曹潔萍，曾志娟，張敏敏

（華南師范大學(xué)信息光電子科技學(xué)院 廣東 廣州 510006）

理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理工科學(xué)生掌握知識(shí)與技術(shù)不可欠缺的課程，都是教學(xué)活動(dòng)的重要組成部分。理論教學(xué)是以理論知識(shí)教材為主要內(nèi)容，以課堂講授為主要形式的教學(xué)活動(dòng)，其出發(fā)點(diǎn)主要讓學(xué)生能夠系統(tǒng)性掌握和了解經(jīng)典成熟的基礎(chǔ)知識(shí)以及前沿知識(shí)要點(diǎn)。理論的教學(xué)內(nèi)容一般基于科研人員經(jīng)過多年驗(yàn)證在特定條件形成的自然科學(xué)規(guī)律、最佳技術(shù)方案或者技術(shù)參數(shù)，但由于內(nèi)容相對(duì)抽象，對(duì)于絕大多數(shù)本科生來說，只能依靠記憶和理解掌握理論知識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種實(shí)踐性教學(xué)形式，學(xué)生使用儀器設(shè)備，通過設(shè)置特定的實(shí)驗(yàn)條件引起實(shí)驗(yàn)對(duì)象理化特征的變化，進(jìn)而觀察、記錄、測(cè)量與分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終獲得知識(shí)與操作能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程多數(shù)是驗(yàn)證經(jīng)典的理論知識(shí)，其內(nèi)容經(jīng)過絕大多數(shù)科研人員的質(zhì)疑和驗(yàn)證，因此其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)踐操作較為成熟。實(shí)踐教學(xué)旨在使學(xué)生掌握專業(yè)所需的實(shí)踐技能，著重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的基本能力。因此，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)課程不僅可以讓學(xué)生理解和掌握基礎(chǔ)的理論知識(shí)，同時(shí)也有助于提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

然而，由于不同學(xué)校存在對(duì)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱要求、儀器配置、實(shí)驗(yàn)課程經(jīng)費(fèi)投入強(qiáng)度、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地大小和教師隊(duì)伍數(shù)量與結(jié)構(gòu)等差異，導(dǎo)致同一個(gè)學(xué)科乃至同一門實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與教學(xué)效果在不同學(xué)校間呈現(xiàn)顯著的不同[1-4]。除了上述指標(biāo)化條件影響之外，教學(xué)手段和考核方式等教師的個(gè)體化設(shè)計(jì)也決定著實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。本論文將以華南師范大學(xué)信息光電子科技學(xué)院的光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)課程為例，通過對(duì)光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)評(píng)價(jià)三個(gè)方面的分析，探討光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)課程改革的教學(xué)效果。

光電檢測(cè)技術(shù)涉及光學(xué)、電子技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、計(jì)算機(jī)等多個(gè)知識(shí)要點(diǎn)[5]。光電檢測(cè)技術(shù)雖然知識(shí)面廣且復(fù)雜，但由于其非接觸、高靈敏、高精度、高速等優(yōu)點(diǎn)，目前成為最受歡迎的檢測(cè)手段之一，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)療和軍事等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[6]。光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)是繼光電檢測(cè)技術(shù)與器件理論課之后開設(shè)的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課，旨在通過實(shí)驗(yàn)方法使學(xué)生掌握光電器件的基本操作和應(yīng)用，最終能夠利用光電器件和設(shè)備獨(dú)立設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)光電檢測(cè)理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化實(shí)踐操作。因此在保證教學(xué)質(zhì)量的基本前提下，適當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段進(jìn)行創(chuàng)新以及教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行改革，有助于帶動(dòng)學(xué)生上課的積極性，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

1 課程現(xiàn)狀及存在的問題

光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容包括光電器件的特性參數(shù)測(cè)試、光電發(fā)射和接收器件的應(yīng)用、光電系統(tǒng)的搭建等10個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。目前光電探測(cè)實(shí)驗(yàn)大部分教學(xué)內(nèi)容為理論驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏趣味性和新穎性。在科技快速發(fā)展的時(shí)代，光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和器材并沒有得到相應(yīng)的更新；其次，教學(xué)模式主要是遵循傳統(tǒng)的方式，學(xué)生課前預(yù)習(xí)，教師課中對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和主要操作等進(jìn)行全面講解，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一步一步操作完成。由于實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，并不需要對(duì)實(shí)驗(yàn)原理有太多思考即可完成實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)，積極的學(xué)生能夠自覺思考實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題并自行解決，但大部分學(xué)生仍把實(shí)驗(yàn)當(dāng)成一項(xiàng)任務(wù)，草率地完成實(shí)驗(yàn)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并沒有吸收相關(guān)的知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方面，主要根據(jù)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作和報(bào)告的情況來評(píng)分，較難全面反映學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，也無法讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的難點(diǎn)進(jìn)行深入的思考和解決，無法加深學(xué)生對(duì)光電基礎(chǔ)知識(shí)的理解，不利于提高學(xué)生實(shí)踐能力和解決問題的能力，無法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新、探索興趣，因此不能有效達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。

2 改革內(nèi)容

2.1 明確目標(biāo)

