海洋技術專業光電類課程建設實踐與思考

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）20-0101-04

Abstract：Thisarticlediscussesthepracticeandreflectionofthecourseconstructionofoptoelectronicinthemajorof marinetechnology，andconstructsacourseknowledgesystemcenteredonthecompositionstructureandinformationfowoffiber opticunderwatercousticetetiotesitproosalasifdteaingbilirted，nddivrsfdtegatiteaing modeland pointsoutateachingecologyconstructionmethodbyatractingtopresearcherssharingtheirexperienceinthecourse， demonstratingadvancedresearchachievementstothestudentsandtakingadvantagesofleadingresearchplatformstobenefit students in extracurricular practice， in order to provide reference for domestic peers.

Keywords：oceanoptoelectronic technology;curiculumconstruction；teaching models；knowledgeframework；coursepractice

海洋技術專業具有強交叉、重創新、厚實踐的典型特點，涉及物理學、海洋科學、海洋工程和計算機科學等多個學科，在人才培養方案特別是課程體系設計上，往往面臨多個學科方向專業課程如何匹配、各層次課程學時如何平衡、理論與實踐環節如何銜接等困惑[-4]。國內外開設相關專業的院校多會結合自身學科優勢或重點科研方向，在專業課程體系設計上，合理取舍，凝練重點，凸顯特色[5-8]。

2017年，新組建的國防科技大學（以下簡稱“我?！睔庀蠛Ｑ髮W院成立，為凸顯學院光纖水聲探測方向的科研特色，借力學校光學工程 A+ 學科的資源優勢，夯實學員在海洋光電領域的理論基礎，在第一輪海洋科學學科海洋技術專業人才培養方案中專門設計了光學基礎（48學時）海洋光電技術導論（32學時）和海洋光電探測實踐（20學時）三門專業必修課程。前兩門課程為理論課程，重點講授幾何光學、波動光學、光與物質相互作用、光的量子性等基礎光學理論和光源、光電探測器、光信號的調制與解調等光電技術原理及應用方面的知識；第三門課程為實踐課程，主要進行關鍵光電元器件和模塊的性能測試、典型光電探測系統的搭建和實驗現象分析等，與前序理論課程緊密銜接，相互支撐，形成了一個相對獨立、要素齊備的光電類課程教學模塊，取得了較好的教學效果。但在實踐過程中，仍暴露出一些實際問題。一是三門課程開設時間跨度大（分別設置在大二下、大三下和大四下），學員對所學知識遺忘嚴重，導致后續課程授課效果不佳；二是學員總課時量偏大，對難度相對較大的光電類課程，存在畏難情緒，精力投入不夠，部分自驅力和自律性不足的中等及偏下學員學習效果較差；三是課程建設與優勢科研資源融合不夠，我校特色的光纖水聲探測方向的科研成果對課堂教學反哺不夠，國內領先水平的科研平臺對人才實踐能力培養的支撐力度不夠。2020年，學院組織開展了第二輪人才培養方案論證，對第一版人才培養方案進行了修改完善，主要是進一步優化各層次課程課時分布，加強實踐教學，進一步突出我校海洋領域科研特色，響應國家海洋戰略和人才亟需。經過多輪研討，本著“精簡學時、突出特色、強化實踐\"的原則，教學組決定將第一輪人才培養方案中的三門光學課程合并為一門兩類課程（海洋光電基礎（中文）和海洋光電基礎（英文）），實踐教學環節穿插安排到理論課程中，綜合實驗部分整合到海洋技術綜合實踐，光電類課程總學時從100學時壓縮到72學時，力爭取得更好的人才培養效果]。在此背景下，結合多年的教學實踐，本文主要探討優化設計后的海洋光電基礎課程在知識體系構建、教學模式優化、教學生態打造方面的思考與探索，以期與同行分享交流。

