光電子技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐研究與探索

陸蓉 楊祎 梁猛

[摘要] 本文針對高等教育中的專業(yè)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行改革與研究，使其充分發(fā)揮培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要作用。通過理論課引導(dǎo)、改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境、合理設(shè)計(jì)題目激發(fā)學(xué)生興趣，通過考核方式的改革促使學(xué)生獨(dú)立認(rèn)真完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，通過自由選題、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科研素質(zhì)。

[關(guān)鍵詞] 創(chuàng)新 實(shí)踐 能力 人才

中圖分類號：G 423.07

引 言

隨著社會的快速發(fā)展，人們對通信的要求越來越高，社會對人才的需要也就不斷增加。信息的發(fā)展體現(xiàn)了光電子技術(shù)存在的重要性，光電子技術(shù)已經(jīng)成為國家的經(jīng)濟(jì)支柱。新世紀(jì)的競爭是人才的競爭[1]。培養(yǎng)出實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新意識的人才是目前高等學(xué)校的教育方向[2,3]。

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才要特別注重實(shí)踐動手能力的訓(xùn)練[4]。在大學(xué)四年的教學(xué)安排中，實(shí)踐類課程所占比重偏少，內(nèi)容陳舊，特別是專業(yè)課程設(shè)計(jì)缺乏特色性、針對性、循序漸進(jìn)性和實(shí)效性。為此我們進(jìn)行了深入的思考和探索，希望能夠有效地提高學(xué)生對專業(yè)課程設(shè)計(jì)的重視力度，從而使專業(yè)課程設(shè)計(jì)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中起到它應(yīng)有的重要作用[5-7]。

探索專業(yè)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)意義

專業(yè)課程設(shè)計(jì)是理工科的學(xué)生在進(jìn)入到專業(yè)知識學(xué)習(xí)階段后，能夠把理論知識和實(shí)踐結(jié)合到一起，進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)的一門實(shí)踐類課程。通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)：查閱參考資料—熟悉原理—方案設(shè)計(jì)—仿真模擬—搭建系統(tǒng)—調(diào)試—數(shù)據(jù)分析—報(bào)告總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的綜合素質(zhì)。專業(yè)課程設(shè)計(jì)不但使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R學(xué)以致用，還能培養(yǎng)學(xué)生動手能力、分析解決問題的能力、正確的思維方法及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的精神以及創(chuàng)新的意識[9-10]。專業(yè)課程設(shè)計(jì)在大學(xué)生的培養(yǎng)中起到舉足輕重的作用。

1.促進(jìn)理論實(shí)踐相結(jié)合

對于理工科學(xué)生，尤其是光電子技術(shù)專業(yè)來說，一旦進(jìn)入專業(yè)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生會覺得知識面一下拓寬了，要學(xué)的內(nèi)容很多，有時(shí)候相互之間也很難看出聯(lián)系；學(xué)習(xí)起來枯燥無味，不容易理解，會有很強(qiáng)的畏難情緒。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)對理論知識進(jìn)行強(qiáng)調(diào)和理解，在具備了感性認(rèn)識之后更容易掌握理論知識，同時(shí)學(xué)會運(yùn)用理論知識分析和解決實(shí)際問題的方法，是理論知識與實(shí)踐知識的一種互動。

2.培養(yǎng)專業(yè)興趣

學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中通過努力實(shí)現(xiàn)一個(gè)小系統(tǒng)，會因?yàn)槌晒砗艽蟮南矏偤统删透?，從而對專業(yè)產(chǎn)生興趣，提升自信心。

3.提高學(xué)生綜合素質(zhì)

課程設(shè)計(jì)內(nèi)容以綜合性和設(shè)計(jì)性為主，題目具有連貫性，從淺到深，實(shí)驗(yàn)體系逐漸完善，能夠培養(yǎng)學(xué)生動手能力、分析解決問題的能力、正確的思維方法及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的精神以及創(chuàng)新的意識。通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生可以掌握軟硬件的模塊化設(shè)計(jì)和調(diào)試方法，以及對專業(yè)儀器儀表的認(rèn)識和熟練應(yīng)用，為其走向就業(yè)崗位打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

4.增強(qiáng)就業(yè)競爭力

現(xiàn)在本科生找工作難，不僅僅是因?yàn)榫蜆I(yè)人數(shù)的逐年增加，還因?yàn)橛萌藛挝滑F(xiàn)在更注重學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。由于專業(yè)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，積極參加各種專業(yè)競賽，這些豐富的實(shí)踐經(jīng)歷可大大提高學(xué)生的就業(yè)機(jī)會，增加就業(yè)競爭力。

光電子技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)建設(shè)方案

我們對光電子技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐研究與探索，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行建設(shè)：

1.加強(qiáng)前期引導(dǎo)，提高設(shè)計(jì)效率

理論教學(xué)引導(dǎo)：理論教學(xué)方面注重提高學(xué)生的思想覺悟，明確學(xué)習(xí)目的，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性和研究興趣，將課程設(shè)計(jì)中的實(shí)際問題融會貫穿到理論教學(xué)中，不但極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且也使學(xué)生對課程設(shè)計(jì)產(chǎn)生了一種期待，獲得良好的教學(xué)效果。

