光電子技術(shù)課程教學(xué)改革初探
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摘要:光電子技術(shù)是電子信息類專業(yè)學(xué)生的必修課程，是一門承上啟下的核心課程。根據(jù)應(yīng)用型本科院校的培養(yǎng)目標(biāo)并結(jié)合光電子技術(shù)課程的特點，對該課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式進行了初步的改革探索。通過把課程內(nèi)容與具體的應(yīng)用實踐及科研聯(lián)系在一起，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，著力培養(yǎng)學(xué)生的動手和創(chuàng)新能力，使得這門課程更適應(yīng)于地方性、應(yīng)用型高校的培養(yǎng)目標(biāo)。
關(guān)鍵詞:光電子技術(shù);教學(xué)改革
光電子技術(shù)是由光子技術(shù)和微電子技術(shù)相互融合而發(fā)展起來的一門以研究光子與電子相互作用并產(chǎn)生獨特性質(zhì)的一門新興科學(xué)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，人們在光電子理論基礎(chǔ)上研制了各種光電器件。這些光電器件已經(jīng)應(yīng)用于社會生活的各個方面并給我們的生活帶來了巨大的改變。而以光電器件為基礎(chǔ)帶動起來的光電子產(chǎn)業(yè)一直是我國重點支持而且發(fā)展最快的高科技產(chǎn)業(yè)［1－2］。因此，我國每年都需要大量的光電類技術(shù)人才。近幾年來，很多高校都設(shè)置了與光電子相關(guān)的專業(yè)，比如:電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、光電信息技術(shù)專業(yè)等以用來培養(yǎng)具有相關(guān)知識和技術(shù)的光電科技人才。光電子技術(shù)課程就是這類專業(yè)的專業(yè)必修課程［3－4］。該課程的特點是涵蓋內(nèi)容廣，理論性和應(yīng)用性并重，既是把前期所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(如半導(dǎo)體物理與器件、固體物理等)的進一步深化，又是對相關(guān)理論知識的具體應(yīng)用。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅可以具備相關(guān)光電子技術(shù)的理論知識，還應(yīng)該具有一定的應(yīng)用創(chuàng)新能力［5－6］。因此，該課程是此類專業(yè)的一門承上啟下的核心課程。這就對該課程的教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)提出了更高的要求。目前，應(yīng)用型本科院校學(xué)生的知識儲備相對較低，對理論性較強的部分接受程度也比較低。同時，應(yīng)用型高校的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)也相對比較薄弱。這些都限制了學(xué)生對該課程的理解與掌握。因此，我們需要對光電子技術(shù)這門課程進行相關(guān)改革，以適應(yīng)應(yīng)用型本科院校的培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生的實際情況。
一、教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)
課堂教學(xué)內(nèi)容需要依據(jù)教學(xué)目的及具體教學(xué)對象而設(shè)定。與研究型大學(xué)不同，應(yīng)用型本科院校主要服務(wù)于地方區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、側(cè)重于對理論知識的應(yīng)用化;主要培養(yǎng)的是與地方經(jīng)濟發(fā)展相適應(yīng)的應(yīng)用型技術(shù)人才。因此，我們對教學(xué)內(nèi)容的設(shè)定就不能完全依照于研究型大學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，而是需要根據(jù)應(yīng)用型、技術(shù)型、地方性的人才培養(yǎng)目標(biāo)重新設(shè)定教學(xué)內(nèi)容。除此之外，還要考慮到學(xué)生的知識儲備水平。因此，我們減少了理論知識的講授，除了光源及光輻照度等理論知識外，更偏重于光電器件基本原理的介紹，并增加光電器件應(yīng)用方面的內(nèi)容。調(diào)整后的光電子技術(shù)課程主要包括:光源及光調(diào)制等理論知識、光電探測器件、光伏器件、光電成像器件、光存儲器件、平板顯示器件等。在此基礎(chǔ)上，我們對部分內(nèi)容進行了更新，去掉已經(jīng)過時的器件介紹，增加當(dāng)前社會關(guān)注度比較高、應(yīng)用前景更強的光電子器件。比如:去掉了陰極攝像管等比較陳舊的內(nèi)容，增加了QLED、OLED等當(dāng)前研究及應(yīng)用的熱點內(nèi)容。
二、教學(xué)方法改革
1．理論講授
