《光電技術》教學改革的探索與實踐論文

《光電技術》教學改革的探索與實踐論文

　　摘要：對《光電技術》課程的教學內容和教學方法進行了改革——利用科研一線的現代觀點、先進理念和典型工程個案充實課堂教學，實現課堂內容時代化；將多媒體的聲、光、電技術充分合理地與光電技術課程緊密結合，從感官直接刺激學生的學習動機和學習興趣；“消化與吸收”并重的實驗實訓基地的開設為培養實用性人才提供了平臺。

　　關鍵詞：光電技術；教學改革；教學方法；教學效果

　　光電信息技術是將光學技術、電子技術、計算機技術以及材料技術相結合而形成的一門高新技術。光電測試技術是光電信息技術的主要技術之一，它以其非接觸、高精度、高速度、實時等特點，成為現代檢測技術最重要的手段和方法之一[1]。《光電技術》課程主要介紹光電檢測技術的基本原理、器件、方法等。因此，該課程也成了相關理、工科專業學生必須掌握的一門課程。學習和掌握這門課程對于提高學生素質和培養分析能力、創新能力都有重要意義。但該課程涉及的內容多，知識面很廣[2]，肩負著相關理工專業從基礎轉向專業應用的傳承作用。為了適應光電信息技術的迅速發展對光電信息技術人才的需求迅速增加的發展趨勢，河南大學物理與電子學院開設了《光電技術》這門課程，然而如何培養學生適應社會發展需要，使其具有獨立思考和創新思維，是專業課程教學改革中重點思考的問題之一。本文結合自己的教學經驗和他人的先進成果，廣泛搜集學生的反饋意見，對該課程的教學改革進行有益的探索。

　　一、《光電技術》課教學過程中存在的問題

　　（一）雜而滯后的教材內容

　　根據王啟明院士等提出的“現代信息技術發展”的觀點[3]，將光電技術定義為“研究光電信息系統中光和電信號的形成、傳輸、采集、變換及處理方法的技術學科”。單從光電測試系統（圖1）來說，其不僅與高等數學、普通物理、化學等基礎課程及電工學、工程力學、電子線路等專業基礎課密切相關，而且課程中所講述的各種傳感器知識還涉及到材料知識、力學知識和電學知識。另外，檢測技術與自動控制理論也結合得十分緊密。在課堂教學中很難找到像大學物理、原子物理、電動力學等課程那樣的經過數十載錘煉出來的經典教材。另外，隨著大規模集成電路、材料科學和微機械加工技術的快速發展，各種新型的光電探測器和與之相對應的檢測技術也發展的非常迅猛。而教材的更新相對較慢，選用的教材不能跟上傳感器當前的發展趨勢。

　　（二）枯燥的教學方式

　　教學方式單一，以教師課堂講授為主，學生被動接受。不能發揮學生學習的積極性和主觀能動性，授課效果和學習效果不佳。

　　（三）貧乏的實踐環節

　　目前的課程體系中，實驗實踐環節偏少，對學生綜合應用能力培養和鍛煉的綜合性實驗更少，教學方式不夠完善，對學生理論聯系實際能力的培養不利。

　　以上問題的存在不適應國家對應用型人才的培養目標。光電技術在發展，招生規模在擴大，與時俱進，從實際需要出發，我們必須對課程進行教學改革，使教學方法和教學內容都能緊跟信息時代的要求。

