高校光电类专业实验教学方法改革初探

孙晓芸

[摘要] 本文结合21世纪高等院校对综合性、创新性人才培养的需求,根据光电类专业实验教学现状,提出了相对可操作性强、丰富实验教学内容,强化实验教学效果的课程改革方向,通过网络教学和多媒体手段激发学生实验学习积极性,充分发挥学生的主观能动性。

[关键词] 光电类专业实验 网络教学 实验仿真 立体化教材 教学软件

一、引言

在信息技术快速发展的今天,计算机辅助教学已经成为高等学校教学中不可缺少的手段。光电类专业实验设备精密,操作复杂,设备损坏率高,计算机辅助教学手段的应用表现得尤为重要。本文重点结合光电类专业实验教学的特点和实践情况,对其教学方法改革提出一些思路。

二、光电类专业实验教学方法改革的必要性

1.光电类专业实验教学现状分析

光电类专业实验教学根据实验侧重点不同,一般可分为三部分主要内容,基本器件和原理类实验、系统类实验和工程类实验。经过专业实验教学,要求学生能熟练掌握实验原理,并具备一定的实践操作能力。对于课堂教学,原理类实验现象直观,如基本光学透镜、基本光源LD和LED的学习等,教学效果良好,但因其思以验证性实验为主,思维空间小,不易引起学生的兴趣;光通信、光电检测等系统类实验学生兴趣明显增加,但对于课堂实验教学产生一定困难,系统化的实验模块并不能完全满足学生学习要求,课堂教学时间的有限性也成为学生兴趣发展的瓶颈;工程类实验在课堂上效果更为一般,工程中实际出现的具体问题在实验中无法体现,学生判断故障和解决问题的能力受到极大的限制。因此,专业实验教学方法的改革势在必行。

2.光电类实验设备使用现状分析

光电类实验教学设备多样化,其中包含大量基础光学设备、光调制设备、光传输设备等,光电类专业实验仪器精度高,操作和调节复杂,导致设备在经大量学生使用后,损坏率高居不下,特别是光学设备的硬损伤严重,给设备维护和维修成本带来困难。尝试通过实验教学方法改革提高实验设备生存率,降低实验成本迫在眉睫。

三、光电类专业实验教学方法改革的探索

为了配合21世纪高等院校对综合性、创新性人才培养的要求,加强理论与实践相结合,提高设备生存率,在传统实验课堂教学的基础上,配合计算机制作、网络管理和仿真技术,从以下几个方面对光电类专业实验教学方法进行探索。

1.计算机虚拟实验的制作

传统的课件主要制作方式以PPT为主,将实验内容、目的、步骤以文字和图片为主要形式表现出来。计算机虚拟实验是指通过计算机把实验设备、教学内容,教师指导和学生的操作有机结合在一起,以具有很好的交互性和真实感来代替真实的实验。实验全程可视且可交互,学生可以根据自己的学习情况自主选择学习的模块,仿真课件中可包括实验原理介绍、实验仪器仿真、实验步骤仿真、实验全真模拟、实验应用学习等模块,制作手段主要为3DMAX和FLASH,使用3D全真模拟实验器材,并配合动画、语音等强调器材使用的注意事项,使用FLASH制作动画效果,模拟实验操作步骤及现象,最终使用MATLAB程序处理实验数据,虚拟实验系统完整,突破了学生实验预习和复习纸上谈兵的现状,动画和语音强调设备的注意事项极大的降低了学生误操作的概率,从而提升了设备生存率。

虚拟实验制作的完善性是教学改革的重点,是网络教学平台的核心,也是立体化教材的出色点,要求教师在深入了解设备,熟练操作的基础上将知识通过动画行式表现出来,传达给学生。

2.加强网络实验教学平台建设,注重网络测评教学效果

虚拟现实技术与互联网技术的有机结合使实验教学突破了空间和时间的限制,实验网络平台的建设成为高校实验教学发展的重要内容。网络教学平台可包括:教学文档、虚拟实验平台、教师答疑系统、实验交流系统、网络教学效果测评系统、实验报告提交和批改系统、实验开放预约等。

教学文档和虚拟实验平台作为系统的基础,要求学生在实验前认真学习相关理论知识,掌握设备操作注意事项,重点在于学习的效果必须进行测评,通过后方能上网进行课堂教学预约,以保证学生预习的效果达到实验的基本要求,预习效果测评制度有利于学生掌握实验原理,在课堂实验中减少误操作。课堂实验教学结束后,学生仍可回网络教学平台参加实验交流和报告提交,教师根据留言随时解答疑问,对于有意向深入研究的学生可以开放预约,这样的虚拟与真实交叉的实验教学环境,既满足了学生多方位多层次的学习需求,也减轻了实验教师的设备维护负担。

3.立体化教材的全面使用

传统教材以实验目的、实验设备、实验原理、实验步骤和习题为主要思路,主要形式为纸质印刷,学习根据阅读理解和想象实验步骤。

立体化教材将配合网络实验平台建设,以纸质课本为基础,还包括与之配套的电子教案、多媒体课件与仿真软件、课程网站等,真正实现学生多层次多角度自由时间的学习。立体化教材容易激发学生的实验兴趣,“实验目的”、“实验原理”、“实验要求”等多个“工具”的可视与可交互更注重培养学生实验操作能力和分析能力,实现“学生易学、教师易教”。

立体化教材更容易切合学生认知特点,使学生在虚拟操作过程中根据细致的讲解充分理解理论相关要点,在实验结果分析过程中采用启发式教学分析实验数据。

4.先进系统仿真软件的使用

系统仿真软件主要用于工程化实验教学,多类参数的设置可以模拟现实系统中出现的问题。例如,建立一个光纤通信系统,实验室中因条件有限只能进行短距离传输,而工程中往往需要解决长距离传输的损耗测试及分析,系统仿真软件通过光纤长度参数的设置即可实现功能。在高校实验经费紧张,工程类设备和实验条件无法满足时,学生可以通过计算机技术对工程中出现的问题进行相应的仿真与分析,先进的系统仿真软件不仅在一定程度上满足学生的实验需求,其应用也成为学生掌握的基本技能之一,为学生毕业后进入相关领域工作和进一步深造打下良好的基础。

对传统光电类实验教学方法的改革,使得实验教学形式不仅限于课堂教学,教学时间不仅限于学校教务处安排的时间,打破了传统封闭教学的模式。通过网络教学平台的学习,虚拟实验的操作,立体化教材的使用,系统仿真软件的模拟可以实现学生全方位、多层次的实验要求。由于网络教学具有的时效性、共享性、交互性和个别化等特点,在发挥教师主导作用的同时,激发学生自主学习的积极性,使学生成为实验学习的主体。虚拟与真实实验环境的交叉也在一定程度上降低了设备损耗,延长了设备的使用时间,降低了维护的时间和经费。

参考文献:

[1]杨强,金贞姬.构建我校大学物理虚拟实验网络教学平台的研究[J].长春大学学报,2007,(8):87-88.

[2]胡沛江.浅谈网络教学.科教兴市,2006,(11):90-91.