光電子技術專業(yè)課程設計的實踐研究與探索

陸蓉 楊祎 梁猛

[摘要] 本文針對高等教育中的專業(yè)課程設計進行改革與研究，使其充分發(fā)揮培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要作用。通過理論課引導、改善實驗環(huán)境、合理設計題目激發(fā)學生興趣，通過考核方式的改革促使學生獨立認真完成設計內(nèi)容，通過自由選題、設計、實現(xiàn)系統(tǒng)培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科研素質(zhì)。

[關鍵詞] 創(chuàng)新 實踐 能力 人才

中圖分類號：G 423.07

引 言

隨著社會的快速發(fā)展，人們對通信的要求越來越高，社會對人才的需要也就不斷增加。信息的發(fā)展體現(xiàn)了光電子技術存在的重要性，光電子技術已經(jīng)成為國家的經(jīng)濟支柱。新世紀的競爭是人才的競爭[1]。培養(yǎng)出實踐能力強、具有創(chuàng)新意識的人才是目前高等學校的教育方向[2,3]。

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才要特別注重實踐動手能力的訓練[4]。在大學四年的教學安排中，實踐類課程所占比重偏少，內(nèi)容陳舊，特別是專業(yè)課程設計缺乏特色性、針對性、循序漸進性和實效性。為此我們進行了深入的思考和探索，希望能夠有效地提高學生對專業(yè)課程設計的重視力度，從而使專業(yè)課程設計在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中起到它應有的重要作用[5-7]。

探索專業(yè)課程設計的教學意義

專業(yè)課程設計是理工科的學生在進入到專業(yè)知識學習階段后，能夠把理論知識和實踐結合到一起，進行綜合設計的一門實踐類課程。通過專業(yè)課程設計中的各個環(huán)節(jié)：查閱參考資料—熟悉原理—方案設計—仿真模擬—搭建系統(tǒng)—調(diào)試—數(shù)據(jù)分析—報告總結，培養(yǎng)學生科學研究的綜合素質(zhì)。專業(yè)課程設計不但使學生能夠?qū)⒗碚撝R學以致用，還能培養(yǎng)學生動手能力、分析解決問題的能力、正確的思維方法及嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，同時還能培養(yǎng)學生團隊合作的精神以及創(chuàng)新的意識[9-10]。專業(yè)課程設計在大學生的培養(yǎng)中起到舉足輕重的作用。

1.促進理論實踐相結合

對于理工科學生，尤其是光電子技術專業(yè)來說，一旦進入專業(yè)課的學習，學生會覺得知識面一下拓寬了，要學的內(nèi)容很多，有時候相互之間也很難看出聯(lián)系；學習起來枯燥無味，不容易理解，會有很強的畏難情緒。通過實踐環(huán)節(jié)對理論知識進行強調(diào)和理解，在具備了感性認識之后更容易掌握理論知識，同時學會運用理論知識分析和解決實際問題的方法，是理論知識與實踐知識的一種互動。

2.培養(yǎng)專業(yè)興趣

學生在課程設計中通過努力實現(xiàn)一個小系統(tǒng)，會因為成功帶來很大的喜悅和成就感，從而對專業(yè)產(chǎn)生興趣，提升自信心。

3.提高學生綜合素質(zhì)

課程設計內(nèi)容以綜合性和設計性為主，題目具有連貫性，從淺到深，實驗體系逐漸完善，能夠培養(yǎng)學生動手能力、分析解決問題的能力、正確的思維方法及嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，同時還能培養(yǎng)學生團隊合作的精神以及創(chuàng)新的意識。通過專業(yè)課程設計，學生可以掌握軟硬件的模塊化設計和調(diào)試方法，以及對專業(yè)儀器儀表的認識和熟練應用，為其走向就業(yè)崗位打下扎實的基礎。

4.增強就業(yè)競爭力

現(xiàn)在本科生找工作難，不僅僅是因為就業(yè)人數(shù)的逐年增加，還因為用人單位現(xiàn)在更注重學生的動手能力和創(chuàng)新能力。由于專業(yè)課程設計的內(nèi)容與實際應用緊密結合，通過專業(yè)課程設計的訓練，積極參加各種專業(yè)競賽，這些豐富的實踐經(jīng)歷可大大提高學生的就業(yè)機會，增加就業(yè)競爭力。

