“光電探測與信號處理”課程實踐教學(xué)設(shè)計

左緒忠 郭明磊 劉念 何恩節(jié) 楊秋云

摘?要：LED封裝作為“光電探測與信號處理”課程中一個重要的實踐內(nèi)容，通過對其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)反哺和教學(xué)評價環(huán)節(jié)進行設(shè)計，優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，更新了教學(xué)理念，豐富了教學(xué)環(huán)節(jié)，增強了教學(xué)效果，提升了課堂效率。這一實踐教學(xué)設(shè)計的執(zhí)行實現(xiàn)了理論與生產(chǎn)實踐的深度融合，加深了學(xué)生對理論知識的認知，有效地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了嚴謹?shù)淖黠L(fēng)和科學(xué)的態(tài)度，為以后畢業(yè)設(shè)計打下一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：光電探測與信號處理；LED封裝；生產(chǎn)實踐；教學(xué)反哺

Practical?Teaching?Design?for?the?Course

of?Optoelectronic?Detection?and?Signal?Processing

—Taking?LED?Packaging?as?an?Example

Zuo?Xuzhong?Guo?Minglei?Liu?Nian?He?Enjie?Yang?Qiuyun

Department?of?Electrical?and?Electronic?Engineering，Anhui?Science?and?Technology?University?AnhuiBengbu?233030

Abstract：LED?packaging?is?an?important?practical?content?in?the?course?of?Optoelectronic?Detection?and?Signal?Processing.By?designing?its?teaching?content，teaching?process，teaching?feedback，and?teaching?evaluation，the?teaching?content?has?been?optimized，the?teaching?philosophy?has?been?updated，the?teaching?process?has?been?enriched，the?teaching?effect?has?been?enhanced，and?the?classroom?efficiency?has?been?improved.The?implementation?of?this?practical?teaching?design?has?achieved?a?deep?integration?of?theory?and?production?practice，deepened?students'?understanding?of?theoretical?knowledge，effectively?improved?their?learning?enthusiasm，cultivated?a?rigorous?style?and?scientific?attitude，and?laid?a?certain?foundation?for?future?graduation?projects.

Keywords：Photoelectric?Detection?and?Signal?Processing；LED?packaging；Production?practice；Teaching?feedback

從本科人才培養(yǎng)角度看，“光電探測與信號處理”是我校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)基礎(chǔ)課程群和專業(yè)方向課程群的核心銜接課程之一。該課程不僅具備較強的理論性，可為學(xué)生的專業(yè)方向?qū)W習(xí)夯實理論基礎(chǔ)，同時它還是一門應(yīng)用型學(xué)科，具有很強的實踐性和操作性。因此光電探與信號處理實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面就顯和尤為重要，課程體系中蘊含以高頻光信號作為信息載體的信號過濾、探測、傳輸與處理的關(guān)鍵技術(shù)手段。通過光電探測與信號處理理論與實踐課程的有序安排和開展，使光電信息科學(xué)與工程及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生充分認識到光電探測及信號處理的重要性，為未來從事相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)與科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)，最終使學(xué)生能夠勝任光電探測、復(fù)雜信號處理、信息顯示、電子技術(shù)及其相近領(lǐng)域內(nèi)的研究、設(shè)計、制造、開發(fā)及管理等工作。

“光電探測與信號處理”理論教學(xué)內(nèi)容主要包含光電探測基礎(chǔ)、點探測器、直接探測與間接探測、光電成像以及信號檢測理論。教學(xué)內(nèi)容相對較多，知識點的難度相對較大，理論深度相對較高，學(xué)生對該課程理論知識的把握如果只停留在課本上，則在很大程度上限制了學(xué)生對該課程的理解能力。因此，探究合適的課程實踐內(nèi)容并對其進行科學(xué)合理的教學(xué)設(shè)計，將在很大程度上有助于提升理論聯(lián)系實際能力［1］。LED封裝作為“光電探測與信號處理”課程中的一個重要實踐內(nèi)容，課程組成員在教學(xué)實踐環(huán)節(jié)上不斷對其進行教學(xué)設(shè)計，在很大程度上培養(yǎng)了學(xué)生對課程理論知識的理解，同時鍛煉了實踐能力。

