“光電電路課程設計”的教學研究與實踐

摘要：培養學生的自主學習與實踐能力是高校提高人才培養質量的重要內容。課程設計是以學生自主學習完成為主，以提高學生理論應用和實踐能力為目標的實驗課程。以光電電路課程設計為例，通過對選題設計、均衡分組、仿真模擬、方案質疑、功能實現、多維考核等方面進行教學過程控制，推動課程設計轉變為課程實踐，提高了課程設計的教學質量，從而實現加強培養學生自主學習和實踐能力的目標。

關鍵詞：自主學習；實踐能力；光電電路；課程設計

作者簡介：劉玉申（1979-），男，山東臨清人，常熟理工學院物理與電子工程學院，副教授；況亞偉（1982-），男，安徽淮北人，常熟理工學院物理與電子工程學院，講師。（江蘇 常熟 215500）

基金項目：本文系國家自然科學基金項目（項目編號：11247028）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0062-02

培養大學生自主學習和實踐能力是高校提高人才培養質量的重要內容。學會學習是人的全面發展的需要，是素質教育的要求，也是時代發展對人的要求。因此，大學課堂應從“以教師為中心”的教學模式轉向培養學生“自主學習”的教學模式，使學生的學習從學會轉向會學，從而培養學生的自我學習能力。實踐能力在學生素質發展中的地位和重要性是不言而喻的，《中共中央國務院關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》明確指出：“培養學生的創新精神和實踐能力是素質教育的重點”。[1]

課程設計是高等教育質量的重要評價內容，是實踐教學環節中重要的組成部分。旨在培養學生綜合運用所學理論知識，具備解決工程實際問題的能力。光電信息工程專業旨在培養具備光學、電子學、信息技術等知識結構，在光電信息及相關領域有跨學科綜合能力和集成創新能力的高級復合型技術人才，是一個實踐性、綜合性、應用性較強的專業，在實踐教學方面應更甚于其他工科專業。[2，3]

基于常熟理工學院培養應用型、復合型高級人才的辦學定位，在光電信息工程本科專業大四上學期期末獨立開設為期2周的光電電路課程設計，以電子學科和光學學科的專業知識為背景進行跨學科的綜合實踐訓練。本文以此課程設計為例，探索如何在選題、分組、仿真、調試、考核等方面進行教學設計，推動課程設計轉變為課程實踐，從而達到加強培養學生自主學習和實踐能力的目標。

一、課程設計的目標

光電電路課程設計是在本專業學生結束整個本科階段理論課程學習之后集中安排的實踐教學環節，是為了能夠將理論知識和工程實踐結合在一起，突出專業特點而專門設置的一門實踐類課程。因為開設對象為即將結束集中授課學習方式而進入工程實踐的畢業班學生，該課程設計需要以學生為本，以相應的理論課程與之匹配，充分協調理論知識與工程實踐之間的關系，從而使學生理解自身知識結構體系與專業特點，進而有能力對自身繼續深造或就業的方向完成定位，充分調動其積極性和創造性，積極參與到教學活動中來并充當其中的主角，完成對學生自主學習和實踐能力的培養。

通過借鑒其他院校經驗及教研組內部交流，光電電路課程設計特設置以下六個教學模塊：選題設計、均衡分組、仿真模擬、方案質疑、功能實現、多維評價。該教學工程主要突出以學生的自主學習為主，教師的引導為輔，在教師深入調研、精心設計題庫、實施過程評價、結果評價、同級評價相結合的多維考核方式的基礎上，突出學生的自我學習和自我管理。教學過程流程如圖1所示。

二、課程設計的實踐

1.選題設計階段

依照本課程教學大綱，教師將選題集中在六大模塊：光電計數電路、紅外補償電路、聲光補償電路、力敏傳感電路、溫敏傳感電路、LED屏驅動電路，充分體現與光電信息工程專業培養方案中光電子學、傳感器原理、光電檢測、顯示技術等專業理論課程的融合與銜接，引導學生將光電信息產生、處理、放大、檢測、顯示等基礎理論及相關光電器件的基本原理與實踐相結合，提高本專業學生的專業素養。在選題設計階段，教師應完成選題任務書，同時，為幫助學生克服畏難情緒和激發學生的學習興趣，明確選題的基本目標和提高目標。

2.均衡分組階段

為培養學生的工程合作能力，課程設計以小組為單位完成，整個分組過程分為兩個步驟。

（1）教師與學生共同研讀選題任務書，在分析題目的基礎上完成對題目基本原理、基本器件的復習與鞏固，明確特定選題的基本目標和提高目標，明確每組人數及成員任務，幫助學生尋找自身的興趣點。

（2）鼓勵學生自由組合，結合自身興趣選擇設計題目，并按照任務書完成資料收集、方案設計、任務分配，遞交書面稿；教師在優先考慮學生意愿的前提下，鼓勵學生在課程設計中體現團隊合作，在資料調研、軟件調試、硬件焊接、報告撰寫、綜合答辯等幾個環節各有側重，最大程度發揮個人特點，在培養學生專業素養的同時兼顧工程協作能力。

