理工融合理念下光电信息科学与工程专业课程群教学体系的建设与优化

陶珺　胡昌奎　谢颂华

摘 要 根据当前对光电信息科学与工程类人才培养的需求和特点，通过有机整合专业课程，设置课程群和多层次、多模块的立体教学体系，详细描述了每个知识层次的核心知识要点或模块，并通过改革课程教学方法和完善课程教学手段，提升学生科学思维方法和实践动手能力， 培养既有坚实理论基础又具备创新的工程开发设计能力的综合素质人才。

关键词 理工融合 课程群 立体教学体系

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.12.013

Abstract According to the requirements and characteristics of the photoelectric information science and engineering talent cultivation， we set up curriculum group and multi-level， multi-module teaching system through the organic integration of the professional curriculum， and give a detailed description of the key points of knowledge or knowledge of each module level. Through the reform of teaching methods and improve the teaching instrument， we improve students scientific thinking and practical ability， and train the talents of comprehensive qualities that have both solid theoretical foundation and have the ability of engineering development and design innovation.

Keywords science combined with engineering， curriculum group， three-dimensional teaching system

随着信息产业新技术的诞生与发展，光作为最主要的信息载体，迎来了迅速发展的时期，光电信息技术处于当前信息技术最活跃领域。①教育部提出在“十一五”期间设立“光电信息科学与工程”专业，近年来许多重点高校如将此类专业作为诸如“211 工程”重点学科建设和“985 工程”科研创新平台建设的重点方向之一。②③武汉理工大学（以下称“我校”）设置光电信息科学与工程专业理学方向，属于电子信息类专业，涉及到光学、光电子学及电子信息、计算机科学以及光机电算一体化等领域。针对传统的电子信息类专业存在专业核心模块内容之间各自为政、缺乏必要的规划与渗透等方面问题，我校提出在理工融合理念下建立一种层次化课程群体系，融合相关课程整体性的信息，使本学科的知识不断丰富，使课程群系统化，带动并优化学生整体知识结构。

1 层次化课程群体系的建设

依据教育部光电信息科学与工程专业教学指导分委员会《光电信息科学与工程类专业培养目标和规划》的指导意见，④结合学校的学科特色和优势，遵循強化“知识、能力、素质、创新”的人才培养理念，明确以光学和信息科学为核心的专业培养目标，我们按照“基础”、“学科”和“应用”三个层次组建系列课群，即物理基础课群、光学基础课群、光电科学基础课群、信号与信息处理课群、光电材料及应用课群和光纤理论与技术课群，如图1所示。

根据课群体系的结构，对各个课群中的每门课程进行合理定位，根据课程间的内涵与外延，按照前沿性、先进性和交叉性的原则组织课程教学。基础层包含物理基础课群和光学基础课群。这两个课群中开设的课程为学生提供基础知识，培养学生具有现代物理学、光学的理论素养和实验技能。学科层中包含光电科学基础课群和信号与信息处理课群。该层次课群中的课程充分体现专业学科交叉的特点，强调“光”与“电”的融合，实现“两条腿”走路。应用层中包含光电材料及应用课群和光纤理论与技术课群，该层次课群中的课程体现专业人才培养与学校优势学科相融合的特点。依托我校材料学科及光纤传感的特色和优势，光电材料及应用和光纤技术及应用两个方向突显专业人才培养的自身特色。

2 课程群体系构建的具体措施

2.1 强化理学基础

建立物理基础课群，强化对本专业的物理教学，对其进行改革、协调和优化。同时，将复变函数、积分变换和数学物理方程归结为一门课——数学物理方法，该课程是专业基础数学课程，但物理性很强，具有鲜明应用性。在此基础上，我们开设高级物理课程：电动力学、量子力学、固体物理和半导体物理，使学生学到涉及电磁理论、量子信息、信息物理、光子学和材料学的基础物理知识，能促进学生创新意识、创新能力和终身学习能力的形成。物理基础课群结构如图2所示。

