光電類專業課程的實驗實踐教學體系構建

李雷 劉海

摘要：針對工程教育體系下礦業院校光電類專業課程建設，從課程教學特點出發，結合可利用教學資源，討論了該類課程的實驗實踐教學體系的構建，形成了連貫一致的、合理的包含實驗、實踐、實習的一體化體系。

關鍵詞：教學改革；工程教育專業認證；光電子；專業課程

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

隨著工程教育專業認證在我國高校工科教育中的推行，工科專業畢業生所需達到的質量標準要求越來越貼合社會需要和生產實踐，這對包括光電類專業（或方向）在內的工科實驗實踐教學體系提出了更高的要求，既要努力緊跟技術的最新發展，又要有效提升學生的動手能力[1，2]。本文以我校光電類專業課程建設為例，從光電類專業課程的教學特點出發，嘗試打通不同課程壁壘，結合可利用教學資源，構建實驗、實踐、實習的一體化實驗實踐教學體系。

一、光電類專業課程的教學特點

光電子技術涵蓋應用廣泛，諸如光纖通信、光電檢測/傳感、成像顯示、光伏照明等，本身即為支撐現代社會信息科技必不可少的前沿技術，也迫切需要大量扎實掌握光電理論知識和光機電算工程設計的復合應用型人才。近年來許多高校先后開設與光電子相關的專業或專業方向，但受客觀辦學條件和主觀重視程度的影響，各個院校的光電子專業（方向）發展參差不齊，尤其突出的是實驗實踐環節嚴重不足。

這種狀況與光電類專業課程的教學特點密不可分，而這些特點又源于光電子技術本身具有理論基礎要求高、專業知識更新快、實踐應用范圍廣等特征。首先，光電類專業課程所講授的理論知識晦澀繁雜。在課堂教學中，需要學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，并結合電磁理論、半導體物理和量子力學，學習過程極易陷入困惑迷霧狀態，更無法實驗論證。其次，光電類專業課程需涉及的技術應用更新飛速。僅僅依靠教材內容，甚至靠教師補充一些拓展應用，按年度增添教學實驗設備，都遠遠難以覆蓋和跟上層出不窮的新技術和前沿成果。最后，光電類專業課程應提供的實驗實踐費用不菲。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，因而購置費用高且維護要求高，大面積開設實驗課與實踐設計活動，需要足夠的經費投入。

二、構建實驗、實踐、實習的一體化實驗實踐教學體系

（一）依據不同課程特點，以演示實驗、課外實踐/設計輔助課堂教學，構建實驗實踐體系連貫性

光電類專業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，大多數學生難以迅速理解和掌握，而借助“互聯網+”下興起的慕課、微課、實驗視頻等教學手段，幫助學生進行課前預習、課堂演示和課后復習，效果良好。我校光電類專業課程具有一定的連貫性，特別是大學三年級到四年級上學期，依次開設《激光原理與技術》、《光電子技術》、《光電檢測技術》、《微波技術》等[3]，這些課程從光電物理基礎、各類光電技術到各種光電應用，教學內容上本身就是由物理底層到應用上層而成體系的，因而很容易打通不同課程，在實驗實踐上實現連貫一致的內容安排。

《激光原理與技術》等涉及光電物理基礎的課程（即專業基礎課/主干課），實驗實踐的內容上主要是驗證物理原理，而具體方法則是以演示實驗、課程調研為主。課堂演示實驗利用我校光電子實驗室的“半導體泵浦激光原理與技術綜合實驗系統”進行，通過錄制演示實驗視頻、篩選部分學生參與實驗，向他們展示激光產生的過程，通過親手調試感受光電系統的精密操作。課外實踐即采用課程調研方式，布置與激光原理與應用相關的題目，讓學生自己借助網絡學術資源數據庫，如網上搜索引擎、我校圖書館購置的中文和外文數據庫等，進行知識檢索和應用探索。《光電子技術》、《光電檢測技術》、《微波技術》等課程涉及各種光電應用（專業選修課/限選課），實驗實踐的內容上主要是掌握技術應用，而具體方法則是以課外設計、綜合實踐為主。其中特別注意適應工程教育專業認證的要求，關注學生創新精神培養和創新方法訓練，在《激光原理與技術》等課程中已掌握的基本物理原理和器件設備操作基礎上，要結合各種光電子技術，敢于使用、勇于探索，如《光電檢測技術》課程中，配合課堂內容，我們采購了各種光電檢測器件，無償提供給學生，以完成光電檢測應用相關的多個光電系統的方案設計和實物制作，極大地提高了學生的實踐水平。

（二）打通不同課程壁壘，以各類實驗系統、平臺支撐專業綜合實踐，完善實驗實踐體系綜合性

擺在光電類專業課程的實驗實踐環節上的最大困難，就是硬件設備、器件的供給與維護。考慮到人力物力的短缺，采用多門光電類專業課程對應一門專業綜合實踐課程的方案，則更切實際和更加可行。具體實驗設備的配置，主要是采購現成的教學儀器設備，同時考慮到未來專業發展，所購置設備盡量滿足模塊化、易組合、可替換、可綜合等要求，并采用了綜合實驗設備（平臺或系統）為主、特殊和精密設備（儀器或裝置）為輔的方案。主要購置了“半導體泵浦激光原理與技術綜合實驗系統”、“光纖信息與光通信綜合實驗平臺”、“光電技術綜合實驗系統”、“半導體/微電子工藝測試實驗平臺”、“電磁場基礎實驗平臺”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域，同時，還配置了“大功率氦氖氣體激光器”、“電光調制裝置”、“光譜分布實驗裝置”、“發光角特性實驗裝置”、“光偏振實驗裝置”、“少子壽命測試”、“四探針測試儀”、“鎖相放大器”等，用于擴展實驗支撐范圍。

（三）彌合不同課程縫隙，以校企合作模式建設生產實習實踐基地，增強實驗實踐體系合理性

光電類專業課程的課堂教學內容雖然成體系，但偏重于理論知識，對于實踐應用和動手能力僅是有所涉及，而專業綜合實踐也無法做到緊跟社會發展和應用更新，因而需要社會力量特別是高技術光電企業的參與。我們目前已與天津拓普、北京杏林睿光、大恒新紀元、江煤集團等企業建立合作關系，每年暑期安排學生進行為期20天的生產實習，在實習中，學生可以深入企業研發、生產、管理、企業文化等諸多方面，親身參與光電傳感等設備、安全監控等系統的生產過程，彌補課堂、實驗教學上的欠缺。

三、結論

緊密貼合工程教育認證體系，構建連貫、一致、合理的實驗、實踐、實習的一體化實驗實踐教學體系，需從多方面入手：（1）以演示實驗、課外實踐/設計輔助專業課程的課堂教學；（2）以各類實驗系統、平臺支撐專業綜合實踐；（3）以校企合作模式建設生產實習實踐基地。

參考文獻：

[1]何修軍.光電技術類課程群的建設與研究[J].電子測試，2016，（12）：166-167.

[2]熊鐵軍，酈文忠，黃凱.光電系統創新設計實驗教學與實踐[J].教育教學論壇，2017，（34）：270-271.

[3]李雷，劉海，張勝，等.從光電子方向談弱勢學科的專業課程結構設置[J].教育教學論壇，2017，（20）：92-93.