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光电子技术课程教学改革初探

光电子技术课程教学改革初探

摘要:光电子技术是电子信息类专业学生的必修课程,是一门承上启下的核心课程。根据应用型本科院校的培养目标并结合光电子技术课程的特点,对该课程的教学内容及教学模式进行了初步的改革探索。通过把课程内容与具体的应用实践及科研联系在一起,激发学生学习的兴趣,着力培养学生的动手和创新能力,使得这门课程更适应于地方性、应用型高校的培养目标。

关键词:光电子技术;教学改革

光电子技术是由光子技术和微电子技术相互融合而发展起来的一门以研究光子与电子相互作用并产生独特性质的一门新兴科学。经过几十年的发展,人们在光电子理论基础上研制了各种光电器件。这些光电器件已经应用于社会生活的各个方面并给我们的生活带来了巨大的改变。而以光电器件为基础带动起来的光电子产业一直是我国重点支持而且发展最快的高科技产业[1-2]。因此,我国每年都需要大量的光电类技术人才。近几年来,很多高校都设置了与光电子相关的专业,比如:电子科学与技术专业、光电信息技术专业等以用来培养具有相关知识和技术的光电科技人才。光电子技术课程就是这类专业的专业必修课程[3-4]。该课程的特点是涵盖内容广,理论性和应用性并重,既是把前期所学基础理论知识(如半导体物理与器件、固体物理等)的进一步深化,又是对相关理论知识的具体应用。学生通过该课程的学习,不仅可以具备相关光电子技术的理论知识,还应该具有一定的应用创新能力[5-6]。因此,该课程是此类专业的一门承上启下的核心课程。这就对该课程的教师教学和学生学习提出了更高的要求。目前,应用型本科院校学生的知识储备相对较低,对理论性较强的部分接受程度也比较低。同时,应用型高校的实践教学环节也相对比较薄弱。这些都限制了学生对该课程的理解与掌握。因此,我们需要对光电子技术这门课程进行相关改革,以适应应用型本科院校的培养目标和学生的实际情况。

一、教学内容重构

课堂教学内容需要依据教学目的及具体教学对象而设定。与研究型大学不同,应用型本科院校主要服务于地方区域经济发展、侧重于对理论知识的应用化;主要培养的是与地方经济发展相适应的应用型技术人才。因此,我们对教学内容的设定就不能完全依照于研究型大学的教学内容,而是需要根据应用型、技术型、地方性的人才培养目标重新设定教学内容。除此之外,还要考虑到学生的知识储备水平。因此,我们减少了理论知识的讲授,除了光源及光辐照度等理论知识外,更偏重于光电器件基本原理的介绍,并增加光电器件应用方面的内容。调整后的光电子技术课程主要包括:光源及光调制等理论知识、光电探测器件、光伏器件、光电成像器件、光存储器件、平板显示器件等。在此基础上,我们对部分内容进行了更新,去掉已经过时的器件介绍,增加当前社会关注度比较高、应用前景更强的光电子器件。比如:去掉了阴极摄像管等比较陈旧的内容,增加了QLED、OLED等当前研究及应用的热点内容。

二、教学方法改革

1.理论讲授

光电子技术课程主要是半导体物理与器件等课程的延伸。因此,该课程除了要介绍与光电子技术相关的光源及激光等基本理论知识外,还需要对光电子器件的基本原理以及主要功能参数介绍,让学生掌握各种光电子器件工作原理。光电器件不但应用在与人们生活密切相关的各个方面,还是当前科学研究的热点内容。因此,我们在讲授理论知识的同时,可以把教师本人的科研成果及最新的科学研究前沿融入到课堂教学中,把国际上最新的研究成果在课堂上介绍给学生。比如,在显示器件章节,我们重点介绍了柔性显示器件及量子点显示器件,进而扩展到柔性电子学;还可以介绍GaN发光器件,并重点介绍我国在这方面的成果,比如南昌大学的硅基GaN器件的研究成果等。学生就可以通过教师的科研成果了解到最新的科研进展,既可以提高学生学习本门课程的兴趣,还能拓宽学生的视野,更迎合了应用型院校的办学宗旨。同时,还能够使部分想考研的同学了解相关的考研方向。另外,利用少量的时间初步介绍科技论文的检索方法及各种论文数据库的使用方法,在此基础上,可以让学生课下检索相关方面的科研动态和应用成果,为后续小组讨论做充足的准备工作。并把其作为章节作业及期末考核的一部分。

