光电子技术课程多元化教学研究

苏珉 朱君 傅得立 杨真 杨军

广西师范大学电子与信息工程学院/集成电路学院 广西桂林 541004

摘 要：“光电子技术”课程知识点众多，内容复杂抽象，传统教学方式模式单一，实践与理论联系不够紧密，给学生学习带来困难。本文研究采用微课、仿真、实验与传统课堂融合的手段，开展多元化课程教学。多元化教学可以丰富教学资源，将抽象知识直观展现，提高学生的学习兴趣和效果。同时，有效融合理论和实践教学，全面培养学生科学思维能力、创新意识和运用所学知识分析并解决复杂工程问题的实践能力。

關键词：光电子技术；多元化教学；教学研究

一、概述

随着微电子技术的发展，电子学与光学之间的鸿沟在概念上逐渐消失，光电子技术也即是光频段的电子技术随之产生［12］。光电子技术是电子学技术在光频波段的延伸与扩展，由于光电子技术结合了光来传递和处理信息，从而具备了传统微电子技术无法比拟的独特优势。也就是说，光电子技术是由电子技术和光子技术互相渗透、优势结合而产生的，是一门新兴的综合性交叉学科。以此为基础的光电信息技术逐渐成为现代信息科学的重要分支和组成部分，这也是近年来最为活跃的高新技术之一［3］。光电子技术在现代国民经济、科教文化和国防工业等领域发挥着极其重要的作用，以此为支撑的光电子产业是发展迅猛、竞争激烈的行业之一，也是世界各国争相发展的支柱产业。

面对新兴技术所开设的光电子技术课程显然尤为重要。光电子技术是一门交叉学科的课程，涉及光学、电子学及激光原理等多门学科的知识［4］。光电子技术课程主要包括两大部分内容：一部分主要讲述光的产生和传播等基本原理，包括光源、光辐射传播的规律和定律、光扫描和光调制的机理；另一部分主要阐述基于光电子学理论的应用技术，包括光通信技术、光电探测原理技术、光电成像原理与技术、光电显示原理与技术等。同时课程还涉及了光电子技术在各行各业的应用，如光纤通信、探测与测距、激光和红外制导、远程遥感、光纤传感以及太赫兹技术等。本课程的教学应培养学生比较全面和系统地掌握光电子技术中的基本概念、原理、技术、材料、方法和器件，培养和锻炼学生分析和解决光电工程以及电子信息领域工程技术问题的能力，为今后的深入学习和实际运用打好坚实的基础［5］。

二、课程多元化教学的意义

（一）“光电子技术”教学主要面临的问题

1.知识点众多，内容复杂抽象

光电子技术课程包含许多复杂的数学公式推导，具有较强的理论性［6］，且该课程涉及较多物理、电磁场理论等知识，其中许多物理过程（如光波在介质、波导中的传播等）相对抽象且难以通过实验观察。学生对于这类抽象性问题的理解异常困难，繁杂的公式推导让学生感觉枯燥乏味，失去了学习兴趣［7］。

2.教学模式单一

教学模式也是以教师在课堂上传授知识、学生被动接收知识为主，导致教学方式比较单一［3，8］。光电子学的基础理论和实际工程应用之间存在较大距离，因而教师在讲授过程中很难全面做到理论联系实际，导致学生学习时愈发觉得抽象，阻碍了学生在本课程学习中主观能动性的发挥。

3.实践环节与理论脱节

传统的实验教学模式过于死板，主要是对以接线箱为主的实验平台进行操作，学生根据实验要求按部就班地连接线路，最后观察和记录实验结果［2，6］。由于实验课时受限，教师以介绍实验操作的过程和要求为主，缺少足够的时间将理论知识结合起来讲授。同时，实验课多以观察既定现象为主，缺少开放性设计和挑战，师生间互动较少，使实验教学过程单调而又枯燥，从而导致理论与实践脱节。

（二）课程多元化教学的意义

光电子技术这门课程涉及知识面广泛、内容丰富且饱满，加之近年来光电子学科领域发展迅速，对该领域工程师的理论素养、创新素质和工程实践能力的要求也逐步提高。为了培养该领域的卓越人才所必备的素养，培养学生的积极性、创造力和专业技能，对教学模式进行改革势在必行。针对上述知识点众多、内容复杂抽象、教学模式单一、实践环节与理论脱节等现实问题，研究构建“微课—仿真—实验—传统课堂”融合的多元化、深层次的教学模式，促进教学方法的改革和优化，有助于充分调动学生的学习兴趣和积极性，全面提高学生的专业素养与技能，以及提高学生的理论联系实际和实际应变的能力，并有助于培养学生的科研创新能力。进而促进新工科背景下电子专业学科建设，对培养电子信息类高素质创新专业人才具有重大意义，对提高地区高等院校本科生的就业率和经济科技发展水平具有十分重要的推进作用。

三、课程多元化教学的内容和举措

（一）课程多元化教学的主要内容

1.针对实践融合的课程内容梳理

认真研究教材，充分利用现有的实验平台和技术手段，有针对性地对课程内容及知识点进行研究和拆分，并设计相应实验内容，模糊理论教学和实践教学的界限，将理论教学和实践教学真正融为一体。

2.开发案例教学资源和虚拟仿真实验

将教师自身的科研手段和研究成果引入教学内容，利用仿真软件开发应用于该课程的案例教学资源和虚拟仿真实验。深入研究如何从理论知识出发，针对抽象概念和物理过程，设计相应的虚拟仿真实验，实现物理过程的直观展现，以提高学生的学习兴趣和实践能力。

3.构建多元化、深层次教学模式

优化传统教学方法，并围绕课堂教学为中心，以微课为纽带，深入研究“线上—线下”“理论—实践”深度融合的多元化、深层次教学模式构建，建立过程化评价机制，推动理论与实践一体化。

