光電類專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

李雷 劉海

摘要：針對工程教育體系下礦業(yè)院校光電類專業(yè)課程建設(shè)，從課程教學(xué)特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合可利用教學(xué)資源，討論了該類課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建，形成了連貫一致的、合理的包含實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、實(shí)習(xí)的一體化體系。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；工程教育專業(yè)認(rèn)證；光電子；專業(yè)課程

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）24-0254-02

隨著工程教育專業(yè)認(rèn)證在我國高校工科教育中的推行，工科專業(yè)畢業(yè)生所需達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求越來越貼合社會需要和生產(chǎn)實(shí)踐，這對包括光電類專業(yè)（或方向）在內(nèi)的工科實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系提出了更高的要求，既要努力緊跟技術(shù)的最新發(fā)展，又要有效提升學(xué)生的動手能力[1，2]。本文以我校光電類專業(yè)課程建設(shè)為例，從光電類專業(yè)課程的教學(xué)特點(diǎn)出發(fā)，嘗試打通不同課程壁壘，結(jié)合可利用教學(xué)資源，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、實(shí)習(xí)的一體化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系。

一、光電類專業(yè)課程的教學(xué)特點(diǎn)

光電子技術(shù)涵蓋應(yīng)用廣泛，諸如光纖通信、光電檢測/傳感、成像顯示、光伏照明等，本身即為支撐現(xiàn)代社會信息科技必不可少的前沿技術(shù)，也迫切需要大量扎實(shí)掌握光電理論知識和光機(jī)電算工程設(shè)計(jì)的復(fù)合應(yīng)用型人才。近年來許多高校先后開設(shè)與光電子相關(guān)的專業(yè)或?qū)I(yè)方向，但受客觀辦學(xué)條件和主觀重視程度的影響，各個院校的光電子專業(yè)（方向）發(fā)展參差不齊，尤其突出的是實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)嚴(yán)重不足。

這種狀況與光電類專業(yè)課程的教學(xué)特點(diǎn)密不可分，而這些特點(diǎn)又源于光電子技術(shù)本身具有理論基礎(chǔ)要求高、專業(yè)知識更新快、實(shí)踐應(yīng)用范圍廣等特征。首先，光電類專業(yè)課程所講授的理論知識晦澀繁雜。在課堂教學(xué)中，需要學(xué)生理解的概念知識圍繞電子和光子的特性和行為，很多都是微觀的難以觀察的，甚至有些到今天為止仍是假設(shè)，并結(jié)合電磁理論、半導(dǎo)體物理和量子力學(xué)，學(xué)習(xí)過程極易陷入困惑迷霧狀態(tài)，更無法實(shí)驗(yàn)論證。其次，光電類專業(yè)課程需涉及的技術(shù)應(yīng)用更新飛速。僅僅依靠教材內(nèi)容，甚至靠教師補(bǔ)充一些拓展應(yīng)用，按年度增添教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)難以覆蓋和跟上層出不窮的新技術(shù)和前沿成果。最后，光電類專業(yè)課程應(yīng)提供的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐費(fèi)用不菲。光電儀器往往比較精密，處理線度在微米到亞微米甚至納米級，因而購置費(fèi)用高且維護(hù)要求高，大面積開設(shè)實(shí)驗(yàn)課與實(shí)踐設(shè)計(jì)活動，需要足夠的經(jīng)費(fèi)投入。

二、構(gòu)建實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、實(shí)習(xí)的一體化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系

（一）依據(jù)不同課程特點(diǎn)，以演示實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)踐/設(shè)計(jì)輔助課堂教學(xué)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)實(shí)踐體系連貫性

光電類專業(yè)課程所要講授的理論知識往往晦澀繁雜，僅靠教師在課堂上的講解和推演，大多數(shù)學(xué)生難以迅速理解和掌握，而借助“互聯(lián)網(wǎng)+”下興起的慕課、微課、實(shí)驗(yàn)視頻等教學(xué)手段，幫助學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課堂演示和課后復(fù)習(xí)，效果良好。我校光電類專業(yè)課程具有一定的連貫性，特別是大學(xué)三年級到四年級上學(xué)期，依次開設(shè)《激光原理與技術(shù)》、《光電子技術(shù)》、《光電檢測技術(shù)》、《微波技術(shù)》等[3]，這些課程從光電物理基礎(chǔ)、各類光電技術(shù)到各種光電應(yīng)用，教學(xué)內(nèi)容上本身就是由物理底層到應(yīng)用上層而成體系的，因而很容易打通不同課程，在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐上實(shí)現(xiàn)連貫一致的內(nèi)容安排。

