光電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐

熊鐵軍+酈文忠+黃凱

摘要：“光電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”課是應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)一門綜合性與應(yīng)用性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程。本文結(jié)合社會(huì)發(fā)展需求和教學(xué)實(shí)踐，針對(duì)光電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，提出采用理論與實(shí)踐相結(jié)合。通過光電基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、方案設(shè)計(jì)和實(shí)物制作深化創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法，結(jié)合作品建立多元考核制度等方式構(gòu)建新的光電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：光電系統(tǒng)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）34-0270-02

一、引言

在知識(shí)經(jīng)濟(jì)下社會(huì)對(duì)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的迫切需求，工科高校應(yīng)著重于提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新實(shí)踐能力，主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才的需求，重點(diǎn)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維的方法，讓大學(xué)生在實(shí)踐中質(zhì)疑、探索、求新求變、追求創(chuàng)新、追求卓越、善于批判和探究，善于發(fā)明和創(chuàng)新，把大學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)造能力的提升放在一個(gè)重要的位置[1]。光電創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)學(xué)生重要的綜合性和應(yīng)用性實(shí)踐課，也是學(xué)生的必修課。

二、注重理論基礎(chǔ)與知識(shí)儲(chǔ)備

光電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程是繼《大學(xué)物理》、《半導(dǎo)體物理》、《半導(dǎo)體器件》、《數(shù)字電路基礎(chǔ)》等課程后的高層次的必修專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，是在學(xué)生入學(xué)后學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課的同時(shí)進(jìn)行的一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。本實(shí)踐課程側(cè)重于對(duì)學(xué)生基本知識(shí)和基本技能的訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)的是有較強(qiáng)的應(yīng)用能力和動(dòng)手能力，為今后實(shí)際工作奠定基礎(chǔ)。為了達(dá)到預(yù)期效果，順利進(jìn)行光電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程需對(duì)之前所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和理論進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固，并啟發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能動(dòng)性，提高學(xué)生自學(xué)能力。為了達(dá)到好的實(shí)驗(yàn)課堂效果必須提前利用PPT總結(jié)、歸納知識(shí)重點(diǎn)和要點(diǎn)，給學(xué)生有較強(qiáng)的知識(shí)回顧映像。鼓勵(lì)學(xué)生查閱相關(guān)專業(yè)期刊，上網(wǎng)搜索相應(yīng)信息，了解光電的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。

三、結(jié)合理論完成實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練

通過對(duì)傳感器和相應(yīng)電路實(shí)驗(yàn)的了解、掌握，為后續(xù)的光電系統(tǒng)電路方案的編寫、電路的設(shè)計(jì)奠定應(yīng)用理論基礎(chǔ)。本課程的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容為利用光敏電阻的光控?zé)魧?shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）、利用紅外發(fā)射接收二極管的紅外遙控實(shí)驗(yàn)和紅外轉(zhuǎn)速計(jì)實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）、利用鉑熱電阻的數(shù)字溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）。光控?zé)魧?shí)驗(yàn)?zāi)康氖橇私夂驼莆展饷綦娮杼匦?，利用光敏電阻控制燈?yīng)用原理和電路原理，尤其是電路負(fù)載的控制方法。紅外遙控實(shí)驗(yàn)和紅外轉(zhuǎn)速計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖橇私夂驼莆占t外發(fā)射接收二極管的特性，其應(yīng)用電路原理和特性，尤其是了解掌握紅外遙控電路設(shè)計(jì)方法和要點(diǎn)，如編碼和解碼的原理方法；另外，紅外轉(zhuǎn)速計(jì)實(shí)驗(yàn)中的單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件應(yīng)用方法的了解和掌握，尤其是紅外信號(hào)的運(yùn)算放大器處理方法和C語言定時(shí)運(yùn)算的編程方法。數(shù)字溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖橇私夂驼莆諟囟葌鞲衅鞯幕咎匦浴㈦娐方M成、工作原理，尤其是溫度信號(hào)的采集和信號(hào)的處理。

四、發(fā)揮潛能與創(chuàng)新設(shè)計(jì)

利用所學(xué)的理論和專業(yè)知識(shí)對(duì)特定的要求、條件和題目進(jìn)行方案電路設(shè)計(jì)。為達(dá)到好的教學(xué)效果，在進(jìn)行方案編寫和電路設(shè)計(jì)時(shí)師生應(yīng)進(jìn)行互動(dòng)，學(xué)生可查閱相關(guān)資料，以老師為輔，學(xué)生為主，必要時(shí)老師可以進(jìn)行提示?？紤]到學(xué)生第一次做光電設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，難度較大，課時(shí)有限，對(duì)理論與實(shí)際應(yīng)用的生疏感，有待進(jìn)一步多練習(xí)來消除。此外，電路的方案設(shè)計(jì)要求電路簡單經(jīng)濟(jì)、功能齊全、效果好、電路工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。對(duì)于理論知識(shí)不足的學(xué)生，要求他們一開始就能設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案和電路是不現(xiàn)實(shí)的，因此，指導(dǎo)老師要進(jìn)行必要的提示或指引來解決，并對(duì)電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或不合理的原因進(jìn)行分析。本課程的設(shè)計(jì)題目為利用光敏電阻實(shí)現(xiàn)220VAC燈光控制電路設(shè)計(jì)（4學(xué)時(shí)）、利用紅外發(fā)射接收二極管的光電計(jì)數(shù)報(bào)警電路設(shè)計(jì)（4學(xué)時(shí)）、利用熱敏電阻實(shí)現(xiàn)溫度范圍發(fā)光控制電路設(shè)計(jì)（4學(xué)時(shí)）。

