魏亞東 李洪濤 胡西多 楊雷

(東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院，廣東東莞 523808)

《光電儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》［1］是應(yīng)用性非常強(qiáng)的一門專業(yè)課程，因其涉及內(nèi)容廣泛——幾乎涵蓋了光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的所有專業(yè)基礎(chǔ)課和大部分專業(yè)課，因此該課程的開設(shè)有助于學(xué)生綜合其所學(xué)，完善其知識(shí)體系，使得我校畢業(yè)生在同類本科畢業(yè)生中更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。為了更好的開展該課程的教學(xué)，其教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法等都有很多方面值得仔細(xì)推敲研究，尤其是在我校建設(shè)具有地方特色的高等院校，培養(yǎng)應(yīng)用型人才的指導(dǎo)思想下，對(duì)該門應(yīng)用性強(qiáng)、涵蓋內(nèi)容廣的專業(yè)課程的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的深入研究必將為我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的研究和實(shí)踐提供有效支撐，也將為類似應(yīng)用性較強(qiáng)的課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考查方式等方面提供一些有益參考。

我校自光信息科學(xué)與技術(shù)03年開始招生以來，每屆學(xué)生都開設(shè)了該課程，這在全國(guó)各高校范圍內(nèi)都是比較超前的，由于該課程內(nèi)容涵蓋范圍廣，要求學(xué)生具有較為廣泛的基礎(chǔ)，其他高校該課程大部分都是在研究生階段開設(shè)的。圍繞我校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，我院始終為光信息科學(xué)與技術(shù)開設(shè)該門專業(yè)課，開設(shè)4屆以來，收到良好的效果，學(xué)生普遍反映該課程“實(shí)用”，但就目前現(xiàn)狀來說，由于該課程所涵蓋的內(nèi)容來說相對(duì)較廣，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考查方面都有待完善和提高。在此背景下，學(xué)校審時(shí)度勢(shì)針對(duì)該課程進(jìn)行了教學(xué)改革與研究的立項(xiàng)資助，從學(xué)校到學(xué)院再到教研室，均對(duì)該課程的開展給予了大力的支持。本文對(duì)在此資助下對(duì)兩屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行一些總結(jié)和探討，望能夠引起同行的共鳴和更深入的討論，最終能對(duì)實(shí)用型課程的教學(xué)有所幫助。

1 教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

該課程自開設(shè)以來使用過的教材有李慶祥等老師編著的《現(xiàn)代精密儀器設(shè)計(jì)》［2］、高明等老師編著的《光電儀器設(shè)計(jì)》［3］以及郭培源老師等編著的《光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用》［4］。從以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來看，《現(xiàn)代精密儀器設(shè)計(jì)》是清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系所采用的教材，偏重機(jī)械方向;《光電儀器設(shè)計(jì)》內(nèi)容豐富，但稍顯復(fù)雜，且關(guān)鍵之處在于我校沒有相關(guān)配套設(shè)備予以演示講解; 《光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用》難度恰當(dāng)，主要以光電儀器的探測(cè)部分為主，使用該教材獲得了一些同學(xué)良好的評(píng)價(jià)，所以在教改的第一次嘗試中為穩(wěn)妥起見，繼續(xù)采用了該書作為教材的藍(lán)本來對(duì)課程進(jìn)行教學(xué)。

