理工融合理念下光電信息科學與工程專業課程群教學體系的建設與優化

陶珺　胡昌奎　謝頌華

摘 要 根據當前對光電信息科學與工程類人才培養的需求和特點，通過有機整合專業課程，設置課程群和多層次、多模塊的立體教學體系，詳細描述了每個知識層次的核心知識要點或模塊，并通過改革課程教學方法和完善課程教學手段，提升學生科學思維方法和實踐動手能力， 培養既有堅實理論基礎又具備創新的工程開發設計能力的綜合素質人才。

關鍵詞 理工融合 課程群 立體教學體系

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.12.013

Abstract According to the requirements and characteristics of the photoelectric information science and engineering talent cultivation， we set up curriculum group and multi-level， multi-module teaching system through the organic integration of the professional curriculum， and give a detailed description of the key points of knowledge or knowledge of each module level. Through the reform of teaching methods and improve the teaching instrument， we improve students scientific thinking and practical ability， and train the talents of comprehensive qualities that have both solid theoretical foundation and have the ability of engineering development and design innovation.

Keywords science combined with engineering， curriculum group， three-dimensional teaching system

隨著信息產業新技術的誕生與發展，光作為最主要的信息載體，迎來了迅速發展的時期，光電信息技術處于當前信息技術最活躍領域。①教育部提出在“十一五”期間設立“光電信息科學與工程”專業，近年來許多重點高校如將此類專業作為諸如“211 工程”重點學科建設和“985 工程”科研創新平臺建設的重點方向之一。②③武漢理工大學（以下稱“我校”）設置光電信息科學與工程專業理學方向，屬于電子信息類專業，涉及到光學、光電子學及電子信息、計算機科學以及光機電算一體化等領域。針對傳統的電子信息類專業存在專業核心模塊內容之間各自為政、缺乏必要的規劃與滲透等方面問題，我校提出在理工融合理念下建立一種層次化課程群體系，融合相關課程整體性的信息，使本學科的知識不斷豐富，使課程群系統化，帶動并優化學生整體知識結構。

1 層次化課程群體系的建設

依據教育部光電信息科學與工程專業教學指導分委員會《光電信息科學與工程類專業培養目標和規劃》的指導意見，④結合學校的學科特色和優勢，遵循強化“知識、能力、素質、創新”的人才培養理念，明確以光學和信息科學為核心的專業培養目標，我們按照“基礎”、“學科”和“應用”三個層次組建系列課群，即物理基礎課群、光學基礎課群、光電科學基礎課群、信號與信息處理課群、光電材料及應用課群和光纖理論與技術課群，如圖1所示。

根據課群體系的結構，對各個課群中的每門課程進行合理定位，根據課程間的內涵與外延，按照前沿性、先進性和交叉性的原則組織課程教學。基礎層包含物理基礎課群和光學基礎課群。這兩個課群中開設的課程為學生提供基礎知識，培養學生具有現代物理學、光學的理論素養和實驗技能。學科層中包含光電科學基礎課群和信號與信息處理課群。該層次課群中的課程充分體現專業學科交叉的特點，強調“光”與“電”的融合，實現“兩條腿”走路。應用層中包含光電材料及應用課群和光纖理論與技術課群，該層次課群中的課程體現專業人才培養與學校優勢學科相融合的特點。依托我校材料學科及光纖傳感的特色和優勢，光電材料及應用和光纖技術及應用兩個方向突顯專業人才培養的自身特色。

2 課程群體系構建的具體措施

2.1 強化理學基礎

建立物理基礎課群，強化對本專業的物理教學，對其進行改革、協調和優化。同時，將復變函數、積分變換和數學物理方程歸結為一門課——數學物理方法，該課程是專業基礎數學課程，但物理性很強，具有鮮明應用性。在此基礎上，我們開設高級物理課程：電動力學、量子力學、固體物理和半導體物理，使學生學到涉及電磁理論、量子信息、信息物理、光子學和材料學的基礎物理知識，能促進學生創新意識、創新能力和終身學習能力的形成。物理基礎課群結構如圖2所示。