一 聚焦人才培養目標，構建緊跟前沿、特色鮮明的課程知識體系

瞄準“熟練掌握海洋技術專業領域和首次任職崗位領域的基礎理論、基本知識、基本方法和基本技能，系統了解物理海洋學領域的基礎理論，掌握海洋物理學分析的基本方法和專業技能，具有從事海洋探測裝備開發與應用、海洋信息綜合處理等領域的實際工作能力和科學研究初步能力\"這一人才培養目標，海洋光電基礎課程圍繞海洋光電探測系統，講授海洋探測領域的光電基礎理論知識和前沿應用技術，使學員對海洋光電探測技術涉及的基礎理論和應用技術知識有比較系統的理解和認識，為后續課程的學習奠定基礎，并為后續在該領域的深造和崗位任職奠定基礎。

課程總學時64學時，其中實踐學時4學時，前序課程為大學物理和數學物理方法，后續課程包括海洋探測技術和海洋技術綜合實踐（圖1）。在課程知識體系構建上，主要是需要解決三個方面的問題：一是如何增強課程知識結構的體系性和邏輯性，避免課程內容零散雜亂，學員難以消化吸收；二是如何與前序課程有效銜接，避免知識點重疊和知識斷點問題；三是如何與光學工程專業課程區分開，結合優勢科研方向，突出學科特色。

為解決上述三個方面的問題，教學組首先構建了課程的知識體系。瞄準“可以理解、設計和應用典型光電探測系統”這一課程目標，聚焦到學院優勢科研方向一一光纖水聲探測，圍繞光電探測系統的組成結構和信息流程這一主線，課程設計了如下知識模塊， ① 光的調制：原理、器件和應用； ② 光電探測系統中的光源及其特性； ③ 光學系統（透鏡模組）； ④ 光波在介質中的傳輸； ⑤ 典型光電探測器原理及特性； ⑥ 相干探測與非相干探測。其中，光波在介質中的傳輸重點介紹三個部分的內容： ① 光的吸收、色散和散射； ② 光纖及光纖器件； ③ 光在海水中的傳播。同時，為理解相干探測技術，課程需講授波動光學的相關知識；為理解和掌握非相干探測系統的原理和應用，課程需涵蓋光譜學和輻射度量學的相關知識作為支撐。對于光學系統（透鏡模組）而言，課程需涵蓋幾何光學的相關知識。

在此基礎上，教學組結合前序和后續課程教學安排，對課程知識體系進一步凝練，形成了海洋光電基礎課程的教學大綱，見表1。第一章，安排2學時，主要對課程的背景、光電探測系統的基本概念以及課程的章節安排和學習要求進行學習。第二章，安排14學時，主要是對學習相干探測系統所必須的波動光學基礎理論進行學習?？紤]到前序課程大學物理已系統講授了光波的電磁理論、干涉和衍射等波動光學方面的基礎理論，本門課程在授課內容設計上，一方面鞏固提高電磁理論基礎、復振幅概念和應用、波的疊加原理等核心知識點，另一方面重點結合實際相干探測系統，在大學物理所學知識的基礎上，引出相干條件與觀測條件的關系、相干性、多光束干涉和法珀干涉儀等概念的討論，并在法珀干涉儀的基礎上，介紹光譜的基本概念，作為學員拓展學習光譜學相關知識的基礎。第三章和第四章，均安排8學時，對光電探測系統中的光源和光電探測器進行介紹和討論，重點是使學員理解和掌握各種光源和光電探測器的原理和特性，為理解和設計光電探測系統奠定理論基礎。在第三章介紹光源特性參數時，簡要介紹輻射度量學的基本知識。第五章，安排10學時，對光在介質中的傳輸規律和特性進行學習，圍繞海洋光電探測系統涉及的光在海水中和光纖中的傳播展開，重點介紹光纖及光纖器件的原理和應用，為學員理解光纖水聲探測系統奠定理論基礎，介紹海水的光學性質和輻射傳遞理論，為學員理解光學遙感、水下激光雷達、水下藍綠激光通信等系統和技術奠定理論基礎。第六章，安排12學時，學習光學信號的調制：原理、器件和應用，重點需學員理解和掌握光學信號調制的基本原理和方法以及各類光學調制器件的原理和應用。第七章，安排4學時，介紹光電探測系統的兩種基本類型一一相干探測和非相干探測，重點介紹其工作原理及各自特性，為學員根據不同應用場景設計海洋光電探測系統奠定理論基礎。第八章，安排2學時，介紹光電探測技術在海洋中的應用，重點介紹光學水聲探測系統，需學員理解系統的工作原理、關鍵元器件選型以及系統工作特性分析的基本方法，是對本課程所學知識的綜合運用和拔高。另外，課程還安排了4學時的實踐環節，需學員圍繞海洋光電探測系統和關鍵技術，分組進行文獻調研并完成口頭報告，培養學員的英文文獻調研、綜述和學術報告能力，提高課程的前沿性 的相關內容。和高階性。受限總課時安排，本門課程未涵蓋幾何光學的相關內容。

