“光电电路课程设计”的教学研究与实践

摘要：培养学生的自主学习与实践能力是高校提高人才培养质量的重要内容。课程设计是以学生自主学习完成为主，以提高学生理论应用和实践能力为目标的实验课程。以光电电路课程设计为例，通过对选题设计、均衡分组、仿真模拟、方案质疑、功能实现、多维考核等方面进行教学过程控制，推动课程设计转变为课程实践，提高了课程设计的教学质量，从而实现加强培养学生自主学习和实践能力的目标。

关键词：自主学习；实践能力；光电电路；课程设计

作者简介：刘玉申（1979-），男，山东临清人，常熟理工学院物理与电子工程学院，副教授；况亚伟（1982-），男，安徽淮北人，常熟理工学院物理与电子工程学院，讲师。（江苏 常熟 215500）

基金项目：本文系国家自然科学基金项目（项目编号：11247028）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0062-02

培养大学生自主学习和实践能力是高校提高人才培养质量的重要内容。学会学习是人的全面发展的需要，是素质教育的要求，也是时展对人的要求。因此，大学课堂应从“以教师为中心”的教学模式转向培养学生“自主学习”的教学模式，使学生的学习从学会转向会学，从而培养学生的自我学习能力。实践能力在学生素质发展中的地位和重要性是不言而喻的，《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》明确指出：“培养学生的创新精神和实践能力是素质教育的重点”。[1]

课程设计是高等教育质量的重要评价内容，是实践教学环节中重要的组成部分。旨在培养学生综合运用所学理论知识，具备解决工程实际问题的能力。光电信息工程专业旨在培养具备光学、电子学、信息技术等知识结构，在光电信息及相关领域有跨学科综合能力和集成创新能力的高级复合型技术人才，是一个实践性、综合性、应用性较强的专业，在实践教学方面应更甚于其他工科专业。[2，3]

基于常熟理工学院培养应用型、复合型高级人才的办学定位，在光电信息工程本科专业大四上学期期末独立开设为期2周的光电电路课程设计，以电子学科和光学学科的专业知识为背景进行跨学科的综合实践训练。本文以此课程设计为例，探索如何在选题、分组、仿真、调试、考核等方面进行教学设计，推动课程设计转变为课程实践，从而达到加强培养学生自主学习和实践能力的目标。

一、课程设计的目标

光电电路课程设计是在本专业学生结束整个本科阶段理论课程学习之后集中安排的实践教学环节，是为了能够将理论知识和工程实践结合在一起，突出专业特点而专门设置的一门实践类课程。因为开设对象为即将结束集中授课学习方式而进入工程实践的毕业班学生，该课程设计需要以学生为本，以相应的理论课程与之匹配，充分协调理论知识与工程实践之间的关系，从而使学生理解自身知识结构体系与专业特点，进而有能力对自身继续深造或就业的方向完成定位，充分调动其积极性和创造性，积极参与到教学活动中来并充当其中的主角，完成对学生自主学习和实践能力的培养。

通过借鉴其他院校经验及教研组内部交流，光电电路课程设计特设置以下六个教学模块：选题设计、均衡分组、仿真模拟、方案质疑、功能实现、多维评价。该教学工程主要突出以学生的自主学习为主，教师的引导为辅，在教师深入调研、精心设计题库、实施过程评价、结果评价、同级评价相结合的多维考核方式的基础上，突出学生的自我学习和自我管理。教学过程流程如图1所示。

二、课程设计的实践

1.选题设计阶段

依照本课程教学大纲，教师将选题集中在六大模块：光电计数电路、红外补偿电路、声光补偿电路、力敏传感电路、温敏传感电路、LED屏驱动电路，充分体现与光电信息工程专业培养方案中光电子学、传感器原理、光电检测、显示技术等专业理论课程的融合与衔接，引导学生将光电信息产生、处理、放大、检测、显示等基础理论及相关光电器件的基本原理与实践相结合，提高本专业学生的专业素养。在选题设计阶段，教师应完成选题任务书，同时，为帮助学生克服畏难情绪和激发学生的学习兴趣，明确选题的基本目标和提高目标。

2.均衡分组阶段

为培养学生的工程合作能力，课程设计以小组为单位完成，整个分组过程分为两个步骤。

（1）教师与学生共同研读选题任务书，在分析题目的基础上完成对题目基本原理、基本器件的复习与巩固，明确特定选题的基本目标和提高目标，明确每组人数及成员任务，帮助学生寻找自身的兴趣点。

（2）鼓励学生自由组合，结合自身兴趣选择设计题目，并按照任务书完成资料收集、方案设计、任务分配，递交书面稿；教师在优先考虑学生意愿的前提下，鼓励学生在课程设计中体现团队合作，在资料调研、软件调试、硬件焊接、报告撰写、综合答辩等几个环节各有侧重，最大程度发挥个人特点，在培养学生专业素养的同时兼顾工程协作能力。

