浅谈光电仪器设计基础课程教学改革策略与方法

魏亚东 李洪涛 胡西多 杨雷

(东莞理工学院 电子工程学院，广东东莞 523808)

《光电仪器设计基础》［1］是应用性非常强的一门专业课程，因其涉及内容广泛——几乎涵盖了光信息科学与技术专业的所有专业基础课和大部分专业课，因此该课程的开设有助于学生综合其所学，完善其知识体系，使得我校毕业生在同类本科毕业生中更具竞争优势。为了更好的开展该课程的教学，其教学内容以及教学方法等都有很多方面值得仔细推敲研究，尤其是在我校建设具有地方特色的高等院校，培养应用型人才的指导思想下，对该门应用性强、涵盖内容广的专业课程的教学方法和教学内容的深入研究必将为我校应用型人才培养模式的研究和实践提供有效支撑，也将为类似应用性较强的课程的教学内容、教学方法及考查方式等方面提供一些有益参考。

我校自光信息科学与技术03年开始招生以来，每届学生都开设了该课程，这在全国各高校范围内都是比较超前的，由于该课程内容涵盖范围广，要求学生具有较为广泛的基础，其他高校该课程大部分都是在研究生阶段开设的。围绕我校培养应用型人才的培养目标，我院始终为光信息科学与技术开设该门专业课，开设4届以来，收到良好的效果，学生普遍反映该课程“实用”，但就目前现状来说，由于该课程所涵盖的内容来说相对较广，从教学内容、教学方法和考查方面都有待完善和提高。在此背景下，学校审时度势针对该课程进行了教学改革与研究的立项资助，从学校到学院再到教研室，均对该课程的开展给予了大力的支持。本文对在此资助下对两届学生的教学实践进行一些总结和探讨，望能够引起同行的共鸣和更深入的讨论，最终能对实用型课程的教学有所帮助。

1 教学内容的调整

该课程自开设以来使用过的教材有李庆祥等老师编著的《现代精密仪器设计》［2］、高明等老师编著的《光电仪器设计》［3］以及郭培源老师等编著的《光电检测技术与应用》［4］。从以往的教学经验来看，《现代精密仪器设计》是清华大学精密仪器与机械学系所采用的教材，偏重机械方向;《光电仪器设计》内容丰富，但稍显复杂，且关键之处在于我校没有相关配套设备予以演示讲解; 《光电检测技术与应用》难度恰当，主要以光电仪器的探测部分为主，使用该教材获得了一些同学良好的评价，所以在教改的第一次尝试中为稳妥起见，继续采用了该书作为教材的蓝本来对课程进行教学。

但教学过程中发现了新的问题——该教材内容相对狭窄，仅涉及光电仪器中的探测器部分的内容，缺少仪器设计基础、光源、光路等方面的内容，作为该课程的教材稍显不足，于是参考之前所使用过的教材中比较合适的篇章补充了部分内容，最后辅以实例。授课内容涵盖了《光电仪器设计基础》大纲里面所需要传达给学生的知识，虽然同学们对所授内容比较满意，但由于所讲内容有不少是课本里面所没有包含的，所以尽管授课时笔者做了相当多的准备，但仍无法满足一些同学需按照课本讲授、便于复习的要求。于是在项目支持的第二次教学实践进行前，笔者用了近两个月的时间编写讲义，以便于该课程的顺利开展。讲义分成6个部分，包括概述、总体设计、光源、光路、光电探测和设计实例。其中，由于光源的部分内容已经在光学、光电子技术及器件、激光原理中专门讲授;光电探测部分也已经在光电子技术及器件等课程中有所展开;而光路更有工程光学专门详述，所以以上内容仅从仪器构成 (结构、经济适用性等)、部件选用、与其他部件的协同工作和避免相互干扰等角度去讲授，以作为前述课程的延续和发展。这样基本涵盖了光电仪器设计的所有基础内容，能够为同学们将来从事光电仪器设计打下足够的知识基础。

2 教学方法的尝试

教学方法上，除了传统的讲授方式之外做了两种新的尝试:一是在作业方面，另一是课堂形式方面。

在作业方面，放弃了以往具有标准答案的作业，改用开放式作业，激发和鼓励同学们发挥自己的主观能动性和想象力自主发挥进行设计。如讲授光源部分的内容的时候作业要求根据之前的实验经验以及理论知识去设计一种平行光源为光电仪器或光电系统提供一种平行度高且很均匀又能达到一定亮度的光源，并要求给出该平行光源平行度的检测方法。这看似简单的作业会引发了不同的思考，同学们给出了各种各样的答案，虽有共性，但从作业中体现出来的更多是每位同学对这个问题的不同思考，也从各种不同的角度暴露出来了一些同学光学原理和实验方面的不足，以便于笔者通过作业的评语和课间的沟通对其进行纠正。再如，作业要求:对微型飞行器进行设计。这类作业的自由余地更大，课上仅对微型飞行器做了简单的介绍，对它的适用范围、功能、构成都还没有详细讲解，同学们的作业给笔者的反馈非常强烈，有些甚至是笔者都没有考虑到的形式，比如水中微型飞行器、磁动能微型飞行器等等，虽然有些从目前的物理原理上还并不能实现，但却体现出同学们积极地思考和各自的见地，充分体现出了同学们学习的主观能动性。最终该作业形式也得到了同学们的普遍认可。

