“光电信息技术”研究性教学的探索与实践

摘要：近年来研究性教学已成为高校教学改革的热点。“光电信息技术”课程研究性教学通过对课堂教学内容的梳理与优化，启发式教学、案例教学法、综合性课题研究、实验教学等多种教学方法的综合运用，以及课程考核方法的改革，达到激发学生求知欲和创造欲，提高学生多方面能力的教学效果。

关键词：光电信息技术；研究性教学；教学方法

作者简介：唐宇（1971-），女，回族，北京人，北京交通大学机械与电子控制工程学院，讲师；邓湘（1965-），男，北京人，北京交通大学机械与电子控制工程学院，副教授。（北京 100044）

基金项目：本文系2010年北京交通大学机械与电子控制工程学院教改项目（项目编号：D10－16）的研究成果。

中图分类号：G642.3     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）30-0192-02

光电信息技术是光子技术与微电子技术相结合而形成的高新技术，涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理与显示等众多的内容。光电信息技术是现代信息技术的基础和核心，广泛应用于国民经济和国防建设的各行各业。[1]“光电信息技术”课程是高等院校光学类、电子类专业为了主动适应光电信息技术与产业蓬勃发展对人才培养所提出的要求而设置的专业课。笔者一直从事测控技术与仪器专业本科生“光电信息技术”课程的教学。该课程的主要教学任务是使学生掌握光电信息技术的基础知识、基本原理和基本技术。“光电信息技术”课程对于完善测控技术与仪器专业本科生的知识结构、拓宽学生的就业范围起到重要的作用。

为适应社会发展对高素质人才培养的需求，2005年教育部颁发了《关于进一步加强高等学校本科教育工作的若干意见》，提出高校“要积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力”。近年来研究性教学已成为高校教学改革的热点。笔者在“光电信息技术”课程的教学中，开展了研究性教学的探索与实践，本文讨论了该课程研究性教学的实施过程与心得体会。

一、树立研究性教学理念

通过几年来“光电信息技术”课程的讲授，笔者深感传统教学方式的弊端日渐显露。传统的灌输式的教学就像老师一个人唱独角戏，学生是被动的听众。由于学生的主观能动性被压抑着，学生在课堂上往往表现出学习兴趣不高，缺少学习的主动性与积极性，老师在讲授过程中也感觉既疲惫又无味，很难迸发出激情。在2009年的“光电信息技术”课程的教学中，笔者尝试着让学生分组自行设计光电检测系统，由每组代表向全体学生汇报设计成果。在这一过程中，笔者深深领悟到：学生的学习潜力是巨大的，完全不需要填鸭式的教育，老师完全可以引领学生成为课堂的主角，而这正是研究性教学的理念。为了改变传统教学方法，实施研究性教学，笔者查阅了大量资料，学习了国内优秀同行的经验，并与在美国某大学任教的朋友进行了交流，对研究性教学有了较深的理解。

研究性教学是在教学过程中，由教师创设一种类似科研的情境，指导学生在独立的主动探索、思考与实践的研究过程中，吸收并应用知识，分析并解决问题，从而培养学生的创造能力和创新精神，提高学生综合素质的一种教学模式。[2]研究性教学以学生发展为本，考虑学生的个体差异、创新欲望和创新能力，以尊重学生的探究兴趣和自我成长需要为前提，以发挥学生的自主性为出发点，以达到发展学生研究意识和能力为目标。[3]研究性教学以学生为主体，以教师为主导，教师要转变角色，成为研究性教学中的设计者、组织者、启发者、引导者、鼓励者、促进者。教师的主要任务不再是向学生灌输知识，而要把大量精力用在研究性教学方法的研究、研究性教学的设计与组织上。