3.仿真模拟阶段

利用仿真模拟软件为设计方案进行前期调试和验证是课程设计中必不可少的一个环节。本阶段选用的Multisim仿真软件是Electronics Workbench的升级版本，具有友好直观的用户界面，丰富的电子元器件库以及种类齐备的虚拟仪器设备，可以完成对模拟、数字或混合电路的仿真与分析，切合实际情况。[4]在对设计方案调试过程中，不断修改电路和器件参数，突破时间与空间的限制，扩充设计内容，提高设计效率。学生同时可以通过个性化元器件库的设置主动探求解决问题的方法，能充分发挥学生的主观能动性和创造性，培养自主学习与解决实际问题的能力。

4.方案质疑阶段

经过Multisim模拟仿真阶段，电路的基本设计方案已经初步形成，在硬件焊接前期，教师应引导学生对初定方案进行质疑论证。主要围绕单元电路设计、电路参数计算、元器件选择等几个方面展开。针对选题，整个电路由多个单元组成，学生应明确各个单元电路的基本功能，详细拟定出单元的性能指标及与后续电路单元之间的联系；在预定单元电路的基础上，按电路组成形式对参数进行计算，例如放电电路中电阻值、电容值、光敏二极管饱和电流和最大反向电压，振荡电路中电容、电阻和振荡频率的计算；阻抗元器件、光电半导体元器件、集成电路芯片等器件种类繁多，具体的性能要求也不一样，在放大电路中可选三级管或场效应管，选择晶体三极管的同时，还需注意PNP型还是NPN型，是锗管还是硅管，高频还是低频，结合课程设计引导学生深入理解相关理论知识。通过本阶段师生共同对设计方案质疑和研讨，针对选题目标、要求制定出符合需要的最优解决方案，力争做到合理可靠。

5.功能实现阶段

经过前期各阶段的准备和积累，学生对于选题的基本方案、基本性能已经比较熟悉，可以进行硬件电路的焊接和调试。通常进入大四阶段的学生经过低年级阶段的实习，硬件焊接的功底基本比较扎实。本阶段的主要问题集中于对硬件电路的调试过程。由于整个光电电路单元模块较多，且学生对光敏、温敏、压敏及显示阵列等器件的性能尚停留在理论认知阶段，调试过程对照软件模拟电路图找不出问题所在。教师应指导学生按照调试步骤，由静态到动态，由整个电路化简为单元模块，逐步排查，做到耐心，细心。本阶段是整个课程设计阶段学生参与最为直接，成就感最强的时期，教师应把握指导的程度，既帮助学生找到努力的方向，同时感受到自我学习能力和实践能力的提高。

6.多维评价阶段

与传统的按照课程设计结果采取单一评价模式不同，本阶段借鉴过程评价的概念，对学生在该课程设计中的表现进行多维评价。过程评价也称形成评价，是1967年由美国的评价专家斯克里芬在其《评价方法论》中论及课程改革时第一次提出的，[5]着重将评价的视野投向学生的整个学习阶段，认为凡是有价值的学习结果都应该得到肯定的评价，极大提高每个学生的学习积极性。本阶段在注重选题完成情况的基础上充分考虑学生本身的专业基础、选题的难易程度、过程中发现问题与解决问题的能力，综合评价学生对已有方案进行质疑与论证的能力，与组内成员、教师的协作与沟通能力，最终结合组内互评、个人自评、教师评价完成对每位学生在课程设计中体现的自主学习能力和实践能力的评价。在完成课内教学任务的同时，对即将完成本科阶段课程学习的各个层次的学生进行巩固、促进，激发学生对本行业继续深造的兴趣和实践能力。

三、结束语

培养学生的自主学习与实践能力是高校人才培养的重要目标，光电电路课程设计作为光电信息专业学生经过光电子学、传感器原理、光电检测、显示技术等专业理论课程学习后而设置的综合实践课程，本课程设计以学生的自主学习与实践为主，通过训练使学生掌握光电电路设计及制作的过程，掌握利用模拟软件进行电路设计的方法，掌握基本元器件及传感器的使用。通过教师在选题设计、方案质疑、多维评价等阶段的精心设计，消除学生的畏难情绪和依赖情绪，引导学生积极参与整个课程设计的实施阶段，实现对学生自主学习与实践能力的培养。

参考文献：

[1]齐园，张铁山，程正中.基于课程设计的自主学习与实践能力培养的探索研究[J].价值工程，2011，30（4）：191-192.

[2]余向东，沈为民，徐苏楠.光电电路综合设计实践课程教学改革探索[J].实验室科学，2012，15（1）：42-44.

[3]陆蓉，杨炜，梁猛.光电子技术专业课程设计的实践研究与探索[J].陕西教育：高教版，2012，（9）：56-57.

[4]路而红.虚拟电子实验室-Multisim7&Ultiboard7[M].北京：人民邮电出版社，2005.

[5]唐丽芳，尹弘飚.我国课程实施过程评价研究进展及走向[J].东北师大学报，2007，（2）：129-133.