光电子器件课程教学改革思路

摘要:针对《光电子器件》课程在教学中遇到的理论知识多而难，实践实验训练项目简单，训练形式单一，工程运用实践性不强，学生课程学习积极性不高，工程实践能力上不去等问题，以课程的理论知识、实践训练要服务、运用于工程实践的原则，对课程的理论知识进行筛选、优化、重新编排、强化一套旨在于提升学生工程素质的实践实验教学原则、措施，并通过多样化的课程量化评价、考核方式等方面对《光电子器件》课程教学进行改革与实践，取得了良好的教学改革效果。

关键词:工程技术型人才;工程素质;实践能力;课程改革实践

光电信息科学与工程是21世纪在全球迅猛发展的光电信息产业带动起来的一门综合性、运用性、技术性学科。国内的光电产业自2000年以来迎来最好的发展时期，同时也促进了与产业紧密相连的光电学科的发展、建设，到目前为止，全国已有近170多所高校(其中接近100所是地方新建本科院校)设置了光电及其相关专业，并将《光电子器件》作为光电信息科学与工程及其相关专业的主干课程。该课程教学的实施不仅有利于巩固、衔接学生所学的光电子技术、光电显示、视频接口与驱动、光电传感器、数模电路、单片机等专业核心课程的知识内容，而且对拓展专业工程实践运用，培养专业学生工程实践能力、为区域光电产业输送工程技术型光电人才起到承上启下的作用。在早先的《光电子器件》课程日常的理论教学中，从教学大纲、教案到课件参照了重点大学光电专业的教学模式，将每节课都用来讲解光电器件的理论知识、器件背景知识、制造器件的材料、半导体制造工艺、器件的热、光、电学性质、性质的理论公式推导以及一些理论模型的建立分析，课堂的教学内容多、杂、难。课程的实践实验教学也是按照实验室购买的实验仪器开设一些常规类的实验实践教学项目，按部就班进行。在实验实践教学过程中学生按照实验步骤连接实验线路，测试实验数据，在完成实验的整个过程中很多学生不知道自己用的是什么类型的光电器件、实验要做什么、测量什么数据、有什么用。在学习过程中学生学习兴趣、效率越来越低，专业的工程技术能力没有被培养起来反而变得很薄弱。在国家建设职业型、应用型大学培养模式的大环境下，以三明学院运用型人才培养模式改革为契机［1］，对《光电子器件》课程进行有别于老本科院校学术型、研究型高级光电人才培养目标，在课程的教学内容、实验、实训教学、考核方式等方面进行改革与实践，积极探索工程技术型光电人才培养新模式，迎合包括三明在内的海西光电产业集群对光电人才的需求。

1以理论知识实用、够用为课程教学原则改革课程教学内容

《光电子器件》是光电专业的基础核心课程，是一门集理论性和实践性都非常强的专业课程，课程全面地介绍了光电子技术的基本原理、聚集了数量繁多且工程技术上常用、实用的光电器件、罗列推导了繁杂难懂的器件及相关性质的方程公式，且课程内容缺少所涉及的光电器件在现代光电工程中的运用实例。这样的课程教师难教，学生难懂、难学、难用。以学院特色的“3355”应用型人才培养模式为课程改革动力，配合“教学型、运用型、服务型”的学院人才培养模式，以培养具有创新意识和较强实践能力的高素质工程技术型光电人才及高效服务行业社会为课程教学价值目标，优化《光电子器件》教材，改革课程理论教学内容。《光电子器件》现有的教材对光电器件进行介绍时一般从两个方面进行:器件原理公式推导证明，对应的测量电路。一方面对于本科层次的教材，大部分的教材在器件原理及测量电路这两方面就占了很大的篇幅，且大部分为复杂的材料原理及电路原理公式推导，而对于大部分从事光电行业的企业、事业单位，只具备本科学历的光电毕业生并不是其产品研发的主力军，而是作为工程技术型人才使用。因此用人单位对毕业生的能力要求主要体现为能够掌握光电器件的基本原理、能运用特定的光电器件来实现光电信号的传输、转化、控制以及对现代光电工程进行铺设、检测、维修，这也正是作为一个地方性的本科高校培养人才的精准定位。这就要求专业课程的课堂教学内容应以实用为主，围绕器件在光电工程中的应用范围，应用实例为主线对教材内容进行优化，摒弃了以复杂公式的详细推导为重点的授课方式。另一方面目前教材涉及的光电子器件类型很多，从远红外到紫外光甚至还介绍X射线探测与成像器件，有些光电子器件学生无论是在实践、设计课程，还是今后毕业走上工作岗位都很少会涉及到，因此本着课程内容够用的原则，删除了这方面的知识，留出更多的课堂时间分配到常用的光电器件上［2］。同时由于目前半导体材料技术的进步发展，光电器件的类型不断更新，许多新型光电器件不断研制、运用例如:灵敏度可变的光探测器(VSPD)，有源像素图像传感器(APS)等，这些学科专业最新的发展动向正是高素质运用型人才所必须的专业软实力，因此需要将光电器件的前沿增加到光电子器件的课堂教学内容之中，以拓宽学生的专业知识面。