在课堂形式方面，笔者用一次课做了一种新的尝试——让同学们在课堂上讲解自己作业中的构思和设计。这是某次以智能应急灯设计的作业判完之后所开展的教学实践活动。从作业上看不少同学花费了很多时间来进行设计和构思，仅通过作业与评语与笔者进行沟通显得有些意犹未尽，有良好的设计更愿意跟更多的人分享;另外，也有些同学的设计有些瑕疵，而且比较具有代表性，笔者希望通过课堂讨论大家共同找出问题，这样印象会更加深刻，在最后笔者对这些问题予以总结和强调以进一步加深印象;还有就是也希望通过这种方式来锻炼大家的表达能力和说服能力，培养理工科的同学在表达方面的技能，以便于同学们毕业之后在自己的工作岗位上争取更多的发展机会。该种课堂形式也得到了同学们的普遍认可与好评，很多同学看上去仍然意犹未尽，但限于课时该形式仅在两个班级中各开展了一次。

此外，结合光电仪器设计基础课程中所讲授过的内容，在光电技术基础课程设计中，要求学生独立去钻研一个问题，设计并实现出对相位物体进行成像的光电系统，在课程开展之后的一个学期再次强化该课程所学知识和技能的锻炼。

3 考查方式的设计

以往，该课程以闭卷考试进行考查，但经过数次实践之后发现，闭卷考试对于识记性知识的考查非常有效，但对于经过一个学期的接触和训练之后分析和设计能力的考查效果并不好。该课程的最终目标是让学生对于光电仪器的构成及设计有一个基本的了解，能够分析现有的光电仪器并能够针对其所存在的问题给出合理的改善方案，甚至能够根据需求设计出一套能够完成特定任务的光电仪器，从考查的角度来看，识记性的内容虽然也是必要的，但该课程的目标有没有达到闭卷考试的方式难以体现出来，因此在项目支持的第一次授课结束后的考查形式改为了开卷考试:部分需要识记的重点内容也出现在试卷中让同学们再次加深印象，同时加大光电仪器分析和设计的力度和难度。

本以为该考查形式对课程开设目标有无实现能够给出很清晰的答案，但毕竟考试时间限制在2个小时，同学们在有限的时间内的思考受到一些局限，为了拿到分数而简化设计或者根据课堂上所讨论过的方案的简单重复并没能有效地体现出同学们自己的思考。于是，在项目支持的第二次教学实践时，采用要求学生利用两周时间撰写一份设计报告形式的光电仪器分析或者设计的形式来进行考查，唯一的要求就是不能雷同——不能与同学或者网上或者参考论文、书籍上雷同，能够体现出同学们的独立思考和对该课程的学习收获。希望通过这种考查方式检验课程的开设目标有无达到，虽然加大了评判的难度，但笔者始终认为也在课堂上一再强调——文凭并不是读大学目的，分数更不能能置换为个人能力，每个同学将会从大学带走的只有通过学习和锻炼而内化的个人能力。也正是基于这种理念，在学校对选修课程和教改框架允许的前提下对该课程的考查进行了这种新的尝试，最终获得了良好的效果——同学们所提交的报告都从不同方面体现出了自己独立的思考，虽然仍有些同学的报告里面有这样或那样的错误，但至少该种方式达到了考查的预期目的。

在本次教改项目的支持下，开展了两次课程的教学实践活动，从教学内容到教学方法再到最后的考查方式都进行了一些变革和新的尝试，取得了一些良好的效果，学生普遍反映该课程与其他传统课程的教学很不一样，绝大部分同学比较认可这些新的尝试。改革的目的是通过课程的教学活动培养学生对光电仪器分析的基本素养和对光电仪器及系统的浓厚兴趣，激发学生的主观能动性，让学生养成自主学习的良好习惯及其能力，笔者认为通过以上改革基本初步达到了以上目标。

但由于目前该课程的教学计划中安排的仍然只有32课时的理论课时，到后面实例部分的时候虽然讲授的有学生使用过的实验设备，但学生没有机会拆开该设备去了解其内部结构和功能，虽然笔者拍了实物照片并加以详细讲解仍有一些同学感觉难以理解。在课程结束后的摸底调查中，也有不少同学反应该课程理论讲授较多，缺乏实践环节，没有实物对照难以理解等反馈，也有些同学反应课时不足，应该增加课时。幸好，该课程将从下一级开始由现在的32课时增加为64课时，并增设了24课时的实践环节。

随着工程教育受到越来越多的关注和重视，CDIO工程教育模式［5］的推广，我校顺应时代发展和地方需求适时恰当调整的办学宗旨的进一步深化，基于项目和实例的教育和学习方式［6］必将得到更加广泛的推广，该种新教学方式也必将为我校的人才培养提供更丰富的参考，为我校的学生创造更多的机会。

［1］魏亚东.《光电仪器设计基础》课程教学的探索与构思［J］.东莞理工学院学报，2009，16(1):112－114.

［2］李庆祥，王东生，李玉和，等.现代精密仪器设计［M］.北京:清华大学出版社，2006.

［3］高明，刘缠申.光电仪器设计［M］.西安:西北工业大学出版社，2005.

［4］郭培源，付扬.光电检测技术与应用［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2006.

［5］李坚强，王志强，薛丽萍.基于CDIO模式的嵌入式系统教学研究与探讨［J］.计算机教育，2010(12):122－123.

［6］顾佩华，沈民奋，李升平，等.从CDIO到EIP－CDIO:汕头大学工程教育与人才培养模式探索［J］.高等工程教育研究，2008(1):12－20.