左緒忠，何恩節(jié)，秦炎福，官邦貴，高海濤

（安徽科技學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院，鳳陽 233100）

0 引言

隨著國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的提出，目前國家和企業(yè)對創(chuàng)新型技能人才的需求日益增長，因此高等本科院校的人才培養(yǎng)也應(yīng)該逐漸由基礎(chǔ)理論知識教育向理論知識傳授為基礎(chǔ)，創(chuàng)新和實踐能力培養(yǎng)為重點的教育方式轉(zhuǎn)變，具體的人才培養(yǎng)目標(biāo)就是要強(qiáng)調(diào)學(xué)生的綜合素質(zhì)和專業(yè)核心能力的培養(yǎng)[1]。所以，針對本科生的專業(yè)課和專業(yè)核心課的教學(xué)就需要著重在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及評價體系等方面進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新，切實從社會對人才的需求類型為出發(fā)點，最終培養(yǎng)出具有創(chuàng)新和實踐能力的人才。

CDIO工程教育模式最初于2000年被倡議，經(jīng)過四年的探索，在2004年被提出的國際工程教育改革的結(jié)果，其中CDIO中的四個字母分別代表了構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）以及運(yùn)作（Operate），它是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動、實踐、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱主要將工程類畢業(yè)生的能力劃分為四個層面，即工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力以及工程系統(tǒng)能力。大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)[2]。

《光電探測與信號處理》是我校光電信息科學(xué)與工程與電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，其重要性不言而喻。該課程的教學(xué)內(nèi)容主要分為五部分，第一章簡單地介紹光電探測基礎(chǔ)，為學(xué)習(xí)后面的章節(jié)內(nèi)容提供最為基礎(chǔ)和必要的教學(xué)內(nèi)容；第二章主要介紹點探測器的工作原理與負(fù)載電路的設(shè)計思路和方案，其中點探測器主要涵蓋了光子和光熱兩大類型的探測器；第三章介紹了直接探測和間接探測的原理以及這兩種探測體制的系統(tǒng)性能與最佳信號的處理方法；第四章主要講授光電成像的一些特點和CCD等像探測器的功能；第五章簡要地概述了最佳接收機(jī)和理想接收機(jī)信號檢測理論。

1 《光電探測與信號處理》教學(xué)過程中存在的問題

1.1 理論教學(xué)存在的問題

根據(jù)學(xué)院指定的人才培養(yǎng)方案，我們課程組編寫了較為詳細(xì)的理論教學(xué)大綱，其中電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的理論學(xué)時為42學(xué)時。目前，國內(nèi)的很多高等院校對于該類課程的教學(xué)主要還是把更多的精力集中在課堂的理論教學(xué)上，教學(xué)內(nèi)容一般是側(cè)重理論知識點的推導(dǎo)和講解，這樣不僅不能調(diào)動教師在課堂上的積極性，也導(dǎo)致了學(xué)生在課堂上很為被動。在實施該課程的教學(xué)改革之前，理論教學(xué)主要存在以下幾點問題：

（1）理論知識講解過多。由于太過于注重教學(xué)內(nèi)容的完整性，沒有把具體實例中所用到的基本原理、思想、方法和項目經(jīng)驗講解透徹，這樣不僅忽視了理論知識在工程實踐中的運(yùn)用，也失去了該課程教學(xué)內(nèi)容的實用性和趣味性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

（2）教學(xué)計劃陳舊。課堂上的理論教學(xué)內(nèi)容與科技發(fā)展以及社會需求脫節(jié)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，學(xué)生對《光電探測與信號處理》中知識點的學(xué)習(xí)局限于課本，很難深刻理解和熟練掌握知識的精髓與本質(zhì)，學(xué)生不能熟練地對出現(xiàn)的問題用所學(xué)的知識進(jìn)行解釋，導(dǎo)致了學(xué)生所學(xué)的知識點無法與技術(shù)企業(yè)的需求契合。（3）考核方式單一。通常情況下，我們制定的考核方式為閉卷考試和平時成績分別占理論最終成績的80%和20%，這樣就會導(dǎo)致部分學(xué)生雖然上課沒有缺勤，但課后學(xué)習(xí)主動性不強(qiáng)，不能積極調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性，同時這種考核方式也不能準(zhǔn)確地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。