2全面开放专业实验仪器资源为课程实践教学改革服务

目前通过学院多年的累积经费投入建设，三明学院的光电专业拥有数量较多和类型较齐全的专业实验仪器设备，这些实验仪器设备通常只为单一专业课程服务，以太阳能光伏发电实训设备为例，设备只在专业学生第七个学期开设相关课程的时候用到，其他的时间、其他专业年级的学生都很少接触到这批实验设备，一方面在《光电子器件》课程教学改革的重点是针对各类型的专业工程技术型实践项目训练，和太阳能光伏有关的工程技术实践项目比较常用且运用广泛，另一方面对于光电专业的学生而言太阳能光伏知识的运用是学生专业知识的重要组成部分，因此有必要让学生尽早接触这批实验设备，并对太阳能光伏相关的知识运用有一定的了解，才能使后期学生实践实训项目顺利推进，所以必须对光电专业的传感器系统实验装置、太阳能光伏发电实训设备、单彩、全彩LED点阵显示实验仪器设备、光电技术创新实训平台扩展实验仪器、光电技术创新实训平台、液晶模块应用实验系统、彩色面阵CCD综合实验仪、多功能CPU单片机实验系统等实验仪器资源进行有机整合，把《光电器件》课程教学改革中需要涉及的实验仪器全部开放运行使用，充分利用资源，为后期的实践训练项目提供硬件条件支持。

3以学生工程素质培养和提升为目标改革实践教学环节

工程素质是指从事工程实践的工程专业技术人员的一种能力，在专业工程实践中表现出来的一种思考问题、解决问题、建立长久工程问题反应机制的能力，需要从专业课堂、专业实践、工程实践中长期积累。用人单位对专业人才的专业能力期望值往往较高，而地方本科院校大部分的毕业生在解决工程实际问题的实践能力方面普遍较差，因此往往不能令用人单位满意，这两者之间的失衡归根结底是专业学生的工程素质缺失。因此在日常的专业课程教学中培养学生的工程素质成为地方新建本科高校为地方企业输送优秀专业人才的关键。以光电信息科学与工程专业课程体系中的《光电子器件》课程教学为例，主要从以下几个方面训练学生在相应的光电工程实践能力并提升其工程素质:

(1)有机整合现有的基础性、验证性实验项目，剔除偏理论、无应用的实验项目，大量增加综合性设计性实验项目，大力改革创新现有的专业实践教学体系。虽然基础性、验证性实验是验证理论，对学过的知识进行巩固的阶段，但是这些实验项目存在实验内容单一滞后、实验手段单一等问题，学生很容易失去兴趣。例如:光电子器件基础实验中前五个实验:光敏电阻、光电二极管、光电三极管、pin光电二极管、硅光电池特性测试及其变换电路。这几个实验除了所用的器件类型不一样外，其他的实验测试电路和内容几乎类似，因此可以整合成一个课程大实验，而把剩下的时间用来开发、增加一些综合性设计性实验，譬如:利用红外光电三极管可以设计一个红外无线耳机，利用硅光电池可以设计一个光照度测量仪，利用光电烟雾传感器设计动车车厢的烟雾报警器等，在提升了专业实验的设计性同时，极大激发了学生制作设计兴趣。培养了学生的工程素质，起到事半功倍的效果［3］。

(2)探索一套以培养学生从“模仿”—“独立创新设计”的实践能力提升训练模式。目前很多专业大部分课程的实践、课程设计的原课题都是已有的，因此在实践教学或者是课程设计的时候，经常性的做法就是让学生去模仿现有的、别人的东西，模仿也是培养实践动手能力的必经过程，只是在全盘接受模仿之后，教师和学生应当进行设计反思，将课题中所用的方法，器件、电路排布进行相应的改进、替换、优化，去粗取精，转变创新。而恰恰大部分老师和学生忽略了这点，因此需要建立由“模仿”—“独立创新设计”的实践能力提升训练模式。例如在“太阳能光电智能车”设计的过程中，循迹这部分功能的实现就有很多种解决的方案，学生可以用摄像头、光电红外对管、激光、特殊传感器四种方案来实现，循迹可以是四方形，8字形及其他更为复杂的路线，循迹的背景可以是最简单的白底黑线、稍难白底绿线、更难的绿地红线等。教师在布置设计方案的时候可以先从最简单的白底黑线、椭圆形轨迹开始，在学生成功实现该设计要求之后，再逐渐增加设计的难度，譬如更换循迹光电传感器，但是不同的光电器件在对光信号进行电信号转化的方式、信号的放大处理方式、误差的处理方式都不相同，一旦更换器件，就要求后面的数模转化，电路设计、以及单片机程序都需要重新设计，因此“独立创新设计”在培养学生的工程素质方面起着决定性的桥梁作用，只有将这一步做好，才能发现问题，分析问题，解决问题，最后运用自己的方法、自己拟定的器件去独立设计行业产品，不断训练，不断进行专业知识运用经验的日积月累，厚积学生的专业工程素质。