但教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)了新的問題——該教材內(nèi)容相對(duì)狹窄，僅涉及光電儀器中的探測(cè)器部分的內(nèi)容，缺少儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、光源、光路等方面的內(nèi)容，作為該課程的教材稍顯不足，于是參考之前所使用過的教材中比較合適的篇章補(bǔ)充了部分內(nèi)容，最后輔以實(shí)例。授課內(nèi)容涵蓋了《光電儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》大綱里面所需要傳達(dá)給學(xué)生的知識(shí)，雖然同學(xué)們對(duì)所授內(nèi)容比較滿意，但由于所講內(nèi)容有不少是課本里面所沒有包含的，所以盡管授課時(shí)筆者做了相當(dāng)多的準(zhǔn)備，但仍無法滿足一些同學(xué)需按照課本講授、便于復(fù)習(xí)的要求。于是在項(xiàng)目支持的第二次教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行前，筆者用了近兩個(gè)月的時(shí)間編寫講義，以便于該課程的順利開展。講義分成6個(gè)部分，包括概述、總體設(shè)計(jì)、光源、光路、光電探測(cè)和設(shè)計(jì)實(shí)例。其中，由于光源的部分內(nèi)容已經(jīng)在光學(xué)、光電子技術(shù)及器件、激光原理中專門講授;光電探測(cè)部分也已經(jīng)在光電子技術(shù)及器件等課程中有所展開;而光路更有工程光學(xué)專門詳述，所以以上內(nèi)容僅從儀器構(gòu)成 (結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)適用性等)、部件選用、與其他部件的協(xié)同工作和避免相互干擾等角度去講授，以作為前述課程的延續(xù)和發(fā)展。這樣基本涵蓋了光電儀器設(shè)計(jì)的所有基礎(chǔ)內(nèi)容，能夠?yàn)橥瑢W(xué)們將來從事光電儀器設(shè)計(jì)打下足夠的知識(shí)基礎(chǔ)。

2 教學(xué)方法的嘗試

教學(xué)方法上，除了傳統(tǒng)的講授方式之外做了兩種新的嘗試:一是在作業(yè)方面，另一是課堂形式方面。

在作業(yè)方面，放棄了以往具有標(biāo)準(zhǔn)答案的作業(yè)，改用開放式作業(yè)，激發(fā)和鼓勵(lì)同學(xué)們發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性和想象力自主發(fā)揮進(jìn)行設(shè)計(jì)。如講授光源部分的內(nèi)容的時(shí)候作業(yè)要求根據(jù)之前的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)以及理論知識(shí)去設(shè)計(jì)一種平行光源為光電儀器或光電系統(tǒng)提供一種平行度高且很均勻又能達(dá)到一定亮度的光源，并要求給出該平行光源平行度的檢測(cè)方法。這看似簡(jiǎn)單的作業(yè)會(huì)引發(fā)了不同的思考，同學(xué)們給出了各種各樣的答案，雖有共性，但從作業(yè)中體現(xiàn)出來的更多是每位同學(xué)對(duì)這個(gè)問題的不同思考，也從各種不同的角度暴露出來了一些同學(xué)光學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)方面的不足，以便于筆者通過作業(yè)的評(píng)語和課間的溝通對(duì)其進(jìn)行糾正。再如，作業(yè)要求:對(duì)微型飛行器進(jìn)行設(shè)計(jì)。這類作業(yè)的自由余地更大，課上僅對(duì)微型飛行器做了簡(jiǎn)單的介紹，對(duì)它的適用范圍、功能、構(gòu)成都還沒有詳細(xì)講解，同學(xué)們的作業(yè)給筆者的反饋非常強(qiáng)烈，有些甚至是筆者都沒有考慮到的形式，比如水中微型飛行器、磁動(dòng)能微型飛行器等等，雖然有些從目前的物理原理上還并不能實(shí)現(xiàn)，但卻體現(xiàn)出同學(xué)們積極地思考和各自的見地，充分體現(xiàn)出了同學(xué)們學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。最終該作業(yè)形式也得到了同學(xué)們的普遍認(rèn)可。

