理工融合理念下光電信息科學(xué)與工程專業(yè)課程群教學(xué)體系的建設(shè)與優(yōu)化

陶珺　胡昌奎　謝頌華

摘 要 根據(jù)當(dāng)前對(duì)光電信息科學(xué)與工程類人才培養(yǎng)的需求和特點(diǎn)，通過有機(jī)整合專業(yè)課程，設(shè)置課程群和多層次、多模塊的立體教學(xué)體系，詳細(xì)描述了每個(gè)知識(shí)層次的核心知識(shí)要點(diǎn)或模塊，并通過改革課程教學(xué)方法和完善課程教學(xué)手段，提升學(xué)生科學(xué)思維方法和實(shí)踐動(dòng)手能力， 培養(yǎng)既有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)又具備創(chuàng)新的工程開發(fā)設(shè)計(jì)能力的綜合素質(zhì)人才。

關(guān)鍵詞 理工融合 課程群 立體教學(xué)體系

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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

隨著信息產(chǎn)業(yè)新技術(shù)的誕生與發(fā)展，光作為最主要的信息載體，迎來了迅速發(fā)展的時(shí)期，光電信息技術(shù)處于當(dāng)前信息技術(shù)最活躍領(lǐng)域。①教育部提出在“十一五”期間設(shè)立“光電信息科學(xué)與工程”專業(yè)，近年來許多重點(diǎn)高校如將此類專業(yè)作為諸如“211 工程”重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)和“985 工程”科研創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)的重點(diǎn)方向之一。②③武漢理工大學(xué)（以下稱“我?！保┰O(shè)置光電信息科學(xué)與工程專業(yè)理學(xué)方向，屬于電子信息類專業(yè)，涉及到光學(xué)、光電子學(xué)及電子信息、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及光機(jī)電算一體化等領(lǐng)域。針對(duì)傳統(tǒng)的電子信息類專業(yè)存在專業(yè)核心模塊內(nèi)容之間各自為政、缺乏必要的規(guī)劃與滲透等方面問題，我校提出在理工融合理念下建立一種層次化課程群體系，融合相關(guān)課程整體性的信息，使本學(xué)科的知識(shí)不斷豐富，使課程群系統(tǒng)化，帶動(dòng)并優(yōu)化學(xué)生整體知識(shí)結(jié)構(gòu)。

1 層次化課程群體系的建設(shè)

依據(jù)教育部光電信息科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)《光電信息科學(xué)與工程類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和規(guī)劃》的指導(dǎo)意見，④結(jié)合學(xué)校的學(xué)科特色和優(yōu)勢(shì)，遵循強(qiáng)化“知識(shí)、能力、素質(zhì)、創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)理念，明確以光學(xué)和信息科學(xué)為核心的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，我們按照“基礎(chǔ)”、“學(xué)科”和“應(yīng)用”三個(gè)層次組建系列課群，即物理基礎(chǔ)課群、光學(xué)基礎(chǔ)課群、光電科學(xué)基礎(chǔ)課群、信號(hào)與信息處理課群、光電材料及應(yīng)用課群和光纖理論與技術(shù)課群，如圖1所示。

根據(jù)課群體系的結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)課群中的每門課程進(jìn)行合理定位，根據(jù)課程間的內(nèi)涵與外延，按照前沿性、先進(jìn)性和交叉性的原則組織課程教學(xué)。基礎(chǔ)層包含物理基礎(chǔ)課群和光學(xué)基礎(chǔ)課群。這兩個(gè)課群中開設(shè)的課程為學(xué)生提供基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生具有現(xiàn)代物理學(xué)、光學(xué)的理論素養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)技能。學(xué)科層中包含光電科學(xué)基礎(chǔ)課群和信號(hào)與信息處理課群。該層次課群中的課程充分體現(xiàn)專業(yè)學(xué)科交叉的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)“光”與“電”的融合，實(shí)現(xiàn)“兩條腿”走路。應(yīng)用層中包含光電材料及應(yīng)用課群和光纖理論與技術(shù)課群，該層次課群中的課程體現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)與學(xué)校優(yōu)勢(shì)學(xué)科相融合的特點(diǎn)。依托我校材料學(xué)科及光纖傳感的特色和優(yōu)勢(shì)，光電材料及應(yīng)用和光纖技術(shù)及應(yīng)用兩個(gè)方向突顯專業(yè)人才培養(yǎng)的自身特色。