1.2 實踐教學(xué)存在的問題

光電探測與信號處理課程的實踐學(xué)習(xí)主要包含課程實驗和課程設(shè)計兩個模塊，其中課程實驗有18個學(xué)時，課程實踐有20個學(xué)時。教學(xué)改革之前，課程實驗主要存在的問題有：（1）實驗數(shù)量較多。在有限的18個學(xué)時里開展了接近20個實驗，部分實驗原理具有重疊性。（2）側(cè)重實驗現(xiàn)象的觀察，忽視對現(xiàn)象本質(zhì)的理解。同樣，課程設(shè)計主要存在的問題有：（1）題目靈活性不強(qiáng)。通常都是老師布置題目，學(xué)生按照4人一組進(jìn)行分組，部分學(xué)生在完成課程設(shè)計任務(wù)時表現(xiàn)出慵懶的狀態(tài)。（2）與社會脫節(jié)顯現(xiàn)嚴(yán)重。盡管課程設(shè)計的題目都來源于現(xiàn)實生活中的實例，但是由于側(cè)重點不同，導(dǎo)致課程設(shè)計的內(nèi)容與目前社會以及技術(shù)性企業(yè)對創(chuàng)新型人才的需求方向還存在較大的差距。

總而言之，現(xiàn)階段的傳統(tǒng)教學(xué)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能迅速地適應(yīng)社會與企業(yè)對創(chuàng)新型技術(shù)性人才的需求。針對上述存在的情況，我們基于CDIO現(xiàn)代工程教育理念對《光電探測與信號處理》課程進(jìn)行了系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化和教學(xué)模式創(chuàng)新。

2 基于CDIO模式的《光電探測與信號處理》理論教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

2.1 傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)有機(jī)結(jié)合

《光電探測與信號處理》課程中理論推導(dǎo)較多，知識面廣泛，抽象性較強(qiáng)，我們把傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體課件教學(xué)有機(jī)融合起來，可以把理論知識點、圖像、聲音、動畫、視頻以及程序等信息穿插在教學(xué)活動中，通過實際案例的講解，把知識點更加生動逼真地穿透到整個案例的設(shè)計與運(yùn)行中，這樣不僅能加深學(xué)生對知識點的理解與吸收，也有助于培養(yǎng)學(xué)生對工程項目整個流程的興趣。同時，利用多媒體教學(xué)可以節(jié)省由于板書、公式推導(dǎo)以及作圖而消耗的時間，從而增加單位學(xué)時時間內(nèi)的授課信息量，一方面可以更加詳盡地闡述知識點，另一方面解決了該課程普遍存在的教學(xué)內(nèi)容多與學(xué)時少之間的矛盾[3]。

2.2 有機(jī)融入教師科研成果

《光電探測與信號處理》課程中講到的諸多知識點都是在多功能薄膜器件中實現(xiàn)運(yùn)用，而器件的制備與合成手段對器件的性能有著很大的影響。我們通過把自身在科研活動中制備的多功能器件分享給學(xué)生，重點講解器件的制備條件、制備細(xì)節(jié)、制備過程、性能調(diào)試等，這樣可以提高課堂教學(xué)的多樣性，也讓學(xué)生對科研活動產(chǎn)生濃厚的興趣，科研本身就是以構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)與運(yùn)作為流程的一類活動，這樣不僅能加深學(xué)生對知識點在器件中運(yùn)用的理解，更能培養(yǎng)學(xué)生的CDIO工程思維。