光電子技術(shù)課程主要是半導(dǎo)體物理與器件等課程的延伸。因此，該課程除了要介紹與光電子技術(shù)相關(guān)的光源及激光等基本理論知識外，還需要對光電子器件的基本原理以及主要功能參數(shù)介紹，讓學(xué)生掌握各種光電子器件工作原理。光電器件不但應(yīng)用在與人們生活密切相關(guān)的各個方面，還是當(dāng)前科學(xué)研究的熱點內(nèi)容。因此，我們在講授理論知識的同時，可以把教師本人的科研成果及最新的科學(xué)研究前沿融入到課堂教學(xué)中，把國際上最新的研究成果在課堂上介紹給學(xué)生。比如，在顯示器件章節(jié)，我們重點介紹了柔性顯示器件及量子點顯示器件，進而擴展到柔性電子學(xué);還可以介紹GaN發(fā)光器件，并重點介紹我國在這方面的成果，比如南昌大學(xué)的硅基GaN器件的研究成果等。學(xué)生就可以通過教師的科研成果了解到最新的科研進展，既可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的興趣，還能拓寬學(xué)生的視野，更迎合了應(yīng)用型院校的辦學(xué)宗旨。同時，還能夠使部分想考研的同學(xué)了解相關(guān)的考研方向。另外，利用少量的時間初步介紹科技論文的檢索方法及各種論文數(shù)據(jù)庫的使用方法，在此基礎(chǔ)上，可以讓學(xué)生課下檢索相關(guān)方面的科研動態(tài)和應(yīng)用成果，為后續(xù)小組討論做充足的準(zhǔn)備工作。并把其作為章節(jié)作業(yè)及期末考核的一部分。
2．器件性能
Matlab仿真實驗隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機仿真越來越受到人們的重視。并且計算機仿真技術(shù)為人們提供了一個更為有效的教學(xué)方法。Matlab正是在這一應(yīng)用背景下產(chǎn)生的數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件，它具有頂尖的數(shù)值計算功能及簡潔易學(xué)的科學(xué)便捷式工作環(huán)境和編程語言。因此可以讓學(xué)生利用Matlab軟件的相關(guān)知識，對相關(guān)光電子器件的光電響應(yīng)特性等進行仿真，并在課堂上把仿真結(jié)果與實驗測試結(jié)果相比較。同時，還可以對不具備實驗條件的光電器件進行仿真實驗，把這些仿真實驗作為實驗教學(xué)的補充，彌補了實驗教學(xué)條件不足帶來的影響。并把利用Matlab仿真作為章節(jié)作業(yè)或者課程設(shè)計的內(nèi)容，這樣不僅可以加強學(xué)生對器件性能的理解還可以增加課程章節(jié)作業(yè)的靈活性。
3．小組討論
光電子技術(shù)課程講授的內(nèi)容都是與現(xiàn)實生活密切相關(guān)的，而且大部分也是當(dāng)前科技前沿研究的熱點，比如，太陽能電池、顯示器件、光電探測器件等。因此，我們可以把與當(dāng)前研究熱點相關(guān)的課堂內(nèi)容選為小組討論課。比如當(dāng)前國家對環(huán)境保護及清潔能源問題比較關(guān)注，我們可以將太陽能電池的內(nèi)容作為小組討論的內(nèi)容，把學(xué)生分成若干小組，提出若干個相關(guān)問題。讓學(xué)生課下收集與太陽能電池及清潔能源相關(guān)的素材并提出自己的觀點，在課堂上進行討論。既可以討論成熟工藝硅太陽能電池，還可以討論國際研究熱點的鈣鈦礦太陽能電池，更可以討論國內(nèi)主要太陽能電池公司與國際先進技術(shù)的差距等等。這樣既加深了學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的了解，同時，還可以讓學(xué)生對當(dāng)前該行業(yè)的就業(yè)或考研前景有充分的認(rèn)識，對未來所從事的職業(yè)有進一步的規(guī)劃。另外，由于相當(dāng)部分的本專業(yè)同學(xué)都加入了電子創(chuàng)新協(xié)會，部分同學(xué)還參加了全國智能汽車大賽、全國電子設(shè)計大賽并獲得了獎項。因此，我們可以組織這部分同學(xué)介紹他們在設(shè)計智能汽車時用到的各種光電器件及其設(shè)計原理等，介紹他們?nèi)绾伟颜n堂理論知識具體應(yīng)用到實際的智能汽車設(shè)計中。除了老師指定的討論內(nèi)容外，還可以讓學(xué)生自主選擇小組討論的課題。通過小組討論，可以讓學(xué)生學(xué)會團隊的分工合作與溝通。培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作意識，在團隊中實現(xiàn)自己的價值，增強了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。這些都是學(xué)校應(yīng)用型高校教學(xué)目標(biāo)的具體體現(xiàn)。
4．利用智能手機輔助課堂教學(xué)
上課玩手機一直是很多高校課堂上難以解決的問題。因此很多高校組織了無手機課堂等活動，但是效果不是很理想。有些老師利用手機建立課堂微信群與學(xué)生進行交流答疑并且還可以利用手機進行課堂點名簽到等。這些都是互聯(lián)網(wǎng)下對課堂教學(xué)的探索。我們知道，光電子技術(shù)課程內(nèi)容與手機的關(guān)系更為緊密，手機中各個組成部分都是與電子信息類專業(yè)相關(guān)的電子器件、光電子器件及各種傳感器件等，即整部手機都是與電子信息類專業(yè)密切相關(guān)的。因此，我們可以充分利用這一優(yōu)勢把強制性的無手機課堂改為利用智能手機輔助課堂教學(xué)。光電子技術(shù)課程的每一章節(jié)都可以認(rèn)為是手機部分元器件基本原理的介紹。因此，我們把每一章節(jié)都變成手機組成部分的原理介紹。例如:手機的手電筒是LED發(fā)光器件、手機照相是成像器件及原理、手機屏幕是顯示器件、手機電池是能量轉(zhuǎn)換及存儲器件、自動調(diào)節(jié)屏幕亮度的是光敏三極管、指紋識別是電子耦合器件等等。這樣就可以讓學(xué)生大大方方地拿著手機上課，并且還可以調(diào)動學(xué)生的積極性，主動讓學(xué)生在課堂上利用手機上網(wǎng)查詢與光電子課程相關(guān)的各種手機元器件，讓學(xué)生講授各種器件的基本原理。
