光電子器件課程教學(xué)改革思路

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摘要:針對《光電子器件》課程在教學(xué)中遇到的理論知識多而難，實踐實驗訓(xùn)練項目簡單，訓(xùn)練形式單一，工程運用實踐性不強，學(xué)生課程學(xué)習(xí)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(xùn)練要服務(wù)、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(xué)生工程素質(zhì)的實踐實驗教學(xué)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(xué)進行改革與實踐，取得了良好的教學(xué)改革效果。

關(guān)鍵詞:工程技術(shù)型人才;工程素質(zhì);實踐能力;課程改革實踐

光電信息科學(xué)與工程是21世紀(jì)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(shù)性學(xué)科。國內(nèi)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(xué)科的發(fā)展、建設(shè)，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(shè)置了光電及其相關(guān)專業(yè)，并將《光電子器件》作為光電信息科學(xué)與工程及其相關(guān)專業(yè)的主干課程。該課程教學(xué)的實施不僅有利于鞏固、銜接學(xué)生所學(xué)的光電子技術(shù)、光電顯示、視頻接口與驅(qū)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(nèi)容，而且對拓展專業(yè)工程實踐運用，培養(yǎng)專業(yè)學(xué)生工程實踐能力、為區(qū)域光電產(chǎn)業(yè)輸送工程技術(shù)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(xué)中，從教學(xué)大綱、教案到課件參照了重點大學(xué)光電專業(yè)的教學(xué)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(dǎo)體制造工藝、器件的熱、光、電學(xué)性質(zhì)、性質(zhì)的理論公式推導(dǎo)以及一些理論模型的建立分析，課堂的教學(xué)內(nèi)容多、雜、難。課程的實踐實驗教學(xué)也是按照實驗室購買的實驗儀器開設(shè)一些常規(guī)類的實驗實踐教學(xué)項目，按部就班進行。在實驗實踐教學(xué)過程中學(xué)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(xué)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(xué)習(xí)過程中學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、效率越來越低，專業(yè)的工程技術(shù)能力沒有被培養(yǎng)起來反而變得很薄弱。在國家建設(shè)職業(yè)型、應(yīng)用型大學(xué)培養(yǎng)模式的大環(huán)境下，以三明學(xué)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(xué)術(shù)型、研究型高級光電人才培養(yǎng)目標(biāo)，在課程的教學(xué)內(nèi)容、實驗、實訓(xùn)教學(xué)、考核方式等方面進行改革與實踐，積極探索工程技術(shù)型光電人才培養(yǎng)新模式，迎合包括三明在內(nèi)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(xué)原則改革課程教學(xué)內(nèi)容

《光電子器件》是光電專業(yè)的基礎(chǔ)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(shù)的基本原理、聚集了數(shù)量繁多且工程技術(shù)上常用、實用的光電器件、羅列推導(dǎo)了繁雜難懂的器件及相關(guān)性質(zhì)的方程公式，且課程內(nèi)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(xué)生難懂、難學(xué)、難用。以學(xué)院特色的“3355”應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式為課程改革動力，配合“教學(xué)型、運用型、服務(wù)型”的學(xué)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(zhì)工程技術(shù)型光電人才及高效服務(wù)行業(yè)社會為課程教學(xué)價值目標(biāo)，優(yōu)化《光電子器件》教材，改革課程理論教學(xué)內(nèi)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(dǎo)證明，對應(yīng)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(fù)雜的材料原理及電路原理公式推導(dǎo)，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(xué)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(shù)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(zhuǎn)化、控制以及對現(xiàn)代光電工程進行鋪設(shè)、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(zhǔn)定位。這就要求專業(yè)課程的課堂教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以實用為主，圍繞器件在光電工程中的應(yīng)用范圍，應(yīng)用實例為主線對教材內(nèi)容進行優(yōu)化，摒棄了以復(fù)雜公式的詳細(xì)推導(dǎo)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(yuǎn)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(xué)生無論是在實踐、設(shè)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(nèi)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(dǎo)體材料技術(shù)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(xué)科專業(yè)最新的發(fā)展動向正是高素質(zhì)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(xué)內(nèi)容之中，以拓寬學(xué)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(xué)改革服務(wù)

