高校光電類專業(yè)實驗教學方法改革初探

孫曉蕓

[摘要] 本文結合21世紀高等院校對綜合性、創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的需求,根據(jù)光電類專業(yè)實驗教學現(xiàn)狀,提出了相對可操作性強、豐富實驗教學內(nèi)容,強化實驗教學效果的課程改革方向,通過網(wǎng)絡教學和多媒體手段激發(fā)學生實驗學習積極性,充分發(fā)揮學生的主觀能動性。

[關鍵詞] 光電類專業(yè)實驗 網(wǎng)絡教學 實驗仿真 立體化教材 教學軟件

一、引言

在信息技術快速發(fā)展的今天,計算機輔助教學已經(jīng)成為高等學校教學中不可缺少的手段。光電類專業(yè)實驗設備精密,操作復雜,設備損壞率高,計算機輔助教學手段的應用表現(xiàn)得尤為重要。本文重點結合光電類專業(yè)實驗教學的特點和實踐情況,對其教學方法改革提出一些思路。

二、光電類專業(yè)實驗教學方法改革的必要性

1.光電類專業(yè)實驗教學現(xiàn)狀分析

光電類專業(yè)實驗教學根據(jù)實驗側重點不同,一般可分為三部分主要內(nèi)容,基本器件和原理類實驗、系統(tǒng)類實驗和工程類實驗。經(jīng)過專業(yè)實驗教學,要求學生能熟練掌握實驗原理,并具備一定的實踐操作能力。對于課堂教學,原理類實驗現(xiàn)象直觀,如基本光學透鏡、基本光源LD和LED的學習等,教學效果良好,但因其思以驗證性實驗為主,思維空間小,不易引起學生的興趣;光通信、光電檢測等系統(tǒng)類實驗學生興趣明顯增加,但對于課堂實驗教學產(chǎn)生一定困難,系統(tǒng)化的實驗模塊并不能完全滿足學生學習要求,課堂教學時間的有限性也成為學生興趣發(fā)展的瓶頸;工程類實驗在課堂上效果更為一般,工程中實際出現(xiàn)的具體問題在實驗中無法體現(xiàn),學生判斷故障和解決問題的能力受到極大的限制。因此,專業(yè)實驗教學方法的改革勢在必行。

2.光電類實驗設備使用現(xiàn)狀分析

光電類實驗教學設備多樣化,其中包含大量基礎光學設備、光調制設備、光傳輸設備等,光電類專業(yè)實驗儀器精度高,操作和調節(jié)復雜,導致設備在經(jīng)大量學生使用后,損壞率高居不下,特別是光學設備的硬損傷嚴重,給設備維護和維修成本帶來困難。嘗試通過實驗教學方法改革提高實驗設備生存率,降低實驗成本迫在眉睫。

三、光電類專業(yè)實驗教學方法改革的探索

為了配合21世紀高等院校對綜合性、創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的要求,加強理論與實踐相結合,提高設備生存率,在傳統(tǒng)實驗課堂教學的基礎上,配合計算機制作、網(wǎng)絡管理和仿真技術,從以下幾個方面對光電類專業(yè)實驗教學方法進行探索。

1.計算機虛擬實驗的制作

傳統(tǒng)的課件主要制作方式以PPT為主,將實驗內(nèi)容、目的、步驟以文字和圖片為主要形式表現(xiàn)出來。計算機虛擬實驗是指通過計算機把實驗設備、教學內(nèi)容,教師指導和學生的操作有機結合在一起,以具有很好的交互性和真實感來代替真實的實驗。實驗全程可視且可交互,學生可以根據(jù)自己的學習情況自主選擇學習的模塊,仿真課件中可包括實驗原理介紹、實驗儀器仿真、實驗步驟仿真、實驗全真模擬、實驗應用學習等模塊,制作手段主要為3DMAX和FLASH,使用3D全真模擬實驗器材,并配合動畫、語音等強調器材使用的注意事項,使用FLASH制作動畫效果,模擬實驗操作步驟及現(xiàn)象,最終使用MATLAB程序處理實驗數(shù)據(jù),虛擬實驗系統(tǒng)完整,突破了學生實驗預習和復習紙上談兵的現(xiàn)狀,動畫和語音強調設備的注意事項極大的降低了學生誤操作的概率,從而提升了設備生存率。

