光電課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革探索

沈耀國(guó) 吳 琳

（閩江學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院，福建 福州 350108）

1 教改背景

光電產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)在科技發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，福建是光電產(chǎn)業(yè)的大省，閩江學(xué)院是服務(wù)本地的一所應(yīng)用型本科大學(xué)，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為福建省的光電產(chǎn)業(yè)發(fā)展輸送了大量?jī)?yōu)秀人才， 參加本省的光電產(chǎn)業(yè)建設(shè)。電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是一門應(yīng)用型學(xué)科，專業(yè)要求培養(yǎng)具備光電子、物理電子領(lǐng)域?qū)捄竦膶I(yè)知識(shí)和較強(qiáng)的實(shí)踐技能與工程實(shí)踐能力及一定的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，能勝任光電子材料與器件以及光電子系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、集成、開發(fā)及系統(tǒng)維護(hù)與調(diào)試的高級(jí)工程技術(shù)人才。光電課程設(shè)計(jì)是該專業(yè)重要的一門實(shí)踐課程，用來(lái)專業(yè)人才培養(yǎng)和專業(yè)發(fā)展服務(wù)。 目前專業(yè)的光電課程設(shè)計(jì)分為兩部分課程，“光電課程設(shè)計(jì)1” 的教學(xué)為光學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M，“光電課程設(shè)計(jì)2”的教學(xué)內(nèi)容為L(zhǎng)ED 封裝實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)部分的課程無(wú)法涵蓋專業(yè)的大量基礎(chǔ)電路課程，與基礎(chǔ)電路課程產(chǎn)生脫鉤情況，如比較重要的電路分析基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字邏輯電路、信號(hào)與系統(tǒng)等課程， 是專業(yè)要求中光電子系統(tǒng)部分內(nèi)容的缺失，因此探索一種新模式的光電課程設(shè)計(jì)課程教學(xué)方式對(duì)本專業(yè)的發(fā)展有重要的意義。

光電產(chǎn)業(yè)是21 世紀(jì)最具魅力的產(chǎn)業(yè)之一， 是未來(lái)國(guó)家建設(shè)強(qiáng)大國(guó)力的基石。 截至2019 年12 月31日，福州地區(qū)共有200 多家光電企業(yè)，涵蓋光電組件、光電顯示、光通信、激光器及激光應(yīng)用四大行業(yè)領(lǐng)域，主要集聚在鼓樓福州軟件園、 福清融僑經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、倉(cāng)山金山工業(yè)區(qū)、馬尾經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、福州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)、閩侯鐵嶺工業(yè)區(qū)、晉安福興投資區(qū)。 目前光電產(chǎn)業(yè)人才稀缺，各類光電類設(shè)計(jì)工程師都有很大需求。福州的光電產(chǎn)業(yè)是發(fā)展的重心，對(duì)相關(guān)光電人才需求量大。然而，目前的光電課程設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)仿真和LED 制備為主，未能鍛煉學(xué)生的光電綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)與電路硬件設(shè)計(jì)能力。通過(guò)課程改革，讓學(xué)生具備相關(guān)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力，提高競(jìng)爭(zhēng)力，強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)自信心，為步入社會(huì)實(shí)現(xiàn)人生價(jià)值做好充足準(zhǔn)備。

本文在光電課程設(shè)計(jì)的課程改革中，采用了多元化、立體化、彈性化的新教學(xué)方法，結(jié)合光電子競(jìng)賽、全國(guó)電子競(jìng)賽、工程訓(xùn)練大賽等比賽項(xiàng)目，大大的豐富了課程的內(nèi)容，對(duì)接各類比賽，提高課程的目的性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和欲望，化被動(dòng)為主動(dòng)，主動(dòng)的去獲取學(xué)習(xí)資料，獲得積極的教學(xué)成果。

2 教學(xué)改革內(nèi)容和方案

2.1 緊扣培養(yǎng)方案的目標(biāo)，修改課程設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，突出實(shí)踐性、綜合性

針對(duì)培養(yǎng)方案中光電課程設(shè)計(jì)實(shí)踐性與綜合性不強(qiáng)的現(xiàn)狀，從圖1 可以看出，當(dāng)前的光電課程設(shè)計(jì)僅僅圍繞專業(yè)課程群中的某一些課程來(lái)開展，無(wú)法涵蓋大部分專業(yè)基礎(chǔ)課。 圖1（a）顯示了目前培養(yǎng)方案中，光電課程設(shè)計(jì)所處的位置，該門課無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。 經(jīng)過(guò)改革，筆者的目標(biāo)是將該課程變成一個(gè)綜合的光電設(shè)計(jì)系統(tǒng)， 與專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課形成一個(gè)相互支撐的閉環(huán)，如圖1（b）所示。這樣的光電課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，糅合了專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課兩方面的知識(shí)，進(jìn)一步加強(qiáng)了專業(yè)基礎(chǔ)課中對(duì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，彌補(bǔ)了以前課程內(nèi)容的短板。

