提高光电子学课堂教学效果的探索与实践
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摘要：光电子学是光子学与电子学相结合形成的一个交叉领域，是光信息科学与技术专业一门理论与实践并重的专业基础课。本文从课程的考核、教材选取、教学内容和课堂教学形式等方面对提高课堂教学效果进行了探讨，获得了较多的有益经验，取得了良好的教学效果。
关键词：光电子学；课堂教学；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）32-0157-02
光电子学是光子学与电子学相结合形成的一个交叉领域，是光信息科学与技术专业一门理论与实践并重的专业基础课，是后续专业课程学习和毕业后从事光电类研究和开发的重要基础。随着移动互联网、云计算、物联网、大数据和石墨烯等新兴产业的爆发式生长，电子信息产业的人才培养面临着新的挑战。为满足社会的发展需要，培养专业技术人才，各高校相关专业均开设了光电子学这门课程。在综合考虑整个专业课程设置的基础上，课程内容涵盖了光的传播、调制和探测的各个方面，从电磁理论和光与物质的相互作用理论出发，給出了基本原理、基础理论和基本规律。该课程内容一方面系统地体现光电子学的基础内容与全貌；另一方面在准确诠释基本概念、基本理论的同时，注重反映该领域的最新成果和发展方向。该课程包含两大理论体系：光电磁理论和光量子理论，需要系统介绍一系列基本概念、原理和理论，因此内容涵盖的知识面很广。课程讲授中过于偏重基础理论使教学枯燥无味，学生对具体的物理意义缺乏理解，学生课堂注意力易被转移，如他们会在课堂上无意识地浏览手机。因此，如何有效提高光电子学课堂教学效果，实现对学生知识、能力和核心素养方面的培养目标，是每一个高校教师必须面对和解决的问题。针对光电子学课程，为提高其课堂教学效果，在教学过程中通过以下几个方面展开教学改革。
一、课程的考核
光电子学课程的成绩分为平时成绩和期末考试两大部分，分别为30%和70%。平时成绩又分三个小部分：《光电子学相关知识拓展》小论文、学生出勤和作业。主要考核学生出勤、学习态度、资料查阅能力等总体表现，尤其是小论文的考核方式，能够让学生自由选择内容，从教材、图书馆、互联网中自主获取相关的知识，用自己的语言以论文的形式写出。为提高学生的出勤率，采取了一种比较严格的点名方式。在第一节课明确告诉学生：每一个同学允许请假三次而不扣平时成绩分的记录方式。但是三次过后，随机点名缺勤一次平时成绩扣10分，直到30分扣完。这种方式无形中增加了学生的主观能动性，遏制了学生随意缺课现象。通过几个学期的坚持发现，该课程的到堂率极高，几乎没有学生整个学期超过三次以上的旷课现象，保证了同学们听课的有效时间。这种综合考核方式能够客观反映出学生对光电子学的学习情况，而不是单纯地通过期末考试一概而论。
二、合理选用教材
依据教学大纲与课程内容，我们先期选用的教材是中国科技大学傅竹西教授编写的《固体光电子学》，该书从光的传输、耦合与调制、发射、接收、探测以及光信息处理等方面阐述了光电子学的基本原理和应用，但该教材内容深度和跨度较大，需要学生具备较深厚的知识基础，对于初学者学起来有一定困难。因此，在进一步调研的基础上，选用了浙江大学刘旭教授编著的《光电子学》作为教材，该书以光与电之间相互作用与相互转换为主线，将光波传输基本原理、激光原理与技术、半导体发光与光电器件、光信息的调制以及非线性光学几个部分整合出比较完整的光电子学的课程内容。该书论述条理清晰、语言简朴易懂、理论推导逻辑性强，同时又结合近年来光电子学的最新进展，增加了每章的扩充阅读内容，充分体现时代特征，用该教材教学收到了良好的教学效果。
三、教学内容紧跟时代，同时增强趣味性
