光电类专业课程的实验实践教学体系构建

李雷 刘海

摘要：针对工程教育体系下矿业院校光电类专业课程建设，从课程教学特点出发，结合可利用教学资源，讨论了该类课程的实验实践教学体系的构建，形成了连贯一致的、合理的包含实验、实践、实习的一体化体系。

关键词：教学改革；工程教育专业认证；光电子；专业课程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）24-0254-02

随着工程教育专业认证在我国高校工科教育中的推行，工科专业毕业生所需达到的质量标准要求越来越贴合社会需要和生产实践，这对包括光电类专业（或方向）在内的工科实验实践教学体系提出了更高的要求，既要努力紧跟技术的最新发展，又要有效提升学生的动手能力[1，2]。本文以我校光电类专业课程建设为例，从光电类专业课程的教学特点出发，尝试打通不同课程壁垒，结合可利用教学资源，构建实验、实践、实习的一体化实验实践教学体系。

一、光电类专业课程的教学特点

光电子技术涵盖应用广泛，诸如光纤通信、光电检测/传感、成像显示、光伏照明等，本身即为支撑现代社会信息科技必不可少的前沿技术，也迫切需要大量扎实掌握光电理论知识和光机电算工程设计的复合应用型人才。近年来许多高校先后开设与光电子相关的专业或专业方向，但受客观办学条件和主观重视程度的影响，各个院校的光电子专业（方向）发展参差不齐，尤其突出的是实验实践环节严重不足。

这种状况与光电类专业课程的教学特点密不可分，而这些特点又源于光电子技术本身具有理论基础要求高、专业知识更新快、实践应用范围广等特征。首先，光电类专业课程所讲授的理论知识晦涩繁杂。在课堂教学中，需要学生理解的概念知识围绕电子和光子的特性和行为，很多都是微观的难以观察的，甚至有些到今天为止仍是假设，并结合电磁理论、半导体物理和量子力学，学习过程极易陷入困惑迷雾状态，更无法实验论证。其次，光电类专业课程需涉及的技术应用更新飞速。仅仅依靠教材内容，甚至靠教师补充一些拓展应用，按年度增添教学实验设备，都远远难以覆盖和跟上层出不穷的新技术和前沿成果。最后，光电类专业课程应提供的实验实践费用不菲。光电仪器往往比较精密，处理线度在微米到亚微米甚至纳米级，因而购置费用高且维护要求高，大面积开设实验课与实践设计活动，需要足够的经费投入。

二、构建实验、实践、实习的一体化实验实践教学体系

（一）依据不同课程特点，以演示实验、课外实践/设计辅助课堂教学，构建实验实践体系连贯性

光电类专业课程所要讲授的理论知识往往晦涩繁雜，仅靠教师在课堂上的讲解和推演，大多数学生难以迅速理解和掌握，而借助“互联网+”下兴起的慕课、微课、实验视频等教学手段，帮助学生进行课前预习、课堂演示和课后复习，效果良好。我校光电类专业课程具有一定的连贯性，特别是大学三年级到四年级上学期，依次开设《激光原理与技术》、《光电子技术》、《光电检测技术》、《微波技术》等[3]，这些课程从光电物理基础、各类光电技术到各种光电应用，教学内容上本身就是由物理底层到应用上层而成体系的，因而很容易打通不同课程，在实验实践上实现连贯一致的内容安排。

《激光原理与技术》等涉及光电物理基础的课程（即专业基础课/主干课），实验实践的内容上主要是验证物理原理，而具体方法则是以演示实验、课程调研为主。课堂演示实验利用我校光电子实验室的“半导体泵浦激光原理与技术综合实验系统”进行，通过录制演示实验视频、筛选部分学生参与实验，向他们展示激光产生的过程，通过亲手调试感受光电系统的精密操作。课外实践即采用课程调研方式，布置与激光原理与应用相关的题目，让学生自己借助网络学术资源数据库，如网上搜索引擎、我校图书馆购置的中文和外文数据库等，进行知识检索和应用探索。《光电子技术》、《光电检测技术》、《微波技术》等课程涉及各种光电应用（专业选修课/限选课），实验实践的内容上主要是掌握技术应用，而具体方法则是以课外设计、综合实践为主。其中特别注意适应工程教育专业认证的要求，关注学生创新精神培养和创新方法训练，在《激光原理与技术》等课程中已掌握的基本物理原理和器件设备操作基础上，要结合各种光电子技术，敢于使用、勇于探索，如《光电检测技术》课程中，配合课堂内容，我们采购了各种光电检测器件，无偿提供给学生，以完成光电检测应用相关的多个光电系统的方案设计和实物制作，极大地提高了学生的实践水平。

（二）打通不同课程壁垒，以各类实验系统、平台支撑专业综合实践，完善实验实践体系综合性

摆在光电类专业课程的实验实践环节上的最大困难，就是硬件设备、器件的供给与维护。考虑到人力物力的短缺，采用多门光电类专业课程对应一门专业综合实践课程的方案，则更切实际和更加可行。具体实验设备的配置，主要是采购现成的教学仪器设备，同时考虑到未来专业发展，所购置设备尽量满足模块化、易组合、可替换、可综合等要求，并采用了综合实验设备（平台或系统）为主、特殊和精密设备（仪器或装置）为辅的方案。主要购置了“半导体泵浦激光原理与技术综合实验系统”、“光纤信息与光通信综合实验平台”、“光电技术综合实验系统”、“半导体/微电子工艺测试实验平台”、“电磁场基础实验平台”等，可以涵盖激光原理、光纤通信、光电信息、光电检测与成像、电磁波与微波等光电子的主要领域，同时，还配置了“大功率氦氖气体激光器”、“电光调制装置”、“光谱分布实验装置”、“发光角特性实验装置”、“光偏振实验装置”、“少子寿命测试”、“四探针测试仪”、“锁相放大器”等，用于扩展实验支撑范围。

（三）弥合不同课程缝隙，以校企合作模式建设生产实习实践基地，增强实验实践体系合理性

光电类专业课程的课堂教学内容虽然成体系，但偏重于理论知识，对于实践应用和动手能力仅是有所涉及，而专业综合实践也无法做到紧跟社会发展和应用更新，因而需要社会力量特别是高技术光电企业的参与。我们目前已与天津拓普、北京杏林睿光、大恒新纪元、江煤集团等企业建立合作关系，每年暑期安排学生进行为期20天的生产实习，在实习中，学生可以深入企业研发、生产、管理、企业文化等诸多方面，亲身参与光电传感等设备、安全监控等系统的生产过程，弥补课堂、实验教学上的欠缺。

三、结论

紧密贴合工程教育认证体系，构建连贯、一致、合理的实验、实践、实习的一体化实验实践教学体系，需从多方面入手：（1）以演示实验、课外实践/设计辅助专业课程的课堂教学；（2）以各类实验系统、平台支撑专业综合实践；（3）以校企合作模式建设生产实习实践基地。

参考文献：

[1]何修军.光电技术类课程群的建设与研究[J].电子测试，2016，（12）：166-167.

[2]熊铁军，郦文忠，黄凯.光电系统创新设计实验教学与实践[J].教育教学论坛，2017，（34）：270-271.

[3]李雷，刘海，张胜，等.从光电子方向谈弱势学科的专业课程结构设置[J].教育教学论坛，2017，（20）：92-93.