“光電探測與信號處理”課程實踐教學設計

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容，通過對其教學內容、教學環(huán)節(jié)、教學反哺和教學評價環(huán)節(jié)進行設計，優(yōu)化了教學內容，更新了教學理念，豐富了教學環(huán)節(jié)，增強了教學效果，提升了課堂效率。這一實踐教學設計的執(zhí)行實現(xiàn)了理論與生產實踐的深度融合，加深了學生對理論知識的認知，有效地提升了學生的學習積極性，培養(yǎng)了嚴謹?shù)淖黠L和科學的態(tài)度，為以后畢業(yè)設計打下一定的基礎。

關鍵詞：光電探測與信號處理；LED封裝；生產實踐；教學反哺

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與工程專業(yè)基礎課程群和專業(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，可為學生的專業(yè)方向學習夯實理論基礎，同時它還是一門應用型學科，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環(huán)節(jié)在應用型人才培養(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、傳輸與處理的關鍵技術手段。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，使光電信息科學與工程及其相關專業(yè)學生充分認識到光電探測及信號處理的重要性，為未來從事相關領域的技術開發(fā)與科學研究工作打下基礎，最終使學生能夠勝任光電探測、復雜信號處理、信息顯示、電子技術及其相近領域內的研究、設計、制造、開發(fā)及管理等工作。

“光電探測與信號處理”理論教學內容主要包含光電探測基礎、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。教學內容相對較多，知識點的難度相對較大，理論深度相對較高，學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生對該課程的理解能力。因此，探究合適的課程實踐內容并對其進行科學合理的教學設計，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容，課程組成員在教學實踐環(huán)節(jié)上不斷對其進行教學設計，在很大程度上培養(yǎng)了學生對課程理論知識的理解，同時鍛煉了實踐能力。

1?課程實踐教學現(xiàn)狀

1.1?教學內容相對單一

該課程的實踐教學主要體現(xiàn)在課程實驗和課程設計上，其中課程實驗占據(jù)了90%的課程實踐內容，而且在一個完整的教學周期下，需要在18個學時內完成20個實驗，而且部分實驗內容有相互重疊的地方。按照一次實驗課有3個學時來計算，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，學生就可以按照步驟執(zhí)行。同時，短時間內完成一個實驗項目，在一定程度上很難拓寬實踐內容，從而導致了一個實驗所對應的實踐內容相對單一的現(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環(huán)節(jié)加劇了內容單一的實踐教學在整個課程教學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，所以針對這種內容相對單一的實踐教學進行改革，是體現(xiàn)培養(yǎng)應用型人才落到實處的重要一步［2］。

1.2?教學反哺作用效果微弱

“光電探測與信號處理”課程主要是結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容和基本技術，因此該門課程具有系統(tǒng)性強、理論性強、邏輯性強和應用性強的特點，因此開展實踐教學必須考慮到這門課程理論教學的實際，確保理論教學和實踐教學形成反哺效應。在前期的實踐教學中，授課教師發(fā)現(xiàn)開展按部就班式的實驗項目，學生雖然能在規(guī)定的時間里較好地完成各類實驗項目，但是學生在實驗項目開展前的前期調研、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，無法從實驗結果反向推導出實驗原理，完全停留在為了做實驗而做實驗。另外，由于理論教學和實踐教學存在一定的時間差，而且實驗項目相對較多，從而導致部分實驗開展時理論課可能還沒有及時開展，從而導致理論和實踐的脫節(jié)問題。因此，基于目前的實踐教學環(huán)節(jié)，就存在理論和實踐教學兩者反哺效果微弱的現(xiàn)狀。

1.3?教學評價不夠全面

教學評價作為教學環(huán)節(jié)中非常重要的一項內容，如果能充分利用好教學評價這一手段不僅能提高教學質量，而且能跟隨時代發(fā)展培養(yǎng)出更符合社會需求的應用型人才，因此在教學過程中找到合適學生學情的評價方式和方法就顯得尤為重要。在前期實踐教學中，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，這種評價方式導致了學生在實踐環(huán)節(jié)中只注重實踐結果，學生只會按照教材按部就班執(zhí)行實踐內容，同時過度依賴教師對實踐內容的講解，從而忽略了學生在實踐過程中自主學習能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和設計能力等綜合素質的培養(yǎng)和考查［3］。