2 課程群體系構(gòu)建的具體措施

2.1 強(qiáng)化理學(xué)基礎(chǔ)

建立物理基礎(chǔ)課群，強(qiáng)化對(duì)本專業(yè)的物理教學(xué)，對(duì)其進(jìn)行改革、協(xié)調(diào)和優(yōu)化。同時(shí)，將復(fù)變函數(shù)、積分變換和數(shù)學(xué)物理方程歸結(jié)為一門課——數(shù)學(xué)物理方法，該課程是專業(yè)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課程，但物理性很強(qiáng)，具有鮮明應(yīng)用性。在此基礎(chǔ)上，我們開設(shè)高級(jí)物理課程：電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)、固體物理和半導(dǎo)體物理，使學(xué)生學(xué)到涉及電磁理論、量子信息、信息物理、光子學(xué)和材料學(xué)的基礎(chǔ)物理知識(shí)，能促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和終身學(xué)習(xí)能力的形成。物理基礎(chǔ)課群結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)光學(xué)基礎(chǔ)課群，分析和研究“應(yīng)用光學(xué)”、“波動(dòng)光學(xué)”和“信息光學(xué)”三門核心課程的特點(diǎn)，根據(jù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)以及課程的內(nèi)在聯(lián)系，形成了具有專業(yè)特色的基礎(chǔ)光學(xué)課程體系，根據(jù)光學(xué)類課程間的內(nèi)涵與外延，將知識(shí)模塊化，構(gòu)建了“五個(gè)模塊”，即應(yīng)用光學(xué)理論知識(shí)模塊、光學(xué)設(shè)計(jì)知識(shí)模塊、物理光學(xué)知識(shí)模塊、信息光學(xué)理論模塊及光信息處理知識(shí)模塊，光電圖像處理及光電子測(cè)量應(yīng)用模塊；對(duì)三門基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新組織與融合，使其相輔相成，自成一體，著重解決了存在的“三個(gè)矛盾”，即：現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu)與更新的教學(xué)內(nèi)容的矛盾、有限學(xué)時(shí)與增大課程容量的矛盾以及課程整體系統(tǒng)性與擴(kuò)展知識(shí)覆蓋面的矛盾。

2.3 注重理工融合

光電科學(xué)基礎(chǔ)課群以“光發(fā)射、光傳輸和光探測(cè)”為主線，重視理工聯(lián)合、交叉和滲透，進(jìn)一步分為光電物理基礎(chǔ)和光電科學(xué)基礎(chǔ)兩個(gè)層次。在“量子力學(xué)”、“電動(dòng)力學(xué)”和“波動(dòng)光學(xué)”等物理學(xué)相關(guān)的課程基礎(chǔ)上增加光電基礎(chǔ)知識(shí)，如圖3所示。

光電科學(xué)基礎(chǔ)課群在整個(gè)體系中扮演承上啟下的角色，體現(xiàn)知識(shí)的系統(tǒng)性。針對(duì)電子信息科學(xué)類專業(yè)的特點(diǎn)，以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)培養(yǎng)為目標(biāo)，對(duì)信號(hào)與信息處理類課程進(jìn)行合理定位，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行整合，體現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建合理的信號(hào)與信息處理課程體系，設(shè)置技術(shù)基礎(chǔ)課程和應(yīng)用類課程。融入良好的科學(xué)方法與工程方法相結(jié)合的思維模式，對(duì)技術(shù)基礎(chǔ)課程突出基本原理與概念，對(duì)應(yīng)用類課程突出方法與技術(shù)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐和工程應(yīng)用。夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，增強(qiáng)理科背景，在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生具有抽象思維能力和技術(shù)開發(fā)能力。

