光電專業(yè)實驗教學(xué)改革研究

高來勖等

摘要： 本文基于對我校光電專業(yè)實驗教學(xué)進(jìn)行的研究與探索，從課程設(shè)置、實驗內(nèi)容與實驗室開放幾個方面進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的改革措施。結(jié)合我們在實際實驗教學(xué)中所進(jìn)行的一些探索，希望可以給光電專業(yè)的教與學(xué)帶來益處。

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)；教學(xué)改革；創(chuàng)新

實驗教學(xué)是高等學(xué)校教育中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要手段，是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。諸多高校都認(rèn)識到實驗教學(xué)在教學(xué)中的重要性，在這方面進(jìn)行了大量的研究。在中國知網(wǎng)上搜索實驗教改等相關(guān)關(guān)鍵詞，發(fā)現(xiàn)實驗教改類文章近年來數(shù)量快速遞增，由此也從一個方面反映出高校及高校教師們對實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的重視。光電專業(yè)是我校的工科專業(yè)，理論性較強，實驗課程的設(shè)置與教學(xué)尤其重要，本文對我校光電專業(yè)的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行一些研究。

一、光電專業(yè)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

（一）實驗課程設(shè)置

光電專業(yè)培養(yǎng)具備光電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識、具有跟蹤領(lǐng)域內(nèi)前沿知識的能力、能從事光纖技術(shù)、激光技術(shù)、光電檢測技術(shù)和光電領(lǐng)域的科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)及管理等方面工作的工程技術(shù)人才。采取基礎(chǔ)加專業(yè)的培養(yǎng)方式，主要有理論教學(xué)、創(chuàng)業(yè)教育和實踐教學(xué)三個環(huán)節(jié)。

其中的實踐教學(xué)包括電路、C語言程序設(shè)計、單片機原理與應(yīng)用、微機原理等課程中設(shè)有的實驗課；接口實驗、大學(xué)物理實驗、光電技術(shù)實驗等獨立實驗課程。實驗課程的設(shè)置依舊從屬于理論課程，實驗課都是在相關(guān)理論課講授后進(jìn)行。而且，大多數(shù)的實驗都是為驗證理論而設(shè)置的，屬于驗證性或演示性實驗。這樣就使得實驗教學(xué)成了理論教學(xué)的輔助手段，也導(dǎo)致學(xué)生重理論而輕實驗。

（二）實驗課程內(nèi)容更新慢，實驗設(shè)備陳舊

科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，光電專業(yè)知識更新較快，而光電專業(yè)實驗課程內(nèi)容沒有及時更新，很多實驗項目比較陳舊，造成學(xué)生的實驗經(jīng)驗無法用于實際應(yīng)用。光電專業(yè)的一些如涉及衍射、干涉等光學(xué)基礎(chǔ)理論的實驗，是光學(xué)的經(jīng)典實驗，歷久彌新。但一些如傳感、檢測等新技術(shù)的實驗，就須要與時俱進(jìn)，與實際應(yīng)用相銜接?？茖W(xué)前沿領(lǐng)域的知識應(yīng)多融入我們的實驗內(nèi)容，實驗盡量與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展保持同步，這也應(yīng)是我們努力的方向。

光電專業(yè)實驗設(shè)備相對昂貴，導(dǎo)致了實驗設(shè)備的更新滯后于應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，對人才的培養(yǎng)與社會的需求脫節(jié)。目前大多數(shù)實驗設(shè)備生產(chǎn)廠商追求實驗儀器的集成化、操作簡便化，提供的產(chǎn)品多是“黑盒子”的“實驗箱”，這正與培養(yǎng)目標(biāo)背道而馳。使用“實驗箱”做實驗，學(xué)生即便還未很好地理解理論知識、實驗原理，僅按講義說明，通過簡單的插拔接線就可以完成實驗。這種實驗，很難在學(xué)生頭腦中留下印象，其教學(xué)效果可想而知。

（三）綜合性實驗少，開放性差

實驗內(nèi)容多為理論驗證和演示實驗，缺乏學(xué)生發(fā)揮主觀能動性的綜合性實驗，實驗教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所掌握的理論知識去解決實際問題的能力，驗證性實驗和演示性實驗無法實現(xiàn)這種能力的培養(yǎng)。學(xué)生在實驗課上在意的是實驗結(jié)果，而不重視過程，不須要去思考實驗中所考察的理論知識。這種以驗證性和演示性實驗為主的實驗室即便開放，也無法吸引學(xué)生們自主學(xué)習(xí)。這需要我們在實驗課程內(nèi)容和項目上進(jìn)行設(shè)計，開設(shè)有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識的綜合性實驗或設(shè)計性實驗。

二、關(guān)于光電專業(yè)實驗教學(xué)改革的建議

（一）實驗體系的建立

按照光電專業(yè)課程的設(shè)置與相互關(guān)聯(lián)，對相應(yīng)的理論課程和實驗課程進(jìn)行分類、統(tǒng)籌安排。比如應(yīng)用光學(xué)、物理光學(xué)類的專業(yè)基礎(chǔ)課程，光纖通信、光電檢測的專業(yè)技術(shù)類課程。將實驗教學(xué)內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)實驗、綜合性實驗、研究創(chuàng)新性實驗三個方面。這三方面的教學(xué)內(nèi)容循序漸進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)實驗技能，掌握分析測試能力，提高學(xué)生的科學(xué)研究能力，激活學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

