《光電子學》課程中培養創新型人才的方法探究

萬洪丹 施偉華 李培麗

摘要：針對《光電子學》的課程特點和教學實際，以信息社會培養個性化、創新型人才為出發點，分析了目前該課程存在的問題，總結了通過啟發式教學、師生同臺授課、多樣化考核等以學生為主體的交互式教學模式來改進課堂教學方法和學習效果，激發學生的學習興趣與自主學習能力，為光學類專業課程的課堂教學探索與改革提供有益的參考。

關鍵詞：光電子學；交互式教學；創新

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）49-0168-02

一、《光電子學》課程特點

《光電子學》是光電信息科學與技術及相關專業開設的一門專業必修基礎課程。在學生學習了《光電信息物理基礎》等課程之后，深入討論基于光子和載流子相互作用實現光電轉換的半導體激光器、光電檢測器等的基本工作原理、器件結構和工作特性等，為后續的《光通信器件》《光纖通信系統》等課程提供必要的基礎。該課程是現代光學理論的基本組成部分，旨于通過物理概念、相關器件的介紹，讓學生了解光電互作用規律，掌握光的產生、探測和調制等基本原理，為今后從事光電技術領域的研究、開發和應用奠定知識基礎。

南京郵電大學光電工程學院將《光電子學》課程安排在大學三年級上學期學習。按照最新教學大綱的要求，課程的教學重點是讓學生掌握半導體中光子-電子的互作用；重點掌握半導體激光器和探測器的原理、特性等。難點是光與物質互作用的分析、先進結構的工作原理、瞬態特性等。課程共48個學時，其中授課45學時，習題課3學時，采用平時作業、小測驗和期末閉卷考試作為考察形式。課程采用《半導體光電子學》（黃德修，電子科技大學出版社）一書作為教材。大部分章節的講解需要結合物理機制和實際器件結構、工作特性等，以系統化的思路引導學生進行學習?！豆怆娮訉W》著眼于在理論分析和器件研究方面給學生一個清晰的脈絡，在講解光電互作用等基本原理概念的同時，講授與其相關的器件技術和特性。

二、教學過程中存在的問題

羅杰斯在《學習的自由》一書中明確提出，教育的目的是培養知道如何學習和能夠適應變化的人，滿足當代信息社會發展的新型創新型信息技術人才應該具有以下特點[1-3]：（1）具有多樣化、個性化特點，對每一個人才的培養不再是工業流水線或者機械化系統，要尊重學生個性以保持其創新能力以適應信息化科技社會的發展。（2）具有充滿活力的大腦，能夠通過互動的思考方式而非呆板的常規模式來進行原理或技術創新。擁有一顆好奇心，讓大腦平衡發展，進行具有價值的原創性思想活動。

《光電子學》課程是典型的信息化社會發展過程在光學領域分支出現的一門重要學科。由于專業性較強，內容上涵蓋領域廣，所涉及的學科門類較多，比如：數學、物理、電子學等相關物理概念豐富，推導計算較多。針對培養滿足上述新型信息技術人才的需求，目前該課程在教學主體、學生學習方式、授課效果評價體系三個方面存在以下問題：

1.教學方式上：《光電子學》的設課初衷是為了使學生獲得本專業特有知識結構和從事實際科學研究的工程師思維方式；具備本專業必須的基礎知識、研究能力和創新意識。目前的教學方式以教師授課一課到底為主的方式，還是填鴨式教學，理論與實際脫鉤，缺乏問題引導，造成了學生學習的主動性和學習熱情不足，限制了學生的交流與協作能力。在學習安排上，主要以課堂學習為主，學生被動地聽課，做教材上的作業以及課上習題，最后考前突擊記憶一下“重點”，就可能獲得高分。這樣的結果是學生遲早會忘記所學的內容，不能學以致用并解決后期工作或者學習研究中在此遇到專業相關的問題。例如：僅通過書本講解半導激光器的原理性內容時學生容易陷在一堆公式里面，不能把握公式的物理意義和來龍去脈。在遇到實際激光器工程應用問題時，仍然一頭霧水。此外，對于信息大時代，相關技術是在不斷進步的，理論與實際的脫鉤會使學生失去時時學習與把握最新知識的興趣。因此，教學方式需要考慮：如何將生機注入課堂，讓學生擺脫不想學的陰影？如何讓學生在了解《光電子學》原理的基礎上，能夠掌握和應用相關的技術，開闊視野，培養創新意識，加強理論與實踐的銜接？特別是，近幾年，班級授課規模由原來70人以上的大班教學壓縮到30-40人的小班規模，如何利用小班優勢改進教學效果也是要考慮的問題。