1?課程實踐教學(xué)現(xiàn)狀

1.1?教學(xué)內(nèi)容相對單一

該課程的實踐教學(xué)主要體現(xiàn)在課程實驗和課程設(shè)計上，其中課程實驗占據(jù)了90%的課程實踐內(nèi)容，而且在一個完整的教學(xué)周期下，需要在18個學(xué)時內(nèi)完成20個實驗，而且部分實驗內(nèi)容有相互重疊的地方。按照一次實驗課有3個學(xué)時來計算，就意味著一次實驗課需要完成3～4個實驗，換而言之，就是在45分鐘內(nèi)完成一個實驗項目，而這種實驗項目通常情況下只需要在教師的講解和演示下，學(xué)生就可以按照步驟執(zhí)行。同時，短時間內(nèi)完成一個實驗項目，在一定程度上很難拓寬實踐內(nèi)容，從而導(dǎo)致了一個實驗所對應(yīng)的實踐內(nèi)容相對單一的現(xiàn)狀。同時，一個實驗項目可能只含有一到兩個理論原理，而且在現(xiàn)有的實驗學(xué)時安排下，通常一周只集中開展一次實驗課，因此這種斷檔式實踐教學(xué)環(huán)節(jié)加劇了內(nèi)容單一的實踐教學(xué)在整個課程教學(xué)過程的理論和實踐之間的割裂。我們知道，在“三全育人”背景下，新工科就是要培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題的能力，所以針對這種內(nèi)容相對單一的實踐教學(xué)進行改革，是體現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型人才落到實處的重要一步［2］。

1.2?教學(xué)反哺作用效果微弱

“光電探測與信號處理”課程主要是結(jié)合探測器性能和信噪比的概念，系統(tǒng)地介紹了光電探測系統(tǒng)和信息處理的基本內(nèi)容和基本技術(shù)，因此該門課程具有系統(tǒng)性強、理論性強、邏輯性強和應(yīng)用性強的特點，因此開展實踐教學(xué)必須考慮到這門課程理論教學(xué)的實際，確保理論教學(xué)和實踐教學(xué)形成反哺效應(yīng)。在前期的實踐教學(xué)中，授課教師發(fā)現(xiàn)開展按部就班式的實驗項目，學(xué)生雖然能在規(guī)定的時間里較好地完成各類實驗項目，但是學(xué)生在實驗項目開展前的前期調(diào)研、交流研討等前期準備工作不足，因此在開展實驗時完全是為了觀察實驗現(xiàn)象和得到實驗結(jié)果，缺乏對實驗現(xiàn)象中蘊含的理論原理的認識，無法從實驗結(jié)果反向推導(dǎo)出實驗原理，完全停留在為了做實驗而做實驗。另外，由于理論教學(xué)和實踐教學(xué)存在一定的時間差，而且實驗項目相對較多，從而導(dǎo)致部分實驗開展時理論課可能還沒有及時開展，從而導(dǎo)致理論和實踐的脫節(jié)問題。因此，基于目前的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，就存在理論和實踐教學(xué)兩者反哺效果微弱的現(xiàn)狀。

1.3?教學(xué)評價不夠全面

教學(xué)評價作為教學(xué)環(huán)節(jié)中非常重要的一項內(nèi)容，如果能充分利用好教學(xué)評價這一手段不僅能提高教學(xué)質(zhì)量，而且能跟隨時代發(fā)展培養(yǎng)出更符合社會需求的應(yīng)用型人才，因此在教學(xué)過程中找到合適學(xué)生學(xué)情的評價方式和方法就顯得尤為重要。在前期實踐教學(xué)中，授課教師通常以課堂簽到、課堂參與度、平時作業(yè)、實踐報告等方式進行考核評價，這種評價方式導(dǎo)致了學(xué)生在實踐環(huán)節(jié)中只注重實踐結(jié)果，學(xué)生只會按照教材按部就班執(zhí)行實踐內(nèi)容，同時過度依賴教師對實踐內(nèi)容的講解，從而忽略了學(xué)生在實踐過程中自主學(xué)習(xí)能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和設(shè)計能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和考查［3］。