2.器件性能

Matlab仿真实验随着计算机技术的不断发展,计算机仿真越来越受到人们的重视。并且计算机仿真技术为人们提供了一个更为有效的教学方法。Matlab正是在这一应用背景下产生的数学类科技应用软件,它具有顶尖的数值计算功能及简洁易学的科学便捷式工作环境和编程语言。因此可以让学生利用Matlab软件的相关知识,对相关光电子器件的光电响应特性等进行仿真,并在课堂上把仿真结果与实验测试结果相比较。同时,还可以对不具备实验条件的光电器件进行仿真实验,把这些仿真实验作为实验教学的补充,弥补了实验教学条件不足带来的影响。并把利用Matlab仿真作为章节作业或者课程设计的内容,这样不仅可以加强学生对器件性能的理解还可以增加课程章节作业的灵活性。

3.小组讨论

光电子技术课程讲授的内容都是与现实生活密切相关的,而且大部分也是当前科技前沿研究的热点,比如,太阳能电池、显示器件、光电探测器件等。因此,我们可以把与当前研究热点相关的课堂内容选为小组讨论课。比如当前国家对环境保护及清洁能源问题比较关注,我们可以将太阳能电池的内容作为小组讨论的内容,把学生分成若干小组,提出若干个相关问题。让学生课下收集与太阳能电池及清洁能源相关的素材并提出自己的观点,在课堂上进行讨论。既可以讨论成熟工艺硅太阳能电池,还可以讨论国际研究热点的钙钛矿太阳能电池,更可以讨论国内主要太阳能电池公司与国际先进技术的差距等等。这样既加深了学生对相关内容的了解,同时,还可以让学生对当前该行业的就业或考研前景有充分的认识,对未来所从事的职业有进一步的规划。另外,由于相当部分的本专业同学都加入了电子创新协会,部分同学还参加了全国智能汽车大赛、全国电子设计大赛并获得了奖项。因此,我们可以组织这部分同学介绍他们在设计智能汽车时用到的各种光电器件及其设计原理等,介绍他们如何把课堂理论知识具体应用到实际的智能汽车设计中。除了老师指定的讨论内容外,还可以让学生自主选择小组讨论的课题。通过小组讨论,可以让学生学会团队的分工合作与沟通。培养学生的团队合作意识,在团队中实现自己的价值,增强了学生自主学习的能力。这些都是学校应用型高校教学目标的具体体现。

4.利用智能手机辅助课堂教学

上课玩手机一直是很多高校课堂上难以解决的问题。因此很多高校组织了无手机课堂等活动,但是效果不是很理想。有些老师利用手机建立课堂微信群与学生进行交流答疑并且还可以利用手机进行课堂点名签到等。这些都是互联网下对课堂教学的探索。我们知道,光电子技术课程内容与手机的关系更为紧密,手机中各个组成部分都是与电子信息类专业相关的电子器件、光电子器件及各种传感器件等,即整部手机都是与电子信息类专业密切相关的。因此,我们可以充分利用这一优势把强制性的无手机课堂改为利用智能手机辅助课堂教学。光电子技术课程的每一章节都可以认为是手机部分元器件基本原理的介绍。因此,我们把每一章节都变成手机组成部分的原理介绍。例如:手机的手电筒是LED发光器件、手机照相是成像器件及原理、手机屏幕是显示器件、手机电池是能量转换及存储器件、自动调节屏幕亮度的是光敏三极管、指纹识别是电子耦合器件等等。这样就可以让学生大大方方地拿着手机上课,并且还可以调动学生的积极性,主动让学生在课堂上利用手机上网查询与光电子课程相关的各种手机元器件,让学生讲授各种器件的基本原理。