在課堂形式方面，筆者用一次課做了一種新的嘗試——讓同學(xué)們?cè)谡n堂上講解自己作業(yè)中的構(gòu)思和設(shè)計(jì)。這是某次以智能應(yīng)急燈設(shè)計(jì)的作業(yè)判完之后所開展的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。從作業(yè)上看不少同學(xué)花費(fèi)了很多時(shí)間來進(jìn)行設(shè)計(jì)和構(gòu)思，僅通過作業(yè)與評(píng)語與筆者進(jìn)行溝通顯得有些意猶未盡，有良好的設(shè)計(jì)更愿意跟更多的人分享;另外，也有些同學(xué)的設(shè)計(jì)有些瑕疵，而且比較具有代表性，筆者希望通過課堂討論大家共同找出問題，這樣印象會(huì)更加深刻，在最后筆者對(duì)這些問題予以總結(jié)和強(qiáng)調(diào)以進(jìn)一步加深印象;還有就是也希望通過這種方式來鍛煉大家的表達(dá)能力和說服能力，培養(yǎng)理工科的同學(xué)在表達(dá)方面的技能，以便于同學(xué)們畢業(yè)之后在自己的工作崗位上爭(zhēng)取更多的發(fā)展機(jī)會(huì)。該種課堂形式也得到了同學(xué)們的普遍認(rèn)可與好評(píng)，很多同學(xué)看上去仍然意猶未盡，但限于課時(shí)該形式僅在兩個(gè)班級(jí)中各開展了一次。

此外，結(jié)合光電儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中所講授過的內(nèi)容，在光電技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)中，要求學(xué)生獨(dú)立去鉆研一個(gè)問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)出對(duì)相位物體進(jìn)行成像的光電系統(tǒng)，在課程開展之后的一個(gè)學(xué)期再次強(qiáng)化該課程所學(xué)知識(shí)和技能的鍛煉。

3 考查方式的設(shè)計(jì)

以往，該課程以閉卷考試進(jìn)行考查，但經(jīng)過數(shù)次實(shí)踐之后發(fā)現(xiàn)，閉卷考試對(duì)于識(shí)記性知識(shí)的考查非常有效，但對(duì)于經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的接觸和訓(xùn)練之后分析和設(shè)計(jì)能力的考查效果并不好。該課程的最終目標(biāo)是讓學(xué)生對(duì)于光電儀器的構(gòu)成及設(shè)計(jì)有一個(gè)基本的了解，能夠分析現(xiàn)有的光電儀器并能夠針對(duì)其所存在的問題給出合理的改善方案，甚至能夠根據(jù)需求設(shè)計(jì)出一套能夠完成特定任務(wù)的光電儀器，從考查的角度來看，識(shí)記性的內(nèi)容雖然也是必要的，但該課程的目標(biāo)有沒有達(dá)到閉卷考試的方式難以體現(xiàn)出來，因此在項(xiàng)目支持的第一次授課結(jié)束后的考查形式改為了開卷考試:部分需要識(shí)記的重點(diǎn)內(nèi)容也出現(xiàn)在試卷中讓同學(xué)們?cè)俅渭由钣∠?，同時(shí)加大光電儀器分析和設(shè)計(jì)的力度和難度。