目前通過學(xué)院多年的累積經(jīng)費投入建設(shè)，三明學(xué)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(shè)備，這些實驗儀器設(shè)備通常只為單一專業(yè)課程服務(wù)，以太陽能光伏發(fā)電實訓(xùn)設(shè)備為例，設(shè)備只在專業(yè)學(xué)生第七個學(xué)期開設(shè)相關(guān)課程的時候用到，其他的時間、其他專業(yè)年級的學(xué)生都很少接觸到這批實驗設(shè)備，一方面在《光電子器件》課程教學(xué)改革的重點是針對各類型的專業(yè)工程技術(shù)型實踐項目訓(xùn)練，和太陽能光伏有關(guān)的工程技術(shù)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(xué)生而言太陽能光伏知識的運用是學(xué)生專業(yè)知識的重要組成部分，因此有必要讓學(xué)生盡早接觸這批實驗設(shè)備，并對太陽能光伏相關(guān)的知識運用有一定的了解，才能使后期學(xué)生實踐實訓(xùn)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(xùn)設(shè)備、單彩、全彩LED點陣顯示實驗儀器設(shè)備、光電技術(shù)創(chuàng)新實訓(xùn)平臺擴展實驗儀器、光電技術(shù)創(chuàng)新實訓(xùn)平臺、液晶模塊應(yīng)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(xué)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(xùn)練項目提供硬件條件支持。

3以學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)和提升為目標(biāo)改革實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

工程素質(zhì)是指從事工程實踐的工程專業(yè)技術(shù)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(yīng)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(jié)底是專業(yè)學(xué)生的工程素質(zhì)缺失。因此在日常的專業(yè)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)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(guān)鍵。以光電信息科學(xué)與工程專業(yè)課程體系中的《光電子器件》課程教學(xué)為例，主要從以下幾個方面訓(xùn)練學(xué)生在相應(yīng)的光電工程實踐能力并提升其工程素質(zhì):

(1)有機整合現(xiàn)有的基礎(chǔ)性、驗證性實驗項目，剔除偏理論、無應(yīng)用的實驗項目，大量增加綜合性設(shè)計性實驗項目，大力改革創(chuàng)新現(xiàn)有的專業(yè)實踐教學(xué)體系。雖然基礎(chǔ)性、驗證性實驗是驗證理論，對學(xué)過的知識進行鞏固的階段，但是這些實驗項目存在實驗內(nèi)容單一滯后、實驗手段單一等問題，學(xué)生很容易失去興趣。例如:光電子器件基礎(chǔ)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(nèi)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(shè)計性實驗，譬如:利用紅外光電三極管可以設(shè)計一個紅外無線耳機，利用硅光電池可以設(shè)計一個光照度測量儀，利用光電煙霧傳感器設(shè)計動車車廂的煙霧報警器等，在提升了專業(yè)實驗的設(shè)計性同時，極大激發(fā)了學(xué)生制作設(shè)計興趣。培養(yǎng)了學(xué)生的工程素質(zhì)，起到事半功倍的效果［3］。

(2)探索一套以培養(yǎng)學(xué)生從“模仿”—“獨立創(chuàng)新設(shè)計”的實踐能力提升訓(xùn)練模式。目前很多專業(yè)大部分課程的實踐、課程設(shè)計的原課題都是已有的，因此在實踐教學(xué)或者是課程設(shè)計的時候，經(jīng)常性的做法就是讓學(xué)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(xué)生應(yīng)當(dāng)進行設(shè)計反思，將課題中所用的方法，器件、電路排布進行相應(yīng)的改進、替換、優(yōu)化，去粗取精，轉(zhuǎn)變創(chuàng)新。而恰恰大部分老師和學(xué)生忽略了這點，因此需要建立由“模仿”—“獨立創(chuàng)新設(shè)計”的實踐能力提升訓(xùn)練模式。例如在“太陽能光電智能車”設(shè)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(xué)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(fù)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(shè)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(xué)生成功實現(xiàn)該設(shè)計要求之后，再逐漸增加設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化，電路設(shè)計、以及單片機程序都需要重新設(shè)計，因此“獨立創(chuàng)新設(shè)計”在培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)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(shè)計行業(yè)產(chǎn)品，不斷訓(xùn)練，不斷進行專業(yè)知識運用經(jīng)驗的日積月累，厚積學(xué)生的專業(yè)工程素質(zhì)。