《激光原理與技術(shù)》等涉及光電物理基礎(chǔ)的課程（即專業(yè)基礎(chǔ)課/主干課），實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的內(nèi)容上主要是驗(yàn)證物理原理，而具體方法則是以演示實(shí)驗(yàn)、課程調(diào)研為主。課堂演示實(shí)驗(yàn)利用我校光電子實(shí)驗(yàn)室的“半導(dǎo)體泵浦激光原理與技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”進(jìn)行，通過錄制演示實(shí)驗(yàn)視頻、篩選部分學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，向他們展示激光產(chǎn)生的過程，通過親手調(diào)試感受光電系統(tǒng)的精密操作。課外實(shí)踐即采用課程調(diào)研方式，布置與激光原理與應(yīng)用相關(guān)的題目，讓學(xué)生自己借助網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)資源數(shù)據(jù)庫，如網(wǎng)上搜索引擎、我校圖書館購置的中文和外文數(shù)據(jù)庫等，進(jìn)行知識檢索和應(yīng)用探索?！豆怆娮蛹夹g(shù)》、《光電檢測技術(shù)》、《微波技術(shù)》等課程涉及各種光電應(yīng)用（專業(yè)選修課/限選課），實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的內(nèi)容上主要是掌握技術(shù)應(yīng)用，而具體方法則是以課外設(shè)計(jì)、綜合實(shí)踐為主。其中特別注意適應(yīng)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新精神培養(yǎng)和創(chuàng)新方法訓(xùn)練，在《激光原理與技術(shù)》等課程中已掌握的基本物理原理和器件設(shè)備操作基礎(chǔ)上，要結(jié)合各種光電子技術(shù)，敢于使用、勇于探索，如《光電檢測技術(shù)》課程中，配合課堂內(nèi)容，我們采購了各種光電檢測器件，無償提供給學(xué)生，以完成光電檢測應(yīng)用相關(guān)的多個光電系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和實(shí)物制作，極大地提高了學(xué)生的實(shí)踐水平。

（二）打通不同課程壁壘，以各類實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、平臺支撐專業(yè)綜合實(shí)踐，完善實(shí)驗(yàn)實(shí)踐體系綜合性

擺在光電類專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)上的最大困難，就是硬件設(shè)備、器件的供給與維護(hù)?？紤]到人力物力的短缺，采用多門光電類專業(yè)課程對應(yīng)一門專業(yè)綜合實(shí)踐課程的方案，則更切實(shí)際和更加可行。具體實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置，主要是采購現(xiàn)成的教學(xué)儀器設(shè)備，同時(shí)考慮到未來專業(yè)發(fā)展，所購置設(shè)備盡量滿足模塊化、易組合、可替換、可綜合等要求，并采用了綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備（平臺或系統(tǒng)）為主、特殊和精密設(shè)備（儀器或裝置）為輔的方案。主要購置了“半導(dǎo)體泵浦激光原理與技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”、“光纖信息與光通信綜合實(shí)驗(yàn)平臺”、“光電技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”、“半導(dǎo)體/微電子工藝測試實(shí)驗(yàn)平臺”、“電磁場基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺”等，可以涵蓋激光原理、光纖通信、光電信息、光電檢測與成像、電磁波與微波等光電子的主要領(lǐng)域，同時(shí)，還配置了“大功率氦氖氣體激光器”、“電光調(diào)制裝置”、“光譜分布實(shí)驗(yàn)裝置”、“發(fā)光角特性實(shí)驗(yàn)裝置”、“光偏振實(shí)驗(yàn)裝置”、“少子壽命測試”、“四探針測試儀”、“鎖相放大器”等，用于擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)支撐范圍。

（三）彌合不同課程縫隙，以校企合作模式建設(shè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)踐基地，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐體系合理性

光電類專業(yè)課程的課堂教學(xué)內(nèi)容雖然成體系，但偏重于理論知識，對于實(shí)踐應(yīng)用和動手能力僅是有所涉及，而專業(yè)綜合實(shí)踐也無法做到緊跟社會發(fā)展和應(yīng)用更新，因而需要社會力量特別是高技術(shù)光電企業(yè)的參與。我們目前已與天津拓普、北京杏林睿光、大恒新紀(jì)元、江煤集團(tuán)等企業(yè)建立合作關(guān)系，每年暑期安排學(xué)生進(jìn)行為期20天的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，在實(shí)習(xí)中，學(xué)生可以深入企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理、企業(yè)文化等諸多方面，親身參與光電傳感等設(shè)備、安全監(jiān)控等系統(tǒng)的生產(chǎn)過程，彌補(bǔ)課堂、實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的欠缺。

三、結(jié)論

緊密貼合工程教育認(rèn)證體系，構(gòu)建連貫、一致、合理的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、實(shí)習(xí)的一體化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系，需從多方面入手：（1）以演示實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)踐/設(shè)計(jì)輔助專業(yè)課程的課堂教學(xué)；（2）以各類實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、平臺支撐專業(yè)綜合實(shí)踐；（3）以校企合作模式建設(shè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)踐基地。

參考文獻(xiàn)：

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[2]熊鐵軍，酈文忠，黃凱.光電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2017，（34）：270-271.

[3]李雷，劉海，張勝，等.從光電子方向談弱勢學(xué)科的專業(yè)課程結(jié)構(gòu)設(shè)置[J].教育教學(xué)論壇，2017，（20）：92-93.