圖1 專業(yè)課與光電課程設(shè)計(jì)關(guān)系對(duì)比圖

綜合分析了近幾屆的各類大學(xué)生比賽項(xiàng)目，篩選出智能小車和無(wú)人飛行器兩大類實(shí)踐項(xiàng)目，比賽項(xiàng)目在光電競(jìng)賽、電子競(jìng)賽和工程訓(xùn)練大賽中都有相關(guān)項(xiàng)目，這兩個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)性和綜合性強(qiáng)，能有助于學(xué)生實(shí)踐水平的提高。 項(xiàng)目可以簡(jiǎn)單又可以復(fù)雜化，簡(jiǎn)單的要求只要能實(shí)現(xiàn)基本功能即可，可以移動(dòng)，能執(zhí)行簡(jiǎn)單的指令；復(fù)雜的要求是執(zhí)行特定的功能，實(shí)現(xiàn)智能化。 還可以進(jìn)一步的研究，與畢業(yè)設(shè)計(jì)掛鉤，對(duì)算法和特定的功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，能有創(chuàng)造性的實(shí)現(xiàn)特定的功能。

項(xiàng)目又可細(xì)分為電源類、電機(jī)驅(qū)動(dòng)類、傳感器使用、攝像機(jī)機(jī)器視覺(jué)類四個(gè)小類功能，不同的功能對(duì)學(xué)生的要求不同，可以分組完成，也可統(tǒng)一完成，對(duì)四類功能的多元化組合， 可形成各類不同設(shè)計(jì)思路，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主能動(dòng)性， 發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，使課程更具有趣味性和研究性， 更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，最后可以評(píng)選最佳的設(shè)計(jì)作品，完成升華。

2.2 改變課程的教學(xué)方式和方法，搭建學(xué)習(xí)平臺(tái)

在實(shí)踐課中要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用， 實(shí)現(xiàn)“規(guī)定”和“自選”并舉，體現(xiàn)“以人為本、因材施教”，使學(xué)生能積極的參加實(shí)踐項(xiàng)目選擇，教師把實(shí)踐項(xiàng)目分解，形成不同的功能模塊形式，而模塊存在獨(dú)立的可應(yīng)用的獨(dú)立功能，通過(guò)學(xué)生的不同分組要求，實(shí)現(xiàn)各自的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，最終檢驗(yàn)功能的完成情況，滿足課程的驗(yàn)收要求。 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累，保留學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果，教師組織搭建課內(nèi)的實(shí)踐平臺(tái)，完善平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)條件，打造光電課程設(shè)計(jì)的完備環(huán)境，為學(xué)生的課程設(shè)計(jì)和發(fā)明創(chuàng)造提供良好的平臺(tái)條件，以吸納更多的優(yōu)質(zhì)資源。

光電技術(shù)的應(yīng)用性強(qiáng)， 在生活實(shí)踐中經(jīng)常使用，把光電技術(shù)拆分成小型電路， 添加使用的傳感器，非常適合學(xué)生的實(shí)踐性教學(xué)。 學(xué)生通過(guò)分析項(xiàng)目的要求，驗(yàn)證方法的可行性，設(shè)計(jì)電路圖，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅髂K，設(shè)計(jì)和完成整改電路的搭建和調(diào)試，綜合了多門學(xué)科的專業(yè)知識(shí)， 涉及硬件和軟件的多方面知識(shí)，綜合培養(yǎng)學(xué)生的能力。 課程設(shè)計(jì)以分組的形式進(jìn)行，結(jié)合采用科研課題的模式，可以更加有效的組織學(xué)生，學(xué)生每4~6 人為一個(gè)小組，由小組組織成員討論共同確定項(xiàng)目的實(shí)施方案，采用分工合作的方式來(lái)完成，每組選出一個(gè)組長(zhǎng)，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)監(jiān)督組內(nèi)成員各自進(jìn)展，定期組織組內(nèi)問(wèn)題討論，并歸納總結(jié)問(wèn)題原因和進(jìn)一步實(shí)施方案，教師按照各自的分工安排分配任務(wù)，最后撰寫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告，參與項(xiàng)目成果的演示和講解，通過(guò)教師的評(píng)比來(lái)確定課程的成績(jī)。

3 課內(nèi)課外聯(lián)動(dòng)，堅(jiān)持可持續(xù)性培養(yǎng)