2?LED封裝實踐教學(xué)設(shè)計

2.1?教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

針對實驗實踐教學(xué)項目過多、學(xué)時過少等情況，我們一方面對實踐項目的數(shù)量進行壓縮，另一方面對實踐項目的教學(xué)內(nèi)容進行了擴充，同時加大了實踐項目的學(xué)時量。現(xiàn)在以LED封裝為例，闡述課程組成員在教學(xué)內(nèi)容上做出的一些變化和設(shè)計。首先，前期的實踐教學(xué)項目主要包括20個實驗項目和2個課程設(shè)計，為了在新工科背景下探索新工科建設(shè)模式，主動適應(yīng)當(dāng)代教學(xué)改革的發(fā)展，開設(shè)了LED封裝課程實踐，只保留部分與課程內(nèi)容和課程進步相吻合的5個實驗項目。在教學(xué)內(nèi)容上，我們根據(jù)人才培養(yǎng)方案主要做了以下優(yōu)化，主要體現(xiàn)在LED封裝方案介紹，以掌握封裝流程和關(guān)鍵步驟；取膠、排支架，以掌握銀膠、絕緣膠的區(qū)別；翻晶、擴晶，以掌握翻晶技術(shù)；刺晶，以掌握單電極刺晶技術(shù)；烘烤、焊金線，以掌握焊金線技術(shù)；配A∶B膠、配熒光粉，以掌握手動點膠技術(shù)；烘烤、脫模，以掌握成品LED測試；分組答辯；以反思總結(jié)實踐效果；撰寫設(shè)計報告，以提高撰寫報告和論文的能力。在LED封裝課程實踐中，課程組安排一周的時間要求學(xué)生全程對LED封裝的原理、制備流程、成品檢測等環(huán)節(jié)進行前期調(diào)研、視頻觀看、互動交流、現(xiàn)場實踐、分組答辯、撰寫報告，這種集中式的教學(xué)不僅可以讓學(xué)生能沉下心來認真對待課程實踐，而且通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)對課程理論知識以及生產(chǎn)實踐有更好的認識。

2.2?教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

在過往的實驗開展過程中，通常按照分班教學(xué)的形式開展，光電信息與科學(xué)工程專業(yè)的每個自然班級大概有30位同學(xué)，授課教授需要在3個學(xué)時內(nèi)講解3～4個實驗，教師在演示實驗的時候很多同學(xué)沒有足夠的空間和時間去領(lǐng)悟?qū)嶒灢僮髁鞒毯蛯嶒炘?，因此?dǎo)致很多同學(xué)在自行開展實踐時缺乏真正的實踐，只是在旁邊觀看小組中某一位同學(xué)操作，然后分享實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)論，因此這種教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計在很大程度上只利于少部分同學(xué)的動手能力培養(yǎng)，因此我們在LED封裝實踐教學(xué)中對教學(xué)環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化設(shè)計。我們利用一周的時間對教學(xué)和實踐進行設(shè)計，首先通過學(xué)生自主觀看LED封裝視頻，前期調(diào)研和學(xué)習(xí)，完成較為簡單的取膠、翻晶、擴晶和點膠等操作流程。其次，在視頻的啟發(fā)下，讓學(xué)生自行查閱文獻資料并通過授課教師發(fā)放部分相關(guān)的文獻資料，讓學(xué)生對LED封裝有一個更深的認識，隨后完成刺晶、烘烤操作。然后，完成實踐報告的設(shè)計、撰寫、答辯等環(huán)節(jié)。表1是LED封裝課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的安排表。這種循序漸進式的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計，讓學(xué)生一方面有充分的準備了解實踐項目內(nèi)容，另一方面給學(xué)生留下了較大的容錯空間，讓學(xué)生在實踐中充分發(fā)揮主動性。