二、研究性教学实践

1.教学内容的梳理与优化

光电信息技术多学科多技术交叉、发展迅速的特点，决定了“光电信息技术”课程知识面广，内容多，知识更新快。该课程总学时为32学时，课堂讲授26学时，实验6学时。研究性教学要求教师科学而高效地利用好宝贵的课堂学时，因此实施研究性教学的首要任务是对教学内容进行重新梳理与优化。在教学内容的选取上，基本出发点是根据测控技术与仪器专业本科生人才培养的目标，重基础、兼顾应用与前沿。光电信息技术虽然内容庞杂，但核心内容是光—电信息的转换和电—光信息的转换及其应用。以此为依据，确定授课主要内容为四大部分：第一部分为引领学生进入光电信息技术大门必备的基础知识，包括光辐射的度量、半导体的能带结构等；第二部分为光—电信息的转换，即光辐射探测器；第三部分为电—光信息的转换，即发光器件；考虑到光纤通信系统是对前三部分基础知识综合应用的典型系统，且光纤通信技术在光电信息产业中的比重较大，第四部分讲授光纤通信系统。知识结构经重新梳理后简明清晰，但26学时的课堂讲授时间仍显不足。为解决授课内容多与课时少的矛盾，将所有知识点按不同的特点细化为三层：第一层为精华知识层，这一层次的知识是该课程最基础、最重要的知识，教师必须在课堂上精讲，才能让学生掌握清晰的基本概念和牢固的基本理论、基本技术，从而为整个课程的学习打下扎实的基本功。比如：光辐射的度量、光伏探测器的工作机理、激光器的原理与结构等都属于精华知识层的内容。第二层为拓展知识层，主要向学生介绍光电器件的应用及较新型的器件和技术，比如：色敏光伏器件、白光LED等。这一层次知识的讲解要以点带面，起到抛砖引玉的作用，引导学生在课堂上听了老师的讲解后，在课下就自己感兴趣的问题向更深或更广探索和学习。第三层为自主学习知识层，学生在学习了第一层的精华知识后，完全有能力在此基础上自学相关内容，既培养了学生自主学习的能力，又节约了课时，可谓事半功倍。比如学生在学习了光电二极管、硅光电池以后，就能依照类似的思路通过自学掌握PIN型光电二极管、雪崩光电二极管、光电三极管等器件的知识。

2.多种教学方法的应用

在“光电信息技术”课程的研究性教学中，教师根据具体的教学情境，灵活应用启发式、案例式、综合性课题研究、实验教学等多种教学方法来开展教学。根据研究性教学的需要，首先把学生分成若干个研究小组，5～6人一组，每组设立一名组长，负责研究小组活动过程中的组织与管理。课堂上问题的讨论、案例的分析、综合性课题研究等环节均以研究小组为单位进行。

（1）启发式教学。启发式教学贯穿于整个课堂讲授过程中，要求教师激情饱满，像带领着学生探索知识迷宫的向导一样，通过适时而巧妙的提问，启迪学生主动积极地思考、探究，在师生的共同努力下，知识的神秘面纱被一层层揭开。知识点在讲解时以一串环环相扣的问题为线索，当这一串问题都被解决后，知识点就成功地被学生掌握了。例如：在讲解辐射度量与光度量的关系时，先承上启下地提出问题“如何理解光度量是人眼所感受到的光辐射的强弱”，由此引出人眼的特点，然后问大家“黄灯与紫灯哪一盏看上去更亮些”，从而引出对人眼视觉特性的分析，并推导出辐射度量与光度量的定量关系，最后就学生感兴趣的教室照度是否达标提问“如何实现照度的检测”，以此引出辐射度量与光度量的定量关系的实际应用。学生在连续的好奇—思索—求解的过程中，学习兴趣提升，主观能动性被激发出来。

（2）案例教学法。案例教学法不是简单地给学生举例子，而是选取符合知识点应用要求的、贴近生活与技术发展的、学生感兴趣的案例，师生共同分析、讨论，从而提高学生的分析问题能力与知识应用能力。比如：在讲完光敏电阻在照明灯自动控制中的应用原理后，给出声、光、触摸三控照明灯的典型电路，学生以研究小组为单位先在课下查阅资料、分析并讨论整个电路的工作过程，一周后在课上各组派代表阐述本组的讨论结果，老师作补充和总结。相比以前老师直接给学生举例的教学方式，案例教学法激发了学生的学习热情，使学生成为学习的主人、课堂的主角，课堂气氛生动活泼。