2.2 优化教学内容

针对光学基础课群，分析和研究“应用光学”、“波动光学”和“信息光学”三门核心课程的特点，根据专业的人才培养目标以及课程的内在联系，形成了具有专业特色的基础光学课程体系，根据光学类课程间的内涵与外延，将知识模块化，构建了“五个模块”，即应用光学理论知识模块、光学设计知识模块、物理光学知识模块、信息光学理论模块及光信息处理知识模块，光电图像处理及光电子测量应用模块；对三门基础课程的教学内容进行重新组织与融合，使其相辅相成，自成一体，着重解决了存在的“三个矛盾”，即：现有知识结构与更新的教学内容的矛盾、有限学时与增大课程容量的矛盾以及课程整体系统性与扩展知识覆盖面的矛盾。

2.3 注重理工融合

光电科学基础课群以“光发射、光传输和光探测”为主线，重视理工联合、交叉和渗透，进一步分为光电物理基础和光电科学基础两个层次。在“量子力学”、“电动力学”和“波动光学”等物理学相关的课程基础上增加光电基础知识，如图3所示。

光电科学基础课群在整个体系中扮演承上启下的角色，体现知识的系统性。针对电子信息科学类专业的特点，以技术应用能力和基本素质培养为目标，对信号与信息处理类课程进行合理定位，对课程内容进行整合，体现技术应用能力的培养目标，构建合理的信号与信息处理课程体系，设置技术基础课程和应用类课程。融入良好的科学方法与工程方法相结合的思维模式，对技术基础课程突出基本原理与概念，对应用类课程突出方法与技术，强调实践和工程应用。夯实学生的理论基础，增强理科背景，在此基础上培养学生具有抽象思维能力和技术开发能力。

2.4 突显专业特色

光电材料及应用课群是在“量子力学”、“固体物理”和“半导体物理”等课程的基础上，以“光显示、太阳能电池和LED照明”为主要方向的课程群体。该专业方向依托我校材料学科特色与优势，强化教学内容和工程实践的有机联系。光电材料及应用课群从学生的兴趣出发，结合新技术和新行业的发展，分别向学生介绍太阳能光伏技术的发展、设计与应用，平板显示器、LED技术的发展及光源的布局设计，目的是开阔同学的眼界，架设理论联系实践的桥梁。

光纤理论与技术课群是随着光纤通信与传感产业规模化，为满足光信息时代的用人需求、培养优秀的光纤系统工程师而建立的，系统地讲授光在光纤波导中的传输理论、光纤波导设计及其在通信和传感领域应用实践的系列课程，是面向实际工程应用，以电磁场和光学理论课程为基础的一个应用型课程群。基于此目的，设置了“光纤光学”、“光纤通信原理与技术”、“光纤传感测试技术”以及“光纤技术实验”四门以光纤技术为核心的理论和实践课程，构建出与当前光信息产业发展相适应的一个特色课程体系。该专业特色方向以我校“光纤传感国家工程实验室”為依托，强化教学内容和工程实践的有机联系，从课程实验、研究型教学到毕业设计各个环节，着力营造培养光纤技术领域优秀应用型人才的良好教与学的环境。

3 总结

综上所述，我们遵循光电信息科学发展的基本规律，按照电子信息类专业人才培养机制与科学方法，把握国内外光电信息科学与工程专业课程的教学现状、问题与趋势，构建理论与实践互相融合的专业课程教学体系，课程设置模块化、多层次化，有利于全面实施选课制和学分制教学管理，有利于因材施教，调动学生的积极性，培养学生具备创新精神与实践能力。 新体系注重全局化、整体构建思路，建设过程中突破原有专业模块课程之间的僵化界线，强化课程群之间的有机联系， 使专业教育适应社会的需求与发展。

注释

① 蒙婧.从硅谷到光谷：高校科技创新体制研究启示[J].中国高校科技，2014（7）：26-27.

② 周自刚，唐金龙，施鹏程.以国家级特色专业建设为动力，全面发展光信息专业教育[J].光学技术，2010（Z1）：113-114.

③ 秦石乔，杨华勇.光电信息科学与工程专业（科学类）知识结构体系研究[J].光学技术，2007（7）：333-334.

④ 朱进容，黄楚云，姚育成，成纯富.光电信息专业人才培养模式的研究与实践[J].教育教学论坛，2013（52）：102-103.