熊鐵軍+酈文忠+黃凱

摘要：“光電系統(tǒng)創(chuàng)新設計實驗”課是應用物理學專業(yè)一門綜合性與應用性較強的實驗課程。本文結(jié)合社會發(fā)展需求和教學實踐，針對光電系統(tǒng)創(chuàng)新設計實驗課程的特點，提出采用理論與實踐相結(jié)合。通過光電基礎實驗、方案設計和實物制作深化創(chuàng)新設計的方法，結(jié)合作品建立多元考核制度等方式構建新的光電系統(tǒng)創(chuàng)新設計實驗教學模式。

關鍵詞：光電系統(tǒng)；創(chuàng)新設計；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）34-0270-02

一、引言

在知識經(jīng)濟下社會對創(chuàng)新應用型人才的迫切需求，工科高校應著重于提高大學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新實踐能力，主動適應社會對人才的需求，重點培養(yǎng)大學生創(chuàng)造性地學習能力和創(chuàng)新思維的方法，讓大學生在實踐中質(zhì)疑、探索、求新求變、追求創(chuàng)新、追求卓越、善于批判和探究，善于發(fā)明和創(chuàng)新，把大學生創(chuàng)新、創(chuàng)造能力的提升放在一個重要的位置[1]。光電創(chuàng)新設計實驗是應用物理學專業(yè)學生重要的綜合性和應用性實踐課，也是學生的必修課。

二、注重理論基礎與知識儲備

光電系統(tǒng)創(chuàng)新設計實驗課程是繼《大學物理》、《半導體物理》、《半導體器件》、《數(shù)字電路基礎》等課程后的高層次的必修專業(yè)基礎實驗課程，是在學生入學后學習專業(yè)基礎課的同時進行的一個理論聯(lián)系實際的實踐性教學環(huán)節(jié)。本實踐課程側(cè)重于對學生基本知識和基本技能的訓練，強調(diào)的是有較強的應用能力和動手能力，為今后實際工作奠定基礎。為了達到預期效果，順利進行光電系統(tǒng)創(chuàng)新設計實驗課程需對之前所學基礎知識和理論進行復習和鞏固，并啟發(fā)學生的自主學習能動性，提高學生自學能力。為了達到好的實驗課堂效果必須提前利用PPT總結(jié)、歸納知識重點和要點，給學生有較強的知識回顧映像。鼓勵學生查閱相關專業(yè)期刊，上網(wǎng)搜索相應信息，了解光電的最新發(fā)展動態(tài)。

三、結(jié)合理論完成實驗訓練

通過對傳感器和相應電路實驗的了解、掌握，為后續(xù)的光電系統(tǒng)電路方案的編寫、電路的設計奠定應用理論基礎。本課程的實訓內(nèi)容為利用光敏電阻的光控燈實驗（2學時）、利用紅外發(fā)射接收二極管的紅外遙控實驗和紅外轉(zhuǎn)速計實驗（4學時）、利用鉑熱電阻的數(shù)字溫度計實驗（2學時）。光控燈實驗目的是了解和掌握光敏電阻特性，利用光敏電阻控制燈應用原理和電路原理，尤其是電路負載的控制方法。紅外遙控實驗和紅外轉(zhuǎn)速計實驗目的是了解和掌握紅外發(fā)射接收二極管的特性，其應用電路原理和特性，尤其是了解掌握紅外遙控電路設計方法和要點，如編碼和解碼的原理方法；另外，紅外轉(zhuǎn)速計實驗中的單片機系統(tǒng)的硬件和軟件應用方法的了解和掌握，尤其是紅外信號的運算放大器處理方法和C語言定時運算的編程方法。數(shù)字溫度計實驗目的是了解和掌握溫度傳感器的基本特性、電路組成、工作原理，尤其是溫度信號的采集和信號的處理。

四、發(fā)揮潛能與創(chuàng)新設計

利用所學的理論和專業(yè)知識對特定的要求、條件和題目進行方案電路設計。為達到好的教學效果，在進行方案編寫和電路設計時師生應進行互動，學生可查閱相關資料，以老師為輔，學生為主，必要時老師可以進行提示。考慮到學生第一次做光電設計實驗，難度較大，課時有限，對理論與實際應用的生疏感，有待進一步多練習來消除。此外，電路的方案設計要求電路簡單經(jīng)濟、功能齊全、效果好、電路工作穩(wěn)定等特點。對于理論知識不足的學生，要求他們一開始就能設計出切實可行的設計方案和電路是不現(xiàn)實的，因此，指導老師要進行必要的提示或指引來解決，并對電路設計錯誤或不合理的原因進行分析。本課程的設計題目為利用光敏電阻實現(xiàn)220VAC燈光控制電路設計（4學時）、利用紅外發(fā)射接收二極管的光電計數(shù)報警電路設計（4學時）、利用熱敏電阻實現(xiàn)溫度范圍發(fā)光控制電路設計（4學時）。

