàn)有的基礎性、驗證性實驗項目，剔除偏理論、無應用的實驗項目，大量增加綜合性設計性實驗項目，大力改革創(chuàng)新現(xiàn)有的專業(yè)實踐教學體系。雖然基礎性、驗證性實驗是驗證理論，對學過的知識進行鞏固的階段，但是這些實驗項目存在實驗內容單一滯后、實驗手段單一等問題，學生很容易失去興趣。例如:光電子器件基礎實驗中前五個實驗:光敏電阻、光電二極管、光電三極管、pin光電二極管、硅光電池特性測試及其變換電路。這幾個實驗除了所用的器件類型不一樣外，其他的實驗測試電路和內容幾乎類似，因此可以整合成一個課程大實驗，而把剩下的時間用來開發(fā)、增加一些綜合性設計性實驗，譬如:利用紅外光電三極管可以設計一個紅外無線耳機，利用硅光電池可以設計一個光照度測量儀，利用光電煙霧傳感器設計動車車廂的煙霧報警器等，在提升了專業(yè)實驗的設計性同時，極大激發(fā)了學生制作設計興趣。培養(yǎng)了學生的工程素質，起到事半功倍的效果［3］。

(2)探索一套以培養(yǎng)學生從“模仿”—“獨立創(chuàng)新設計”的實踐能力提升訓練模式。目前很多專業(yè)大部分課程的實踐、課程設計的原課題都是已有的，因此在實踐教學或者是課程設計的時候，經(jīng)常性的做法就是讓學生去模仿現(xiàn)有的、別人的東西，模仿也是培養(yǎng)實踐動手能力的必經(jīng)過程，只是在全盤接受模仿之后，教師和學生應當進行設計反思，將課題中所用的方法，器件、電路排布進行相應的改進、替換、優(yōu)化，去粗取精，轉變創(chuàng)新。而恰恰大部分老師和學生忽略了這點，因此需要建立由“模仿”—“獨立創(chuàng)新設計”的實踐能力提升訓練模式。例如在“太陽能光電智能車”設計的過程中，循跡這部分功能的實現(xiàn)就有很多種解決的方案，學生可以用攝像頭、光電紅外對管、激光、特殊傳感器四種方案來實現(xiàn)，循跡可以是四方形，8字形及其他更為復雜的路線，循跡的背景可以是最簡單的白底黑線、稍難白底綠線、更難的綠地紅線等。教師在布置設計方案的時候可以先從最簡單的白底黑線、橢圓形軌跡開始，在學生成功實現(xiàn)該設計要求之后，再逐漸增加設計的難度，譬如更換循跡光電傳感器，但是不同的光電器件在對光信號進行電信號轉化的方式、信號的放大處理方式、誤差的處理方式都不相同，一旦更換器件，就要求后面的數(shù)模轉化，電路設計、以及單片機程序都需要重新設計，因此“獨立創(chuàng)新設計”在培養(yǎng)學生的工程素質方面起著決定性的橋梁作用，只有將這一步做好，才能發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題，最后運用自己的方法、自己擬定的器件去獨立設計行業(yè)產(chǎn)品，不斷訓練，不斷進行專業(yè)知識運用經(jīng)驗的日積月累，厚積學生的專業(yè)工程素質。

(3)以“貼近生產(chǎn)、貼近運用”為專業(yè)實踐實訓課程宗旨，建立起一套分級、分階段課程實踐實訓題庫并定期更新。題庫中的訓練項目全部來源于已經(jīng)解決的光電工程運用實踐案例，題庫分基礎型《光電子器件》課程實驗實踐項目和拔高型《光電子器件》課程實驗實踐項目，基礎型訓練項目要求每位學生一人一題獨立完成一個實踐訓練項目，對專業(yè)的每一位學生進行系統(tǒng)的實踐能力訓練，讓每一位學生的能力通過課程都能得到鍛煉。拔高型訓練項目以三個人為一組，項目的題目主要以歷年全省、全國的電子設計競賽、光電競賽、單片機、工程競賽題目為主，拔高型訓練項目相較于基礎型訓練項目其所涉及的專業(yè)知識面更寬，對學生的工程實踐能力要求更高，因此需要每個組員通力支持、分工協(xié)作才能完成，充分鍛煉學生的團隊協(xié)作能力和社交能力［4］。無論是基礎型還是拔高型專業(yè)訓練項目，都能引導學生把專業(yè)知識運用到生活生產(chǎn)實踐中，以解決專業(yè)的工程技術運用問題為點，帶動學生專業(yè)運用創(chuàng)新能力的激發(fā)為面，以點帶面，增強光電專業(yè)實踐課程工程與具體光電工程案例之間的親和力，激發(fā)專業(yè)學生無窮創(chuàng)造力，驅動學生的工程素質得到飛躍發(fā)展。