（二）课程多元化改革的主要目标

1.知识与技能目标

掌握光电子学的基本理论与光电子技术基础原理和知识，把握光电子器件的原理机理以及光电系统的构造和原理，了解光电子技术行业的发展动态，锻炼学生科学思维方式以及利用计算机程序视角分析理论问题和解决应用问题的能力，进而培养学生运用所学知识分析复杂技术问题的能力和解决复杂工程问题的实践能力，为从事光电技术方向乃至电子信息行业的科研、开发和应用工作打下牢固的基础。

2.思想政治教育目标

通过建立多元化、深层次的教学模式，促进理论与实践一体化，帮助学生激发学习热情，树立专业自信和职业理想，培养团队协作精神，引导学生通过对所学知识的认知、思考判断来建立爱岗敬业、无私奉献、开拓创新的职业品格，强化学生自主学习及知识应用的意识，培养学生的科学思维能力、创新意识以及勤奋钻研的科学观。

（三）课程多元化改革的主要举措

1.针对实践融合的课程内容梳理

融合实践的课程内容框架如图1所示。通过认真研究教材，梳理课程逻辑主线包含六大部分，并根据课程逻辑主线，对课程内容及知识点进行研究和拆分。针对现有的实验平台和技术手段，设计相应实验内容。其中，“光辐射的传播”这部分内容涉及较多物理、电磁场理论等知识，其中许多物理过程相对抽象且难以通过现有的实物实验手段来观察，因而设计相应的虚拟仿真实验和教学案例。其余五部分内容均可利用现有的光电实验平台进行相应的实物实验。通过课程内容梳理，每一部分课程内容都有相应的实践训练，模糊理论教学和实践教学的界限，将理论教学和实践教学真正融为一体。

2.开发案例教学资源和虚拟仿真实验

针对抽象概念和物理过程，基于编程仿真软件，利用时域有限差分算法对麦克斯韦方程组进行求解，以此开发应用于该课程的案例教学资源和虚拟仿真实验，实现物理过程的直观展现。例如，图2动态描述出平面光波照射到理想导体球产生反射与绕射的现象，形象地反映了光辐射的传播过程。这样可以使学生更全面形象地理解麦克斯韦方程组，更好地将课程与科研结合，提高学生的学习兴趣和实践能力。

3.构建多元化、深层次教学模式

基于微课的多元化教学模式框架如图3所示。优化课堂教学方法，减少“一言堂”式授课，通过翻转课堂增进交流互动。围绕课堂教学为中心，以微课为纽带，将线上与线下、理论与实践深度结合起来，形成多元化、深层次的教学模式，推动理论与实践一体化，并充分利用微课线上教学优势，建立过程化评价机制。

四、总结

“光电子技术”课程知识点众多，内容复杂抽象，传统教学方式模式单一，实践与理论联系不够紧密，给教学带来困难。为了改变“教难学更难”的状况，本文针对这些问题，对课程教学内容、教学方法和教学手段进行全面的梳理和调整。采用微课、仿真、实验与传统课堂融合的手段，开展多元化课程教学，丰富教学资源，将抽象知识直观展现，提高学生的学习兴趣和效果。同时，将课程的理论教学和实践教学充分融合，可以全面培养和提高学生的基础知识，用已学知识对问题进行理论分析和解决问题的实践动手能力。

参考文献：

［1］席锋.《光电子技术》教学改革探讨［J］.重庆工商大学学报（自然科学版），2012，29（02）：9092.

［2］易煦农，陈欢，张秀，等.“光电子技术”课程实验教学改革［J］.西部素质教育，2019，5（01）：143145.

［3］罗朝明，唐鹏，刘硕卿，等.信息光电子学课程仿真案例教学平台建设与实践［J］.湖南理工学院学报（自然科学版），2021，34（01）：8083.

［4］赵宁，代倩，陈鹏，等.应用型高校光电子学课程教学研究［J］.现代职业教育，2019（31）：7677.

［5］李陽，周党培.基于“项目导入及任务驱动”的光电子技术课程教学改革与实践［J］.科教导刊（中旬刊），2018（08）：125126.

［6］李茜，刘高华，王乐英.光—电技术相结合的实验课程教学改革探讨［J］.实验室科学，2020，23（02）：136138.

［7］胡丽，傅强.应用型人才培养模式下“光电子技术”课程教学研究［J］.安庆师范大学学报（自然科学版），2018，24（02）：119121.

［8］张健，覃翠，余辉龙，等.光电子技术混合教学模式研究［J］.科教导刊（下旬），2018（06）：106107.

基金项目：2021年广西师范大学教育教学改革工程项目“微课、仿真、实验与传统课堂融合的光电子技术课程多元化教学研究”（2021JGB12）；2022年度广西高等教育本科教学改革项目（2022JGA133）；广西师范大学第五批课程思政示范课程建设重点项目（2022kcsz21）

作者简介：苏珉（1985— ），男，壮族，广西河池人，博士，讲师，硕士生导师，主要从事电子科学与技术方向教学与科研工作；朱君（1985— ），男，汉族，江西鹰潭人，博士，教授，硕士生导师，主要从事电子科学与技术方向教学与科研工作；傅得立（1982— ），男，回族，广西荔浦人，硕士，工程师，主要从事电子科学与技术方向教学与科研工作；杨真（1984— ），男，汉族，湖北孝感人，博士，副教授，硕士生导师，主要从事电子科学与技术方向教学与科研工作；杨军（1982— ），男，汉族，黑龙江宾县人，硕士，高级工程师，硕士生导师，主要从事电子科学与技术方向教学与科研工作。