2021年初，光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)根據(jù)培養(yǎng)方案規(guī)定的專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，對(duì)教學(xué)大綱進(jìn)行了重新調(diào)整，新教學(xué)大綱增加了具體的課程目標(biāo)，且課程目標(biāo)能夠與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)。課程目標(biāo)主要分為知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo)。知識(shí)目標(biāo)包括掌握光學(xué)、電子學(xué)、光電轉(zhuǎn)換理論基礎(chǔ)知識(shí)和各類光電探測(cè)器的工作原理，光電系統(tǒng)常用的光源特性，光學(xué)調(diào)制器的應(yīng)用和光電探測(cè)方法的應(yīng)用等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。能力目標(biāo)包括鍛煉學(xué)生在光電系統(tǒng)的搭建、自動(dòng)化領(lǐng)域、檢測(cè)應(yīng)用的實(shí)踐能力。即從信號(hào)的獲取、處理等整個(gè)光電探測(cè)系統(tǒng)的搭建，訓(xùn)練學(xué)生對(duì)復(fù)雜的綜合性工程問題進(jìn)行深入研討、分析與解決的能力，達(dá)到能夠運(yùn)用現(xiàn)有知識(shí)和技能創(chuàng)新搭建光電系統(tǒng)的目的。素養(yǎng)目標(biāo)則包含了解光電實(shí)驗(yàn)室的安全知識(shí)與管理，以及對(duì)突發(fā)情況的處理方法。與團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決實(shí)驗(yàn)遇到的問題，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力。能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行完好的表達(dá)與邏輯性分析，表達(dá)能力，精益求精的創(chuàng)作精神，擁有良好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和自信心。大綱詳細(xì)地說明了教學(xué)內(nèi)容、要求及進(jìn)度安排，每個(gè)單元都有相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)支撐課程目標(biāo)，便于教師根據(jù)單元的主要內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)，教學(xué)方式等進(jìn)行備課。

2.2 豐富教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)內(nèi)容上，保留原有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，將同類型的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（如光敏電阻、光電二極管和光電三極管的特性研究）和應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)（如透射式和光耦式光電開光）進(jìn)行合并講解與操作，幫助學(xué)生更好地理解不同光電器件的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)增加當(dāng)前科技前沿領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容作為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)?zāi)K，例如吸收光譜、熒光光譜，這些能夠進(jìn)行微弱光信號(hào)檢測(cè)的技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、環(huán)境、食品、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)型模塊中，以學(xué)生為主導(dǎo)，教師負(fù)責(zé)引導(dǎo)答疑，由學(xué)生自由選擇材料、器件進(jìn)行光電檢測(cè)系統(tǒng)的搭建、光電性能的研究，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入的分析，最終完成一個(gè)完整的書面設(shè)計(jì)報(bào)告。通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生體驗(yàn)到科研式實(shí)驗(yàn)的過程，同時(shí)熟悉微弱光電信號(hào)檢測(cè)的原理、操作、平臺(tái)搭建，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力以及創(chuàng)新能力。光譜技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中有著廣泛應(yīng)用，掌握現(xiàn)代光譜檢測(cè)技術(shù)使得學(xué)生在未來工作中添加一項(xiàng)專業(yè)技能，因此能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

2.3 擴(kuò)展教學(xué)手段

在教學(xué)手段方面，改革之前主要是傳統(tǒng)的教學(xué)方式，學(xué)生課前預(yù)習(xí)，教師課上對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和主要操作等進(jìn)行全面講解，并演示實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生再具體按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一步一步操作完成。改革后，教師提前要求學(xué)生結(jié)合光電檢測(cè)虛擬仿真軟件學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課前知識(shí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教育信息化的有效手段，用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以補(bǔ)充實(shí)體教育的不足，相較于線下實(shí)驗(yàn)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)更為方便，學(xué)生可以隨時(shí)訪問平臺(tái)，進(jìn)行預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)，琢磨、消化、拓展。但是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)感和實(shí)際達(dá)到的實(shí)驗(yàn)效果還有很多欠缺，因此目前還是無法代替實(shí)際實(shí)驗(yàn)。例如，在實(shí)體實(shí)驗(yàn)中，教師可非常直觀地看到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)則存在空間的隔離，教師無法第一時(shí)間掌握學(xué)生的知識(shí)掌握情況以及實(shí)踐操作能力，畢竟網(wǎng)上操作和實(shí)際動(dòng)手操作存在較大差異。因此，針對(duì)目前光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀，結(jié)合基礎(chǔ)和最新的光電探測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用，對(duì)學(xué)生開展光電檢測(cè)虛擬仿真與線下實(shí)驗(yàn)結(jié)合教學(xué)。