本以為該考查形式對(duì)課程開設(shè)目標(biāo)有無實(shí)現(xiàn)能夠給出很清晰的答案，但畢竟考試時(shí)間限制在2個(gè)小時(shí)，同學(xué)們?cè)谟邢薜臅r(shí)間內(nèi)的思考受到一些局限，為了拿到分?jǐn)?shù)而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)或者根據(jù)課堂上所討論過的方案的簡(jiǎn)單重復(fù)并沒能有效地體現(xiàn)出同學(xué)們自己的思考。于是，在項(xiàng)目支持的第二次教學(xué)實(shí)踐時(shí)，采用要求學(xué)生利用兩周時(shí)間撰寫一份設(shè)計(jì)報(bào)告形式的光電儀器分析或者設(shè)計(jì)的形式來進(jìn)行考查，唯一的要求就是不能雷同——不能與同學(xué)或者網(wǎng)上或者參考論文、書籍上雷同，能夠體現(xiàn)出同學(xué)們的獨(dú)立思考和對(duì)該課程的學(xué)習(xí)收獲。希望通過這種考查方式檢驗(yàn)課程的開設(shè)目標(biāo)有無達(dá)到，雖然加大了評(píng)判的難度，但筆者始終認(rèn)為也在課堂上一再強(qiáng)調(diào)——文憑并不是讀大學(xué)目的，分?jǐn)?shù)更不能能置換為個(gè)人能力，每個(gè)同學(xué)將會(huì)從大學(xué)帶走的只有通過學(xué)習(xí)和鍛煉而內(nèi)化的個(gè)人能力。也正是基于這種理念，在學(xué)校對(duì)選修課程和教改框架允許的前提下對(duì)該課程的考查進(jìn)行了這種新的嘗試，最終獲得了良好的效果——同學(xué)們所提交的報(bào)告都從不同方面體現(xiàn)出了自己獨(dú)立的思考，雖然仍有些同學(xué)的報(bào)告里面有這樣或那樣的錯(cuò)誤，但至少該種方式達(dá)到了考查的預(yù)期目的。

在本次教改項(xiàng)目的支持下，開展了兩次課程的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，從教學(xué)內(nèi)容到教學(xué)方法再到最后的考查方式都進(jìn)行了一些變革和新的嘗試，取得了一些良好的效果，學(xué)生普遍反映該課程與其他傳統(tǒng)課程的教學(xué)很不一樣，絕大部分同學(xué)比較認(rèn)可這些新的嘗試。改革的目的是通過課程的教學(xué)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)光電儀器分析的基本素養(yǎng)和對(duì)光電儀器及系統(tǒng)的濃厚興趣，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣及其能力，筆者認(rèn)為通過以上改革基本初步達(dá)到了以上目標(biāo)。

但由于目前該課程的教學(xué)計(jì)劃中安排的仍然只有32課時(shí)的理論課時(shí)，到后面實(shí)例部分的時(shí)候雖然講授的有學(xué)生使用過的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，但學(xué)生沒有機(jī)會(huì)拆開該設(shè)備去了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，雖然筆者拍了實(shí)物照片并加以詳細(xì)講解仍有一些同學(xué)感覺難以理解。在課程結(jié)束后的摸底調(diào)查中，也有不少同學(xué)反應(yīng)該課程理論講授較多，缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)，沒有實(shí)物對(duì)照難以理解等反饋，也有些同學(xué)反應(yīng)課時(shí)不足，應(yīng)該增加課時(shí)。幸好，該課程將從下一級(jí)開始由現(xiàn)在的32課時(shí)增加為64課時(shí)，并增設(shè)了24課時(shí)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。

隨著工程教育受到越來越多的關(guān)注和重視，CDIO工程教育模式［5］的推廣，我校順應(yīng)時(shí)代發(fā)展和地方需求適時(shí)恰當(dāng)調(diào)整的辦學(xué)宗旨的進(jìn)一步深化，基于項(xiàng)目和實(shí)例的教育和學(xué)習(xí)方式［6］必將得到更加廣泛的推廣，該種新教學(xué)方式也必將為我校的人才培養(yǎng)提供更豐富的參考，為我校的學(xué)生創(chuàng)造更多的機(jī)會(huì)。

［1］魏亞東.《光電儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)的探索與構(gòu)思［J］.東莞理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，16(1):112－114.

［2］李慶祥，王東生，李玉和，等.現(xiàn)代精密儀器設(shè)計(jì)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2006.

［3］高明，劉纏申.光電儀器設(shè)計(jì)［M］.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

［4］郭培源，付揚(yáng).光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

［5］李堅(jiān)強(qiáng)，王志強(qiáng)，薛麗萍.基于CDIO模式的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研究與探討［J］.計(jì)算機(jī)教育，2010(12):122－123.

［6］顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP－CDIO:汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索［J］.高等工程教育研究，2008(1):12－20.