淺談光電儀器設計基礎課程教學改革策略與方法

魏亞東 李洪濤 胡西多 楊雷

(東莞理工學院 電子工程學院，廣東東莞 523808)

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

我校自光信息科學與技術03年開始招生以來，每屆學生都開設了該課程，這在全國各高校范圍內(nèi)都是比較超前的，由于該課程內(nèi)容涵蓋范圍廣，要求學生具有較為廣泛的基礎，其他高校該課程大部分都是在研究生階段開設的。圍繞我校培養(yǎng)應用型人才的培養(yǎng)目標，我院始終為光信息科學與技術開設該門專業(yè)課，開設4屆以來，收到良好的效果，學生普遍反映該課程“實用”，但就目前現(xiàn)狀來說，由于該課程所涵蓋的內(nèi)容來說相對較廣，從教學內(nèi)容、教學方法和考查方面都有待完善和提高。在此背景下，學校審時度勢針對該課程進行了教學改革與研究的立項資助，從學校到學院再到教研室，均對該課程的開展給予了大力的支持。本文對在此資助下對兩屆學生的教學實踐進行一些總結(jié)和探討，望能夠引起同行的共鳴和更深入的討論，最終能對實用型課程的教學有所幫助。

1 教學內(nèi)容的調(diào)整

該課程自開設以來使用過的教材有李慶祥等老師編著的《現(xiàn)代精密儀器設計》［2］、高明等老師編著的《光電儀器設計》［3］以及郭培源老師等編著的《光電檢測技術與應用》［4］。從以往的教學經(jīng)驗來看，《現(xiàn)代精密儀器設計》是清華大學精密儀器與機械學系所采用的教材，偏重機械方向;《光電儀器設計》內(nèi)容豐富，但稍顯復雜，且關鍵之處在于我校沒有相關配套設備予以演示講解; 《光電檢測技術與應用》難度恰當，主要以光電儀器的探測部分為主，使用該教材獲得了一些同學良好的評價，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本來對課程進行教學。

但教學過程中發(fā)現(xiàn)了新的問題——該教材內(nèi)容相對狹窄，僅涉及光電儀器中的探測器部分的內(nèi)容，缺少儀器設計基礎、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充了部分內(nèi)容，最后輔以實例。授課內(nèi)容涵蓋了《光電儀器設計基礎》大綱里面所需要傳達給學生的知識，雖然同學們對所授內(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，所以盡管授課時筆者做了相當多的準備，但仍無法滿足一些同學需按照課本講授、便于復習的要求。于是在項目支持的第二次教學實踐進行前，筆者用了近兩個月的時間編寫講義，以便于該課程的順利開展。講義分成6個部分，包括概述、總體設計、光源、光路、光電探測和設計實例。其中，由于光源的部分內(nèi)容已經(jīng)在光學、光電子技術及器件、激光原理中專門講授;光電探測部分也已經(jīng)在光電子技術及器件等課程中有所展開;而光路更有工程光學專門詳述，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計的所有基礎內(nèi)容，能夠為同學們將來從事光電儀器設計打下足夠的知識基礎。

2 教學方法的嘗試

教學方法上，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，放棄了以往具有標準答案的作業(yè)，改用開放式作業(yè)，激發(fā)和鼓勵同學們發(fā)揮自己的主觀能動性和想象力自主發(fā)揮進行設計。如講授光源部分的內(nèi)容的時候作業(yè)要求根據(jù)之前的實驗經(jīng)驗以及理論知識去設計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到一定亮度的光源，并要求給出該平行光源平行度的檢測方法。這看似簡單的作業(yè)會引發(fā)了不同的思考，同學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對這個問題的不同思考，也從各種不同的角度暴露出來了一些同學光學原理和實驗方面的不足，以便于筆者通過作業(yè)的評語和課間的溝通對其進行糾正。再如，作業(yè)要求:對微型飛行器進行設計。這類作業(yè)的自由余地更大，課上僅對微型飛行器做了簡單的介紹，對它的適用范圍、功能、構(gòu)成都還沒有詳細講解，同學們的作業(yè)給筆者的反饋非常強烈，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現(xiàn)，但卻體現(xiàn)出同學們積極地思考和各自的見地，充分體現(xiàn)出了同學們學習的主觀能動性。最終該作業(yè)形式也得到了同學們的普遍認可。