2.4 突顯專業(yè)特色

光電材料及應(yīng)用課群是在“量子力學(xué)”、“固體物理”和“半導(dǎo)體物理”等課程的基礎(chǔ)上，以“光顯示、太陽能電池和LED照明”為主要方向的課程群體。該專業(yè)方向依托我校材料學(xué)科特色與優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化教學(xué)內(nèi)容和工程實(shí)踐的有機(jī)聯(lián)系。光電材料及應(yīng)用課群從學(xué)生的興趣出發(fā)，結(jié)合新技術(shù)和新行業(yè)的發(fā)展，分別向?qū)W生介紹太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展、設(shè)計(jì)與應(yīng)用，平板顯示器、LED技術(shù)的發(fā)展及光源的布局設(shè)計(jì)，目的是開闊同學(xué)的眼界，架設(shè)理論聯(lián)系實(shí)踐的橋梁。

光纖理論與技術(shù)課群是隨著光纖通信與傳感產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?，為滿足光信息時(shí)代的用人需求、培養(yǎng)優(yōu)秀的光纖系統(tǒng)工程師而建立的，系統(tǒng)地講授光在光纖波導(dǎo)中的傳輸理論、光纖波導(dǎo)設(shè)計(jì)及其在通信和傳感領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)踐的系列課程，是面向?qū)嶋H工程應(yīng)用，以電磁場(chǎng)和光學(xué)理論課程為基礎(chǔ)的一個(gè)應(yīng)用型課程群?；诖四康?，設(shè)置了“光纖光學(xué)”、“光纖通信原理與技術(shù)”、“光纖傳感測(cè)試技術(shù)”以及“光纖技術(shù)實(shí)驗(yàn)”四門以光纖技術(shù)為核心的理論和實(shí)踐課程，構(gòu)建出與當(dāng)前光信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的一個(gè)特色課程體系。該專業(yè)特色方向以我校“光纖傳感國家工程實(shí)驗(yàn)室”為依托，強(qiáng)化教學(xué)內(nèi)容和工程實(shí)踐的有機(jī)聯(lián)系，從課程實(shí)驗(yàn)、研究型教學(xué)到畢業(yè)設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)，著力營造培養(yǎng)光纖技術(shù)領(lǐng)域優(yōu)秀應(yīng)用型人才的良好教與學(xué)的環(huán)境。

3 總結(jié)

綜上所述，我們遵循光電信息科學(xué)發(fā)展的基本規(guī)律，按照電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)機(jī)制與科學(xué)方法，把握國內(nèi)外光電信息科學(xué)與工程專業(yè)課程的教學(xué)現(xiàn)狀、問題與趨勢(shì)，構(gòu)建理論與實(shí)踐互相融合的專業(yè)課程教學(xué)體系，課程設(shè)置模塊化、多層次化，有利于全面實(shí)施選課制和學(xué)分制教學(xué)管理，有利于因材施教，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生具備創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。 新體系注重全局化、整體構(gòu)建思路，建設(shè)過程中突破原有專業(yè)模塊課程之間的僵化界線，強(qiáng)化課程群之間的有機(jī)聯(lián)系， 使專業(yè)教育適應(yīng)社會(huì)的需求與發(fā)展。

注釋

① 蒙婧.從硅谷到光谷：高校科技創(chuàng)新體制研究啟示[J].中國高?？萍迹?014（7）：26-27.

② 周自剛，唐金龍，施鵬程.以國家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)為動(dòng)力，全面發(fā)展光信息專業(yè)教育[J].光學(xué)技術(shù)，2010（Z1）：113-114.

③ 秦石喬，楊華勇.光電信息科學(xué)與工程專業(yè)（科學(xué)類）知識(shí)結(jié)構(gòu)體系研究[J].光學(xué)技術(shù)，2007（7）：333-334.

④ 朱進(jìn)容，黃楚云，姚育成，成純富.光電信息專業(yè)人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2013（52）：102-103.