光電信息綜合實驗教學模式改革探析

李曉靜，陳 賀，楊 東

（黃河科技學院工學部 河南 鄭州 450000）

0 引言

光電信息專業(yè)涉及計算機、光信息、電子電路與系統(tǒng)、光傳感、光通信、光電子、經典光學等技術與內容的學科，主要為光電信息領域培養(yǎng)高精尖人才，從而對各類復雜的工程問題進行解決，因此對于學生專業(yè)知識以及實踐能力均有著較高的要求?；诖耍瑸榱俗尡緦I(yè)人才具備團隊協(xié)作精神、豐富的知識、高超的實踐能力以及一定的責任意識，則必須在教學中將理論與實踐深度融合，從而提升專業(yè)實踐課程的教學效率與質量。

1 光電信息專業(yè)實踐教學現狀分析

從實際教學情況來看，學生通過課程學習之后相關知識與技能掌握成效未達預期目標，通常只掌握了一些理論知識，而且實踐能力普遍偏弱，其中很多學生都不具備設計能力，難以對光電信息裝置進行獨立設計以及無法有效操作簡單的系統(tǒng)，這就意味著這類學生還沒有具備光電信息的工程意識，難以有效完成二級項目相關內容，特別是一些實際問題，將無法深入分析并解決。基于此，迫切需要對綜合實驗課程進行改革，基于“分層遞進、目標驅動”的基本模式，將有利于提升學生的學習積極性，從而促進學生全面發(fā)展[1]。

2 光電信息專業(yè)實踐教學改革建議

2.1 實驗課程內容

該課程內容具體包括TracePro 軟件、EDA 設計軟件、線陣CCD 驅動時序信號設計與實現、光電信息采集系統(tǒng)測試實驗。

各個課程的教學目標是：

第一，通過教學引導學生對TracePro 軟件的使用方法進行初步掌握，例如，可自主創(chuàng)建幾種色光光源文件、白光文件等，同時，能夠對棱鏡等光學元件進行使用，對一些簡單的光機系統(tǒng)進行仿真[2]。

第二，對于EDA 設計軟件的掌握程度來講，要求學生能夠對可編程邏輯器件的基本原理以及結構進行理解，并初步掌握使用方法，其中關鍵要針對學生加強設計電路的訓練，使其能夠對EDA 設計軟件進行合理使用，從而完成編譯、原理圖輸入、軟件仿真等實踐內容。

第三，重點學習線陣CCD 驅動時序信號的是設計方法以及實現，要求學生能夠對自身設計的主要驅動時序信號進行使用；按照具體要求，通過EDA 設計軟件完成軟件仿真、編譯、原理圖輸入，其中CCD 驅動時序的設計仿真過程要求學生能夠全面掌握。此外，還需要做好驅動測試，目的是為學生對光電信息采集系統(tǒng)的理解打下一定的基礎。

第四，有了前面學習的鋪墊，在學習光電信息采集系統(tǒng)測試實驗的過程中，要求學生能夠對采集系統(tǒng)的組成基本部分進行理解以及掌握，并能夠按照光路仿真結果對合適的光學元件進行選擇與配置，例如，棱鏡、光源等；同時，結合系統(tǒng)的實際要求確定線陣CCD 并搭建系統(tǒng)光路以及采集系統(tǒng)，并通過示波器觀察系統(tǒng)輸出的信號，進而完成測試實驗[3]。

2.2 光電信息綜合實驗教學模式改革

四個階段的知識與能力呈遞進關系，在改革過程中以“分層遞進、目標驅動”的模式進行實踐。所謂“分層遞進”具體指的是要求學生能夠借助TracePro 軟件掌握仿真光源以及棱鏡的能力，以此為基礎按照CCD 芯片的時序要求對驅動時序信號進行設計，進而搭建出分層遞進的學習模式，并朝著光電信息采集系統(tǒng)不斷邁進。所謂“目標驅動”指的是要將采集系統(tǒng)作為課程學習的總目標，再分層遞進不斷開展，進而實現集CCD 元件、棱鏡、光源、信號檢測于一體的系統(tǒng)，可完成信息采集、分析以及測試。分層遞進具體有四個階段，要求每一個學生必須全部參與；同時，以小組為單位進行小組學習，例如，三人為一個小組，并推選一名小組長，再以小組為單位對既定的項目開展仿真、研究、設計、仿真以及測試。

第一，TracePro 學習過程中，主要對棱鏡以及光源的仿真進行學習以及掌握，其中非常重要的是要學會對光電接收器的光能分布進行分析，這樣能夠幫助學生對光源發(fā)出的光并經過棱鏡折射之后的現象加深一定的印象，進而為最終目標的實現奠定基礎[4]。

第二，在通過EDA 設計軟件進行學習時，需要學生按照CCD 原理與應用、數字電子技術等知識完成時序電路的設計，并分析不同頻率以及占空比情況下的脈沖信號進行分析，從而為CCD 芯片驅動時序信號的設計掌握打下一定的基礎。

第三，要求每個小組的學生進行抽簽活動，從而獲得一個CCD 芯片，然后按照相關收藏以及驅動時序信號的基本要求，借助EDA 軟件完成轉移脈沖、積分脈沖、采樣脈沖以及復位脈沖等仿真實驗。完成之后，要求小組成員結合相關手冊對時序信號波形進行對比，發(fā)現問題之后對驅動時序進行優(yōu)化與調整，可以為設計CCD芯片驅動硬件打下一定的基礎。

第四，基于仿真結果，進一步搭建采集系統(tǒng)，具體是由光源、棱鏡、CCD 芯片以及示波器等組合而成，要求小組成員對射光的強度以及角度進行改變，并借助示波器對不同信號下的電壓波動進行觀測。

分層遞進的四個階段始終都是圍繞目標驅動而開展，讓學生親身經歷采集系統(tǒng)所開展的仿真以及實驗。同時，小組內部要合理安排任務，而且每一位成員需要通力合作完成自己的任務，最后再對成果進行展示。

3 結束語

綜上所述，基于“新工科”理念以及專業(yè)需求，本文以“分層遞進、目標驅動”模式為準則對綜合實驗課程進行改革，強調緊緊圍繞總目標而分層開展，做到循序漸進，力求讓每一個學生都能夠完成每一個階段的學習任務，實現了理論與實踐的結合。目前，這種新型培養(yǎng)模式還處于試行階段，還需要廣大教師進行摸索，從而完善更多細節(jié)，將有利于推動光電信息綜合實驗教學實現突破，從而促進學生實現全面發(fā)展。