(3)以“贴近生产、贴近运用”为专业实践实训课程宗旨，建立起一套分级、分阶段课程实践实训题库并定期更新。题库中的训练项目全部来源于已经解决的光电工程运用实践案例，题库分基础型《光电子器件》课程实验实践项目和拔高型《光电子器件》课程实验实践项目，基础型训练项目要求每位学生一人一题独立完成一个实践训练项目，对专业的每一位学生进行系统的实践能力训练，让每一位学生的能力通过课程都能得到锻炼。拔高型训练项目以三个人为一组，项目的题目主要以历年全省、全国的电子设计竞赛、光电竞赛、单片机、工程竞赛题目为主，拔高型训练项目相较于基础型训练项目其所涉及的专业知识面更宽，对学生的工程实践能力要求更高，因此需要每个组员通力支持、分工协作才能完成，充分锻炼学生的团队协作能力和社交能力［4］。无论是基础型还是拔高型专业训练项目，都能引导学生把专业知识运用到生活生产实践中，以解决专业的工程技术运用问题为点，带动学生专业运用创新能力的激发为面，以点带面，增强光电专业实践课程工程与具体光电工程案例之间的亲和力，激发专业学生无穷创造力，驱动学生的工程素质得到飞跃发展。

(4)探索光电专业的实践教学体系如何融合到学校、学院的第二课堂活动、开放实验室、各类型专业竞赛，专业教师的校内、课内横纵向、产学研课题项目中，并将专业学生与项目无缝对接，不断从实践中总结、反馈和提高，形成专业实践教学训练对学生实践应用能力提升的巨大推力，做到培养体系改革和学生能力提升的良性循环［5］。积极走访光电企业，建立实践基地，校企合作项目，以企业对光电专业人才能力的具体要求为重中之重，聘请企业专业工程师参与专业实践教学体系的形式和具体内容的制定，以此来调整和优化专业培养方案，科学设置实践环节的内容，做到理论与实践相结合，课内与课外相结合的协同促进机制，大力推动课程教学改革。

4改革考核评价制度，促进学生全面发展

任何一门课都需要相应的考核制度，理论知识闭卷考试是最为常见的一种衡量学生对该课程掌握程度的考核方式，但《光电子器件》课程知识的应用性较强，在教学中往往会发现有的学生虽然理论课程成绩一般，但是其在实践、产品设计方面有着非常强的动手能力，这正是实践能力强的工程技术型人才的典型代表，所以《光电子器件》课程改革的另一重要环节就是改革课程的考核评价制度，打破以期末成绩作为评判学生专业素质的唯一指标，《光电子器件》课程的考核方式除了期末的试卷考核方式外，增加个性化考核方式和过程考核方式。对于工程实践能力强的学生，在考核期末课程总成绩的时候，应当将这部分学生的理论成绩在总成绩中的比重降低，比如闭卷分数占40%，理论验证性实验占10%，光电专业课程设计占50%［6］，对于理论学习能力强的学生进行课程的过程考核，考核方式为:(1)《光电子器件》课程按知识点分布安排至少考试3次。(2)课堂随机考察方式，建立课程专业的问题库，记录学生的等分记录，每生每学期不少于10次。按照这两种考核方式的学生期末试卷成绩占总成绩的比重可降低为40%。通过多样化的考核方式，充分考虑了学生的个性化，激发他们的专业积极性的同时反过来促进专业理论课程的学习，使得学生的工程实践能力和专业知识能力都得到充分融合，更好地培养学生的综合实践能力，为培养工程技术型光电人才奠定基础。

5结语

围绕专业理论知识实用、够用，实践技能下得去、上得来的递进式提升方式、课程考核方式个性化定量以及为地方高校培养具有创新意识和较强实践能力的高素质工程技术型光电人才的目的，对《光电子器件》课程从教学内容、专业实验室资源整合、实践环节及考核制度这几个环节开展教学改革与实践活动。在课程实践改革的过程中，学生的课堂听课效率提高了，学习态度向着更好方向发展，专业理论知识和实践能力得到一定的锻炼和提高，学生参加各类型的专业竞赛也获得了较好成绩，课程的教学改革实践初见成效。

参考文献:

［1］刘健．致力转型发展提升办学水平［N］．中国教育报，2014－10－27(08)．

［2］叶莉华，崔一平，胡国华．光电子技术课程教改探索［J］．电气电子教学学报，2007，29(2):10－12．

［3］苏俊宏．光电子技术基础［M］．北京:国防工业出版社，2008．

［4］狄红卫，张永林．光电子技术人才培养的教学改革与实践［J］．高等物理教育，2003(6):36－38．

［5］蒋行国，王彩燕，雷芝峥．光电信息技术课程教学的实践与思考［J］．桂林电子科技大学学报，2008，28(4):359－361．

［6］周文富．应用型本科教学质量保障与监控体系构建与实践［M］．厦门:厦门大学出版社，2012．

作者：曾振武 魏茂金 单位：三明学院机电工程学院