良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境：針對于部分對實(shí)踐感興趣的學(xué)生，提供開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，老師給予一定的指導(dǎo)，讓學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自由做實(shí)驗(yàn)，從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)做起逐漸加大難度，讓學(xué)生不斷地獲得成功的喜悅感，提升學(xué)生的專業(yè)興趣和自信心，并增強(qiáng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力。同時(shí)也為后續(xù)的課程設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生新想法、新思路，具有一定的創(chuàng)新意識。

合理設(shè)計(jì)題目：根據(jù)學(xué)生的層次和興趣，設(shè)計(jì)出適合不同學(xué)生的題目，讓學(xué)生根據(jù)自己的能力自由選題和組隊(duì)。學(xué)生也可從前面開放性實(shí)驗(yàn)的新思路中繼續(xù)深入題目，實(shí)現(xiàn)功能更加完整和性能優(yōu)良的系統(tǒng)。

根據(jù)學(xué)生的興趣，把題目分為軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)兩大部分，題目中還包含了現(xiàn)在不斷普及的單片機(jī)、FPGA、ARM的模塊，使學(xué)生在學(xué)習(xí)光電專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，把單片機(jī)、FPGA、ARM作為一種工具或手段，從而實(shí)現(xiàn)光電真正結(jié)合的目標(biāo)。這種方法不但幫助學(xué)生擴(kuò)展了知識面，還擴(kuò)大學(xué)生的就業(yè)方向。例如：數(shù)字光發(fā)送接收系統(tǒng)要求學(xué)生做出數(shù)字信號源、光發(fā)送、光接收三大部分，可以采用分立元件、單片機(jī)、光源、光檢測器等來共同實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)；光時(shí)域反射儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)也包括窄脈沖發(fā)生、光發(fā)送、弱光檢測三大部分，除了分立元件、FPGA/ARM、光源、光檢測器，還有光環(huán)行器等無源器件的應(yīng)用。

根據(jù)學(xué)生所具備的理論知識基礎(chǔ)，把題目難度劃分為三個(gè)層次：較為簡單的綜合設(shè)計(jì)類題目，讓基礎(chǔ)差的學(xué)生能夠在老師和同學(xué)的幫助下，通過努力實(shí)現(xiàn)題目的基本要求，增加自信心，學(xué)習(xí)如何分析問題和解決問題；一般難度的綜合設(shè)計(jì)類題目，讓處于中間部分的學(xué)生能夠理論結(jié)合實(shí)際，通過老師指導(dǎo)和團(tuán)隊(duì)合作，較好地完成題目要求，并對其加以一定的完善；具有一定難度的題目由理論基礎(chǔ)扎實(shí)、動手能力較強(qiáng)的學(xué)生來完成，他們對題目有濃厚的興趣，本身有較好的分析、解決問題能力，在老師的引導(dǎo)下能夠自主地完成題目要求，并且有一定地深入。

2.優(yōu)化實(shí)踐過程，提高實(shí)踐能力

自由選題：由學(xué)生根據(jù)自己的能力和興趣，選擇自己喜歡的題目，并自由組成2～3人的小組。

查閱資料：學(xué)生根據(jù)所選題目，分析題目要求，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，熟悉題目的基本原理，有了較為明確的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法，給出原理框圖或流程圖。

方案設(shè)計(jì)和仿真：在清楚原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)題目要求，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)條件，開始設(shè)計(jì)方案，并借助現(xiàn)有的各種仿真軟件先進(jìn)行理論分析，初步證明方案的可行性，再進(jìn)行成本分析，證明方案的可實(shí)現(xiàn)性，最終給出詳細(xì)的設(shè)計(jì)圖和設(shè)計(jì)說明。

搭建系統(tǒng)和調(diào)試：根據(jù)所設(shè)計(jì)的內(nèi)容，選擇合適的器件和儀器儀表，搭建系統(tǒng)，通過不斷的調(diào)試，達(dá)到基本的題目要求。

數(shù)據(jù)分析和完善：測試所搭建的系統(tǒng)性能，進(jìn)行各類數(shù)據(jù)分析，和同類系統(tǒng)進(jìn)行比較，分析所存在差別以及導(dǎo)致因素，進(jìn)行新一輪的調(diào)試，從而進(jìn)行功能完善，爭取達(dá)到最佳的效果。

報(bào)告總結(jié)：在完成題目要求、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容后，必須要寫一份詳細(xì)的專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告，報(bào)告中給出題目要求、分析過程、方案設(shè)計(jì)、調(diào)試過程，最終實(shí)現(xiàn)方案和系統(tǒng)性能，并分析其中的不足和可進(jìn)一步改善的內(nèi)容?？偨Y(jié)報(bào)告也是專業(yè)課程設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分，它是學(xué)生對所有工作的陳述，原理是否清楚、思路是否清晰、方法是否正確、結(jié)果能否符合要求從中可以一目了然，學(xué)生在整個(gè)工作的態(tài)度和能力也能看出來，這是進(jìn)行科學(xué)研究必不可少的一項(xiàng)練習(xí)。