為突出學科特色，與光學工程專業同類型課程明顯區分，課程在教學大綱設計上以實際應用為引導，吸收整合了光學工程專業物理光學、激光原理和技術、光電子技術等多門課程的核心知識點，并進一步對知識點進行體系性梳理和科學整合，使得課程對海洋技術專業學生適用性更強，在有限的學時范圍內，掌握將來深造或從事相關工作所必需的光電知識。另一方面，將課程知識點與海洋應用實際需求結合起來，以實際應用案例分析作為基本概念和基本方法學習的引子。例如，以光纖水聲探測系統的設計和應用為背景，將光源、光電探測器、光信號的調制解調等知識點的學習串聯起來，以水下激光雷達、水下藍綠激光通信等應用為案例，將光在海水中的傳輸特性和規律具象起來，建立形象生動的物理圖像，加深學員理解。

二 錨定“金課”建設標準，打造能力導向、多元融合的教學模式

教學實踐中發現，由于缺乏足夠的前序知識和扎實的數理基礎，學員對課程體系中難度相對較大的光電類課程普遍存在畏難情緒，特別是部分自驅力和自律性不足的中等及偏下學員學習效果較差。

針對這一問題，教學組將學員按照培養目標和學習基礎分為了兩個教學班。普通教學班進行中文授課，在上述課程設計的基礎上進一步精簡課時，從64學時壓縮到48學時，刪除了輻射度量學、衍射、光波導電磁理論、海水中的輻射傳遞理論和模擬學術會議等內容，減輕學員學習壓力，提升學習效果；重點教學班進行雙語授課，對學有余力的學員提高課程“兩性一度”，在專業知識學習的基礎上，進一步培養學員英文文獻閱讀、寫作和報告能力。

另一方面，科學運用現代化教學手段和理念，針對不同知識點設計不同的教學模式。針對波動光學相關知識點，鑒于學員已經具備一定的基礎，考慮采用“翻轉課堂\"教學模式，第一課時以學員講授為主，鞏固復習基礎知識，第二課時以教員組織課堂討論為主，引導學員課前預習準備，對\"相干性\"\"多光束干涉\"\"法珀干涉儀\"等高階知識點進行研討式教學，提高課堂教學效率，激發學生學習熱情，消除“面面俱到”“滿堂灌輸\"等被動式教學方式的弊端。針對光源、光電探測器、調制器件等相關知識點，選取便攜式實驗設備，在課堂采取現場演示、動手體會、對比分析等方法，幫助學員建立直觀的物理圖像，加深對知識點的認識。針對光信號的調制和解調、相干探測、非相干探測等理論性較強、數學推導較多的知識點，采取多媒體講授、板書講解和現場實驗的方式進行教學。教員利用預先編寫好的算法程序，演示各種不同算法的實現過程和實驗現象，幫助學員加深對相關理論的理解和認識。針對光電探測系統在海洋中的應用，建設在線虛擬仿真系統，使得學員可自主在線操作，對海洋光電探測系統的基本組成、原理以及工作特性進行虛擬實驗分析，加深對相關知識點的認識和理解。