在課堂形式方面，筆者用一次課做了一種新的嘗試——讓同學們在課堂上講解自己作業(yè)中的構(gòu)思和設計。這是某次以智能應急燈設計的作業(yè)判完之后所開展的教學實踐活動。從作業(yè)上看不少同學花費了很多時間來進行設計和構(gòu)思，僅通過作業(yè)與評語與筆者進行溝通顯得有些意猶未盡，有良好的設計更愿意跟更多的人分享;另外，也有些同學的設計有些瑕疵，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，這樣印象會更加深刻，在最后筆者對這些問題予以總結(jié)和強調(diào)以進一步加深印象;還有就是也希望通過這種方式來鍛煉大家的表達能力和說服能力，培養(yǎng)理工科的同學在表達方面的技能，以便于同學們畢業(yè)之后在自己的工作崗位上爭取更多的發(fā)展機會。該種課堂形式也得到了同學們的普遍認可與好評，很多同學看上去仍然意猶未盡，但限于課時該形式僅在兩個班級中各開展了一次。

此外，結(jié)合光電儀器設計基礎課程中所講授過的內(nèi)容，在光電技術基礎課程設計中，要求學生獨立去鉆研一個問題，設計并實現(xiàn)出對相位物體進行成像的光電系統(tǒng)，在課程開展之后的一個學期再次強化該課程所學知識和技能的鍛煉。

3 考查方式的設計

以往，該課程以閉卷考試進行考查，但經(jīng)過數(shù)次實踐之后發(fā)現(xiàn)，閉卷考試對于識記性知識的考查非常有效，但對于經(jīng)過一個學期的接觸和訓練之后分析和設計能力的考查效果并不好。該課程的最終目標是讓學生對于光電儀器的構(gòu)成及設計有一個基本的了解，能夠分析現(xiàn)有的光電儀器并能夠針對其所存在的問題給出合理的改善方案，甚至能夠根據(jù)需求設計出一套能夠完成特定任務的光電儀器，從考查的角度來看，識記性的內(nèi)容雖然也是必要的，但該課程的目標有沒有達到閉卷考試的方式難以體現(xiàn)出來，因此在項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:部分需要識記的重點內(nèi)容也出現(xiàn)在試卷中讓同學們再次加深印象，同時加大光電儀器分析和設計的力度和難度。

本以為該考查形式對課程開設目標有無實現(xiàn)能夠給出很清晰的答案，但畢竟考試時間限制在2個小時，同學們在有限的時間內(nèi)的思考受到一些局限，為了拿到分數(shù)而簡化設計或者根據(jù)課堂上所討論過的方案的簡單重復并沒能有效地體現(xiàn)出同學們自己的思考。于是，在項目支持的第二次教學實踐時，采用要求學生利用兩周時間撰寫一份設計報告形式的光電儀器分析或者設計的形式來進行考查，唯一的要求就是不能雷同——不能與同學或者網(wǎng)上或者參考論文、書籍上雷同，能夠體現(xiàn)出同學們的獨立思考和對該課程的學習收獲。希望通過這種考查方式檢驗課程的開設目標有無達到，雖然加大了評判的難度，但筆者始終認為也在課堂上一再強調(diào)——文憑并不是讀大學目的，分數(shù)更不能能置換為個人能力，每個同學將會從大學帶走的只有通過學習和鍛煉而內(nèi)化的個人能力。也正是基于這種理念，在學校對選修課程和教改框架允許的前提下對該課程的考查進行了這種新的嘗試，最終獲得了良好的效果——同學們所提交的報告都從不同方面體現(xiàn)出了自己獨立的思考，雖然仍有些同學的報告里面有這樣或那樣的錯誤，但至少該種方式達到了考查的預期目的。

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

但由于目前該課程的教學計劃中安排的仍然只有32課時的理論課時，到后面實例部分的時候雖然講授的有學生使用過的實驗設備，但學生沒有機會拆開該設備去了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，雖然筆者拍了實物照片并加以詳細講解仍有一些同學感覺難以理解。在課程結(jié)束后的摸底調(diào)查中，也有不少同學反應該課程理論講授較多，缺乏實踐環(huán)節(jié)，沒有實物對照難以理解等反饋，也有些同學反應課時不足，應該增加課時。幸好，該課程將從下一級開始由現(xiàn)在的32課時增加為64課時，并增設了24課時的實踐環(huán)節(jié)。

隨著工程教育受到越來越多的關注和重視，CDIO工程教育模式［5］的推廣，我校順應時代發(fā)展和地方需求適時恰當調(diào)整的辦學宗旨的進一步深化，基于項目和實例的教育和學習方式［6］必將得到更加廣泛的推廣，該種新教學方式也必將為我校的人才培養(yǎng)提供更豐富的參考，為我校的學生創(chuàng)造更多的機會。

［1］魏亞東.《光電儀器設計基礎》課程教學的探索與構(gòu)思［J］.東莞理工學院學報，2009，16(1):112－114.

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

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

［4］郭培源，付揚.光電檢測技術與應用［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2006.

［5］李堅強，王志強，薛麗萍.基于CDIO模式的嵌入式系統(tǒng)教學研究與探討［J］.計算機教育，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.