鐘敏 程科 陳鋒 肖朝

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)的《光電檢測(cè)技術(shù)》課程教學(xué)模式無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)工程人才的現(xiàn)狀，文章在該門(mén)課程的教學(xué)中引入了CDIO工程教育理念。以設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與工程項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、執(zhí)行和運(yùn)作等每一環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量工程技術(shù)人才的培養(yǎng)和社會(huì)需求有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：工程教育;光電檢測(cè)技術(shù);教學(xué)改革;實(shí)踐能力

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）40-0091-03

一、引言

繼《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》之后，教育部于2012年3月16日頒發(fā)了《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見(jiàn)》（教高〔2012〕4號(hào)）。二者均對(duì)提升人才培養(yǎng)水平、增強(qiáng)科學(xué)研究能力、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、推進(jìn)文化傳承創(chuàng)新以及全面提高高等教育質(zhì)量等提出了要求。該意見(jiàn)明確規(guī)定，本科教育要?jiǎng)?chuàng)造條件，優(yōu)化學(xué)科專(zhuān)業(yè)和人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才，實(shí)現(xiàn)我國(guó)高等教育的可持續(xù)發(fā)展[1]。在黨的十九大報(bào)告中，習(xí)近平同志指出：創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐。為此，將培養(yǎng)目標(biāo)定位于提高應(yīng)用型人才的創(chuàng)新能力上，為達(dá)到該目標(biāo)和要求，將先進(jìn)的CDIO工程教育理念[2]引入到教學(xué)工作中來(lái)，以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)具有高質(zhì)量工程技術(shù)人才，培養(yǎng)滿足社會(huì)多樣性需求的工程應(yīng)用型人才，提升國(guó)家的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和綜合實(shí)力。

本科教育在培養(yǎng)適量基礎(chǔ)型人才、學(xué)術(shù)型人才的同時(shí)，著力培養(yǎng)多規(guī)格、多樣化的工程應(yīng)用型人才[3]。工程應(yīng)用型人才不僅具有寬厚的基礎(chǔ)理論知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)、工程創(chuàng)新意識(shí)[4]和實(shí)踐操作能力，同時(shí)還具有個(gè)人自主學(xué)習(xí)能力和工程系統(tǒng)能力、人際團(tuán)隊(duì)溝通與協(xié)作能力。CDIO工程教育模式是培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才最先進(jìn)的國(guó)際工程教育模式，體現(xiàn)了系統(tǒng)性、科學(xué)性和先進(jìn)性的統(tǒng)一，代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展趨勢(shì)。CDIO的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來(lái)工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實(shí)施以及檢驗(yàn)測(cè)評(píng)的標(biāo)準(zhǔn)。該理念最早由麻省理工學(xué)院、美國(guó)工程院以及瑞典皇家工程院等4所大學(xué)經(jīng)過(guò)4年的不懈努力和探索研究創(chuàng)立而成。其中，CDIO分別代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），包括了三個(gè)核心文件：1個(gè)愿景、1個(gè)大綱和12條標(biāo)準(zhǔn)。努力打造并建立集產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)行（CDIO）整體過(guò)程為一體的工程教育。目前已有包括斯坦福大學(xué)、悉尼大學(xué)、阿斯頓大學(xué)、利茲大學(xué)等幾十所世界著名大學(xué)加入了CDIO組織，按CDIO模式培養(yǎng)的學(xué)生深受社會(huì)與企業(yè)的歡迎。汕頭大學(xué)于2006年成為CDIO國(guó)際組織在中國(guó)的第一個(gè)會(huì)員單位，此后，北京交通大學(xué)、成都信息工程大學(xué)、清華大學(xué)、燕山大學(xué)以及安徽建筑大學(xué)也相繼成了會(huì)員單位。

