光電課程設計的教學改革探索

沈耀國 吳 琳

（閩江學院物理與電子信息工程學院，福建 福州 350108）

1 教改背景

光電產業是現在科技發展的重點產業，福建是光電產業的大省，閩江學院是服務本地的一所應用型本科大學，電子科學與技術專業為福建省的光電產業發展輸送了大量優秀人才， 參加本省的光電產業建設。電子科學與技術專業是一門應用型學科，專業要求培養具備光電子、物理電子領域寬厚的專業知識和較強的實踐技能與工程實踐能力及一定的創新創業能力，能勝任光電子材料與器件以及光電子系統的研究、設計、集成、開發及系統維護與調試的高級工程技術人才。光電課程設計是該專業重要的一門實踐課程，用來專業人才培養和專業發展服務。 目前專業的光電課程設計分為兩部分課程，“光電課程設計1” 的教學為光學實驗模擬，“光電課程設計2”的教學內容為LED 封裝實驗，兩個部分的課程無法涵蓋專業的大量基礎電路課程，與基礎電路課程產生脫鉤情況，如比較重要的電路分析基礎、模擬電路、數字邏輯電路、信號與系統等課程， 是專業要求中光電子系統部分內容的缺失，因此探索一種新模式的光電課程設計課程教學方式對本專業的發展有重要的意義。

光電產業是21 世紀最具魅力的產業之一， 是未來國家建設強大國力的基石。 截至2019 年12 月31日，福州地區共有200 多家光電企業，涵蓋光電組件、光電顯示、光通信、激光器及激光應用四大行業領域，主要集聚在鼓樓福州軟件園、 福清融僑經濟開發區、倉山金山工業區、馬尾經濟技術開發區、福州高新技術產業開發區、閩侯鐵嶺工業區、晉安福興投資區。 目前光電產業人才稀缺，各類光電類設計工程師都有很大需求。福州的光電產業是發展的重心，對相關光電人才需求量大。然而，目前的光電課程設計以實驗仿真和LED 制備為主，未能鍛煉學生的光電綜合系統設計與電路硬件設計能力。通過課程改革，讓學生具備相關系統的綜合設計能力，提高競爭力，強化學生的專業自信心，為步入社會實現人生價值做好充足準備。

本文在光電課程設計的課程改革中，采用了多元化、立體化、彈性化的新教學方法，結合光電子競賽、全國電子競賽、工程訓練大賽等比賽項目，大大的豐富了課程的內容，對接各類比賽，提高課程的目的性，激發學生的學習興趣和欲望，化被動為主動，主動的去獲取學習資料，獲得積極的教學成果。

2 教學改革內容和方案

2.1 緊扣培養方案的目標，修改課程設計教學內容，突出實踐性、綜合性

針對培養方案中光電課程設計實踐性與綜合性不強的現狀，從圖1 可以看出，當前的光電課程設計僅僅圍繞專業課程群中的某一些課程來開展，無法涵蓋大部分專業基礎課。 圖1（a）顯示了目前培養方案中，光電課程設計所處的位置，該門課無法培養學生利用所學知識進行光電系統設計的能力。 經過改革，筆者的目標是將該課程變成一個綜合的光電設計系統， 與專業基礎課和專業課形成一個相互支撐的閉環，如圖1（b）所示。這樣的光電課程設計內容，糅合了專業基礎課和專業課兩方面的知識，進一步加強了專業基礎課中對電子系統設計的要求，彌補了以前課程內容的短板。

圖1 專業課與光電課程設計關系對比圖

綜合分析了近幾屆的各類大學生比賽項目，篩選出智能小車和無人飛行器兩大類實踐項目，比賽項目在光電競賽、電子競賽和工程訓練大賽中都有相關項目，這兩個項目設計性和綜合性強，能有助于學生實踐水平的提高。 項目可以簡單又可以復雜化，簡單的要求只要能實現基本功能即可，可以移動，能執行簡單的指令；復雜的要求是執行特定的功能，實現智能化。 還可以進一步的研究，與畢業設計掛鉤，對算法和特定的功能實現設計和優化，能有創造性的實現特定的功能。

項目又可細分為電源類、電機驅動類、傳感器使用、攝像機機器視覺類四個小類功能，不同的功能對學生的要求不同，可以分組完成，也可統一完成，對四類功能的多元化組合， 可形成各類不同設計思路，可以充分調動學生的自主能動性， 發揮自己的特長，使課程更具有趣味性和研究性， 更能調動學生的主動性，最后可以評選最佳的設計作品，完成升華。