　　二、光電技術課程的教學改革

　　（一）立足信息技術前沿，更新課程知識結構體系

　　以我們學院選用的浙江大學繆家鼎等人編寫的《光電技術》為例，教材內容涉及多而且分散，缺乏系統性和連續性，其中對原理的敘述多，典型應用和設計介紹少；傳統光電器件多，新型器件少；簡單應用多，新領域綜合應用少；總之內容顯得老化，跟不上當前的科技發展。光電檢測技術是多學科交叉而形成的一門新興技術，在工程實踐中，它始終呈現高速發展態勢，不斷有新的器件、新的檢測方法、新的應用領域問世。這些因素決定了課程內容的動態變化性和學科延展性。針對該學科的這些鮮明特點，課題組首先對課程主線結構進行優化，建立了光電技術課程的結構“大樹”如圖2所示。即以光輻射源和半導體物理基礎作為基礎理論教學內容，它們作為光電技術這棵大樹的根基，為光電技術課程的學習提供給養；以光電信號的轉換和處理為主干教學內容，它通過光信號的變換、光電信號變換和電學信號的變換等原理為各個光電器件的應用輸送養分，根據這一環節可以給出各個器件的特性參數，從而為器件的實際應用提供準則；以典型光電器件的分析和設計升華教學內容，針對不同的器件還有其獨特的性能及應用領域根據學生的興趣展開專題課堂討論，使現代光電系統碩果紛呈。其次，課程從各個單元上配合主線結構，也按照光電信息系統的特點進行“裁剪”和“重縫”。我們以“立足教材，跟蹤發展”為指導思想，授課過程中刪除了陳舊過時的內容，在講授教材基本內容的同時，收集補充了光電技術相關學術期刊雜志、書籍；國內外光電探測器件知名廠家、近年新型光電探測器件、新型光電信號檢測技術和方法以及各類光電探測器件的最新進展和應用情況等。同時利用校內外專家教授和他們的研究生在科研中獲得的光電技術的先進理念、現代觀點及解決的問題的方式方法充實課堂教學，實現課程內容現代化，收到了良好教學的效果。

　　（二）運用科學的現代化教學手段，不斷提高教學質量

　　1、研究型課堂教學方法的探索，實現課堂教學模式多樣化。光電技術的動態變化性和學科前瞻性，要求教師必須積累有豐富的工程實踐經驗和多學科知識整合能力，僅靠課堂教學難以達到對整個課程的綜合應用水平，必須探索多渠道教學方式，倡導將能力培養深入到日常教學活動中，達到“寬基礎，重能力”的教學目的。采取課上講授、課堂提問和討論的啟發式和開放型教學模式，提高學生主動學習的興趣。充分利用網絡學堂。將電子版講稿、教材、相關專題內容發布在網上，便利學生使用和學習。對于一些學科前沿問題開展課堂討論。讓學生課外查資料，在充分準備的基礎上，開展課堂討論。教師對學生的討論適時進行引導。布置學生寫章節學習總結和小論文。通過小論文的寫作，可以拓寬學生的知識面，了解國際上與本學科相關領域的最新科技動態。

　　2、針對光電技術課程涉及的圖表多、信息量大等特點，在多媒體課件設計時主要體現課程教學內容的主線、重要概念和結論以及為加深學生理解的圖片、Flash動畫和音像資料等，而概念的講授、理論公式的推導等仍以傳統的板書方式，即“品型”窗口的多媒體輔助教學模式。就像多畫面電視機那樣，在主畫面上開一個又一個窗口，窗口起到瀏覽輔助信息的作用。此外，還充分利用人眼生理視覺特性[4]，合理設計Powerpoint文稿的背景和字體的種類、大小、顏色及行距等，提高屏幕信息顯示效果。如對半導體能帶理論，學生常會覺得很抽象，難理解，故除在課堂講授中增加圖形、圖像、動畫、聲音等形象的多媒體教學手段外，通過板書例題可檢驗學生對其認識深度，再根據作業題中曝露的問題進行有針對性的補充解釋，效果非常有效。教學實踐表明，授課用“品型窗”的方法，教學結構簡潔，重點突出，概念明確，教學效果良好。