光電子技術專業(yè)課程設計建設方案

我們對光電子技術專業(yè)課程設計的實踐研究與探索，主要從以下幾個方面進行建設：

1.加強前期引導，提高設計效率

理論教學引導：理論教學方面注重提高學生的思想覺悟，明確學習目的，激發(fā)學生的主觀能動性和研究興趣，將課程設計中的實際問題融會貫穿到理論教學中，不但極大地激發(fā)學生的學習興趣，而且也使學生對課程設計產(chǎn)生了一種期待，獲得良好的教學效果。

良好的實驗環(huán)境：針對于部分對實踐感興趣的學生，提供開放的實驗環(huán)境，老師給予一定的指導，讓學生可以在實驗室內(nèi)自由做實驗，從基礎實驗做起逐漸加大難度，讓學生不斷地獲得成功的喜悅感，提升學生的專業(yè)興趣和自信心，并增強學生的動手實踐能力。同時也為后續(xù)的課程設計積累經(jīng)驗，產(chǎn)生新想法、新思路，具有一定的創(chuàng)新意識。

合理設計題目：根據(jù)學生的層次和興趣，設計出適合不同學生的題目，讓學生根據(jù)自己的能力自由選題和組隊。學生也可從前面開放性實驗的新思路中繼續(xù)深入題目，實現(xiàn)功能更加完整和性能優(yōu)良的系統(tǒng)。

根據(jù)學生的興趣，把題目分為軟件設計和硬件設計實現(xiàn)兩大部分，題目中還包含了現(xiàn)在不斷普及的單片機、FPGA、ARM的模塊，使學生在學習光電專業(yè)課程的基礎上，把單片機、FPGA、ARM作為一種工具或手段，從而實現(xiàn)光電真正結合的目標。這種方法不但幫助學生擴展了知識面，還擴大學生的就業(yè)方向。例如：數(shù)字光發(fā)送接收系統(tǒng)要求學生做出數(shù)字信號源、光發(fā)送、光接收三大部分，可以采用分立元件、單片機、光源、光檢測器等來共同實現(xiàn)這一系統(tǒng)；光時域反射儀的設計與實現(xiàn)也包括窄脈沖發(fā)生、光發(fā)送、弱光檢測三大部分，除了分立元件、FPGA/ARM、光源、光檢測器，還有光環(huán)行器等無源器件的應用。

根據(jù)學生所具備的理論知識基礎，把題目難度劃分為三個層次：較為簡單的綜合設計類題目，讓基礎差的學生能夠在老師和同學的幫助下，通過努力實現(xiàn)題目的基本要求，增加自信心，學習如何分析問題和解決問題；一般難度的綜合設計類題目，讓處于中間部分的學生能夠理論結合實際，通過老師指導和團隊合作，較好地完成題目要求，并對其加以一定的完善；具有一定難度的題目由理論基礎扎實、動手能力較強的學生來完成，他們對題目有濃厚的興趣，本身有較好的分析、解決問題能力，在老師的引導下能夠自主地完成題目要求，并且有一定地深入。

2.優(yōu)化實踐過程，提高實踐能力

自由選題：由學生根據(jù)自己的能力和興趣，選擇自己喜歡的題目，并自由組成2～3人的小組。

查閱資料：學生根據(jù)所選題目，分析題目要求，查閱相關文獻資料，熟悉題目的基本原理，有了較為明確的設計思路和實現(xiàn)方法，給出原理框圖或流程圖。

方案設計和仿真：在清楚原理的基礎上，根據(jù)題目要求，結合實驗室提供的實驗條件，開始設計方案，并借助現(xiàn)有的各種仿真軟件先進行理論分析，初步證明方案的可行性，再進行成本分析，證明方案的可實現(xiàn)性，最終給出詳細的設計圖和設計說明。

搭建系統(tǒng)和調(diào)試：根據(jù)所設計的內(nèi)容，選擇合適的器件和儀器儀表，搭建系統(tǒng)，通過不斷的調(diào)試，達到基本的題目要求。

數(shù)據(jù)分析和完善：測試所搭建的系統(tǒng)性能，進行各類數(shù)據(jù)分析，和同類系統(tǒng)進行比較，分析所存在差別以及導致因素，進行新一輪的調(diào)試，從而進行功能完善，爭取達到最佳的效果。

報告總結：在完成題目要求、實現(xiàn)設計內(nèi)容后，必須要寫一份詳細的專業(yè)課程設計報告，報告中給出題目要求、分析過程、方案設計、調(diào)試過程，最終實現(xiàn)方案和系統(tǒng)性能，并分析其中的不足和可進一步改善的內(nèi)容。總結報告也是專業(yè)課程設計中不可或缺的一部分，它是學生對所有工作的陳述，原理是否清楚、思路是否清晰、方法是否正確、結果能否符合要求從中可以一目了然，學生在整個工作的態(tài)度和能力也能看出來，這是進行科學研究必不可少的一項練習。

