基于“產業需求”的光電專業實踐教學體系建設

孟雪琴 袁紅梅 易丹 高大偉

[摘 要] 新工科背景下，高等教育的發展迫切需要對應用型教育的教學模式進行研究和探索，其中尤其是實踐教學體系和教學手段面臨重大改革。實踐教學體系直接決定了應用型人才培養的質量和水平，如何建立良好的實驗實踐教學體系及教學方法是本科培養方案的重要內容。為適應新形勢下培養目標的要求，光電信息科學與工程專業教師團隊建設了以光電產業需求為導向的實驗實踐教學課程體系，整個課程體系分為了“三大層次、三個工程系統，六個小工程方向”，在教學過程中貫穿了CDIO教育理念，著重工程應用能力的培養。

[關鍵詞] 產業需求;課程體系;實踐能力;CDIO

[基金項目] 2021年度國騰集團預研教改項目“以成果導向的思躍班實踐教學管理的改革與探索”（GTJG-08）

[作者簡介] 孟雪琴（1978—），女，四川閬中人，碩士，電子科技大學成都學院工學院講師，主要從事光電子技術研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）18-0157-04 [收稿日期] 2021-07-07

引言

光電信息科學與工程專業以理工融合為特色，依托電子科學與技術、計算機科學與技術、信息與通信工程等學科，具有較強的綜合性和交叉性。同時光電產業是一個新興的發展領域，包含領域非常廣泛，涵蓋光子學與電子學所交集的領域，并且與醫療技術、軍事技術、信息技術等領域結合，形成了一個巨大的市場[1]。如何培養適應產業需求的工程技術人才是光電信息科學與工程專業教師必須要思考的問題。為適應新形勢下的教育，培養方案的改革勢在必行，尤其是工程能力培養體系的改革尤為重要。經過近幾年的探索與研究，電子科技大學成都學院光電專業教師團隊根據本校學生學情及四川地區行業就業需求，構建了以“產業需求”為導向的實驗實踐課程體系，并進行了教學方法的探索，在教學過程中融入了CDIO教學理念。

一、光電產業概況及成都地區光電產業人才需求現狀

光電產業是新世紀的朝陽產業之一，是帶動信息產業持續發展的重要促進力量[2]，無論是國際還是國內，光電產業的發展已經勢不可擋，市場正在逐漸擴大。隨著光電行業整體的快速發展，我國各個城市都建立了相應的科技園區，對光電產品進行研究與生產，這種情況下，就需要大量光電信息專業人才[3]。因此，加強對基于光電產業需求的光電信息科學與工程專業的改革與實踐具有重要意義。通過對企業調查顯示用人單位急需實踐應用型人才，在實際教學過程中，要注重對學生實踐能力的培養，從而更好地滿足實際人才需要。

經過近幾年的規劃，四川把新型顯示作為電子信息產業的“重頭戲”，緊緊圍繞“以成都為中心，打造全球光電顯示產業重要基地”的目標，切實加大開放合作力度，逐漸形成了以成都、綿陽為基地的成綿平板顯示產業集群。通過對這些相關企業人才需求的調研，發現人才需求主要集中在機器視覺、光纖通信器件及傳感器設計、照明與光源設計、顯示技術、圖像處理、光譜儀等領域。

二、光電信息與科學工程專業實踐課程體系建設與教學模式探索

（一）光電信息科學與工程專業培養體系現狀

光電信息科學與工程本科專業由原屬于電子信息科學類的光電信息科學與技術、光電子技術科學、信息顯示與光電技術、光電信息工程、光電子材料與器件5個專業統一整合后而成的[4]。是一門綜合性較強的學科。電子科技大學成都學院最早申辦光電專業時將其定位為信息顯示方向。課程體系主要在光電材料及平板顯示技術方面，實驗課程很少，主要圍繞液晶顯示及平板顯示工藝開展，整個培養體系仿照了電子科技大學相同專業的培養方案，在我院學生培養過程中應用該培養方案時，存在以下幾個問題：一是理論課程占比大，學生學習吃力，實驗課程少，與我院培養層次不匹配，培養方案課程組成如圖1所示。二是很多課程教材選擇性少，實驗教材尤其突出。很多老教材沒有及時更新教學知識，學生學到的知識及內容與企業實際需求之間存在著較大矛盾，不能鮮明突出專業教學的實用性。三是在僅有的實驗課程中學生動手實踐環節薄弱，沒有涉及工程應用能力，更少有創新內容的體現，所以學生學到的東西面很窄，與光電產業需求技術有較大差異。

