《光电子学》课程中培养创新型人才的方法探究

万洪丹 施伟华 李培丽

摘要：针对《光电子学》的课程特点和教学实际，以信息社会培养个性化、创新型人才为出发点，分析了目前该课程存在的问题，总结了通过启发式教学、师生同台授课、多样化考核等以学生为主体的交互式教学模式来改进课堂教学方法和学习效果，激发学生的学习兴趣与自主学习能力，为光学类专业课程的课堂教学探索与改革提供有益的参考。

关键词：光电子学；交互式教学；创新

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）49-0168-02

一、《光电子学》课程特点

《光电子学》是光电信息科学与技术及相关专业开设的一门专业必修基础课程。在学生学习了《光电信息物理基础》等课程之后，深入讨论基于光子和载流子相互作用实现光电转换的半导体激光器、光电检测器等的基本工作原理、器件结构和工作特性等，为后续的《光通信器件》《光纤通信系统》等课程提供必要的基础。该课程是现代光学理论的基本组成部分，旨于通过物理概念、相关器件的介绍，让学生了解光电互作用规律，掌握光的产生、探测和调制等基本原理，为今后从事光电技术领域的研究、开发和应用奠定知识基础。

南京邮电大学光电工程学院将《光电子学》课程安排在大学三年级上学期学习。按照最新教学大纲的要求，课程的教学重点是让学生掌握半导体中光子-电子的互作用；重点掌握半导体激光器和探测器的原理、特性等。难点是光与物质互作用的分析、先进结构的工作原理、瞬态特性等。课程共48个学时，其中授课45学时，习题课3学时，采用平时作业、小测验和期末闭卷考试作为考察形式。课程采用《半导体光电子学》（黄德修，电子科技大学出版社）一书作为教材。大部分章节的讲解需要结合物理机制和实际器件结构、工作特性等，以系统化的思路引导学生进行学习。《光电子学》着眼于在理论分析和器件研究方面给学生一个清晰的脉络，在讲解光电互作用等基本原理概念的同时，讲授与其相关的器件技术和特性。

二、教学过程中存在的问题

罗杰斯在《学习的自由》一书中明确提出，教育的目的是培养知道如何学习和能够适应变化的人，满足当代信息社会发展的新型创新型信息技术人才应该具有以下特点[1-3]：（1）具有多样化、个性化特点，对每一个人才的培养不再是工业流水线或者机械化系统，要尊重学生个性以保持其创新能力以适应信息化科技社会的发展。（2）具有充满活力的大脑，能够通过互动的思考方式而非呆板的常规模式来进行原理或技术创新。拥有一颗好奇心，让大脑平衡发展，进行具有价值的原创性思想活动。

《光电子学》课程是典型的信息化社会发展过程在光学领域分支出现的一门重要学科。由于专业性较强，内容上涵盖领域广，所涉及的学科门类较多，比如：数学、物理、电子学等相关物理概念丰富，推导计算较多。针对培养满足上述新型信息技术人才的需求，目前该课程在教学主体、学生学习方式、授课效果评价体系三个方面存在以下问题：

1.教学方式上：《光电子学》的设课初衷是为了使学生获得本专业特有知识结构和从事实际科学研究的工程师思维方式；具备本专业必须的基础知识、研究能力和创新意识。目前的教学方式以教师授课一课到底为主的方式，还是填鸭式教学，理论与实际脱钩，缺乏问题引导，造成了学生学习的主动性和学习热情不足，限制了学生的交流与协作能力。在学习安排上，主要以课堂学习为主，学生被动地听课，做教材上的作业以及课上习题，最后考前突击记忆一下“重点”，就可能获得高分。这样的结果是学生迟早会忘记所学的内容，不能学以致用并解决后期工作或者学习研究中在此遇到专业相关的问题。例如：仅通过书本讲解半导激光器的原理性内容时学生容易陷在一堆公式里面，不能把握公式的物理意义和来龙去脉。在遇到实际激光器工程应用问题时，仍然一头雾水。此外，对于信息大时代，相关技术是在不断进步的，理论与实际的脱钩会使学生失去时时学习与把握最新知识的兴趣。因此，教学方式需要考虑：如何将生机注入课堂，让学生摆脱不想学的阴影？如何让学生在了解《光电子学》原理的基础上，能够掌握和应用相关的技术，开阔视野，培养创新意识，加强理论与实践的衔接？特别是，近几年，班级授课规模由原来70人以上的大班教学压缩到30-40人的小班规模，如何利用小班优势改进教学效果也是要考虑的问题。