2.2 優化教學內容

針對光學基礎課群，分析和研究“應用光學”、“波動光學”和“信息光學”三門核心課程的特點，根據專業的人才培養目標以及課程的內在聯系，形成了具有專業特色的基礎光學課程體系，根據光學類課程間的內涵與外延，將知識模塊化，構建了“五個模塊”，即應用光學理論知識模塊、光學設計知識模塊、物理光學知識模塊、信息光學理論模塊及光信息處理知識模塊，光電圖像處理及光電子測量應用模塊；對三門基礎課程的教學內容進行重新組織與融合，使其相輔相成，自成一體，著重解決了存在的“三個矛盾”，即：現有知識結構與更新的教學內容的矛盾、有限學時與增大課程容量的矛盾以及課程整體系統性與擴展知識覆蓋面的矛盾。

2.3 注重理工融合

光電科學基礎課群以“光發射、光傳輸和光探測”為主線，重視理工聯合、交叉和滲透，進一步分為光電物理基礎和光電科學基礎兩個層次。在“量子力學”、“電動力學”和“波動光學”等物理學相關的課程基礎上增加光電基礎知識，如圖3所示。

光電科學基礎課群在整個體系中扮演承上啟下的角色，體現知識的系統性。針對電子信息科學類專業的特點，以技術應用能力和基本素質培養為目標，對信號與信息處理類課程進行合理定位，對課程內容進行整合，體現技術應用能力的培養目標，構建合理的信號與信息處理課程體系，設置技術基礎課程和應用類課程。融入良好的科學方法與工程方法相結合的思維模式，對技術基礎課程突出基本原理與概念，對應用類課程突出方法與技術，強調實踐和工程應用。夯實學生的理論基礎，增強理科背景，在此基礎上培養學生具有抽象思維能力和技術開發能力。

2.4 突顯專業特色

光電材料及應用課群是在“量子力學”、“固體物理”和“半導體物理”等課程的基礎上，以“光顯示、太陽能電池和LED照明”為主要方向的課程群體。該專業方向依托我校材料學科特色與優勢，強化教學內容和工程實踐的有機聯系。光電材料及應用課群從學生的興趣出發，結合新技術和新行業的發展，分別向學生介紹太陽能光伏技術的發展、設計與應用，平板顯示器、LED技術的發展及光源的布局設計，目的是開闊同學的眼界，架設理論聯系實踐的橋梁。

光纖理論與技術課群是隨著光纖通信與傳感產業規模化，為滿足光信息時代的用人需求、培養優秀的光纖系統工程師而建立的，系統地講授光在光纖波導中的傳輸理論、光纖波導設計及其在通信和傳感領域應用實踐的系列課程，是面向實際工程應用，以電磁場和光學理論課程為基礎的一個應用型課程群。基于此目的，設置了“光纖光學”、“光纖通信原理與技術”、“光纖傳感測試技術”以及“光纖技術實驗”四門以光纖技術為核心的理論和實踐課程，構建出與當前光信息產業發展相適應的一個特色課程體系。該專業特色方向以我校“光纖傳感國家工程實驗室”為依托，強化教學內容和工程實踐的有機聯系，從課程實驗、研究型教學到畢業設計各個環節，著力營造培養光纖技術領域優秀應用型人才的良好教與學的環境。

3 總結

綜上所述，我們遵循光電信息科學發展的基本規律，按照電子信息類專業人才培養機制與科學方法，把握國內外光電信息科學與工程專業課程的教學現狀、問題與趨勢，構建理論與實踐互相融合的專業課程教學體系，課程設置模塊化、多層次化，有利于全面實施選課制和學分制教學管理，有利于因材施教，調動學生的積極性，培養學生具備創新精神與實踐能力。 新體系注重全局化、整體構建思路，建設過程中突破原有專業模塊課程之間的僵化界線，強化課程群之間的有機聯系， 使專業教育適應社會的需求與發展。

注釋

① 蒙婧.從硅谷到光谷：高校科技創新體制研究啟示[J].中國高校科技，2014（7）：26-27.

② 周自剛，唐金龍，施鵬程.以國家級特色專業建設為動力，全面發展光信息專業教育[J].光學技術，2010（Z1）：113-114.

③ 秦石喬，楊華勇.光電信息科學與工程專業（科學類）知識結構體系研究[J].光學技術，2007（7）：333-334.

④ 朱進容，黃楚云，姚育成，成純富.光電信息專業人才培養模式的研究與實踐[J].教育教學論壇，2013（52）：102-103.