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        光電課程設計的教學改革探索

        2022-08-10 02:23:00沈耀國
        科技視界 2022年16期
        關鍵詞:課程設計學生

        沈耀國 吳 琳

        (閩江學院物理與電子信息工程學院,福建 福州 350108)

        1 教改背景

        光電產業(yè)是現在科技發(fā)展的重點產業(yè),福建是光電產業(yè)的大省,閩江學院是服務本地的一所應用型本科大學,電子科學與技術專業(yè)為福建省的光電產業(yè)發(fā)展輸送了大量優(yōu)秀人才, 參加本省的光電產業(yè)建設。電子科學與技術專業(yè)是一門應用型學科,專業(yè)要求培養(yǎng)具備光電子、物理電子領域寬厚的專業(yè)知識和較強的實踐技能與工程實踐能力及一定的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,能勝任光電子材料與器件以及光電子系統的研究、設計、集成、開發(fā)及系統維護與調試的高級工程技術人才。光電課程設計是該專業(yè)重要的一門實踐課程,用來專業(yè)人才培養(yǎng)和專業(yè)發(fā)展服務。 目前專業(yè)的光電課程設計分為兩部分課程,“光電課程設計1” 的教學為光學實驗模擬,“光電課程設計2”的教學內容為LED 封裝實驗,兩個部分的課程無法涵蓋專業(yè)的大量基礎電路課程,與基礎電路課程產生脫鉤情況,如比較重要的電路分析基礎、模擬電路、數字邏輯電路、信號與系統等課程, 是專業(yè)要求中光電子系統部分內容的缺失,因此探索一種新模式的光電課程設計課程教學方式對本專業(yè)的發(fā)展有重要的意義。

        光電產業(yè)是21 世紀最具魅力的產業(yè)之一, 是未來國家建設強大國力的基石。 截至2019 年12 月31日,福州地區(qū)共有200 多家光電企業(yè),涵蓋光電組件、光電顯示、光通信、激光器及激光應用四大行業(yè)領域,主要集聚在鼓樓福州軟件園、 福清融僑經濟開發(fā)區(qū)、倉山金山工業(yè)區(qū)、馬尾經濟技術開發(fā)區(qū)、福州高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)、閩侯鐵嶺工業(yè)區(qū)、晉安福興投資區(qū)。 目前光電產業(yè)人才稀缺,各類光電類設計工程師都有很大需求。福州的光電產業(yè)是發(fā)展的重心,對相關光電人才需求量大。然而,目前的光電課程設計以實驗仿真和LED 制備為主,未能鍛煉學生的光電綜合系統設計與電路硬件設計能力。通過課程改革,讓學生具備相關系統的綜合設計能力,提高競爭力,強化學生的專業(yè)自信心,為步入社會實現人生價值做好充足準備。

        本文在光電課程設計的課程改革中,采用了多元化、立體化、彈性化的新教學方法,結合光電子競賽、全國電子競賽、工程訓練大賽等比賽項目,大大的豐富了課程的內容,對接各類比賽,提高課程的目的性,激發(fā)學生的學習興趣和欲望,化被動為主動,主動的去獲取學習資料,獲得積極的教學成果。

        2 教學改革內容和方案

        2.1 緊扣培養(yǎng)方案的目標,修改課程設計教學內容,突出實踐性、綜合性

        針對培養(yǎng)方案中光電課程設計實踐性與綜合性不強的現狀,從圖1 可以看出,當前的光電課程設計僅僅圍繞專業(yè)課程群中的某一些課程來開展,無法涵蓋大部分專業(yè)基礎課。 圖1(a)顯示了目前培養(yǎng)方案中,光電課程設計所處的位置,該門課無法培養(yǎng)學生利用所學知識進行光電系統設計的能力。 經過改革,筆者的目標是將該課程變成一個綜合的光電設計系統, 與專業(yè)基礎課和專業(yè)課形成一個相互支撐的閉環(huán),如圖1(b)所示。這樣的光電課程設計內容,糅合了專業(yè)基礎課和專業(yè)課兩方面的知識,進一步加強了專業(yè)基礎課中對電子系統設計的要求,彌補了以前課程內容的短板。

        圖1 專業(yè)課與光電課程設計關系對比圖

        綜合分析了近幾屆的各類大學生比賽項目,篩選出智能小車和無人飛行器兩大類實踐項目,比賽項目在光電競賽、電子競賽和工程訓練大賽中都有相關項目,這兩個項目設計性和綜合性強,能有助于學生實踐水平的提高。 項目可以簡單又可以復雜化,簡單的要求只要能實現基本功能即可,可以移動,能執(zhí)行簡單的指令;復雜的要求是執(zhí)行特定的功能,實現智能化。 還可以進一步的研究,與畢業(yè)設計掛鉤,對算法和特定的功能實現設計和優(yōu)化,能有創(chuàng)造性的實現特定的功能。

        項目又可細分為電源類、電機驅動類、傳感器使用、攝像機機器視覺類四個小類功能,不同的功能對學生的要求不同,可以分組完成,也可統一完成,對四類功能的多元化組合, 可形成各類不同設計思路,可以充分調動學生的自主能動性, 發(fā)揮自己的特長,使課程更具有趣味性和研究性, 更能調動學生的主動性,最后可以評選最佳的設計作品,完成升華。