2.3?教學(xué)反哺設(shè)計

前期的實驗項目和課程設(shè)計項目中，授課教師在短時間內(nèi)要求學(xué)生完成實驗項目，因此教學(xué)反哺作用微弱。針對這一現(xiàn)狀，我們在LED封裝實踐中增加了教學(xué)反哺設(shè)計。首先，授課教師在實踐教學(xué)過程中期增設(shè)整理資料環(huán)節(jié)，通過資料的整理和實踐報告的設(shè)計，反哺前期的實踐操作，從而彌補理論知識在實踐操作中不足的現(xiàn)狀。其次，在LED封裝完成后，通過檢查點亮率，反哺在前期操作中哪些細節(jié)或者環(huán)節(jié)執(zhí)行不規(guī)范甚至錯誤，針對出現(xiàn)點亮率極差的小組，可以再提供一次封裝全過程。再者，通過撰寫實踐報告，全流程回顧理論知識在生產(chǎn)實踐中的運用，實現(xiàn)理論與實踐之間的無縫銜接。另外，在通過答辯環(huán)節(jié)，通過授課教師提問、旁聽小組提問等方式，再次增強對理論知識的理解，同時找到小組與小組之間的差距點所在。上述教學(xué)反哺的設(shè)計增強了學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，同時提高了學(xué)生對課程理論知識點的理解和領(lǐng)悟。

2.4?教學(xué)評價設(shè)計

針對前期在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中教學(xué)評價不夠合理的情況，課程組成員在LED實踐課程對教學(xué)評價進行了更加科學(xué)合理的設(shè)計。主要體現(xiàn)在：教師對學(xué)生的實踐動手能力、實際制作完成情況、課程設(shè)計與總結(jié)報告等方面進行綜合評分，具體比例見表2?？己说目傇u分轉(zhuǎn)換為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，分數(shù)在90～100分之間為優(yōu)秀；80～89分之間為良好；70～79分之間為中等；60～69分之間為及格；60分以下為不及格。平時成績：主要考核學(xué)生在課程設(shè)計期間的表現(xiàn)，包括考勤、課堂紀律、學(xué)習(xí)態(tài)度、工作作風(fēng)等方面。封裝過程：包括總體方案的掌握、實際操作和成品檢測結(jié)果等，考核時要查看原始資料和相關(guān)記錄，分段進行考核。設(shè)計報告：設(shè)計報告和總結(jié)的完成質(zhì)量，設(shè)計報告必須獨立完成，格式符合要求，文字（不含程序）不少于3000字，圖形繪制規(guī)范，不得到網(wǎng)上下載。項目答辯情況：主要考核學(xué)生操作完成情況和成品質(zhì)量檢驗情況。有下列情形之一者，課程設(shè)計按不及格處理：（1）沒有認真完成每一個流程；（2）成品檢驗沒有達到要求；（3）設(shè)計報告雷同率超過20%；學(xué)生按要求完成設(shè)計、上交實物和課程設(shè)計總結(jié)報告。教師對學(xué)生的實踐動手能力、實際制作完成情況、課程設(shè)計與總結(jié)報告等方面進行綜合評分。這一教學(xué)評價的設(shè)計，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且培養(yǎng)學(xué)生了獨立思考問題和動手實踐能力，同時對后期畢業(yè)設(shè)計的撰寫打下了堅實的基礎(chǔ)。

結(jié)語

本文深度探討了“光電探測與信號處理”課程中LED封裝實踐教學(xué)設(shè)計，在教學(xué)內(nèi)容上，壓縮普通實驗項目，增設(shè)學(xué)時量大、實踐內(nèi)容豐富的實踐課程；在教學(xué)環(huán)節(jié)上，增添了循序漸進式教學(xué)環(huán)節(jié)；在教學(xué)反哺上，增設(shè)了環(huán)環(huán)相扣的教學(xué)情境；在教學(xué)評價上，科學(xué)優(yōu)化了綜合評價體系。通過上述教學(xué)設(shè)計的執(zhí)行，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和對專業(yè)發(fā)展的認知，而且能使理論與生產(chǎn)實現(xiàn)無縫銜接，有利于提升實踐教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)應(yīng)用型人才，同時為畢業(yè)設(shè)計的撰寫打下了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

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［2］曲夢露.“三全育人”視域下應(yīng)用型本科土建類專業(yè)實踐教學(xué)改革研究［J］.林業(yè)科技情報，2023，55（4）：207209.

［3］吳倩，王聞道，黃昭.基于DRP理念工業(yè)設(shè)計實踐課程教學(xué)評價體系構(gòu)建［J］.北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2022，32（3）：6062.

基金項目：安徽省教育廳質(zhì)量工程重點教研項目（2021jyxm0318）；安徽省教育廳質(zhì)量工程一般教研項目（2021jyxm0327）

作者簡介：左緒忠（1989—?），男，安徽六安人，博士研究生，副教授，主要從事光電探測與信號處理等課程的教育研究。