（3）综合性课题研究。当学生掌握了光电信息技术理论基础、光—电信息的转换、电—光信息的转换这三部分知识以后，让学生进行综合性课题研究是锻炼学生综合应用能力的良好途径。考虑到测控技术与仪器专业本科生知识结构的特点，“光电信息技术”课程布置的综合性课题为：设计基于光辐射探测器和单片机的测控系统，画出系统结构框图，说明系统可实现的功能、系统工作原理及工作过程。要求学生以研究小组为单位进行设计，鼓励学生从日常生活或生产实际出发，展开奇思妙想，然后运用所学知识去实现。组长负责好组内分工，每位学生要有明确的任务，每次讨论要有清晰的记录，小组成员团结协作，共同完成设计任务。时间为2周，设计完成后各组上交设计报告，制作好PPT，在课堂上各组代表展示本组设计成果，小组间提问交流，老师对设计成果进行评价。学生设计出的测控系统，有的来源于学生实际参与的科研项目，如“换向器电机火花的微机测试系统”，有的源于学生的兴趣，如“基于色敏传感器的颜色识别系统”，还有的是学生从现实生活中产生的灵感，如“基于光伏探测器的调光玻璃控制系统”等。学生通过综合性课题研究，提高了利用所学知识解决实际问题的能力，激发了创造力，促进了学生间的交流与协作，加强了口头与书面表达能力，提升了学生的综合素质。

（4）实验教学。“光电信息技术”课程设置6学时实验，均为综合性实验。要求学生实验前复习与实验相关的理论知识，做好实验的预习，实验中多观察、多思考、多尝试，实验后就实验中的现象与问题展开讨论，并撰写实验报告。实验教学巩固和加强了学生对理论知识的理解，提高了学生动手实践的能力。

3.课程考核方法的改革

为与研究性教学相适应，课程的考核方式也要作相应的调整。原有的考核方式重点放在期末考试上，学生靠考前突击记忆也能取得不错的成绩。这种考核方式导致学生对平时学习不重视，知识掌握得不牢固。调整后的考核方式为：总成绩由期末考试成绩与平时成绩综合构成，加大平时成绩的比重。期末考试采用开卷方式，考题中增加考查学生综合应用能力的题目。平时成绩由学生在各个研究性教学环节的表现综合评定而成，主要包括综合性课题研究、案例分析、课堂讨论、实验、自学、作业、课上回答问题等方面。课程考核方法的改革改变了学生被动学习的局面，学生主动配合老师完成研究性教学的各个环节，逐步变接受式学习为研究性学习。

三、结束语

“光电信息技术”课程研究性教学的实践，对教师的教学和学生的学习都起到了极大的促进作用。教师从传统教学方式中的独角戏演员的角色，转变为类似导演的设计者、组织者。在研究性教学的设计与组织过程中，需要教师倾注热情、投入精力、发挥创造性思维，不断提高教师自身素质和教学水平。学生从以前的被动的知识接受者，转变为主动积极地获取与探究知识。学生学习兴趣大增，课堂气氛活跃，培养了学生的自主学习能力、对知识的综合应用能力、实践能力及团队合作能力，激发了学生的求知欲和创造欲，促进了学生身心的健康发展和综合素质的提高。通过研究性教学的实践，发现还有一些问题尚待解决。如：研究小组的活动大部分是在课下展开的，小组成果在课上只能派代表来展示，无法保证在每次研究小组活动中所有学生都积极投入其中。因此，如何建立研究小组活动的质量监督体系等问题，将在以后的教学中进行进一步的探索。

参考文献：

[1]杨永才,何国兴,马军山.光电信息技术[M].上海:东华大学出版社,2009.

[2]庞岚,欧阳建平.研究性教学的实施策略[J].理工高教研究,2009,28(4).

[3]李宏祥,姚利民,等.大学研究性教学内涵、特征和过程[J].湖南社会科学,2008,(5).

（责任责任：麻剑飞）