二、《光電檢測(cè)技術(shù)》課程教學(xué)現(xiàn)狀

我校開(kāi)設(shè)的《光電檢測(cè)技術(shù)》[5]課程結(jié)合了電子技術(shù)和光學(xué)技術(shù)，是一門(mén)多學(xué)科交叉綜合性較強(qiáng)的課程，主要研究各類(lèi)光電器件的組成、工作原理、特性參數(shù)及光電轉(zhuǎn)換的基本電路和實(shí)際應(yīng)用[6]。光電檢測(cè)技術(shù)具有比傳統(tǒng)純電子測(cè)量技術(shù)檢測(cè)精度更高、檢測(cè)速度快、非接觸、實(shí)時(shí)在線以及自動(dòng)化程度更好的特點(diǎn)。因而該技術(shù)在工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)以及軍事等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。《光電檢測(cè)技術(shù)》的課程教學(xué)對(duì)于銜接先前的工程光學(xué)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及信息光學(xué)等課程內(nèi)容以及拓展知識(shí)的綜合運(yùn)用具有非常重要的意義。該課程是眾多高等工科院校的光電信息科學(xué)與工程、光學(xué)工程以及測(cè)控技術(shù)與儀器等專(zhuān)業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)教育課程，同時(shí)也是許多本科理工科專(zhuān)業(yè)的必修課程，因而《光電檢測(cè)技術(shù)》的課程教學(xué)和研究越來(lái)越受到高等院校和科研機(jī)構(gòu)的重視。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的“光電檢測(cè)技術(shù)”在教學(xué)過(guò)程中越來(lái)越顯現(xiàn)出諸多弊端，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，課程教學(xué)重點(diǎn)不突出。光電檢測(cè)技術(shù)是多學(xué)科的交叉，其教學(xué)內(nèi)容多，知識(shí)面很廣，包括光學(xué)、光譜學(xué)、光電子學(xué)、電子學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)以及計(jì)算機(jī)等學(xué)科內(nèi)容，并且學(xué)習(xí)時(shí)間有限，如果在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)同時(shí)達(dá)到學(xué)科的廣度和內(nèi)容的深度，教學(xué)內(nèi)容做到面面俱到，是具有一定的挑戰(zhàn)和難度的。重點(diǎn)不突出很容易讓學(xué)生感覺(jué)更加困惑，喪失學(xué)習(xí)主動(dòng)性，影響教學(xué)效果。

第二，光電檢測(cè)技術(shù)本身理論性偏強(qiáng)，涉及的知識(shí)面廣，原理性內(nèi)容多而零散。從光源到光電檢測(cè)器件，都是從內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)開(kāi)始分析，然后到不同種類(lèi)的區(qū)別，最后到不同場(chǎng)合的應(yīng)用。例如半導(dǎo)體理論中的能帶、載流子和PN結(jié);光電檢測(cè)器件中不同元器件的原理與結(jié)構(gòu)，包括光電導(dǎo)器件、光生伏特器件、光電發(fā)射器件、熱輻射探測(cè)器件、熱釋電器件、光耦合器件以及圖像傳感器等。其內(nèi)容較為抽象，學(xué)生理解和記憶起來(lái)很有難度。

第三，教學(xué)中仍然采取灌輸式的講授法。《光電檢測(cè)技術(shù)》課程的應(yīng)用性較強(qiáng)，過(guò)分濫用講授教學(xué)，容易讓學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和已有知識(shí)的儲(chǔ)備無(wú)法與課堂上所講授的知識(shí)進(jìn)行良好銜接，知識(shí)的脫節(jié)會(huì)導(dǎo)致學(xué)生主體性缺失，處于被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，限制了學(xué)生的積極性和主觀能動(dòng)性，不利于學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的發(fā)展，同時(shí)也不符合現(xiàn)代教育的目標(biāo)。

