光电检测技术和系统实验教学的改革,本文是检测技术大学毕业论文范文与实验教学和系统实验教学和光电检测技术有关毕业论文格式模板范文.
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摘 要：为能培养出适应新时展要求的综合性、创新型人才,使学生能具备科研和技术开发的相关技能,本文通过对天津大学“光电检测技术与系统”课程现有实验教学模式的研究,结合“光电检测技术与系统”对实验教学的基本要求,对该课程的实验教学内容、教学方法、考核方式等方面进行了初步的改革探索,并提出了科研式实验教学模式的实验教学改革思路.
关键词：光电检测技术；实验教学；教学改革；科研式
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）04-0259-04
光电信息技术是以物理学为基础,光学为核心,融合了电子技术、计算机技术的一个新型高技术交叉学科,它的特点是：理工复合、注重基础、应用面广、实践性强[1].从应用层面看,“光电检测技术与系统”是光电信息技术的一个重要分支,因其检测具有高精度、非接触、实时在线、高速、全自动等特点,在工业、农业、商业、军事及日常生活中都有着广泛的应用,是当今科学研究与应用的热点.我校自2000年开设“光电检测技术与系统”[2]课程,即定位其为信息工程（光电子方向）本科专业的核心课程,旨在培养学生在光电检测领域的理论和实践能力.实验是“光电检测技术与系统”课程重要的教学环节,是学生从实践中验证理论及加强动手能力的一个重要过程,也是学生进行创新性思维训练的重要途径.通过做实验不但能加深学生对课堂所授理论知识的理解,而且还能激发学生对未知理论知识的学习.因此,制定和实现一套科学合理的实验教学方案意义重大.
一、实验教学的现状及存在的问题
目前本课程开设的实验主要有：反射式间隙衍射测量、纵向分离间隙衍射测量、微孔直径的衍射测量、透镜的傅里叶变换性质及常用函数与图形的光学频谱分析、4f光学系统傅里叶变换及逆傅里叶变换系统、基于迈克尔逊干涉光路的微形变测量.本课程实验方面突出问题表现在：
1.实验课教学内容目前大部分还是原“计量光学仪器技术”课程所对应的实验.实验内容的落后,一方面是由于之前经费不足,未能将原有“计量光学仪器技术”实验更新成“光电检测技术与系统”实验；另一方面是没有从科研角度进行实验开设探索,实验内容多以验证性实验为主,缺乏创新性设计实验内容,特别是不能为学生就业提供一些帮助的应用型实验,导致实验教学内容不能与时俱进,贴近科技前沿与最新应用.
2.在实验教学方法方面,仍然是课前老师给学生提供详细的实验讲义,实验前再由老师对实验内容、实验原理、仪器使用及实验步骤等进行全面的讲解,学生只要按照实验指导书一步一步地操作,不需要对实验原理有太多思考即可完成实验.这种灌输式的理论讲授法,导致学生处于被动的学习状态,限制了学生的积极性和主观能动性,不利于学生创新能力的发展.
3.在实验教学考核方面,目前考核方式比较单一,主要根据学生完成实验报告的情况来评分,不能全面反映学生的实验操作及创新能力,而且实验报告雷同现象严重,更加难以区分学生实验操作能力和创新能力的高低.
4.由于实验课的课时安排限制,对学生的实验时间限制比较苛刻,实验必须在规定时间内完成,而且每个实验台有3-5个学生,学生实际动手操作的时间较短,导致学生基本实验技能的训练不够充分.
针对上述问题,本文通过对本课程现有实验教学模式的研究,结合本校的教学及实验条件,初步探讨了本课程实验教学的改革方法.
二、实验教学的改进措施
“光电检测技术与系统”是一门实践性很强的课程,学生不但要在理论上掌握物理光学、应用光学、信息光学、光纤光学等相关课程所涉及的基本原理,还要具备一定的电路分析及设计能力.所以本课程所开设的实验是以传统光学实验为基础的应用性更强的光电实验,目的是使学生能够具备运用现有的理论知识和实验技能去独立研究光电检测课题的能力.
教育部在国家级实验教学示范中心建设中明确要求：“在实验教学理念与改革思路方面,要坚持以人为本,促进学生知识、能力、素质协调发展,重视实验教学,建立健全相关政策和配套措施,不断进行实验教学改革,把实验教学从理论课教学中独立出来,统筹协调理论教学与实验教学”[3].由此可见实验教学在学生教育过程中的重要地位.在“以学生为主体,教师为引导,提高学生科技创新素质和实践能力,培养创新型人才”的实验教学改革目标的指导下[4],本文提出了以下几点实验教学改革的方法.