虛擬實驗制作的完善性是教學改革的重點,是網(wǎng)絡教學平臺的核心,也是立體化教材的出色點,要求教師在深入了解設備,熟練操作的基礎上將知識通過動畫行式表現(xiàn)出來,傳達給學生。

2.加強網(wǎng)絡實驗教學平臺建設,注重網(wǎng)絡測評教學效果

虛擬現(xiàn)實技術與互聯(lián)網(wǎng)技術的有機結合使實驗教學突破了空間和時間的限制,實驗網(wǎng)絡平臺的建設成為高校實驗教學發(fā)展的重要內(nèi)容。網(wǎng)絡教學平臺可包括:教學文檔、虛擬實驗平臺、教師答疑系統(tǒng)、實驗交流系統(tǒng)、網(wǎng)絡教學效果測評系統(tǒng)、實驗報告提交和批改系統(tǒng)、實驗開放預約等。

教學文檔和虛擬實驗平臺作為系統(tǒng)的基礎,要求學生在實驗前認真學習相關理論知識,掌握設備操作注意事項,重點在于學習的效果必須進行測評,通過后方能上網(wǎng)進行課堂教學預約,以保證學生預習的效果達到實驗的基本要求,預習效果測評制度有利于學生掌握實驗原理,在課堂實驗中減少誤操作。課堂實驗教學結束后,學生仍可回網(wǎng)絡教學平臺參加實驗交流和報告提交,教師根據(jù)留言隨時解答疑問,對于有意向深入研究的學生可以開放預約,這樣的虛擬與真實交叉的實驗教學環(huán)境,既滿足了學生多方位多層次的學習需求,也減輕了實驗教師的設備維護負擔。

3.立體化教材的全面使用

傳統(tǒng)教材以實驗目的、實驗設備、實驗原理、實驗步驟和習題為主要思路,主要形式為紙質印刷,學習根據(jù)閱讀理解和想象實驗步驟。

立體化教材將配合網(wǎng)絡實驗平臺建設,以紙質課本為基礎,還包括與之配套的電子教案、多媒體課件與仿真軟件、課程網(wǎng)站等,真正實現(xiàn)學生多層次多角度自由時間的學習。立體化教材容易激發(fā)學生的實驗興趣,“實驗目的”、“實驗原理”、“實驗要求”等多個“工具”的可視與可交互更注重培養(yǎng)學生實驗操作能力和分析能力,實現(xiàn)“學生易學、教師易教”。

立體化教材更容易切合學生認知特點,使學生在虛擬操作過程中根據(jù)細致的講解充分理解理論相關要點,在實驗結果分析過程中采用啟發(fā)式教學分析實驗數(shù)據(jù)。

4.先進系統(tǒng)仿真軟件的使用

系統(tǒng)仿真軟件主要用于工程化實驗教學,多類參數(shù)的設置可以模擬現(xiàn)實系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題。例如,建立一個光纖通信系統(tǒng),實驗室中因條件有限只能進行短距離傳輸,而工程中往往需要解決長距離傳輸?shù)膿p耗測試及分析,系統(tǒng)仿真軟件通過光纖長度參數(shù)的設置即可實現(xiàn)功能。在高校實驗經(jīng)費緊張,工程類設備和實驗條件無法滿足時,學生可以通過計算機技術對工程中出現(xiàn)的問題進行相應的仿真與分析,先進的系統(tǒng)仿真軟件不僅在一定程度上滿足學生的實驗需求,其應用也成為學生掌握的基本技能之一,為學生畢業(yè)后進入相關領域工作和進一步深造打下良好的基礎。

對傳統(tǒng)光電類實驗教學方法的改革,使得實驗教學形式不僅限于課堂教學,教學時間不僅限于學校教務處安排的時間,打破了傳統(tǒng)封閉教學的模式。通過網(wǎng)絡教學平臺的學習,虛擬實驗的操作,立體化教材的使用,系統(tǒng)仿真軟件的模擬可以實現(xiàn)學生全方位、多層次的實驗要求。由于網(wǎng)絡教學具有的時效性、共享性、交互性和個別化等特點,在發(fā)揮教師主導作用的同時,激發(fā)學生自主學習的積極性,使學生成為實驗學習的主體。虛擬與真實實驗環(huán)境的交叉也在一定程度上降低了設備損耗,延長了設備的使用時間,降低了維護的時間和經(jīng)費。

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