5．實踐教學(xué)
實踐教學(xué)在應(yīng)用型高校教學(xué)中占有很高的地位，是實現(xiàn)應(yīng)用型高校培養(yǎng)目標(biāo)的主要手段，也是學(xué)校理論學(xué)習(xí)與社會企業(yè)實踐相連接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過實踐教學(xué)可以讓學(xué)生所學(xué)到的抽象的理論知識真正的應(yīng)用化、具體化。我們將光電子技術(shù)課程的實踐教學(xué)分為實驗教學(xué)部分和企業(yè)見習(xí)部分。實驗教學(xué)部分包括光源與光照輻照度參數(shù)測量、激光模式分析、光敏電阻伏安特性、時間響應(yīng)特性、變換電路實驗、液晶電光效應(yīng)、晶體電光調(diào)制、太陽能電池光電特性測試、光電二極管特性、光電三極管特性、光電池偏置電路與特性參數(shù)等實驗。這些實驗基本上覆蓋了課程主要內(nèi)容及當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的光電子器件。通過實驗課程的學(xué)習(xí)和具體操作可以加深學(xué)生對課堂理論知識的理解和鞏固，通過對實驗現(xiàn)象的觀察和研究，增強學(xué)生的感性認(rèn)識。另外，其中的設(shè)計性實驗和綜合型實驗還可以培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，深化對光電子技術(shù)深層次規(guī)律的理解和領(lǐng)悟;企業(yè)見習(xí)部分是組織學(xué)生去相關(guān)的光電子企業(yè)參觀見習(xí)，了解各種半導(dǎo)體光電器件的生產(chǎn)工藝、器件檢測、器件封裝和組裝過程，體驗未來的工作崗位和工作環(huán)境。更增強了學(xué)生對本專業(yè)的認(rèn)知度。
三、考核方式改革
筆者所在院校大多數(shù)課程成績是授課教師根據(jù)平時出勤考核與期末試卷的成績按照3:7的比例給出的。但是，這種考核方式更適用于理論性較強的課程。因此，我們降低期末考試在該課程考核中的比例。把本課程的考核貫穿于整個教學(xué)活動中?？己朔绞綖樾〗M討論、章節(jié)論文及作業(yè)和期末考試的綜合。其中小組討論占20%，章節(jié)論文及作業(yè)占30%，期末考試占50%。期末考試以理論性試題為主。同時，為了增強學(xué)生對實驗教學(xué)的重視，我們對光電子技術(shù)課程的實驗教學(xué)單獨進行考核，考核內(nèi)容包括實驗前期的預(yù)習(xí)、實驗設(shè)計和操作、實驗數(shù)據(jù)處理等三方面。通過這種考核方式既提高了學(xué)生平時學(xué)習(xí)的積極性，又可以綜合考察學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、自學(xué)能力和綜合創(chuàng)新實踐能力。
結(jié)語
根據(jù)巢湖學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的具體情況，結(jié)合光電子技術(shù)課程的課程特點，我們嘗試對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等做了一些調(diào)整和改革探索。教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整既考慮到了課程本身的屬性又平衡了教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。這種調(diào)整既能夠使學(xué)生掌握到基本理論知識及其應(yīng)用又可以讓學(xué)生了解到最新的學(xué)科發(fā)展科技前沿，開闊了學(xué)生的視野。考核方式的改革在減輕學(xué)生課程壓力的同時還鍛煉了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。經(jīng)過對巢湖學(xué)院2014級電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的調(diào)查結(jié)果顯示:通過對上述幾方面的改革，收到了良好的教學(xué)效果。教學(xué)改革不但提高了學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣，還增強了學(xué)生對該課程知識的掌握。同時，還對學(xué)生的就業(yè)及考研起到了積極的作用。當(dāng)然，教學(xué)改革是一項長期的課題，需要我們在今后的教學(xué)實踐中不斷探索。
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作者:許明坤 毛雷鳴 陳宇 單位:巢湖學(xué)院機械與電子工程學(xué)院