3 基于CDIO模式的《光電探測與信號處理》實踐教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

3.1 課程實驗教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

壓縮實驗數(shù)量，重組實驗項目，加大設(shè)計性實驗的比例。實驗教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化之前，《光電探測與信號處理》課程實驗含有21個小實驗，現(xiàn)將部分原理重疊的實驗進(jìn)行系統(tǒng)化整理，保留部分具有代表性的10個實驗，同時引入了三維攝像與顯示綜合實驗、超快激光特性研究綜合實驗與LED封裝、測試與設(shè)計綜合實驗，這樣既喚起了學(xué)生對實驗的興趣，也為學(xué)生提供了構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)與運(yùn)行實驗項目的平臺，有利于學(xué)生對生產(chǎn)實踐的理解，縮小學(xué)生對企業(yè)需求之間的差距。同時，淡化實驗現(xiàn)象觀察，側(cè)重理論解釋。我們要求學(xué)生在實驗報告中不但要寫出觀察到的實驗現(xiàn)象，更要求學(xué)生對觀察到的實驗現(xiàn)象進(jìn)行理論解釋。

3.2 課程設(shè)計教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

針對課程設(shè)計過程所存在的問題，我們在教學(xué)過程中增加了項目設(shè)計與運(yùn)行的演示環(huán)節(jié)。在課程設(shè)計教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化之前，我們通常直接將題目分配給學(xué)生，然后學(xué)生分組自行討論、研究與設(shè)計。這樣存在一定的弊端，由于前期的教學(xué)都是在課堂中進(jìn)行的，很多學(xué)生在課余時間沒有自行地對軟件進(jìn)行操作，因此部分學(xué)生對軟件還較為陌生。為此，在開展課程設(shè)計之前，教師先選取一個具有代表性的題目，與學(xué)生一起分析、討論與研究并制定一個科學(xué)合理的解決方案，然后帶著學(xué)生一起操作軟件，這樣可以讓學(xué)生熟悉軟件的操作也達(dá)到對項目預(yù)鍛煉的目的[4]。同時，我們創(chuàng)建了符合CDIO模式的課程設(shè)計題目數(shù)據(jù)庫以提高學(xué)生的設(shè)計興趣。由于課程設(shè)計題目多樣化，現(xiàn)在由原來的四人一組改為二人一組，而且每兩人中均含有一個學(xué)習(xí)成績較好和一個學(xué)習(xí)成績較差的學(xué)生，讓自我效能感發(fā)揮最大價值，防止成績較差的學(xué)生在完成項目過程中消極怠慢，從而讓學(xué)生能真正地參與到課程設(shè)計中去，培養(yǎng)和提高學(xué)生在完成項目過程中構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)與運(yùn)行的意識和能力。

4 基于CDIO模式的《光電探測與信號處理》教學(xué)模式創(chuàng)新

4.1 建立校企合作平臺

我校的光電信息科學(xué)與工程專業(yè)目前在京東方、美菱以及創(chuàng)維等多家技術(shù)類企業(yè)取得了實習(xí)基地，企業(yè)對項目的要求通常很高，因此對學(xué)生提出的要求就很高，我們以此為契機(jī)，將企業(yè)中資深的工程師引入到教學(xué)中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的過程中掌握原理應(yīng)用、理解知識的重要性以加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的緊迫性；同時，我們將企業(yè)的實際項目也引入到教學(xué)中，讓專業(yè)工程師對一個具體的案例進(jìn)行剖析分解，詳細(xì)講解一個工程項目完成所需要經(jīng)歷的流程，培養(yǎng)學(xué)生對工程項目的構(gòu)思、設(shè)計與運(yùn)行意識[5]。從而體現(xiàn)了CDIO模式下“學(xué)以致用”和“基于項目的教育與學(xué)習(xí)”的精髓。