最后，創新考核方式，改變過往完全依賴終結性考試對學員學習效果進行評價的方式，豐富考核手段和考核維度，加強過程考核。本課程實踐過程中，考核方式設計為終結性閉卷考試（占比 50% ）實踐環節（占比30% 和平時表現（ 20% ），分別對學員的理論學習情況、實踐應用和創新能力、課程投入度等方面進行考核。在后續實踐過程中，教學組將結合學員反饋和課程建設進度，進一步優化考試方式。

三 借力科研優勢資源，培育虛實結合、多維一體的教學生態

在課程資源建設上，充分發揮學院在海洋觀探測特別是光纖水聲探測方向的科研優勢，從“教研團隊向課堂聚力、科研成果向課堂反哺、科研平臺向實踐教學助力\"三個方面，打造一個虛實結合、多維一體的海洋光電探測課程教學生態。在教學團隊建設上，以教學骨干老師為主體，吸納科研骨干參與到課程備課和課程實踐環節，通過學術研討、學術報告等形式，為課堂引入本領域前沿熱點，拓寬學員視野，激發學員學習動力。另一方面，學院在“十三五”各類條件建設中安排了相應經費進行課程虛擬仿真實驗條件建設，借助“數字孿生\"技術，克服課堂上大型儀器裝備無法展示、真實海洋環境無法復現的難題，將團隊最新科研成果生動形象地帶人課堂，讓學員沉浸式學習，在提高基礎理論知識學習效果的同時，增強學員民族自豪感，激發學員投身海洋探測事業的熱情和決心。最后，以課程內容為牽引，鼓勵和組織學員組團參與“互聯網 +^： ”大學生創新創業大賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、全國大學生電子設計競賽等課外實踐活動，進而推動學院現有的國內領先的科研平臺資源向實踐教學助力，充分發揮學院光纖聲納系統測量條件、湖上實驗條件、海上實驗條件的優勢，打造成一個課內課外相結合、教學科研相融合的教學生態。

四 結束語

本文論述了教學組在海洋光電類課程教學實踐過程中的一些具體措施和思考，重點結合學院人才培養目標和科研特色，構建了課程的知識體系和教學大綱，并探討了在創新教學模式和豐富教學生態方面的努力和嘗試。受限于教學周期，部分措施和想法尚在建設和實踐過程中，實施效果尚待驗證。希望本文的相關探討對國內其他高校涉海專業光電類課程的建設有所幫助。

參考文獻：

[1]江文杰，曾學文，施建華.《光電技術》課程建設的探索與實踐[J].高等教育研究學報，2009，32（4）：43-45.

[2]姚瓊，孟洲，施建華，等.光電子學課程建設的實踐與思考[J].高等教育研究學報，2009，32（3）：91-92.

[3]李步洪.《光電技術》課程的教學改革與實踐[J].福建師范大學學報（自然科學版），2002，18（2）：104-107.

[4]江奇淵，張燚，孫兵鋒，等.光電技術類專業課程混合式教學探索—一以核磁共振陀螺實驗課程為例[J].教育進展，2024，14（1）：1097-1102.

[5]張燚，譚中奇，梁永輝，等.面向強軍新工科建設的實驗課程教學改革與實踐—以激光陀螺實驗課程為例[J]教育進展，2022，12（8）：2817-2822.

[6]曾振武，肖榮輝.“321\"互動課堂教學模式的構建與實踐以《光電子技術基礎》課程為例[J].高教學刊，2015（10）：79-80.

[7]李小燕，陳悅華，張禹.光電子技術課程的理論與實驗教學探索[J].高教學刊，2018（9）：84-85，89.

[8]嚴靜，李若舟，屈科，等.針對創新能力培養的光學與光電子實驗課程教學模式探討[J].高教學刊，2023，9（22）：56-59.

[9]氣象海洋學院.海洋技術專業人才培養方案[Z].長沙：國防科技大學，2017.

[10]氣象海洋學院.海洋技術專業人才培養方案（修訂版）[Z].長沙：國防科技大學，2020.