基礎(chǔ)實驗知識和基礎(chǔ)實驗技能是開展科學(xué)研究、科學(xué)創(chuàng)造的基礎(chǔ)。注重學(xué)生對基礎(chǔ)實驗知識的掌握，將理論知識融入實驗原理與方法中，如“光的干涉、衍射“等基礎(chǔ)實驗。強化基礎(chǔ)實驗技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗操作習(xí)慣，對基礎(chǔ)實驗內(nèi)容、實驗知識、實驗技能的綜合應(yīng)用能力。

綜合性實驗以“設(shè)計——搭建或制備——測試”為主線，以光電專業(yè)特色為基礎(chǔ)，學(xué)生參與實驗設(shè)計為前提，教師指導(dǎo)為保障，開設(shè)有特色的綜合實驗。比如“光學(xué)薄膜的制備實驗”“光電檢測技術(shù)類實驗”。真正體現(xiàn)出實驗的綜合性，使學(xué)生綜合設(shè)計的實踐能力得到真正的鍛煉和培養(yǎng)。

創(chuàng)新性實驗以學(xué)生為主體，教師作為輔助指導(dǎo)的開放式實驗教學(xué)模式，分為課程內(nèi)研究性實驗、非課程研究性學(xué)習(xí)和課外創(chuàng)新實踐等形式。比如“表面等離子體共振實驗系統(tǒng)的搭建與測試”實驗。引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，樂于創(chuàng)新，給學(xué)生留有自由發(fā)揮的空間，從而擺脫按部就班的實驗?zāi)Ｊ?，提高了學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新意識。

（二）實驗教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變

實驗教學(xué)不應(yīng)完全依附于理論教學(xué)，而應(yīng)有獨立的實驗教學(xué)體系。實驗課程的設(shè)置應(yīng)根據(jù)整體的實驗培養(yǎng)計劃安排，而不是根據(jù)理論教學(xué)的需要進(jìn)行。光電新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，因此要對現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容及時更新。補充近些年出現(xiàn)的、已實際應(yīng)用的新技術(shù)，刪減落后淘汰的知識內(nèi)容。更新相應(yīng)的實驗設(shè)備，使實驗教學(xué)手段的發(fā)展跟上社會實際應(yīng)用。

（三）建立開放實驗室的管理制度

實驗室開放已成為實驗教學(xué)改革和現(xiàn)代實驗室管理的基本要求。實驗室開放的形式多樣，不僅是時間和空間的開放，更重要的是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)理念的開放。實驗室開放是自主學(xué)習(xí)方式的基礎(chǔ)，在開放的實驗環(huán)境中，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好、專業(yè)擅長等特點來選擇實驗內(nèi)容，體驗實驗的快樂。體現(xiàn)了以學(xué)生發(fā)展為本、教育人性化和學(xué)習(xí)個性化的教育教學(xué)理念，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)潛力的發(fā)揮，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和人才的個性化發(fā)展。

實驗室開放后，由于開放內(nèi)容的多樣性和時間的不確定性，須要修改和完善開放實驗室管理制度。例如實驗室安全、衛(wèi)生制度、學(xué)生實驗考核制度、實驗室儀器設(shè)備領(lǐng)用和外借制度等；各種檔案資料的管理，包括實驗室的開放時間、開放人數(shù)、開放內(nèi)容、可使用的儀器等。

三、實驗教學(xué)改革中的探索

我們在長期的課堂教學(xué)與實驗教學(xué)的過程中，逐漸總結(jié)經(jīng)驗，探索教學(xué)改革道路。按照鍛煉學(xué)生實踐動手能力和激發(fā)學(xué)生想象力、創(chuàng)造力的理念，設(shè)計并制作了一些光電實驗裝置，例如水流導(dǎo)光實驗系統(tǒng)、碼盤測電機轉(zhuǎn)速、籠式光電實驗系統(tǒng)等。水流導(dǎo)光實驗系統(tǒng)涵蓋了眾多的光電實驗，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換、光纖全反射、光纖傳感，無線測距等項目。學(xué)生們可以基于Arduino控制器進(jìn)行編程，實現(xiàn)電路、光學(xué)的若干實驗項目。籠式光電實驗系統(tǒng)是基于籠式光學(xué)調(diào)整架進(jìn)行搭建的一系列光電實驗。籠式光學(xué)調(diào)整架是經(jīng)過巧妙設(shè)計的“積木”，可以自由發(fā)揮學(xué)生想象力、創(chuàng)造力，自由組合成各個實驗系統(tǒng)，例如單縫、圓孔衍射，雙縫干涉，邁克爾遜干涉，平行光管甚至是復(fù)雜的光鑷系統(tǒng)。通過開放實驗室的形式，學(xué)生可以通過自己的雙手親自搭建實驗來驗證所學(xué)的理論知識，也可以自由發(fā)揮創(chuàng)造力去搭建系統(tǒng)。實驗時每個光學(xué)元件的作用、每個光學(xué)調(diào)整架的選擇、每一個光路的設(shè)計、每一個目標(biāo)的實現(xiàn)，都會給學(xué)生一定的啟發(fā)。

實驗教學(xué)改革任重而道遠(yuǎn)，須要不斷總結(jié)，不斷完善。我們立足于本校光電專業(yè)的實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)實際應(yīng)用，不斷探索教學(xué)改革，積極發(fā)揮實驗教學(xué)對高素質(zhì)、創(chuàng)新人才培養(yǎng)的作用。

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編輯∕高 偉