(3)以“貼近生產(chǎn)、貼近運用”為專業(yè)實踐實訓(xùn)課程宗旨，建立起一套分級、分階段課程實踐實訓(xùn)題庫并定期更新。題庫中的訓(xùn)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(chǔ)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(chǔ)型訓(xùn)練項目要求每位學(xué)生一人一題獨立完成一個實踐訓(xùn)練項目，對專業(yè)的每一位學(xué)生進行系統(tǒng)的實踐能力訓(xùn)練，讓每一位學(xué)生的能力通過課程都能得到鍛煉。拔高型訓(xùn)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(shè)計競賽、光電競賽、單片機、工程競賽題目為主，拔高型訓(xùn)練項目相較于基礎(chǔ)型訓(xùn)練項目其所涉及的專業(yè)知識面更寬，對學(xué)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(xué)生的團隊協(xié)作能力和社交能力［4］。無論是基礎(chǔ)型還是拔高型專業(yè)訓(xùn)練項目，都能引導(dǎo)學(xué)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(shù)運用問題為點，帶動學(xué)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(xué)生無窮創(chuàng)造力，驅(qū)動學(xué)生的工程素質(zhì)得到飛躍發(fā)展。

(4)探索光電專業(yè)的實踐教學(xué)體系如何融合到學(xué)校、學(xué)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(nèi)、課內(nèi)橫縱向、產(chǎn)學(xué)研課題項目中，并將專業(yè)學(xué)生與項目無縫對接，不斷從實踐中總結(jié)、反饋和提高，形成專業(yè)實踐教學(xué)訓(xùn)練對學(xué)生實踐應(yīng)用能力提升的巨大推力，做到培養(yǎng)體系改革和學(xué)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(xué)體系的形式和具體內(nèi)容的制定，以此來調(diào)整和優(yōu)化專業(yè)培養(yǎng)方案，科學(xué)設(shè)置實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容，做到理論與實踐相結(jié)合，課內(nèi)與課外相結(jié)合的協(xié)同促進機制，大力推動課程教學(xué)改革。

4改革考核評價制度，促進學(xué)生全面發(fā)展

任何一門課都需要相應(yīng)的考核制度，理論知識閉卷考試是最為常見的一種衡量學(xué)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(yīng)用性較強，在教學(xué)中往往會發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生雖然理論課程成績一般，但是其在實踐、產(chǎn)品設(shè)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(shù)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(xué)生專業(yè)素質(zhì)的唯一指標(biāo)，《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(xué)生，在考核期末課程總成績的時候，應(yīng)當(dāng)將這部分學(xué)生的理論成績在總成績中的比重降低，比如閉卷分?jǐn)?shù)占40%，理論驗證性實驗占10%，光電專業(yè)課程設(shè)計占50%［6］，對于理論學(xué)習(xí)能力強的學(xué)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(xué)生的等分記錄，每生每學(xué)期不少于10次。按照這兩種考核方式的學(xué)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(xué)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(xué)習(xí)，使得學(xué)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(xué)生的綜合實踐能力，為培養(yǎng)工程技術(shù)型光電人才奠定基礎(chǔ)。

5結(jié)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(zhì)工程技術(shù)型光電人才的目的，對《光電子器件》課程從教學(xué)內(nèi)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(xué)改革與實踐活動。在課程實踐改革的過程中，學(xué)生的課堂聽課效率提高了，學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)改革實踐初見成效。

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作者：曾振武 魏茂金 單位：三明學(xué)院機電工程學(xué)院