在專業(yè)課程設(shè)計(jì)的過程中，打破以前限定實(shí)驗(yàn)器件的要求，除了實(shí)驗(yàn)室提供的常用器件、芯片及耗材，還給出一定經(jīng)費(fèi)，對于實(shí)現(xiàn)特殊功能的芯片或器件由學(xué)生自己去購買，這樣有更多的選擇余地，充分發(fā)揮學(xué)生的潛力和主觀能動性，給設(shè)計(jì)帶來 “閃光點(diǎn)”，還間接鍛煉學(xué)生的考慮成本、選材和采購的綜合設(shè)計(jì)能力。專業(yè)課程設(shè)計(jì)以小組的形式進(jìn)行，讓學(xué)生結(jié)合自身的優(yōu)勢進(jìn)行分工合作，不但有利于學(xué)生發(fā)掘自身的優(yōu)點(diǎn)，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，通過互相幫助加強(qiáng)同學(xué)間的溝通；指導(dǎo)老師在整個(gè)過程中密切關(guān)注著每個(gè)小組的設(shè)計(jì)進(jìn)展，給予合理地引導(dǎo)和及時(shí)地督促，幫助學(xué)生解決難以跨越的問題，提醒學(xué)生合理地安排時(shí)間，可以按期完成設(shè)計(jì)要求。

3.改革考核方式，提高教學(xué)效果

我們把專業(yè)課程設(shè)計(jì)考核分三階段進(jìn)行考核。

第一階段考核—理論設(shè)計(jì)階段，經(jīng)過查閱大量的文獻(xiàn)資料后，清楚基本原理和題目要求，結(jié)合現(xiàn)有條件，設(shè)計(jì)方案并通過仿真論證方案可行性。此時(shí)考核，使小組的每個(gè)成員本都要清楚基本原理、設(shè)計(jì)思路和方法。

第二階段考核—系統(tǒng)調(diào)試階段，選擇合適的器件、耗材，搭建系統(tǒng)，能否成功關(guān)鍵在于不斷的調(diào)試。調(diào)試過程需要學(xué)生的認(rèn)真操作、細(xì)心觀察、 詳細(xì)記錄、仔細(xì)分析、查找原因，并找到合理解決的方法。本階段考核有利于學(xué)生總結(jié)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和解決的方法，如果出現(xiàn)方向性的錯(cuò)誤，老師及時(shí)糾正，可幫助學(xué)生鍛煉分析、解決問題的能力。對于進(jìn)展較慢又較為膽怯的小組，老師也可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題并解決，增加小組克服困難的信心。

第三階段考核—驗(yàn)收階段，各小組完成系統(tǒng)調(diào)試并符合題目設(shè)計(jì)要求，可申請老師驗(yàn)收。本階段考核，要求各小組展示設(shè)計(jì)內(nèi)容，測試系統(tǒng)性能，數(shù)據(jù)收集與分析，并總結(jié)理論設(shè)計(jì)和最終結(jié)果之間的關(guān)系。通過本次考核學(xué)生能夠從中找出不足，積累經(jīng)驗(yàn)，為系統(tǒng)的性能完善提出新想法。

實(shí)踐表明，分階段考核使學(xué)生開始熟悉科學(xué)研究的過程，培養(yǎng)學(xué)生具有良好的科學(xué)研究習(xí)慣。分階段考核給學(xué)生一定的緊迫感，督促學(xué)生抓緊時(shí)間完成階段任務(wù)，不至于拖延時(shí)間。分階段考核能夠有效地避免學(xué)生蒙混過關(guān)的現(xiàn)象，使專業(yè)課程設(shè)計(jì)具有好的教學(xué)效果。分階段考核有利于老師掌控課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排，控制整體進(jìn)度；有利于老師及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生中存在的問題，給予糾正；有利于老師明確小組成員的區(qū)別，給出合理的考核成績；有利于老師發(fā)現(xiàn)能力強(qiáng)的學(xué)生，進(jìn)一步給學(xué)生提供更優(yōu)良的環(huán)境發(fā)揮自己的特長。

結(jié)束語

專業(yè)課程設(shè)計(jì)是高等教育里面一門重要的實(shí)踐類課程，專業(yè)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革通過理論教學(xué)引導(dǎo)、合理的題目設(shè)計(jì)，讓學(xué)生進(jìn)行自由選題、方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試和實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析和完善，并采取分階段的考核方式；做到突出重點(diǎn)，分類指導(dǎo)，充分體現(xiàn)專業(yè)課程設(shè)計(jì)的目的，有效地改善專業(yè)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果。

通過這樣的改革與實(shí)踐能夠真正地讓學(xué)生做到學(xué)以致用、理論與實(shí)踐相結(jié)合。不但鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識，還可以養(yǎng)成學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的良好習(xí)慣。通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)還能夠加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解，提升學(xué)生對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)興趣。帶動學(xué)生參與教師項(xiàng)目，參加各類學(xué)科競賽，申請學(xué)校的學(xué)生科技立項(xiàng)課題，推動創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

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作者單位：西安郵電學(xué)院電子工程學(xué)院光電子技術(shù)系陜西西安