基于培養方案與企業人才需求之間的差異，培養方案的改革勢在必行，而在應用技術型人才培養中，實踐教學體系直接決定了應用型人才培養的質量和水平[5]。實驗實踐教學作為理論聯系實際的重要環節，對于大學生動手能力和分析問題、解決問題能力的培養，以及工程意識和創新思維的培養都具有非常重要的作用[6]。構建合理的實驗實踐教學體系對培養光電人才具有至關重要的作用。

（二）基于“產業需求”的實踐課程體系建設

從2014年開始，電子科技大學成都學院不斷探索新的教育手段和新背景下的人才培養體系，各專業培養方案的制定需結合產業需求，同時注重培養學生的工程應用能力。因此在課程體系的建設及教學過程中，應注重學生實踐能力的培養，從而更好地滿足企業人才需要。經過近幾年的不斷探索和實踐，構建了以“產業需求”為導向的實驗實踐體系和教學方式。

通過收集成都及周邊地區光電企業人才需求計劃及用人條件，發現產業界的人才需求遠比想象中的復雜。產業界對人才的需求構成“人才譜”，是多方面、多樣性的需求，既需要研發、生產、質管，又需要管理、銷售和行政后勤等各方面的人才。經過光電專業團隊的努力及梳理，制定了以人才需求為導向的光電專業人才培養方案，在培養體系中，選擇了以光學結構設計應用、單片機系統應用、嵌入式系統應用為主要培養方向，為了讓學生增強這幾方面的實踐能力，同時與企業人才需求吻合，構建了三級實踐能力教學體系，如圖2所示。

整個體系分為三大工程系統：單片機系統、光學結構設計系統、光電智能控制系統。六個方向：（1）單片應用方向，該方向要求學生熟練掌握單片機系統搭建，能用單片機系統完成一些控制電路;（2）單片機硬件開發方向，該方向要求學生熟練掌握C語言程序設計，對應職位為單片機底層驅動;（3）光學結構設計方向，該方向培養學生能使用光學設計軟件進行二次光學設計，畢業后能從事燈具設計及半導體照明設計工作;（4）信息顯示光學結構設計方向，該方向培養學生能使用光學設計軟件進行背光源光學結構及背光模組設計;（5）光電圖像處理方向，該方向培養學生能進行算法設計，使用面向對象程序設計進行簡單的圖像處理;（6）光電智能控制方向，該方向培養學生能搭建光學系統，并能進行信號智能控制。六個方向分別為三大工程系統的分支。每個方向設置相應的課程來支撐，課程的開設都經過了團隊教師的反復推敲和實踐，近幾年也在不斷地完善。

整個實踐能力的培養分為了三級：初級能力課程是與理論課程緊密相連的實驗課程，主要以打基礎為主，培養學生的初步動手能力及理論聯系實際的應用能力，主要要求學生把學習到的理論知識運用于實際操作，支撐課程為課代實驗。當學生修完幾門實驗課程后，開設了進階能力實踐課程，進階能力實踐課程要求學生結合應用幾門課程內容完成某些方向的設計，比如一些系統的電路設計或者軟件設計，支撐課程為“工程系統1”與“工程系統2”。綜合應用能力課程旨在培養學生的工程實踐能力，要求學生在完成一二級能力課程后完成三大系統的設計，支撐課程為“工程系統3”。

根據六個方向的目標培養，學生可以發掘自己喜歡或者擅長的方向進行加強和拓展，為以后的就業或者職業生涯打下堅實的基礎;三大能力體系讓學生循序漸進地學習，具有科學性和可操作性，學生在完成學分的同時能把所學知識加以應用，還可以有側重點地培養自己某一方面的興趣和技能，畢業后能很好地對接企業需求。

經過近四屆畢業生的教學效果反饋證明，該課程體系的開設較為成功，有較多的學生收獲很大，畢業時受到企業的青睞。

（三）實踐能力培養的教學內容及教學方式

1.教學內容。初級能力課程為課代實驗，與以往的課程開設形勢及內容沒有太大變化。進階實踐能力課程為“工程系統1”與“工程系統2”，綜合應用能力課程為“工程系統3”，這3門課程是專門為培養學生工程應用能力而開發的新課程，課程內容的開設結合了企業的人才需求關鍵詞，課程開設的目的是通過實踐能力體系的培養，讓學生掌握與企業實際需求相符合的工程能力。具體內容如圖3所示。

三大工程實踐系統層層遞進，與學生學習課程體系的搭建緊密相連，通過對工程實踐系統的設計與完成，加強學生對理論知識的理解，在設計過程中貫穿了CDIO理念，加強了學生的工程應用能力。