1.科研式实验内容和实验方法的创新.在教育部2007年的文件中指出：“创造条件,组织学生积极开展社会调查、社会实践活动,参与科学研究,进行创新性实验和实践,提升大学生创新精神和创新能力”[5].
积极探索体现科研特点的综合型实验和设计型实验.综合型实验可以开阔学生思路,使学生对其所学的光电检测原理和方法有更全面的认识,提高学生综合分析和运用知识的能力；设计型实验可以培养学生独立思考和解决问题的能力.
将本科教学与教师科研相结合,积极鼓励教师开展教学仪器的开发,并集思广益,根据现有设备进行实验项目的设计与改进,更新实验设备[6].把部分科研成果转化成教学实验,引导学生向科研式实验教学模式转变,便于学生了解光电检测技术的前沿,培养创新意识,提高学生的研究能力和工程实践能力.这需要积极筹集经费改造光电信息检测、光电干涉检测等教学实验设备,完善“光电检测技术与系统”的实验条件,配合科研式实验教学发展的需要.
科研式实验教学,要求学生在实验前了解该实验的科研背景与用途等,结合相关的理论知识,通过自己的独立思考拟出实验方法及步骤,不只是按照实验指导书上的操作步骤机械式的做实验,这样的实验教学方法能最大限度地激发学生的主观能动性,培养了学生独立思考和解决问题的能力,提高了学生的科学素质和创新能力；能使合所学理论知识,紧跟当前科技发展前沿,在一定程度上掌握科学研究方法.
本课程积极进行实验创新,体现出科研式实验教学的特点.更新了实验装置,如专门设计的衍射实验装置,学生可在常规衍射测量的基础上,自行调整零部件和设计参数,完成分离间隙衍射和反射衍射测量,使学生对所学的光电检测原理和方法有更全面的认识,提高学生独立思考、综合分析和运用知识的能力,使教学、实验融为一体.
2.实验室增设开放性实验.为了更好地配合本文提出的科研式实验教学模式,在传统实验教学内容的基础上增设开放性实验势在必行.所谓开放,是指在学生的实验时间、实验内容及实验设备方面的开放[7].学生可以自由选择老师给定的一些实验题目,也可以根据实验室现有的仪器设备自行拟定实验项目,独立设计实验方案,完成实验.在开放性实验中学生主导整个实验过程,充当一个科研人员的角色,教师只负责引导和答疑.上文提到的设计型实验就是开放性实验的一种.
科研式实验教学模式下的开放性实验,不仅解决了传统实验中学生实验时间受限的问题,而且实现了从以教师为中心向学生为中心的实验教学观念的转化,学生在实验被动为主动,自己提出问题、分析问题、解决问题,从根本上提高了学生的综合能力、创造性思维能力和综合素质.
本课程除实验课程要求的实验外,还安排学生做“光电检测技术与系统”科研学术报告,要求学生深入了解国内外与“光电检测技术”相关的课题,其中包括其面向的应用对象、工作原理、关键技术和改进方向等.鼓励学生结合国家级、校级大学生创新创业训练计划项目、结合学院科研项目、结合所在实验室的研究项目进行.在锻炼学生科研能力的同时,延拓了课程内容,缩短了教学与科研实践的距离.对于有兴趣有余力的学生可以在老师的带领下,以实验的方式更好地理解自己所选课题,激发学生的科研兴趣,加深对理论知识的理解.
3.实现实验教学的信息化.随着现代教育技术的发展及互联网的普遍,教学信息的实时性显得尤为重要,尤其对于日新月异的科技类课程,建立起教师与学生沟通的网络互动平台必不可少.该平台不仅能方便学生随时随地的了解实验课程的更新及安排,而且还能方便学生观看教学视频或下载相关实验资料进行自习.
采用科研式实验教学,虽然学生能较自由地完成实验课程,但是必然会加重老师的负担,建立起网络互动平台不仅能给学生实验前的预习提供了资料,还能方便师生之间交流,无形中减轻了老师的工作量.学生还能对实验内容或实验方法提出自己的见解,与老师共同完善实验教学内容.
本课程可以依托本校提供的师生交流平台
“E-Learning”来建立起“光电检测与系统”实验板块,使得实验教学手段更加多样化,更具有实时性.
