光電專業實驗教學改革研究

高來勖等

摘要： 本文基于對我校光電專業實驗教學進行的研究與探索，從課程設置、實驗內容與實驗室開放幾個方面進行分析，提出了相應的改革措施。結合我們在實際實驗教學中所進行的一些探索，希望可以給光電專業的教與學帶來益處。

關鍵詞：實驗教學；教學改革；創新

實驗教學是高等學校教育中培養學生創新精神和實踐能力的重要手段，是提高學生綜合素質的關鍵環節。諸多高校都認識到實驗教學在教學中的重要性，在這方面進行了大量的研究。在中國知網上搜索實驗教改等相關關鍵詞，發現實驗教改類文章近年來數量快速遞增，由此也從一個方面反映出高校及高校教師們對實驗教學環節的重視。光電專業是我校的工科專業，理論性較強，實驗課程的設置與教學尤其重要，本文對我校光電專業的實驗教學環節進行一些研究。

一、光電專業實驗教學的現狀

（一）實驗課程設置

光電專業培養具備光電子技術的基礎知識、具有跟蹤領域內前沿知識的能力、能從事光纖技術、激光技術、光電檢測技術和光電領域的科學研究、技術開發及管理等方面工作的工程技術人才。采取基礎加專業的培養方式，主要有理論教學、創業教育和實踐教學三個環節。

其中的實踐教學包括電路、C語言程序設計、單片機原理與應用、微機原理等課程中設有的實驗課；接口實驗、大學物理實驗、光電技術實驗等獨立實驗課程。實驗課程的設置依舊從屬于理論課程，實驗課都是在相關理論課講授后進行。而且，大多數的實驗都是為驗證理論而設置的，屬于驗證性或演示性實驗。這樣就使得實驗教學成了理論教學的輔助手段，也導致學生重理論而輕實驗。

（二）實驗課程內容更新慢，實驗設備陳舊

科學技術發展日新月異，光電專業知識更新較快，而光電專業實驗課程內容沒有及時更新，很多實驗項目比較陳舊，造成學生的實驗經驗無法用于實際應用。光電專業的一些如涉及衍射、干涉等光學基礎理論的實驗，是光學的經典實驗，歷久彌新。但一些如傳感、檢測等新技術的實驗，就須要與時俱進，與實際應用相銜接。科學前沿領域的知識應多融入我們的實驗內容，實驗盡量與科學技術的發展保持同步，這也應是我們努力的方向。

光電專業實驗設備相對昂貴，導致了實驗設備的更新滯后于應用技術的發展，對人才的培養與社會的需求脫節。目前大多數實驗設備生產廠商追求實驗儀器的集成化、操作簡便化，提供的產品多是“黑盒子”的“實驗箱”，這正與培養目標背道而馳。使用“實驗箱”做實驗，學生即便還未很好地理解理論知識、實驗原理，僅按講義說明，通過簡單的插拔接線就可以完成實驗。這種實驗，很難在學生頭腦中留下印象，其教學效果可想而知。

（三）綜合性實驗少，開放性差

實驗內容多為理論驗證和演示實驗，缺乏學生發揮主觀能動性的綜合性實驗，實驗教學的目的是培養學生應用所掌握的理論知識去解決實際問題的能力，驗證性實驗和演示性實驗無法實現這種能力的培養。學生在實驗課上在意的是實驗結果，而不重視過程，不須要去思考實驗中所考察的理論知識。這種以驗證性和演示性實驗為主的實驗室即便開放，也無法吸引學生們自主學習。這需要我們在實驗課程內容和項目上進行設計，開設有助于提高學生學習興趣和創新意識的綜合性實驗或設計性實驗。

二、關于光電專業實驗教學改革的建議

（一）實驗體系的建立

按照光電專業課程的設置與相互關聯，對相應的理論課程和實驗課程進行分類、統籌安排。比如應用光學、物理光學類的專業基礎課程，光纖通信、光電檢測的專業技術類課程。將實驗教學內容劃分為基礎實驗、綜合性實驗、研究創新性實驗三個方面。這三方面的教學內容循序漸進，培養學生具有扎實的基礎實驗技能，掌握分析測試能力，提高學生的科學研究能力，激活學生的創新性思維。