2.教学主体方面：学生是教学的主体，在以往学习过程中接受了一套应试教育的学习方式，习惯于让教师提供现成的知识和答案，并通过题海战术来掌握。这种学习方式使学生孤立地学习各个章节中的知识点，割裂了其中的紧密联系。最终以应付考试为学习目的，在课程学习中容易出现一系列问题，如：（1）对实际问题缺乏有准备的头脑，过于依赖题海战术。面对复杂的实际问题无从下手，或者以点盖全；（2）学习上被动孤立，不善于交流。由于在以往的学习中强调独立思考更胜于合作交流，学生们无可避免地产生了学习上的被动和滞后性，表现为：被动听课，有问题往往不和同学或者老师交流，学习虽然努力，但对问题似懂非懂，甚至到考试的时候才知道部分内容没有真正掌握。由此带来的后果不仅仅影响了学生学习能力的提升，在以后工作中，也将因为缺乏交流和讨论，限制其从事相关研究的职业生涯的发展。（3）对基础知识掌握不系统导致后半程学习困难。例如：半导体中电子与空穴复合产生光子的物理过程是研究光电探测器的先行理论基础。而掌握光的吸收机制、吸收过程中参与跃迁的电子类型以及半导体的材料特性是研究各种具体光探测器的前提。相关知识点环环相扣，逐步深入。部分同学前面理论基础未打好，导致后面在学习具体器件特性与应用时遇到困难。

3.评价体系上：目前课程以期终闭卷考试来考察学生的学习效果。这种一刀切的方式无法体现学生的综合素质，无法避免学生的不用心、期末考试临时抱佛脚、熬夜死记硬背、考完就忘的情况。此外，按照传统的教师授课-作业-考试的方式，学生会认为课程过于简单和平淡，失去学习的乐趣。如何在《光电子学》授课过程中引入挑战性学习与考察内容，是调动学生学习积极性和提高综合能力、创新性关键问题。

三、尊重学生个性化特点，改进教学手段和方法，为课堂注入新能量

针对上述问题，在教学方法、授课方式和课程考核方式中引入交互式教学方法，改进教学手段和方法，提高教学质量：

1.师生同台授课。教师制定议题并鼓励学生进行课堂报告。充分利用小班化教学的优势，将学生进行分组，课前布置课程知识点相关议题，要求学生以小组形式合作完成相关问题所涉及的文献查阅、归纳整理、理解判断、制作PPT并口头汇报。例如：讲解光电探测器部分，要求学生预先查阅光电探测器相关文献资料，包括光电探测器的类型和应用实例等最新研究成果，并归纳制作做成幻灯片。授课过程中安排时间，由学生上台讲述他们查阅到的关于光电探测器最新的材料、结构以及新颖的应用案例等，学生进行提问并展开讨论，老师进行适当的引导与总结。如此，在增加课程趣味性的同时加深学生对课程内容的理解。不同于传统一言堂的教学方式，学生之间能够密切交流，学生成为课堂的演员，而非仅仅是被动的听众。整个教学过程成为基于问题的学习，围绕问题展开，以问题的提出开始，以问题的解决结束，将学习、讨论和思考贯穿于整个教学过程当中。这样的方式可以兼顾学生知识、能力和素质等的协调发展，注重能力的培养与素质的提高。此外，积极采用习题沙龙的方式，改变老师抄黑板、讲答案的被动学习形式，采用学生讨论习题、分析错误、总结经验、教师进行总结的形式，变枯燥、低效率的习题讲解课为充满互动的习题讨论课。

2.启发式教学：采用课堂发问的方式，学生自主思考来获取知识，把握学习的主动权。教师进行示范性讲授，启发思维、解疑析难。例如，讲授半导体激光器腔内光放大原理，引导学生思考激光的产生过程，有几个要素，以二能级系统为例讲解如何实现光放大，并引出速率方程理论，让学生基于上述问题自主思考三能级与四能级系统图和实现光放大，并讨论如何通过速率方程求解。

3.采用多样化考核方法：将课堂讨论的参与度、报告水平、出勤率、平时作业、期末闭卷考试结合起来作为课程考核内容。此外，仅仅是教师讲解答案的习题课容易让部分学生因概念冷僻、难记而产生听觉疲劳并渐渐失去学习兴趣，久而久之，掉进补考或重修的泥潭。因此，开展习题沙龙活动不失为一种有效方法，可将关注点转移到学生个人对问题的看法或对错误的理解和对错误来源的认识，而非仅仅是答案的对与错。例如，计算激光器共振模式数目遇到一个问题是得到非整数，应该结合实际激光器的工作模式，让学生理解取整实际物理意义，而非死记硬背。由此照顾到学生的个性化特点，鼓励其发表个人意见，激起学习的兴趣和热情。

五、总结

信息社会不断发展的背景下，未来我们的学生将要用我们不知道的知识，去解决我们不能预料的问题。充分调动学生学习的积极性和自主性是时代发展条件下对创新型、高素质人才培养所提出的重要要求。针对《光电子学》的课程特点，采用以师生同台授课、启发式教学、多样化考核等相结合的交互式教学方法，可有效调动学生的学习兴趣，变被动学习为主动学习，激发学生学习的兴趣，提高课堂的教学效果。

参考文献：

[1]董春胜，邓雨巍.信息社会背景下90后大学生社会主义核心价值观的培育[J].黑龙江教育（理论与实践），2015，（4）：35-36.

[2]黄芳.信息时代大学生自主学习能力的塑造[J].教育教学论坛，2015，（24）：45-46.