4.2 設(shè)計翻轉(zhuǎn)課堂

傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，都是教師在講臺上講解，學(xué)生在下面被動地接受，這樣很難調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為此，我們在教學(xué)過程中設(shè)計了翻轉(zhuǎn)課堂，在完成每章節(jié)的學(xué)習(xí)結(jié)束后，我們隨機(jī)抽取2個學(xué)生對講過的知識點和實踐案例分別進(jìn)行歸納總結(jié)和剖析，并要求學(xué)生完成相應(yīng)的PPT設(shè)計，翻轉(zhuǎn)角色，教師扮演學(xué)生的角色，學(xué)生扮演教師的角色?！胺D(zhuǎn)課堂”對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行了重構(gòu)?！靶畔鬟f”是學(xué)生在課前進(jìn)行的，教師不僅提供了視頻，還可以提供專業(yè)輔導(dǎo)；“吸收內(nèi)化”是在課堂上通過互動來完成的，教師能夠提前了解學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，在課堂上給予有效的輔導(dǎo)，同學(xué)之間的相互交流更有助于促進(jìn)學(xué)生知識的吸收內(nèi)化過程。翻轉(zhuǎn)課堂本質(zhì)上就是要求學(xué)生具備構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)與運(yùn)行的實踐能力，因此這一教學(xué)模式的改革符合CDIO工程教育模式。

4.3 積極改革各類考核方式

考核是檢驗教學(xué)效果以及評價教學(xué)質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，科學(xué)合理的考核方式與方法也是CDIO模式的標(biāo)準(zhǔn)之一，因此考核方式必須涵蓋對學(xué)生的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)與運(yùn)行產(chǎn)品的能力有機(jī)結(jié)合起來[5]。為此，我們做了如下幾點改革：（1）課程教學(xué)的全程考核。在傳統(tǒng)的考核方式背景下，很多學(xué)生平時學(xué)習(xí)動力不足、課后復(fù)習(xí)不及時、考試之前突擊復(fù)習(xí)等現(xiàn)象明顯，針對上述現(xiàn)象，我們在每章內(nèi)容講解完以后以布置論文和小項目的形式讓學(xué)生進(jìn)行鞏固學(xué)習(xí)，并對上交材料的考核成績納入到最終成績里面去。（2）加大項目教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)的考核力度。課堂上增加項目教學(xué)的權(quán)重，培養(yǎng)學(xué)生項目意識。根據(jù)課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容，分階段布置相關(guān)項目，讓學(xué)生在實驗室完成項目的編寫和調(diào)試，著重考察編寫原理所對應(yīng)的知識點，現(xiàn)場對學(xué)生的項目進(jìn)行逐個驗收，指出項目設(shè)計的不足并要求改進(jìn)，這樣不僅讓學(xué)生學(xué)會把理論知識和實踐應(yīng)用緊密聯(lián)系起來，也提高了學(xué)生分析問題、發(fā)現(xiàn)問題以及解決問題的能力，也滿足了CDIO模式下對《光電探測與信號處理》工程教學(xué)的要求。（3）綜合性設(shè)計實驗實行答辯考核。邀請相關(guān)學(xué)科的教師一起參與答辯，教師在考核過程中對學(xué)生所做的產(chǎn)品項目的整體思路、設(shè)計原理和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的講解，取代過去單獨以實驗操作和實驗報告考核的方式，這樣激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣也加深了對知識點的理解，也為學(xué)生創(chuàng)建了協(xié)同、創(chuàng)新與合作的學(xué)習(xí)平臺。

5 結(jié)語

本文針對我校在《光電探測與信號處理》課程教學(xué)中存在的部分問題，同時分析了當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式與社會對創(chuàng)新型技術(shù)人才需求之間的差距，并借鑒了國內(nèi)很多高校在CDIO模式下的教學(xué)改革經(jīng)驗，我們探索了基于CDIO模式下的《光電探測與信號處理》課程教學(xué)改革。改革后的實踐證明：優(yōu)化后的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)新后的教學(xué)模式進(jìn)一步提高了學(xué)生的工程能力。總之，通過上述優(yōu)化與創(chuàng)新，能讓學(xué)生真正地融入到課堂教學(xué)與課程實踐中去，從而該課程的教學(xué)質(zhì)量也有了顯著的改善。

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