基礎實驗知識和基礎實驗技能是開展科學研究、科學創造的基礎。注重學生對基礎實驗知識的掌握，將理論知識融入實驗原理與方法中，如“光的干涉、衍射“等基礎實驗。強化基礎實驗技能訓練，培養學生良好的實驗操作習慣，對基礎實驗內容、實驗知識、實驗技能的綜合應用能力。

綜合性實驗以“設計——搭建或制備——測試”為主線，以光電專業特色為基礎，學生參與實驗設計為前提，教師指導為保障，開設有特色的綜合實驗。比如“光學薄膜的制備實驗”“光電檢測技術類實驗”。真正體現出實驗的綜合性，使學生綜合設計的實踐能力得到真正的鍛煉和培養。

創新性實驗以學生為主體，教師作為輔助指導的開放式實驗教學模式，分為課程內研究性實驗、非課程研究性學習和課外創新實踐等形式。比如“表面等離子體共振實驗系統的搭建與測試”實驗。引導學生主動學習，樂于創新，給學生留有自由發揮的空間，從而擺脫按部就班的實驗模式，提高了學生的綜合實驗能力和創新意識。

（二）實驗教學觀念的轉變

實驗教學不應完全依附于理論教學，而應有獨立的實驗教學體系。實驗課程的設置應根據整體的實驗培養計劃安排，而不是根據理論教學的需要進行。光電新技術不斷涌現，因此要對現有教學內容及時更新。補充近些年出現的、已實際應用的新技術，刪減落后淘汰的知識內容。更新相應的實驗設備，使實驗教學手段的發展跟上社會實際應用。

（三）建立開放實驗室的管理制度

實驗室開放已成為實驗教學改革和現代實驗室管理的基本要求。實驗室開放的形式多樣，不僅是時間和空間的開放，更重要的是教學內容、教學方法、教學手段和教學理念的開放。實驗室開放是自主學習方式的基礎，在開放的實驗環境中，學生可以根據自己的興趣愛好、專業擅長等特點來選擇實驗內容，體驗實驗的快樂。體現了以學生發展為本、教育人性化和學習個性化的教育教學理念，有利于激發學生學習的主動性和積極性，有利于學生學習潛力的發揮，有利于學生自主學習能力和人才的個性化發展。

實驗室開放后，由于開放內容的多樣性和時間的不確定性，須要修改和完善開放實驗室管理制度。例如實驗室安全、衛生制度、學生實驗考核制度、實驗室儀器設備領用和外借制度等；各種檔案資料的管理，包括實驗室的開放時間、開放人數、開放內容、可使用的儀器等。

三、實驗教學改革中的探索

我們在長期的課堂教學與實驗教學的過程中，逐漸總結經驗，探索教學改革道路。按照鍛煉學生實踐動手能力和激發學生想象力、創造力的理念，設計并制作了一些光電實驗裝置，例如水流導光實驗系統、碼盤測電機轉速、籠式光電實驗系統等。水流導光實驗系統涵蓋了眾多的光電實驗，包括模數轉換、光纖全反射、光纖傳感，無線測距等項目。學生們可以基于Arduino控制器進行編程，實現電路、光學的若干實驗項目。籠式光電實驗系統是基于籠式光學調整架進行搭建的一系列光電實驗。籠式光學調整架是經過巧妙設計的“積木”，可以自由發揮學生想象力、創造力，自由組合成各個實驗系統，例如單縫、圓孔衍射，雙縫干涉，邁克爾遜干涉，平行光管甚至是復雜的光鑷系統。通過開放實驗室的形式，學生可以通過自己的雙手親自搭建實驗來驗證所學的理論知識，也可以自由發揮創造力去搭建系統。實驗時每個光學元件的作用、每個光學調整架的選擇、每一個光路的設計、每一個目標的實現，都會給學生一定的啟發。

實驗教學改革任重而道遠，須要不斷總結，不斷完善。我們立足于本校光電專業的實驗教學的基礎上，結合專業實際應用，不斷探索教學改革，積極發揮實驗教學對高素質、創新人才培養的作用。

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編輯∕高 偉