光电信息综合实验教学模式改革探析

李晓静，陈 贺，杨 东

（黄河科技学院工学部 河南 郑州 450000）

0 引言

光电信息专业涉及计算机、光信息、电子电路与系统、光传感、光通信、光电子、经典光学等技术与内容的学科，主要为光电信息领域培养高精尖人才，从而对各类复杂的工程问题进行解决，因此对于学生专业知识以及实践能力均有着较高的要求。基于此，为了让本专业人才具备团队协作精神、丰富的知识、高超的实践能力以及一定的责任意识，则必须在教学中将理论与实践深度融合，从而提升专业实践课程的教学效率与质量。

1 光电信息专业实践教学现状分析

从实际教学情况来看，学生通过课程学习之后相关知识与技能掌握成效未达预期目标，通常只掌握了一些理论知识，而且实践能力普遍偏弱，其中很多学生都不具备设计能力，难以对光电信息装置进行独立设计以及无法有效操作简单的系统，这就意味着这类学生还没有具备光电信息的工程意识，难以有效完成二级项目相关内容，特别是一些实际问题，将无法深入分析并解决。基于此，迫切需要对综合实验课程进行改革，基于“分层递进、目标驱动”的基本模式，将有利于提升学生的学习积极性，从而促进学生全面发展[1]。

2 光电信息专业实践教学改革建议

2.1 实验课程内容

该课程内容具体包括TracePro 软件、EDA 设计软件、线阵CCD 驱动时序信号设计与实现、光电信息采集系统测试实验。

各个课程的教学目标是：

第一，通过教学引导学生对TracePro 软件的使用方法进行初步掌握，例如，可自主创建几种色光光源文件、白光文件等，同时，能够对棱镜等光学元件进行使用，对一些简单的光机系统进行仿真[2]。

第二，对于EDA 设计软件的掌握程度来讲，要求学生能够对可编程逻辑器件的基本原理以及结构进行理解，并初步掌握使用方法，其中关键要针对学生加强设计电路的训练，使其能够对EDA 设计软件进行合理使用，从而完成编译、原理图输入、软件仿真等实践内容。

第三，重点学习线阵CCD 驱动时序信号的是设计方法以及实现，要求学生能够对自身设计的主要驱动时序信号进行使用；按照具体要求，通过EDA 设计软件完成软件仿真、编译、原理图输入，其中CCD 驱动时序的设计仿真过程要求学生能够全面掌握。此外，还需要做好驱动测试，目的是为学生对光电信息采集系统的理解打下一定的基础。

第四，有了前面学习的铺垫，在学习光电信息采集系统测试实验的过程中，要求学生能够对采集系统的组成基本部分进行理解以及掌握，并能够按照光路仿真结果对合适的光学元件进行选择与配置，例如，棱镜、光源等；同时，结合系统的实际要求确定线阵CCD 并搭建系统光路以及采集系统，并通过示波器观察系统输出的信号，进而完成测试实验[3]。

2.2 光电信息综合实验教学模式改革

四个阶段的知识与能力呈递进关系，在改革过程中以“分层递进、目标驱动”的模式进行实践。所谓“分层递进”具体指的是要求学生能够借助TracePro 软件掌握仿真光源以及棱镜的能力，以此为基础按照CCD 芯片的时序要求对驱动时序信号进行设计，进而搭建出分层递进的学习模式，并朝着光电信息采集系统不断迈进。所谓“目标驱动”指的是要将采集系统作为课程学习的总目标，再分层递进不断开展，进而实现集CCD 元件、棱镜、光源、信号检测于一体的系统，可完成信息采集、分析以及测试。分层递进具体有四个阶段，要求每一个学生必须全部参与；同时，以小组为单位进行小组学习，例如，三人为一个小组，并推选一名小组长，再以小组为单位对既定的项目开展仿真、研究、设计、仿真以及测试。

第一，TracePro 学习过程中，主要对棱镜以及光源的仿真进行学习以及掌握，其中非常重要的是要学会对光电接收器的光能分布进行分析，这样能够帮助学生对光源发出的光并经过棱镜折射之后的现象加深一定的印象，进而为最终目标的实现奠定基础[4]。

第二，在通过EDA 设计软件进行学习时，需要学生按照CCD 原理与应用、数字电子技术等知识完成时序电路的设计，并分析不同频率以及占空比情况下的脉冲信号进行分析，从而为CCD 芯片驱动时序信号的设计掌握打下一定的基础。

第三，要求每个小组的学生进行抽签活动，从而获得一个CCD 芯片，然后按照相关收藏以及驱动时序信号的基本要求，借助EDA 软件完成转移脉冲、积分脉冲、采样脉冲以及复位脉冲等仿真实验。完成之后，要求小组成员结合相关手册对时序信号波形进行对比，发现问题之后对驱动时序进行优化与调整，可以为设计CCD芯片驱动硬件打下一定的基础。

第四，基于仿真结果，进一步搭建采集系统，具体是由光源、棱镜、CCD 芯片以及示波器等组合而成，要求小组成员对射光的强度以及角度进行改变，并借助示波器对不同信号下的电压波动进行观测。

分层递进的四个阶段始终都是围绕目标驱动而开展，让学生亲身经历采集系统所开展的仿真以及实验。同时，小组内部要合理安排任务，而且每一位成员需要通力合作完成自己的任务，最后再对成果进行展示。

3 结束语

综上所述，基于“新工科”理念以及专业需求，本文以“分层递进、目标驱动”模式为准则对综合实验课程进行改革，强调紧紧围绕总目标而分层开展，做到循序渐进，力求让每一个学生都能够完成每一个阶段的学习任务，实现了理论与实践的结合。目前，这种新型培养模式还处于试行阶段，还需要广大教师进行摸索，从而完善更多细节，将有利于推动光电信息综合实验教学实现突破，从而促进学生实现全面发展。