4.开设软件仿真实验.仿真实验教学是以计算机为平台,通过软件或编程实现某实验过程,不受时间及地域控制,方便且成本低.计算机的大量普及使得开设软件仿真实验成为了可能.实际的实验可以锻炼学生的实践能力及加深理论知识的理解,模拟实验也可以促进学生对理论知识的进一步掌握,若想在模拟实验中得到正确的结果,理论编程部分不能有一点差错,所以学生通过课下进行模拟实验,同样能达到加深理论学习的目的.
本课程在教学过程中也开展了软件仿真实验,针对课程第六章“光电干涉检测技术与系统”理论性强、公式较多且相似、学生不容易理解及掌握的问题,结合该章的重点及难点“部分相干理论”,老师让学生课下使用MATLAB软件在计算机上模拟得到两束高斯线型的宽带光相干叠加后的图样.学生课下都积极学习了“光干涉的基本理论”及“部分相干理论”,并且能正确使用相关公式编程得到正确的模拟结果,取得了良好的教学效果.
5.实验教学考核的多样化.为了避免传统实验模式中实验报告评分的不全面性,结合科研式实验教学的特点,对个实验过程进行评分,使评价更具有客观性.评分具体分为预习报告评分、实验操作评分及实验报告评分,实行百分制,依次所占比例为20%、40%、40%.
预习报告要求学生根据自己所选的开放性实验项目,调查应用背景,描述关键的实验原理,自拟实验步骤,并提出自己遇到的问题.
实验操作则由老师根据观察学生实验操作规范程度及操作步骤,包括最后得到的实验结果是否规范,来给出相应分数.
实验报告则主要根据学生对实验数据的整理、分析及结果的正确性,以及能否体现出创新能力给出相应分数.
6.增设展示性实验.由于光电实验相比其他实验具有一定的特殊性,某些复杂的实验对实验环境及操作要求极高,不适合开设学生实验,但为了能让学生不仅仅将某些实验的理解停留在课本上,所以实验室应该增设展示性实验.学生见到实际的实验装置必定比书本上更加形象生动,能激发学生的学习兴趣,老师可以一边展示实验一边向学生介绍其工作原理及应用场合,加深学生对相应原理的理解.
积极增设展示性实验,针对课程第六章“光电干涉检测技术与系统”的应用在实验课程中的短缺及此部分内容理论性强的特点,给学生展示了光纤迈克尔逊白光干涉实验,使学生直观地从示波器上看到干涉强度条纹,与自己计算机模拟的结果相一致,进一步加深了学生对本章知识的理解.利用光电信息技术教育部重点实验室的有利条件,组织学生参观与教学密切相关的实际开展的前沿科研项目,给学生以更直接的感触[8].
三、改革问卷调查
基于上述实验教学改革的思路和内容,我们于2011年和2014年相继开展了天津大学校级教改项目“以科研为主线的教学方法在‘光电检测技术与系统’中的实施”和“‘光电检测技术与系统’科研案例式教学”.为了了解学生对“光电检测技术与系统”实验课程教学改革的切实感受,于2011年至2014年,逐年在天津大学光电信息工程专业和光电子技术科学专业中,采用书面不记名问卷的形式,对学生进行了比较深入的问卷调查.其中,“实验课程是否弥补了教材内容的相对滞后,教学与实践相结合”、“科研式的课程综合训练对课程知识的掌握是否有明显促进作用”这两个实验相关问题的调查结果如表1所示.
从表1中可以看出,学生对上述两方面的认可度呈逐年上升的趋势.这说明经过本文科研式实验教学模式的教学改革,实验的教学内容、教学方法、考核方式等方面得到了逐步的优化和改进.总体看来,科研式实验教学模式在“光电检测技术与系统”实验课程中取得了良好的教学效果,并且得到了学生的认可.本课程实验采用的科研式实验教学方法是贴合专业培养目标和社会需求的,对于学生的长远发展具有积极的作用.
四、结束语
实验教学是提高学生动手能力,培养学生创新精神和科研能力的重要手段.笔者根据“光电检测技术与系统”实验课的特点及存在的问题,以科研为导向,从实验内容、实验方法、实验考核等多个方面进行了实验教学模式的探索和实践,取得了良好的教学效果.在今后“光电检测技术与系统”实验教学过程中,要始终以“培养独立创新精神,全面提高综和素质”为目标,进一步突出以科研为中心、实验教学与理论教学相结合的教学方法,不断提高学生的学习积极性、创造性及主观能动性,才能达到培养光电类高素质人才的目的.实验教学改革是一个循序渐进的过程,通过不断的实践和完善本文提出的科研式实验教学模式,日后将能够得到良好的教学效果.
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