2.基于CDIO的教學模式。CDIO工程教育模式代表構思、設計、實現與運作，其中構思、設計與思維密切聯系，而實踐、運作則突出了實踐性特點。該教育模式可以貫穿整個工程系統設計。對于三大工程系統，分別開設了工程系統Ⅰ和工程系統Ⅱ兩門課程。工程系統課程沒有教材，課程內容來自企業相關度較高的小項目。工程系統的課程以團隊的方式給學生布置任務，學生分組完成。在完成設計的過程中，要求學生構思方案;設計相應的硬件電路和軟件;通過驗證方案的正確性;最后根據設計方案完成實物制作。

同時對學生的要求和指導都仿效企業對工程師開發項目的要求，讓學生提前適應企業管理模式并培養學生的創新和構思能力。總之整個實踐教學秉持以“學生為主體、教師為主導”的指導原則，旨在讓學生充分發揮主觀能動性，能實實在在地學以致用。經過兩屆學生的實踐，取得了較好的成績，例如，通過訓練對單片機系統掌握較好的學生畢業后直接進入企業做單片機底層驅動;對光電信息變換系統掌握較好的學生進入光通信企業做通信模塊的驅動電路設計。相關企業反饋良好，學生到企業后能直接進入技術團隊，過渡期很短。

結語

應用型本科教育是高等教育大眾化的產物，是區別于研究型人才教育的一種教育類型。我國在20世紀末提出應用型本科教育的概念之后，一大批新建地方本科院校將培養應用型人才、建設應用型院校作為自己的發展定位。新工科背景下，高等教育的發展迫切需要對應用型教育的教學模式進行研究和探索，其中尤其是實踐教學體系和教學手段面臨重大改革。電子科技大學成都學院在探索過程中，構建了光電信息科學與工程專業“以產業需求為導向”的“三個層次、三個工程系統，六個小方向”的實驗實踐教學體系，將實踐教學與學生就業、產業需求緊密結合，縮短了企業需求和人才之間的差距，也加快了學生在企業的成長。從近幾年我院光電專業畢業生就業情況來看，有的進入機器人視覺識別行業從事軟件算法，有的從事單片機底層驅動，還有的從事二次光學結構設計，該實踐能力體系的效果較為顯著，不僅拓寬了學生的就業口徑，而且讓有能力學習的學生應用能力得到加強，與企業需求吻合，縮短了學生在企業的實習期。

參考文獻

[1]劉廣，杜江南，許振鋒.對我國光電產業現狀和前景的分析[J].財訊，2016（31）：6.

[2]李培麗，張勝，施偉華.光電信息科學與工程專業創新實踐教學模式的研究[J].教育教學論壇，2018（4）：118-119.

[3]田朝陽，光電信息科學與工程專業創新人才培養模式的改革及實踐[J].新一代，2017（16）：51.

[4]紀延俊，杜玉杰，王俊平.轉型背景下地方高校光電類專業實踐教學體系構建[J].物理通報，2017（9）：5-8.

[5]張海明，尚可可，高貴，等.地方高校工程應用型光電信息科學與工程專業人才培養的探索與實踐[J].物理與工程，2015，25（2）：89-92.

[6]董軍，嚴學文，張斌，等.光電類專業課程設計運行管理新模式的探索與實踐[J].大學教育，2016（6）：14-15+27.

On the Construction of Practical Teaching System of Photoelectric Specialty Based on

“Industrial Demand”

MENG Xue-qin， YUAN Hong-mei， YI Dan， GAO Da-wei

（School of Engineering and Technology， Chengdu College of University of Electronic Science and Technology of China， Chengdu， Sichuan 611731， China）

Abstract： Under the background of emerging engineering education， and in the current situation of the development of higher education， the teaching mode of applied education urgently needs to be studied and explored， and the practical teaching system and teaching means are facing major reforms. The practical teaching system directly determines the quality and level of the training of applied talents. How to establish a good experimental practical teaching system and teaching methods is an important part of the undergraduate training program. In order to meet the requirements of the training objectives under the new situation， the teaching team of Optoelectronic Information Science and Engineering has built an experimental practical teaching curriculum system guided by the needs of optoelectronic industry. The whole curriculum system is divided into “three levels， three engineering systems and six small engineering directions”. The educational concept of CDIO runs through the teaching process， and focuses on the cultivation of engineering applied ability.

Key words： industrial demand; curriculum system; practical ability; CDIO