3.1 依據(jù)大學(xué)生電類競(jìng)賽，探索可持續(xù)發(fā)展新模式

通過(guò)搭建新模式的課外光電比賽平臺(tái)，提供學(xué)生參與實(shí)踐的渠道， 增強(qiáng)平臺(tái)的影響力， 搭建教學(xué)團(tuán)隊(duì)，教師線下繼續(xù)參加學(xué)生培養(yǎng)，不定期檢測(cè)學(xué)生實(shí)踐成果，提供一定的設(shè)備支持，組織學(xué)生報(bào)名參加光電學(xué)習(xí)平臺(tái)，對(duì)比賽有興趣的，都可進(jìn)入團(tuán)隊(duì)到相關(guān)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)習(xí)。 根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備等基礎(chǔ)條件，在根據(jù)需求購(gòu)置一些傳感器模塊，如紅外線傳感器、超聲波傳感器、激光雷達(dá)等，鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)模塊，深入了解模塊的原理，在使用模塊的時(shí)候能更好的發(fā)揮其功能，為學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力提供了有利的條件。在此基礎(chǔ)下，成立“光電愛(ài)好者團(tuán)隊(duì)”，吸納一定的低年級(jí)學(xué)生，以老生帶新生的循環(huán)模式，形成一定的規(guī)模效應(yīng)，提供場(chǎng)地和儀器，鼓勵(lì)老生向新生授課，形成良性發(fā)展。 積極組織學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生光電設(shè)計(jì)競(jìng)賽、福建省光電設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等，并鼓勵(lì)有能力的學(xué)生申請(qǐng)參與“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)創(chuàng)造訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”，通過(guò)學(xué)生和教師的合作，使學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力得到進(jìn)一步鍛煉和提高。

3.2 加強(qiáng)光電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題，體現(xiàn)其實(shí)踐創(chuàng)新性

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)不應(yīng)該只停留在課堂上，對(duì)有興趣的學(xué)生加強(qiáng)課外的聯(lián)系， 加強(qiáng)與畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題關(guān)聯(lián)，在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上更加深入的研究，結(jié)合比賽的要求實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，查找文獻(xiàn)，在程序、硬件上尋求創(chuàng)新點(diǎn)， 用更簡(jiǎn)單的方法去實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，更加注重基礎(chǔ)電路的理解， 提高動(dòng)手設(shè)計(jì)電路的能力，減少模塊化的商業(yè)樣品的使用，堅(jiān)持原創(chuàng)性和獨(dú)創(chuàng)性， 更能從底層基礎(chǔ)邏輯上去了解電路的結(jié)構(gòu)，從而提高水平和能力， 這也更加符合畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)而要求設(shè)計(jì)的選題，要體現(xiàn)出科學(xué)性、實(shí)踐性、綜合性和創(chuàng)新性。 鼓勵(lì)有能力的學(xué)生通過(guò)申請(qǐng)，由教師認(rèn)定提前進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)流程，通過(guò)討論結(jié)合自身的研究方向，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告，通過(guò)畢業(yè)小組教師認(rèn)證，進(jìn)入設(shè)計(jì)階段。

4 結(jié)語(yǔ)

光電課程設(shè)計(jì)是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門必修課，課程涉及電子、光電、傳感器等學(xué)科，是一門綜合類的實(shí)踐課程，根據(jù)專業(yè)建設(shè)的要求，在“新工科”的背景下，綜合考察了光電類產(chǎn)業(yè)的需求，契合大學(xué)生光電設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、工程訓(xùn)練大賽等比賽內(nèi)容，課內(nèi)改革多元化、立體化、彈性化的新教學(xué)方式，組建專業(yè)的教師團(tuán)隊(duì)時(shí)時(shí)跟進(jìn)，監(jiān)控學(xué)生實(shí)踐進(jìn)度，參與項(xiàng)目討論，并建設(shè)課內(nèi)實(shí)踐平臺(tái)，組織“光電愛(ài)好者團(tuán)隊(duì)”，課外聯(lián)系課內(nèi)，可持續(xù)的發(fā)展，為各類大賽輸送優(yōu)秀的學(xué)生，提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，分析問(wèn)題的能力，具備解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并與社會(huì)光電產(chǎn)業(yè)接軌， 最終目標(biāo)是培養(yǎng)具備光電子、物理電子領(lǐng)域?qū)捄竦膶I(yè)知識(shí)和較強(qiáng)的實(shí)踐技能與工程實(shí)踐能力及一定的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，能勝任光電子材料與器件以及光電子系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、集成、開發(fā)及系統(tǒng)維護(hù)與調(diào)試的高級(jí)工程技術(shù)人才。