三、《光電檢測(cè)技術(shù)》課程教學(xué)改革

針對(duì)這一系列的問(wèn)題，迫切需要探索一條符合我校光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的新模式?；贑DIO工程教育理念，在教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生不斷地構(gòu)思和實(shí)踐，以學(xué)生為主體，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生掌握思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，使學(xué)生能牢固掌握以及充分理解其所學(xué)習(xí)的知識(shí)，提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)技巧，有助于提高教學(xué)質(zhì)量，更好地推動(dòng)卓越工程師的培養(yǎng)。

第一，理論教學(xué)內(nèi)容。首先，優(yōu)化課程內(nèi)容體系，注重因材施教。在課程的定位與優(yōu)化方面，注意理論、應(yīng)用和設(shè)計(jì)的平衡。對(duì)教材合理取舍并有所側(cè)重，對(duì)教材中的經(jīng)典理論和原理進(jìn)行保留，并突出重要內(nèi)容，精講重點(diǎn)知識(shí)，泛講拓展內(nèi)容;其次，因教材落后于光電檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，課本上的知識(shí)比較陳舊，與時(shí)代發(fā)展脫節(jié)，為使學(xué)生了解最新的、前沿的光電檢測(cè)技術(shù)，應(yīng)在授課內(nèi)容中及時(shí)補(bǔ)充一些新理論、新技術(shù)、新應(yīng)用和新成果;最后，對(duì)于教學(xué)內(nèi)容的講授，應(yīng)該抓住主線，逐步展開(kāi)。注意章節(jié)與章節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系，在教學(xué)內(nèi)容的安排上，采用先整體介紹，再部分詳細(xì)介紹，最后回到整體應(yīng)用分析的方式。

第二，課含實(shí)驗(yàn)。本著“強(qiáng)化動(dòng)手、突出創(chuàng)新”的原則，課含實(shí)驗(yàn)與教學(xué)內(nèi)容可同步進(jìn)行，這對(duì)消化課堂理論知識(shí)、加深基本概念的理解、打開(kāi)學(xué)生思路以及強(qiáng)化基本能力的訓(xùn)練有良好的促進(jìn)作用。課含實(shí)驗(yàn)的教學(xué)將采用獨(dú)立的研究形式，重在培養(yǎng)學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新意識(shí)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程有助于培養(yǎng)學(xué)生查閱資料、思考以及創(chuàng)新的能力，有助于熟悉科學(xué)研究的思路和方法?！豆怆姍z測(cè)技術(shù)》課程的教學(xué)中采用CDIO工程理念，以“設(shè)疑—設(shè)計(jì)—探索—分析”為教學(xué)方法，如圖1所示。以高錳酸鉀溶液的濃度檢測(cè)設(shè)計(jì)為題，讓學(xué)生分組進(jìn)行調(diào)研學(xué)習(xí)，思考檢測(cè)方法并給出設(shè)計(jì)方案;教師對(duì)每組設(shè)計(jì)方案逐一評(píng)價(jià)并指出方案中存在的不足以及考慮不周之處，學(xué)生根據(jù)老師的引導(dǎo)完善方案，給出最終設(shè)計(jì)框圖;在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生嘗試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果的反饋，不斷進(jìn)行反思和改進(jìn);將檢測(cè)結(jié)果和數(shù)據(jù)形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，各小組依次演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，講述主要的實(shí)驗(yàn)思路與實(shí)驗(yàn)方法，在老師指導(dǎo)下進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，各小組之間不同解決問(wèn)題的思路和方法將會(huì)拓展學(xué)生的思維，碰撞出新的想法，打開(kāi)新的思路。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，以學(xué)生為活動(dòng)主體，教師只是活動(dòng)的組織者和引導(dǎo)者，并適當(dāng)給予啟發(fā)式指導(dǎo)。這樣學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力才能得到實(shí)質(zhì)性的提高。

第三，教學(xué)方式?；贑DIO工程教育理念，結(jié)合教學(xué)平臺(tái)及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想，建立了一個(gè)教育模式，如圖2所示：