　　（三）“以培養學生實踐能力、創新能力為核心”的實驗教學改革，適當引進科研成果

　　自從1999年我國高校開始擴招以來，高等教育逐步從過去的“精英化”向“大眾化”過渡并逐漸形成“大眾化”的高等教育格局。國家統計局威海調查隊于近日舉行了“大學生就業情況如何？”專題問卷調查。結果顯示，專科生就業率高出本科生39個百分點。本科生求職的最大困難是“缺乏工作經驗，不會推銷自己”，因此培養實用型人才是當前本科教育的目標之一，實踐性環節在教學過程中起著不可替代的作用。為了突出實踐教學，培養學生的知識應用能力，讓學生“消化理論，發展能力”，課題組大膽探索，進行“以培養學生實踐能力、創新能力為核心”的實驗教學改革。為了適應社會經濟發展對人才的需求，本著“強化動手、突出創新、開放教學、資源共享”的原則，物理與電子學院組建了河南大學實訓教學中心，為學生電子競賽和挑戰杯等高校創新、創業大賽及學生科技制作活動提供場地和平臺。我們根據學生特點，采取分層次培養，一般學生注重基本能力的培養，而學有余力的學生則注重創新能力的培養。教學中將實驗分為三大類，首先是基礎與驗證型實驗，其目的是驗證、證明、鞏固、掌握基本教學內容，例如光功率、光照度、發光強度、光譜特性等，通過實驗強化認識。其次是設計與綜合型實驗，其目的是以“任務”或“課題”形式提出實驗要求，綜合使用知識來設計、開發完成項目，培養學生綜合應用和自學能力。比如光電倍增管和CCD器件的原理及應用；再者是研究與創新型實驗，以自選/自帶的獨立研究形式為實驗要求，重在培養研究能力和創新意識。比如利用光電器件組建的表面光電壓譜儀，紫外、可見、近紅外分光光度儀，電致發光譜儀等對晶體樣品進行測試并對測試結果進行理論的分析。該實驗過程有助于培養學生查閱資料、思考以及創新的能力.熟悉科學研究的思路和方法，掌握這些光電器件的使用方法和注意事項。由于課程實驗與教學內容同步進行，對加深基本概念的理解、強化基本能力的訓練起到了良好的促進作用。

　　《光電技術》課程的實驗設備要求不同于傳統的經典實驗，具有很強的時代氣息。實驗所用的核心器件，如光電倍增管、像增強器、雪崩光電二極管等光輻射探測器不僅價格昂貴、維護嚴格，而且發展更新也很快。在這種情況下，如果能把教學和科研很好地結合起來，突破教學大綱，用科研項目的部分內容補充或擴展教學大綱內容，充分利用科研儀器設備為學生開設實驗，那么學生在掌握理論的基礎上，內容就可以跟上當前的新技術，形成教學內容對新技術的快速反應，充分反映該相關領域的發展趨勢，另一方面使課程的基本理論體系與實際應用的結合更為緊密，使整個課程的教學體系更為完善和統一，增強課程的實用感。最后還有利于啟迪學生思維，激發對課程的學習興趣，逐步培養學生獨立分析和解決實際問題的能力，同時還有助于提高學生的科研素質和能力。

　　三、結束語

　　教學是藝術和科學的有機結合，課堂是教學藝術的舞臺。在教學中，把教學內容和人才培養緊密結合是教師孜孜不倦的追求。我們的教育是用昨天的知識，培養今天的人才，而要應對的是明天的挑戰。所以，我們的課程教學改革從實際需要出發，立足于本專業，教學方法和實驗內容都緊跟時代要求，教學過程中有意識地將改革貫穿到教學實踐的每一個環節，使教學改革取得了顯著實效。

　　參考文獻：

　　[1]楊常松,陳海秀,李遠祿.光電測試技術教學改革的探討[J].科技信息(博士專家論壇),2009,7-7.

　　[2]于雪蓮,顧國華.《光電子技術》教學方法的探討[J].高教論壇,2009,（9）77-81.

　　[3]江文杰,曾學文,施建華.《光電技術》課程建設的探索與實踐[J].高等教育研究學報,2009,32（4）43-45.

　　[4]江文杰,曾學文,林亞風.利用人眼生理視覺特性提高多媒體教學效果[J].高等教育研究學報,2005,(2).

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