5.实践教学

实践教学在应用型高校教学中占有很高的地位,是实现应用型高校培养目标的主要手段,也是学校理论学习与社会企业实践相连接的关键环节。通过实践教学可以让学生所学到的抽象的理论知识真正的应用化、具体化。我们将光电子技术课程的实践教学分为实验教学部分和企业见习部分。实验教学部分包括光源与光照辐照度参数测量、激光模式分析、光敏电阻伏安特性、时间响应特性、变换电路实验、液晶电光效应、晶体电光调制、太阳能电池光电特性测试、光电二极管特性、光电三极管特性、光电池偏置电路与特性参数等实验。这些实验基本上覆盖了课程主要内容及当前应用最为广泛的光电子器件。通过实验课程的学习和具体操作可以加深学生对课堂理论知识的理解和巩固,通过对实验现象的观察和研究,增强学生的感性认识。另外,其中的设计性实验和综合型实验还可以培养学生的实践动手能力和发现问题解决问题的能力,深化对光电子技术深层次规律的理解和领悟;企业见习部分是组织学生去相关的光电子企业参观见习,了解各种半导体光电器件的生产工艺、器件检测、器件封装和组装过程,体验未来的工作岗位和工作环境。更增强了学生对本专业的认知度。

三、考核方式改革

笔者所在院校大多数课程成绩是授课教师根据平时出勤考核与期末试卷的成绩按照3:7的比例给出的。但是,这种考核方式更适用于理论性较强的课程。因此,我们降低期末考试在该课程考核中的比例。把本课程的考核贯穿于整个教学活动中。考核方式为小组讨论、章节论文及作业和期末考试的综合。其中小组讨论占20%,章节论文及作业占30%,期末考试占50%。期末考试以理论性试题为主。同时,为了增强学生对实验教学的重视,我们对光电子技术课程的实验教学单独进行考核,考核内容包括实验前期的预习、实验设计和操作、实验数据处理等三方面。通过这种考核方式既提高了学生平时学习的积极性,又可以综合考察学生的学习态度、自学能力和综合创新实践能力。

结语

根据巢湖学院电子科学与技术专业的具体情况,结合光电子技术课程的课程特点,我们尝试对课程的教学内容、教学方法、考核方式等做了一些调整和改革探索。教学内容的调整既考虑到了课程本身的属性又平衡了教学培养目标的要求。这种调整既能够使学生掌握到基本理论知识及其应用又可以让学生了解到最新的学科发展科技前沿,开阔了学生的视野。考核方式的改革在减轻学生课程压力的同时还锻炼了学生的实践创新能力,提高了学生学习的积极性。经过对巢湖学院2014级电子科学与技术专业学生的调查结果显示:通过对上述几方面的改革,收到了良好的教学效果。教学改革不但提高了学生对该课程的学习兴趣,还增强了学生对该课程知识的掌握。同时,还对学生的就业及考研起到了积极的作用。当然,教学改革是一项长期的课题,需要我们在今后的教学实践中不断探索。

参考文献

[1]朱京平.光电子技术基础[M].二版.北京:科学出版社,2009.

[2]庞永师,林昭雄,陈德豪,等.应用型人才创新能力培养模式探索[J].高等工程教育研究,2008(2):145-148.

[3]刘红梅.“光电子技术基础”教学模式的思考与实践[J].教育现代化,2016(3):159-160.

[4]罗敏.“光电子技术基础原理”教学方法探讨[J].求知导刊,2014(10):137-137.

[5]刘红梅.信息光学教学改革的探索与思考[J].中国电力教育,2013(31):95-97.

[6]狄红卫,张永林.光电子技术人才培养的教学改革与实践[J].高等理科教育,2003(6):36-39.

作者:许明坤 毛雷鸣 陈宇 单位:巢湖学院机械与电子工程学院

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