光电子学的显著特点是知识更新快、新型交叉学科的不断涌现、器件性能不断提高和新型器件不断出现。为了体现课程的现代性和先进性，反映光电子领域最新的研究现状，国防科学技术大学教师姚琼在光电子学的研讨内容上，将光电子学新技术与最新发展成果引入课程教学，不仅使学生对光电子领域有更全面的了解，并激发学生深入研究的兴趣，为进入专业领域的研究和创新能力的培养奠定基础。因此，在课堂上同样使学生尽早接触到最新的研究现状及应用，使教学内容尽可能与国内名牌大学接轨。以光电子学中的第五章“激光器机理”为例，这部分内容传统讲法主要讲授激光产生的基本原理、振荡理论和激光输出特性等。现在基于目标导向，适当删减光产生的基本原理的理论推导，增加光纤激光器和量子阱激光器等先进激光器的前沿内容介绍；同时穿插武汉光谷与光电子学相关的高科技公司介绍。如武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司，是中国首家自主研发、生产和销售光纤激光器的高科技企业。让同学们对高功率光纤激光器已经成为工业激光加工领域的革命性换代产品有一个全新的认识，为他们未来继续深造或参加工作增强信心。课堂上为吸引学生兴趣，在教学内容里穿插相关的人文故事或者一些扩充知识，增强课堂的趣味性和延展性。例如，发光二极管的讲述，从“烽火戏诸侯”的火把引出LED灯，再到制备的GaN材料，然后把GaN的物理化学性质、连续可调的禁带宽度及LED的制作等联系起来讲述，同时涉及LED的相关产业及未来对世界固态照明的影响，以及将物理学家天野浩因该材料获得诺贝尔奖的故事添加进来。这类教学内容的增加，以知识性和趣味性提高学生的学习兴趣，避免单一知识的抽象性和枯燥性。另外，课堂内容适当添加一些相关的优秀硕博士毕业论文的前沿课题，紧扣教学内容，但又区别于课本，使学生对课堂内容有一个认知的延展性。当然，这些知识体系在讲述时力求安排详略得当，在扩充学生知识面的同时，使学生明白课堂上所学的知识与科学研究、工业生产及生活是紧密联系的，为他们未来的学习及就业提供新的选择。总之，针对教学内容所做的安排，力求最大化地在课堂上吸引学生，尽量消除学生对所学课程内容生涩难懂的感觉。
四、力求课堂教学形式、方法多样化，不拘一格
充分发挥现代化教学手段优势，在原有光电子学课件的基础上，重新制作、优化与教学内容、方法和学科发展相适应的多媒体课件，形象生动地将教学信息呈现出来，提高课堂教学效果。如姚琼研讨式教学方法在《光电子学》课程中的应用；为了缩短与国际著名大学同等课程的差距，郑继红等对光电子学课程采取了全英课程教学；万洪丹等采取师生同台授课、启发式教学、多样化考核等相结合的交互式教学方法，有效调动学生的学习兴趣，变被动学习为主动学习，提高课堂的教学效果，尤其是在教学体现形式上，结合多媒体技术进行教学，利用多媒体课件在表达上形象、直观、方便，在效率上和容量上充分发挥优势。总之，无论采用哪种教学形式和方法，力求在课堂上坚持以学生为中心，结合教学内容，能够行之有效地把知识传达给学生。因此，依据教学内容灵活多变地选择教学形式，方法多样化，不拘一格。
五、结论
通过上述分析可以发现，传统的光电子学教学形式已经不能够满足当前教学的实际要求，尤其在当前提高课堂效果是学科发展必然要求的背景下，传统光电子学教学形式已经显得相当落后。本文从课程的考核、教材选取、教学内容、课堂教学形式及体现方法等角度对光电子学教学进行针对性的完善和改革，充分培养学生的主观能动性，提高他们自主获取新知识的能力和团队合作精神，使他们真正实现学以致用，满足不同层次、不同领域的就业和升学要求。
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