2?LED封裝實踐教學設計

2.1?教學內容設計

針對實驗實踐教學項目過多、學時過少等情況，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內容進行了擴充，同時加大了實踐項目的學時量。現(xiàn)在以LED封裝為例，闡述課程組成員在教學內容上做出的一些變化和設計。首先，前期的實踐教學項目主要包括20個實驗項目和2個課程設計，為了在新工科背景下探索新工科建設模式，主動適應當代教學改革的發(fā)展，開設了LED封裝課程實踐，只保留部分與課程內容和課程進步相吻合的5個實驗項目。在教學內容上，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；刺晶，以掌握單電極刺晶技術；烘烤、焊金線，以掌握焊金線技術；配A∶B膠、配熒光粉，以掌握手動點膠技術；烘烤、脫模，以掌握成品LED測試；分組答辯；以反思總結實踐效果；撰寫設計報告，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，這種集中式的教學不僅可以讓學生能沉下心來認真對待課程實踐，而且通過系統(tǒng)學習對課程理論知識以及生產實踐有更好的認識。

2.2?教學環(huán)節(jié)設計

在過往的實驗開展過程中，通常按照分班教學的形式開展，光電信息與科學工程專業(yè)的每個自然班級大概有30位同學，授課教授需要在3個學時內講解3～4個實驗，教師在演示實驗的時候很多同學沒有足夠的空間和時間去領悟實驗操作流程和實驗原理，因此導致很多同學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操作，然后分享實驗數(shù)據(jù)和實驗結論，因此這種教學環(huán)節(jié)的設計在很大程度上只利于少部分同學的動手能力培養(yǎng)，因此我們在LED封裝實踐教學中對教學環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化設計。我們利用一周的時間對教學和實踐進行設計，首先通過學生自主觀看LED封裝視頻，前期調研和學習，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，讓學生自行查閱文獻資料并通過授課教師發(fā)放部分相關的文獻資料，讓學生對LED封裝有一個更深的認識，隨后完成刺晶、烘烤操作。然后，完成實踐報告的設計、撰寫、答辯等環(huán)節(jié)。表1是LED封裝課程實踐教學環(huán)節(jié)的安排表。這種循序漸進式的教學環(huán)節(jié)設計，讓學生一方面有充分的準備了解實踐項目內容，另一方面給學生留下了較大的容錯空間，讓學生在實踐中充分發(fā)揮主動性。

2.3?教學反哺設計

前期的實驗項目和課程設計項目中，授課教師在短時間內要求學生完成實驗項目，因此教學反哺作用微弱。針對這一現(xiàn)狀，我們在LED封裝實踐中增加了教學反哺設計。首先，授課教師在實踐教學過程中期增設整理資料環(huán)節(jié)，通過資料的整理和實踐報告的設計，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。上述教學反哺的設計增強了學生理論聯(lián)系實際的能力，同時提高了學生對課程理論知識點的理解和領悟。

2.4?教學評價設計

針對前期在實踐教學環(huán)節(jié)中教學評價不夠合理的情況，課程組成員在LED實踐課程對教學評價進行了更加科學合理的設計。主要體現(xiàn)在：教師對學生的實踐動手能力、實際制作完成情況、課程設計與總結報告等方面進行綜合評分，具體比例見表2。考核的總評分轉換為優(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：主要考核學生在課程設計期間的表現(xiàn)，包括考勤、課堂紀律、學習態(tài)度、工作作風等方面。封裝過程：包括總體方案的掌握、實際操作和成品檢測結果等，考核時要查看原始資料和相關記錄，分段進行考核。設計報告：設計報告和總結的完成質量，設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：主要考核學生操作完成情況和成品質量檢驗情況。有下列情形之一者，課程設計按不及格處理：（1）沒有認真完成每一個流程；（2）成品檢驗沒有達到要求；（3）設計報告雷同率超過20%；學生按要求完成設計、上交實物和課程設計總結報告。教師對學生的實踐動手能力、實際制作完成情況、課程設計與總結報告等方面進行綜合評分。這一教學評價的設計，不僅提高了學生的學習積極性，而且培養(yǎng)學生了獨立思考問題和動手實踐能力，同時對后期畢業(yè)設計的撰寫打下了堅實的基礎。

結語

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

參考文獻：

［1］劉純紅，余龍寶，熊丹楓.光電探測與信號處理課程的教學探索［J］.合肥師范學院學報，2019，37（6）：101103.

［2］曲夢露.“三全育人”視域下應用型本科土建類專業(yè)實踐教學改革研究［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)設計實踐課程教學評價體系構建［J］.北華航天工業(yè)學院學報，2022，32（3）：6062.

基金項目：安徽省教育廳質量工程重點教研項目（2021jyxm0318）；安徽省教育廳質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。