2.教學主體方面：學生是教學的主體，在以往學習過程中接受了一套應試教育的學習方式，習慣于讓教師提供現成的知識和答案，并通過題海戰術來掌握。這種學習方式使學生孤立地學習各個章節中的知識點，割裂了其中的緊密聯系。最終以應付考試為學習目的，在課程學習中容易出現一系列問題，如：（1）對實際問題缺乏有準備的頭腦，過于依賴題海戰術。面對復雜的實際問題無從下手，或者以點蓋全；（2）學習上被動孤立，不善于交流。由于在以往的學習中強調獨立思考更勝于合作交流，學生們無可避免地產生了學習上的被動和滯后性，表現為：被動聽課，有問題往往不和同學或者老師交流，學習雖然努力，但對問題似懂非懂，甚至到考試的時候才知道部分內容沒有真正掌握。由此帶來的后果不僅僅影響了學生學習能力的提升，在以后工作中，也將因為缺乏交流和討論，限制其從事相關研究的職業生涯的發展。（3）對基礎知識掌握不系統導致后半程學習困難。例如：半導體中電子與空穴復合產生光子的物理過程是研究光電探測器的先行理論基礎。而掌握光的吸收機制、吸收過程中參與躍遷的電子類型以及半導體的材料特性是研究各種具體光探測器的前提。相關知識點環環相扣，逐步深入。部分同學前面理論基礎未打好，導致后面在學習具體器件特性與應用時遇到困難。

3.評價體系上：目前課程以期終閉卷考試來考察學生的學習效果。這種一刀切的方式無法體現學生的綜合素質，無法避免學生的不用心、期末考試臨時抱佛腳、熬夜死記硬背、考完就忘的情況。此外，按照傳統的教師授課-作業-考試的方式，學生會認為課程過于簡單和平淡，失去學習的樂趣。如何在《光電子學》授課過程中引入挑戰性學習與考察內容，是調動學生學習積極性和提高綜合能力、創新性關鍵問題。

三、尊重學生個性化特點，改進教學手段和方法，為課堂注入新能量

針對上述問題，在教學方法、授課方式和課程考核方式中引入交互式教學方法，改進教學手段和方法，提高教學質量：

1.師生同臺授課。教師制定議題并鼓勵學生進行課堂報告。充分利用小班化教學的優勢，將學生進行分組，課前布置課程知識點相關議題，要求學生以小組形式合作完成相關問題所涉及的文獻查閱、歸納整理、理解判斷、制作PPT并口頭匯報。例如：講解光電探測器部分，要求學生預先查閱光電探測器相關文獻資料，包括光電探測器的類型和應用實例等最新研究成果，并歸納制作做成幻燈片。授課過程中安排時間，由學生上臺講述他們查閱到的關于光電探測器最新的材料、結構以及新穎的應用案例等，學生進行提問并展開討論，老師進行適當的引導與總結。如此，在增加課程趣味性的同時加深學生對課程內容的理解。不同于傳統一言堂的教學方式，學生之間能夠密切交流，學生成為課堂的演員，而非僅僅是被動的聽眾。整個教學過程成為基于問題的學習，圍繞問題展開，以問題的提出開始，以問題的解決結束，將學習、討論和思考貫穿于整個教學過程當中。這樣的方式可以兼顧學生知識、能力和素質等的協調發展，注重能力的培養與素質的提高。此外，積極采用習題沙龍的方式，改變老師抄黑板、講答案的被動學習形式，采用學生討論習題、分析錯誤、總結經驗、教師進行總結的形式，變枯燥、低效率的習題講解課為充滿互動的習題討論課。

2.啟發式教學：采用課堂發問的方式，學生自主思考來獲取知識，把握學習的主動權。教師進行示范性講授，啟發思維、解疑析難。例如，講授半導體激光器腔內光放大原理，引導學生思考激光的產生過程，有幾個要素，以二能級系統為例講解如何實現光放大，并引出速率方程理論，讓學生基于上述問題自主思考三能級與四能級系統圖和實現光放大，并討論如何通過速率方程求解。

3.采用多樣化考核方法：將課堂討論的參與度、報告水平、出勤率、平時作業、期末閉卷考試結合起來作為課程考核內容。此外，僅僅是教師講解答案的習題課容易讓部分學生因概念冷僻、難記而產生聽覺疲勞并漸漸失去學習興趣，久而久之，掉進補考或重修的泥潭。因此，開展習題沙龍活動不失為一種有效方法，可將關注點轉移到學生個人對問題的看法或對錯誤的理解和對錯誤來源的認識，而非僅僅是答案的對與錯。例如，計算激光器共振模式數目遇到一個問題是得到非整數，應該結合實際激光器的工作模式，讓學生理解取整實際物理意義，而非死記硬背。由此照顧到學生的個性化特點，鼓勵其發表個人意見，激起學習的興趣和熱情。

五、總結

信息社會不斷發展的背景下，未來我們的學生將要用我們不知道的知識，去解決我們不能預料的問題。充分調動學生學習的積極性和自主性是時代發展條件下對創新型、高素質人才培養所提出的重要要求。針對《光電子學》的課程特點，采用以師生同臺授課、啟發式教學、多樣化考核等相結合的交互式教學方法，可有效調動學生的學習興趣，變被動學習為主動學習，激發學生學習的興趣，提高課堂的教學效果。

參考文獻：

[1]董春勝，鄧雨巍.信息社會背景下90后大學生社會主義核心價值觀的培育[J].黑龍江教育（理論與實踐），2015，（4）：35-36.

[2]黃芳.信息時代大學生自主學習能力的塑造[J].教育教學論壇，2015，（24）：45-46.