        2.2 改變課程的教學方式和方法,搭建學習平臺

        在實踐課中要充分發(fā)揮學生的主體作用, 實現“規(guī)定”和“自選”并舉,體現“以人為本、因材施教”,使學生能積極的參加實踐項目選擇,教師把實踐項目分解,形成不同的功能模塊形式,而模塊存在獨立的可應用的獨立功能,通過學生的不同分組要求,實現各自的實驗目的,最終檢驗功能的完成情況,滿足課程的驗收要求。 經過一段時間的積累,保留學生的實驗成果,教師組織搭建課內的實踐平臺,完善平臺的實驗條件,打造光電課程設計的完備環(huán)境,為學生的課程設計和發(fā)明創(chuàng)造提供良好的平臺條件,以吸納更多的優(yōu)質資源。

        光電技術的應用性強, 在生活實踐中經常使用,把光電技術拆分成小型電路, 添加使用的傳感器,非常適合學生的實踐性教學。 學生通過分析項目的要求,驗證方法的可行性,設計電路圖,選擇適當的傳感器模塊,設計和完成整改電路的搭建和調試,綜合了多門學科的專業(yè)知識, 涉及硬件和軟件的多方面知識,綜合培養(yǎng)學生的能力。 課程設計以分組的形式進行,結合采用科研課題的模式,可以更加有效的組織學生,學生每4~6 人為一個小組,由小組組織成員討論共同確定項目的實施方案,采用分工合作的方式來完成,每組選出一個組長,組長負責監(jiān)督組內成員各自進展,定期組織組內問題討論,并歸納總結問題原因和進一步實施方案,教師按照各自的分工安排分配任務,最后撰寫實驗設計報告,參與項目成果的演示和講解,通過教師的評比來確定課程的成績。

        3 課內課外聯動,堅持可持續(xù)性培養(yǎng)

        3.1 依據大學生電類競賽,探索可持續(xù)發(fā)展新模式

        通過搭建新模式的課外光電比賽平臺,提供學生參與實踐的渠道, 增強平臺的影響力, 搭建教學團隊,教師線下繼續(xù)參加學生培養(yǎng),不定期檢測學生實踐成果,提供一定的設備支持,組織學生報名參加光電學習平臺,對比賽有興趣的,都可進入團隊到相關實驗室進行學習。 根據現有實驗室的儀器設備等基礎條件,在根據需求購置一些傳感器模塊,如紅外線傳感器、超聲波傳感器、激光雷達等,鼓勵學生自己設計模塊,深入了解模塊的原理,在使用模塊的時候能更好的發(fā)揮其功能,為學生的實踐創(chuàng)新能力提供了有利的條件。在此基礎下,成立“光電愛好者團隊”,吸納一定的低年級學生,以老生帶新生的循環(huán)模式,形成一定的規(guī)模效應,提供場地和儀器,鼓勵老生向新生授課,形成良性發(fā)展。 積極組織學生參加全國大學生光電設計競賽、福建省光電設計競賽、全國大學生電子設計競賽等,并鼓勵有能力的學生申請參與“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)創(chuàng)造訓練計劃項目”,通過學生和教師的合作,使學生的實踐創(chuàng)新能力得到進一步鍛煉和提高。

        3.2 加強光電子系統設計和畢業(yè)設計的選題,體現其實踐創(chuàng)新性

        電子系統設計不應該只停留在課堂上,對有興趣的學生加強課外的聯系, 加強與畢業(yè)設計的選題關聯,在電子系統設計的基礎上更加深入的研究,結合比賽的要求實現復雜的功能,查找文獻,在程序、硬件上尋求創(chuàng)新點, 用更簡單的方法去實現復雜的功能,更加注重基礎電路的理解, 提高動手設計電路的能力,減少模塊化的商業(yè)樣品的使用,堅持原創(chuàng)性和獨創(chuàng)性, 更能從底層基礎邏輯上去了解電路的結構,從而提高水平和能力, 這也更加符合畢業(yè)設計的要求,進而要求設計的選題,要體現出科學性、實踐性、綜合性和創(chuàng)新性。 鼓勵有能力的學生通過申請,由教師認定提前進入畢業(yè)設計流程,通過討論結合自身的研究方向,撰寫畢業(yè)設計開題報告,通過畢業(yè)小組教師認證,進入設計階段。

        4 結語

        光電課程設計是電子科學與技術專業(yè)的一門必修課,課程涉及電子、光電、傳感器等學科,是一門綜合類的實踐課程,根據專業(yè)建設的要求,在“新工科”的背景下,綜合考察了光電類產業(yè)的需求,契合大學生光電設計競賽、全國大學生電子設計競賽、工程訓練大賽等比賽內容,課內改革多元化、立體化、彈性化的新教學方式,組建專業(yè)的教師團隊時時跟進,監(jiān)控學生實踐進度,參與項目討論,并建設課內實踐平臺,組織“光電愛好者團隊”,課外聯系課內,可持續(xù)的發(fā)展,為各類大賽輸送優(yōu)秀的學生,提高學生實踐動手能力,分析問題的能力,具備解決實際問題的能力,并與社會光電產業(yè)接軌, 最終目標是培養(yǎng)具備光電子、物理電子領域寬厚的專業(yè)知識和較強的實踐技能與工程實踐能力及一定的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,能勝任光電子材料與器件以及光電子系統的研究、設計、集成、開發(fā)及系統維護與調試的高級工程技術人才。

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