五、結(jié)合設計方案進行實物制作

實驗進行中，老師要逐一檢查評價學生初步擬定的光電設計方案，設計電路，肯定合理部分，指出存在的問題。然后，學生開始選擇領取電子元件，結(jié)合電路進行焊接。焊接時以不超過3人為一組，經(jīng)過焊接檢驗自己設計方案的合理性、可操作性和完善性。在這一過程中，學生通常會遇到種種困難，暴露出自己的方案中存在的問題。這是正?，F(xiàn)象，因為任何科學實驗都要經(jīng)過多次反復，何況是學生。出現(xiàn)問題之后老師會結(jié)合學生普遍存在的問題進行指導性講解，允許并鼓勵學生改進、完善設計思路，擬出切實可行的完整設計電路，并在此基礎上正式開始焊接電路。（1）電路的焊接是對學生動手能力的鍛煉和培養(yǎng)，要求焊接時無假焊、無虛焊，焊點要均勻美觀，焊點不要太大或太小，電子元件按照電路設計原理圖順序布置。在放置電子元件時要注意元器件的極性和方向，要防止過多的連接線和交叉線，以防止電路出現(xiàn)短路現(xiàn)象發(fā)生。（2）電路的調(diào)試是電路制作的重要環(huán)節(jié)，通過調(diào)試能夠發(fā)現(xiàn)電路設計和制作中存在的各種問題。學生第一次進行這樣的電路調(diào)試應在老師的指導下進行，首先，將各單元電路與直流電源斷開，從輸入級開始逐一通電檢查，并將示波器接入，觀察示波器信號波形是否與理論設計曲線一致，若發(fā)現(xiàn)異常情況立即斷電檢查；其次，要了解和掌握各種電子測量儀器的正確使用，對于不會使用電子測量儀器的學生，指導老師要給予指導。最后，電路作品一定要調(diào)試成功，達到光電系統(tǒng)設計的正確結(jié)果。

六、結(jié)合作品建立多元化評分機制

老師應樹立正確的課程考核觀，將教學與考核過程緊密地聯(lián)系起來。把課程考核的目的定位在“以評促學，以評促教”，即一方面激發(fā)學生學習的興趣，引導學生積極主動地學習；另一方面檢查老師教學效果，督促老師改進教學工作，提高教學質(zhì)量[2]。電子實物作品制作的好壞體現(xiàn)了學生的動手能力、審美能力、邏輯思維能力、遇到問題的處理能力以及處理同學間關系的能力，結(jié)合作品建立多元化評分機制是對學生設計實驗綜合能力的考評、評價和認可。多元化評分機制就是注重學生個人能力的考評，實物制作是考核的重點部分，光電系統(tǒng)創(chuàng)新設計評分機制共分三個部分，第一部分是光電系統(tǒng)的方案設計和電路設計，它占設計實驗總分的30%，它的內(nèi)容包括實驗目的、設計要求、電路原理圖設計、電路參數(shù)的計算等方面；第二部分是光電系統(tǒng)的電路實物制作，它是對電路設計原理圖是否合理正確的檢驗，是電路變成實物的必然過程，它占設計實驗總分的40%，它的內(nèi)容包括電路實物元器件擺放布置是否合理正確、實物外觀是否美觀、電路調(diào)試是否一次調(diào)試成功、焊接是否正確等，若電路實物出現(xiàn)短路、元器件出現(xiàn)爆裂、單元電路無信號輸出等將酌情扣分處理；第三部分是光電系統(tǒng)創(chuàng)新設計的實驗報告，它占設計實驗總分的30%，設計實驗報告是設計實驗工作的全面總結(jié)，一份好的設計實驗報告應當是完整的，簡明扼要，突出重點，字跡工整，它的內(nèi)容包括摘要、前言、電路原理圖、電路的工作過程、電路實物焊接、電路調(diào)試和最后結(jié)果、附照片等。

七、結(jié)束語

隨著科技不斷發(fā)展和光電技術不斷推陳出新，光電技術已深入到生活、工作的各方面，并且光電技術是信息科學技術的基礎。結(jié)合光電系統(tǒng)創(chuàng)新設計實驗這門課程，教師只有提高學生的實際動手能力，在理論和實踐中不斷摸索創(chuàng)新，采用靈活多樣的教學方法，將新思想和新方法教給我們的學生，并盡可能激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新意識、知識全面、工作能力強的適應社會需求的人才。

參考文獻：

[1]陳中，理工科大學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的路徑探究，教育理論與實踐[J].2016，（15）.

[2]殷雄，普通本科院校課程多元化考核模式探析，中國成人教育[J].2016，（5）.