虛擬仿真軟件包括元器件仿真、實(shí)驗(yàn)仿真和訓(xùn)練仿真，元器件仿真包含常見的光電器件的結(jié)構(gòu)和原理，形象的仿真動(dòng)圖有助于學(xué)生加深對(duì)光電檢測(cè)理論知識(shí)的理解，同時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)理論數(shù)據(jù)，有利于對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。實(shí)驗(yàn)仿真包含光電器件的工作電路演示與連接，通過仿真實(shí)驗(yàn)的操作，使學(xué)生初步了解實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟與目的，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后不會(huì)盲目按照實(shí)驗(yàn)步驟操作，而是有目的地、有條不紊地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。訓(xùn)練仿真包含應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)的操作練習(xí)，幫助學(xué)生了解相關(guān)光電器件的應(yīng)用場(chǎng)景。學(xué)生可通過虛擬仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、理論數(shù)據(jù)等相關(guān)知識(shí)的儲(chǔ)備，為后續(xù)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行線下實(shí)驗(yàn)操作打下牢固的基礎(chǔ)，達(dá)到事半功倍、節(jié)約時(shí)間、提高實(shí)驗(yàn)效率的效果。

另一方面，課前明確告知學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)操作過程中教師將隨時(shí)抽查學(xué)生正在操作的實(shí)驗(yàn)原理等內(nèi)容，具體考察內(nèi)容由教師向?qū)W生即時(shí)提問，有了目標(biāo)和壓力后，可以提高學(xué)生預(yù)習(xí)的效果。在實(shí)驗(yàn)課中教師對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行講解，并介紹主要設(shè)備的用途，然后由學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行操作，這就需要學(xué)生對(duì)每一個(gè)步驟、每一個(gè)器件預(yù)先進(jìn)行詳細(xì)了解，否則無法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，建立QQ或者微信群，使學(xué)生可以隨時(shí)與教師討論知識(shí)點(diǎn)，教師及時(shí)給予學(xué)生反饋，避免學(xué)生知識(shí)點(diǎn)積壓，逐漸失去學(xué)習(xí)興趣。通過網(wǎng)絡(luò)向?qū)W生展示優(yōu)質(zhì)的光電檢測(cè)技術(shù)資料，科普相關(guān)知識(shí)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新不及時(shí)導(dǎo)致的技術(shù)落后問題。利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源使學(xué)生不再局限于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備，能夠通過網(wǎng)絡(luò)了解學(xué)習(xí)更先進(jìn)的知識(shí)和技術(shù)，與時(shí)俱進(jìn)，為將來進(jìn)入社會(huì)接觸企業(yè)中的先進(jìn)技術(shù)打下基礎(chǔ)。

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)預(yù)習(xí)的學(xué)生理論知識(shí)更扎實(shí)，進(jìn)行線下實(shí)驗(yàn)操作也更熟練，效率更高，這種線上線下結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，彌補(bǔ)了實(shí)體教學(xué)中儀器設(shè)備限制的缺陷，也解決了教師無法直觀觀察學(xué)生實(shí)操情況的弊端，使學(xué)生在虛擬仿真平臺(tái)上學(xué)習(xí)的知識(shí)得到升華與鞏固。而通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)答疑，能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，分享的科技前沿知識(shí)等能夠讓部分學(xué)生得到啟發(fā)，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維。

2.4 多元化考核方式

在考核評(píng)價(jià)方式方面，首先，通過學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理等內(nèi)容的回答和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，教師給出預(yù)習(xí)成績(jī)。其次，通過對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行觀察與提問，使學(xué)生牢記每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的意義，然后給出實(shí)驗(yàn)操作分?jǐn)?shù)，這部分分?jǐn)?shù)能夠反應(yīng)學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問題的能力。最后，學(xué)生按照要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告和設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)報(bào)告要求按照科技論文的要求進(jìn)行撰寫，讓學(xué)生體驗(yàn)科研實(shí)驗(yàn)的過程（設(shè)計(jì)、實(shí)踐、論文撰寫），教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及設(shè)計(jì)報(bào)告的完整度和完成質(zhì)量給分。學(xué)生最終成績(jī)?yōu)閷?shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（20%）+實(shí)驗(yàn)操作（20%）+實(shí)驗(yàn)報(bào)告（60%）的綜合評(píng)分，能較全面地反映學(xué)生的光電基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐能力。

3 結(jié)語(yǔ)

本論文分析了光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)課程的現(xiàn)狀，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為目的，對(duì)教學(xué)大綱進(jìn)行修訂，明確教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)；豐富教學(xué)內(nèi)容，增加科技前沿知識(shí)點(diǎn)；擴(kuò)展教學(xué)手段，采用線上線下結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式；多元化考核方式，綜合考慮學(xué)生自學(xué)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力、思考能力以及解決問題能力等全面反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況。改革和實(shí)踐表明，豐富的教學(xué)內(nèi)容有助于提高學(xué)生上課的興趣與積極性，線上線下結(jié)合的教學(xué)手段有利于學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高自學(xué)能力和學(xué)習(xí)效率，多元化的考核方式較能全面反映學(xué)生對(duì)該門實(shí)驗(yàn)課程的掌握程度，調(diào)研結(jié)果表明大部分學(xué)生對(duì)該考核方式都給予了肯定的評(píng)價(jià)。經(jīng)過兩年多的實(shí)踐，該課程的改革和實(shí)踐取得了較好的成效，對(duì)于如何通過實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)一步提高學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，筆者將持續(xù)關(guān)注與探討。