在專業(yè)課程設計的過程中，打破以前限定實驗器件的要求，除了實驗室提供的常用器件、芯片及耗材，還給出一定經(jīng)費，對于實現(xiàn)特殊功能的芯片或器件由學生自己去購買，這樣有更多的選擇余地，充分發(fā)揮學生的潛力和主觀能動性，給設計帶來 “閃光點”，還間接鍛煉學生的考慮成本、選材和采購的綜合設計能力。專業(yè)課程設計以小組的形式進行，讓學生結合自身的優(yōu)勢進行分工合作，不但有利于學生發(fā)掘自身的優(yōu)點，還能夠培養(yǎng)學生的團隊合作精神，通過互相幫助加強同學間的溝通；指導老師在整個過程中密切關注著每個小組的設計進展，給予合理地引導和及時地督促，幫助學生解決難以跨越的問題，提醒學生合理地安排時間，可以按期完成設計要求。

3.改革考核方式，提高教學效果

我們把專業(yè)課程設計考核分三階段進行考核。

第一階段考核—理論設計階段，經(jīng)過查閱大量的文獻資料后，清楚基本原理和題目要求，結合現(xiàn)有條件，設計方案并通過仿真論證方案可行性。此時考核，使小組的每個成員本都要清楚基本原理、設計思路和方法。

第二階段考核—系統(tǒng)調(diào)試階段，選擇合適的器件、耗材，搭建系統(tǒng)，能否成功關鍵在于不斷的調(diào)試。調(diào)試過程需要學生的認真操作、細心觀察、 詳細記錄、仔細分析、查找原因，并找到合理解決的方法。本階段考核有利于學生總結調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和解決的方法，如果出現(xiàn)方向性的錯誤，老師及時糾正，可幫助學生鍛煉分析、解決問題的能力。對于進展較慢又較為膽怯的小組，老師也可以及時地發(fā)現(xiàn)問題并解決，增加小組克服困難的信心。

第三階段考核—驗收階段，各小組完成系統(tǒng)調(diào)試并符合題目設計要求，可申請老師驗收。本階段考核，要求各小組展示設計內(nèi)容，測試系統(tǒng)性能，數(shù)據(jù)收集與分析，并總結理論設計和最終結果之間的關系。通過本次考核學生能夠從中找出不足，積累經(jīng)驗，為系統(tǒng)的性能完善提出新想法。

實踐表明，分階段考核使學生開始熟悉科學研究的過程，培養(yǎng)學生具有良好的科學研究習慣。分階段考核給學生一定的緊迫感，督促學生抓緊時間完成階段任務，不至于拖延時間。分階段考核能夠有效地避免學生蒙混過關的現(xiàn)象，使專業(yè)課程設計具有好的教學效果。分階段考核有利于老師掌控課程設計的時間安排，控制整體進度；有利于老師及時發(fā)現(xiàn)學生中存在的問題，給予糾正；有利于老師明確小組成員的區(qū)別，給出合理的考核成績；有利于老師發(fā)現(xiàn)能力強的學生，進一步給學生提供更優(yōu)良的環(huán)境發(fā)揮自己的特長。

結束語

專業(yè)課程設計是高等教育里面一門重要的實踐類課程，專業(yè)課程設計教學改革通過理論教學引導、合理的題目設計，讓學生進行自由選題、方案設計、系統(tǒng)調(diào)試和實現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析和完善，并采取分階段的考核方式；做到突出重點，分類指導，充分體現(xiàn)專業(yè)課程設計的目的，有效地改善專業(yè)課程設計的教學效果。

通過這樣的改革與實踐能夠真正地讓學生做到學以致用、理論與實踐相結合。不但鍛煉學生分析問題、解決問題的能力，提高學生的綜合設計能力，培養(yǎng)學生自主學習和創(chuàng)新意識，還可以養(yǎng)成學生進行科學研究的良好習慣。通過專業(yè)課程設計還能夠加深學生對專業(yè)知識的理解，提升學生對專業(yè)知識的學習興趣。帶動學生參與教師項目，參加各類學科競賽，申請學校的學生科技立項課題，推動創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

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作者單位：西安郵電學院電子工程學院光電子技術系陜西西安