3.仿真模擬階段

利用仿真模擬軟件為設計方案進行前期調試和驗證是課程設計中必不可少的一個環節。本階段選用的Multisim仿真軟件是Electronics Workbench的升級版本，具有友好直觀的用戶界面，豐富的電子元器件庫以及種類齊備的虛擬儀器設備，可以完成對模擬、數字或混合電路的仿真與分析，切合實際情況。[4]在對設計方案調試過程中，不斷修改電路和器件參數，突破時間與空間的限制，擴充設計內容，提高設計效率。學生同時可以通過個性化元器件庫的設置主動探求解決問題的方法，能充分發揮學生的主觀能動性和創造性，培養自主學習與解決實際問題的能力。

4.方案質疑階段

經過Multisim模擬仿真階段，電路的基本設計方案已經初步形成，在硬件焊接前期，教師應引導學生對初定方案進行質疑論證。主要圍繞單元電路設計、電路參數計算、元器件選擇等幾個方面展開。針對選題，整個電路由多個單元組成，學生應明確各個單元電路的基本功能，詳細擬定出單元的性能指標及與后續電路單元之間的聯系；在預定單元電路的基礎上，按電路組成形式對參數進行計算，例如放電電路中電阻值、電容值、光敏二極管飽和電流和最大反向電壓，振蕩電路中電容、電阻和振蕩頻率的計算；阻抗元器件、光電半導體元器件、集成電路芯片等器件種類繁多，具體的性能要求也不一樣，在放大電路中可選三級管或場效應管，選擇晶體三極管的同時，還需注意PNP型還是NPN型，是鍺管還是硅管，高頻還是低頻，結合課程設計引導學生深入理解相關理論知識。通過本階段師生共同對設計方案質疑和研討，針對選題目標、要求制定出符合需要的最優解決方案，力爭做到合理可靠。

5.功能實現階段

經過前期各階段的準備和積累，學生對于選題的基本方案、基本性能已經比較熟悉，可以進行硬件電路的焊接和調試。通常進入大四階段的學生經過低年級階段的實習，硬件焊接的功底基本比較扎實。本階段的主要問題集中于對硬件電路的調試過程。由于整個光電電路單元模塊較多，且學生對光敏、溫敏、壓敏及顯示陣列等器件的性能尚停留在理論認知階段，調試過程對照軟件模擬電路圖找不出問題所在。教師應指導學生按照調試步驟，由靜態到動態，由整個電路化簡為單元模塊，逐步排查，做到耐心，細心。本階段是整個課程設計階段學生參與最為直接，成就感最強的時期，教師應把握指導的程度，既幫助學生找到努力的方向，同時感受到自我學習能力和實踐能力的提高。

6.多維評價階段

與傳統的按照課程設計結果采取單一評價模式不同，本階段借鑒過程評價的概念，對學生在該課程設計中的表現進行多維評價。過程評價也稱形成評價，是1967年由美國的評價專家斯克里芬在其《評價方法論》中論及課程改革時第一次提出的，[5]著重將評價的視野投向學生的整個學習階段，認為凡是有價值的學習結果都應該得到肯定的評價，極大提高每個學生的學習積極性。本階段在注重選題完成情況的基礎上充分考慮學生本身的專業基礎、選題的難易程度、過程中發現問題與解決問題的能力，綜合評價學生對已有方案進行質疑與論證的能力，與組內成員、教師的協作與溝通能力，最終結合組內互評、個人自評、教師評價完成對每位學生在課程設計中體現的自主學習能力和實踐能力的評價。在完成課內教學任務的同時，對即將完成本科階段課程學習的各個層次的學生進行鞏固、促進，激發學生對本行業繼續深造的興趣和實踐能力。

三、結束語

培養學生的自主學習與實踐能力是高校人才培養的重要目標，光電電路課程設計作為光電信息專業學生經過光電子學、傳感器原理、光電檢測、顯示技術等專業理論課程學習后而設置的綜合實踐課程，本課程設計以學生的自主學習與實踐為主，通過訓練使學生掌握光電電路設計及制作的過程，掌握利用模擬軟件進行電路設計的方法，掌握基本元器件及傳感器的使用。通過教師在選題設計、方案質疑、多維評價等階段的精心設計，消除學生的畏難情緒和依賴情緒，引導學生積極參與整個課程設計的實施階段，實現對學生自主學習與實踐能力的培養。

參考文獻：

[1]齊園，張鐵山，程正中.基于課程設計的自主學習與實踐能力培養的探索研究[J].價值工程，2011，30（4）：191-192.

[2]余向東，沈為民，徐蘇楠.光電電路綜合設計實踐課程教學改革探索[J].實驗室科學，2012，15（1）：42-44.

[3]陸蓉，楊煒，梁猛.光電子技術專業課程設計的實踐研究與探索[J].陜西教育：高教版，2012，（9）：56-57.

[4]路而紅.虛擬電子實驗室-Multisim7Ultiboard7[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[5]唐麗芳，尹弘飚.我國課程實施過程評價研究進展及走向[J].東北師大學報，2007，（2）：129-133.

（責任編輯：劉輝）