(4)探索光電專業(yè)的實踐教學體系如何融合到學校、學院的第二課堂活動、開放實驗室、各類型專業(yè)競賽，專業(yè)教師的校內、課內橫縱向、產(chǎn)學研課題項目中，并將專業(yè)學生與項目無縫對接，不斷從實踐中總結、反饋和提高，形成專業(yè)實踐教學訓練對學生實踐應用能力提升的巨大推力，做到培養(yǎng)體系改革和學生能力提升的良性循環(huán)［5］。積極走訪光電企業(yè)，建立實踐基地，校企合作項目，以企業(yè)對光電專業(yè)人才能力的具體要求為重中之重，聘請企業(yè)專業(yè)工程師參與專業(yè)實踐教學體系的形式和具體內容的制定，以此來調整和優(yōu)化專業(yè)培養(yǎng)方案，科學設置實踐環(huán)節(jié)的內容，做到理論與實踐相結合，課內與課外相結合的協(xié)同促進機制，大力推動課程教學改革。

4改革考核評價制度，促進學生全面發(fā)展

任何一門課都需要相應的考核制度，理論知識閉卷考試是最為常見的一種衡量學生對該課程掌握程度的考核方式，但《光電子器件》課程知識的應用性較強，在教學中往往會發(fā)現(xiàn)有的學生雖然理論課程成績一般，但是其在實踐、產(chǎn)品設計方面有著非常強的動手能力，這正是實踐能力強的工程技術型人才的典型代表，所以《光電子器件》課程改革的另一重要環(huán)節(jié)就是改革課程的考核評價制度，打破以期末成績作為評判學生專業(yè)素質的唯一指標，《光電子器件》課程的考核方式除了期末的試卷考核方式外，增加個性化考核方式和過程考核方式。對于工程實踐能力強的學生，在考核期末課程總成績的時候，應當將這部分學生的理論成績在總成績中的比重降低，比如閉卷分數(shù)占40%，理論驗證性實驗占10%，光電專業(yè)課程設計占50%［6］，對于理論學習能力強的學生進行課程的過程考核，考核方式為:(1)《光電子器件》課程按知識點分布安排至少考試3次。(2)課堂隨機考察方式，建立課程專業(yè)的問題庫，記錄學生的等分記錄，每生每學期不少于10次。按照這兩種考核方式的學生期末試卷成績占總成績的比重可降低為40%。通過多樣化的考核方式，充分考慮了學生的個性化，激發(fā)他們的專業(yè)積極性的同時反過來促進專業(yè)理論課程的學習，使得學生的工程實踐能力和專業(yè)知識能力都得到充分融合，更好地培養(yǎng)學生的綜合實踐能力，為培養(yǎng)工程技術型光電人才奠定基礎。

5結語

圍繞專業(yè)理論知識實用、夠用，實踐技能下得去、上得來的遞進式提升方式、課程考核方式個性化定量以及為地方高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和較強實踐能力的高素質工程技術型光電人才的目的，對《光電子器件》課程從教學內容、專業(yè)實驗室資源整合、實踐環(huán)節(jié)及考核制度這幾個環(huán)節(jié)開展教學改革與實踐活動。在課程實踐改革的過程中，學生的課堂聽課效率提高了，學習態(tài)度向著更好方向發(fā)展，專業(yè)理論知識和實踐能力得到一定的鍛煉和提高，學生參加各類型的專業(yè)競賽也獲得了較好成績，課程的教學改革實踐初見成效。

參考文獻:

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［4］狄紅衛(wèi)，張永林．光電子技術人才培養(yǎng)的教學改革與實踐［J］．高等物理教育，2003(6):36－38．

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［6］周文富．應用型本科教學質量保障與監(jiān)控體系構建與實踐［M］．廈門:廈門大學出版社，2012．

作者：曾振武 魏茂金 單位：三明學院機電工程學院