2.2 改變課程的教學方式和方法，搭建學習平臺

在實踐課中要充分發揮學生的主體作用， 實現“規定”和“自選”并舉，體現“以人為本、因材施教”，使學生能積極的參加實踐項目選擇，教師把實踐項目分解，形成不同的功能模塊形式，而模塊存在獨立的可應用的獨立功能，通過學生的不同分組要求，實現各自的實驗目的，最終檢驗功能的完成情況，滿足課程的驗收要求。 經過一段時間的積累，保留學生的實驗成果，教師組織搭建課內的實踐平臺，完善平臺的實驗條件，打造光電課程設計的完備環境，為學生的課程設計和發明創造提供良好的平臺條件，以吸納更多的優質資源。

光電技術的應用性強， 在生活實踐中經常使用，把光電技術拆分成小型電路， 添加使用的傳感器，非常適合學生的實踐性教學。 學生通過分析項目的要求，驗證方法的可行性，設計電路圖，選擇適當的傳感器模塊，設計和完成整改電路的搭建和調試，綜合了多門學科的專業知識， 涉及硬件和軟件的多方面知識，綜合培養學生的能力。 課程設計以分組的形式進行，結合采用科研課題的模式，可以更加有效的組織學生，學生每4~6 人為一個小組，由小組組織成員討論共同確定項目的實施方案，采用分工合作的方式來完成，每組選出一個組長，組長負責監督組內成員各自進展，定期組織組內問題討論，并歸納總結問題原因和進一步實施方案，教師按照各自的分工安排分配任務，最后撰寫實驗設計報告，參與項目成果的演示和講解，通過教師的評比來確定課程的成績。

3 課內課外聯動，堅持可持續性培養

3.1 依據大學生電類競賽，探索可持續發展新模式

通過搭建新模式的課外光電比賽平臺，提供學生參與實踐的渠道， 增強平臺的影響力， 搭建教學團隊，教師線下繼續參加學生培養，不定期檢測學生實踐成果，提供一定的設備支持，組織學生報名參加光電學習平臺，對比賽有興趣的，都可進入團隊到相關實驗室進行學習。 根據現有實驗室的儀器設備等基礎條件，在根據需求購置一些傳感器模塊，如紅外線傳感器、超聲波傳感器、激光雷達等，鼓勵學生自己設計模塊，深入了解模塊的原理，在使用模塊的時候能更好的發揮其功能，為學生的實踐創新能力提供了有利的條件。在此基礎下，成立“光電愛好者團隊”，吸納一定的低年級學生，以老生帶新生的循環模式，形成一定的規模效應，提供場地和儀器，鼓勵老生向新生授課，形成良性發展。 積極組織學生參加全國大學生光電設計競賽、福建省光電設計競賽、全國大學生電子設計競賽等，并鼓勵有能力的學生申請參與“創新創業創造訓練計劃項目”，通過學生和教師的合作，使學生的實踐創新能力得到進一步鍛煉和提高。

3.2 加強光電子系統設計和畢業設計的選題，體現其實踐創新性

電子系統設計不應該只停留在課堂上，對有興趣的學生加強課外的聯系， 加強與畢業設計的選題關聯，在電子系統設計的基礎上更加深入的研究，結合比賽的要求實現復雜的功能，查找文獻，在程序、硬件上尋求創新點， 用更簡單的方法去實現復雜的功能，更加注重基礎電路的理解， 提高動手設計電路的能力，減少模塊化的商業樣品的使用，堅持原創性和獨創性， 更能從底層基礎邏輯上去了解電路的結構，從而提高水平和能力， 這也更加符合畢業設計的要求，進而要求設計的選題，要體現出科學性、實踐性、綜合性和創新性。 鼓勵有能力的學生通過申請，由教師認定提前進入畢業設計流程，通過討論結合自身的研究方向，撰寫畢業設計開題報告，通過畢業小組教師認證，進入設計階段。

4 結語

光電課程設計是電子科學與技術專業的一門必修課，課程涉及電子、光電、傳感器等學科，是一門綜合類的實踐課程，根據專業建設的要求，在“新工科”的背景下，綜合考察了光電類產業的需求，契合大學生光電設計競賽、全國大學生電子設計競賽、工程訓練大賽等比賽內容，課內改革多元化、立體化、彈性化的新教學方式，組建專業的教師團隊時時跟進，監控學生實踐進度，參與項目討論，并建設課內實踐平臺，組織“光電愛好者團隊”，課外聯系課內，可持續的發展，為各類大賽輸送優秀的學生，提高學生實踐動手能力，分析問題的能力，具備解決實際問題的能力，并與社會光電產業接軌， 最終目標是培養具備光電子、物理電子領域寬厚的專業知識和較強的實踐技能與工程實踐能力及一定的創新創業能力，能勝任光電子材料與器件以及光電子系統的研究、設計、集成、開發及系統維護與調試的高級工程技術人才。