五、結(jié)合設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)物制作

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中，老師要逐一檢查評(píng)價(jià)學(xué)生初步擬定的光電設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)電路，肯定合理部分，指出存在的問題。然后，學(xué)生開始選擇領(lǐng)取電子元件，結(jié)合電路進(jìn)行焊接。焊接時(shí)以不超過3人為一組，經(jīng)過焊接檢驗(yàn)自己設(shè)計(jì)方案的合理性、可操作性和完善性。在這一過程中，學(xué)生通常會(huì)遇到種種困難，暴露出自己的方案中存在的問題。這是正?，F(xiàn)象，因?yàn)槿魏慰茖W(xué)實(shí)驗(yàn)都要經(jīng)過多次反復(fù)，何況是學(xué)生。出現(xiàn)問題之后老師會(huì)結(jié)合學(xué)生普遍存在的問題進(jìn)行指導(dǎo)性講解，允許并鼓勵(lì)學(xué)生改進(jìn)、完善設(shè)計(jì)思路，擬出切實(shí)可行的完整設(shè)計(jì)電路，并在此基礎(chǔ)上正式開始焊接電路。（1）電路的焊接是對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的鍛煉和培養(yǎng)，要求焊接時(shí)無假焊、無虛焊，焊點(diǎn)要均勻美觀，焊點(diǎn)不要太大或太小，電子元件按照電路設(shè)計(jì)原理圖順序布置。在放置電子元件時(shí)要注意元器件的極性和方向，要防止過多的連接線和交叉線，以防止電路出現(xiàn)短路現(xiàn)象發(fā)生。（2）電路的調(diào)試是電路制作的重要環(huán)節(jié)，通過調(diào)試能夠發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)和制作中存在的各種問題。學(xué)生第一次進(jìn)行這樣的電路調(diào)試應(yīng)在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行，首先，將各單元電路與直流電源斷開，從輸入級(jí)開始逐一通電檢查，并將示波器接入，觀察示波器信號(hào)波形是否與理論設(shè)計(jì)曲線一致，若發(fā)現(xiàn)異常情況立即斷電檢查；其次，要了解和掌握各種電子測量儀器的正確使用，對(duì)于不會(huì)使用電子測量儀器的學(xué)生，指導(dǎo)老師要給予指導(dǎo)。最后，電路作品一定要調(diào)試成功，達(dá)到光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確結(jié)果。

六、結(jié)合作品建立多元化評(píng)分機(jī)制

老師應(yīng)樹立正確的課程考核觀，將教學(xué)與考核過程緊密地聯(lián)系起來。把課程考核的目的定位在“以評(píng)促學(xué)，以評(píng)促教”，即一方面激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)；另一方面檢查老師教學(xué)效果，督促老師改進(jìn)教學(xué)工作，提高教學(xué)質(zhì)量[2]。電子實(shí)物作品制作的好壞體現(xiàn)了學(xué)生的動(dòng)手能力、審美能力、邏輯思維能力、遇到問題的處理能力以及處理同學(xué)間關(guān)系的能力，結(jié)合作品建立多元化評(píng)分機(jī)制是對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)綜合能力的考評(píng)、評(píng)價(jià)和認(rèn)可。多元化評(píng)分機(jī)制就是注重學(xué)生個(gè)人能力的考評(píng)，實(shí)物制作是考核的重點(diǎn)部分，光電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)評(píng)分機(jī)制共分三個(gè)部分，第一部分是光電系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)，它占設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)總分的30%，它的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、設(shè)計(jì)要求、電路原理圖設(shè)計(jì)、電路參數(shù)的計(jì)算等方面；第二部分是光電系統(tǒng)的電路實(shí)物制作，它是對(duì)電路設(shè)計(jì)原理圖是否合理正確的檢驗(yàn)，是電路變成實(shí)物的必然過程，它占設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)總分的40%，它的內(nèi)容包括電路實(shí)物元器件擺放布置是否合理正確、實(shí)物外觀是否美觀、電路調(diào)試是否一次調(diào)試成功、焊接是否正確等，若電路實(shí)物出現(xiàn)短路、元器件出現(xiàn)爆裂、單元電路無信號(hào)輸出等將酌情扣分處理；第三部分是光電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，它占設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)總分的30%，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)工作的全面總結(jié)，一份好的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)當(dāng)是完整的，簡明扼要，突出重點(diǎn)，字跡工整，它的內(nèi)容包括摘要、前言、電路原理圖、電路的工作過程、電路實(shí)物焊接、電路調(diào)試和最后結(jié)果、附照片等。

七、結(jié)束語

隨著科技不斷發(fā)展和光電技術(shù)不斷推陳出新，光電技術(shù)已深入到生活、工作的各方面，并且光電技術(shù)是信息科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)。結(jié)合光電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)這門課程，教師只有提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，在理論和實(shí)踐中不斷摸索創(chuàng)新，采用靈活多樣的教學(xué)方法，將新思想和新方法教給我們的學(xué)生，并盡可能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新意識(shí)、知識(shí)全面、工作能力強(qiáng)的適應(yīng)社會(huì)需求的人才。

參考文獻(xiàn)：

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