首先，在課堂上采用啟發(fā)式教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)思考的主動(dòng)性和積極性，結(jié)合學(xué)生的理解水平和興趣點(diǎn)講解重難點(diǎn)內(nèi)容，拋出問(wèn)題，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺(jué)性、積極性和創(chuàng)造性。根據(jù)學(xué)生的理解和吸收的知識(shí)點(diǎn)加以區(qū)分、拓展和延伸，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考和討論，培養(yǎng)學(xué)生的構(gòu)思（Conceive）和設(shè)計(jì)（Design）能力。除利用課堂上多媒體進(jìn)行教學(xué)之外，我校還建立了教學(xué)資源網(wǎng)站，充分完善了現(xiàn)代教學(xué)手段，總結(jié)每章節(jié)的重難點(diǎn)，收集光電檢測(cè)技術(shù)中難點(diǎn)知識(shí)的相關(guān)仿真和演示視頻，并將這些資料上傳到教學(xué)平臺(tái)，供學(xué)生下載學(xué)習(xí)，如此讓抽象的知識(shí)變?yōu)榱诵蜗蟮膭?dòng)畫(huà)，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，便于學(xué)生進(jìn)行理解記憶。同時(shí)，針對(duì)不易理解的知識(shí)點(diǎn)，要單獨(dú)提出，補(bǔ)充文本解釋?zhuān)⑴涮紫嚓P(guān)例題分析，更深層次地加深學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)的理解。其次，配套實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，給學(xué)生提供充分的自主發(fā)揮與自主鍛煉的空間，有效地提高了學(xué)生的個(gè)人自主學(xué)習(xí)能力和工程系統(tǒng)能力，同時(shí)還加強(qiáng)了學(xué)生的工程創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐操作、人際團(tuán)隊(duì)溝通與協(xié)作能力，落實(shí)了學(xué)生的實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）能力。最后，參照CDIO理念標(biāo)準(zhǔn)，建立更為科學(xué)和全面的評(píng)價(jià)體系，不僅考核學(xué)生課堂表現(xiàn)情況與課后作業(yè)完成的質(zhì)量，同時(shí)還兼顧實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握、創(chuàng)新思維以及團(tuán)隊(duì)溝通與協(xié)作情況等綜合表現(xiàn)。該評(píng)價(jià)體系還有效地促進(jìn)了教師進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)，完善了教學(xué)方法，提高了教學(xué)質(zhì)量。

四、《光電檢測(cè)技術(shù)》課程教學(xué)改革成效

《光電檢測(cè)技術(shù)》課程是我校光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)和電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課，該課程的教學(xué)改革提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和工程素質(zhì)，同時(shí)也促進(jìn)了理論教學(xué)。教學(xué)中選取了高錳酸鉀溶液的濃度作為課程中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一，結(jié)合本課程課堂已有的知識(shí)，以先修課程《模擬電子技術(shù)》、《脈沖與數(shù)字電路》為基礎(chǔ)，以小組為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作，最終完美地設(shè)計(jì)了電路板方案如圖3所示，建立了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖4所示，完成了高錳酸鉀溶液的濃度的測(cè)量。

五、結(jié)束語(yǔ)

基于CDIO工程教育理念對(duì)《光電檢測(cè)技術(shù)》課程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，同時(shí)針對(duì)問(wèn)題有的放矢，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整和補(bǔ)充，同時(shí)改變傳統(tǒng)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式，改變了以往重理論、輕實(shí)踐，重專(zhuān)業(yè)知識(shí)、輕創(chuàng)新能力，重個(gè)人能力、輕團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)模式。成功地將《光電檢測(cè)技術(shù)》這門(mén)課程進(jìn)行了工程教育改革，其實(shí)踐結(jié)果也取得了良好的效果，加深了學(xué)生對(duì)課程理論的理解和掌握，提升了學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，加強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力，提高了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

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