《光電信息物理基礎(chǔ)》課程教學(xué)的研究與探索

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《光電信息物理根基》課程是光電信息科學(xué)與工程類專業(yè)核心的專業(yè)根基課程，涵蓋電磁理論、量子力學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體物理和固體光學(xué)等主干內(nèi)容。具有內(nèi)容廣，理論性強(qiáng)，教學(xué)難度大、模式單一等特點(diǎn)。針對(duì)這些特點(diǎn)，本文結(jié)合光電信息科學(xué)與工程專業(yè)課程創(chuàng)辦、教學(xué)要求和學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，初步探討提高《光電信息物理根基》課程教學(xué)質(zhì)量的方式方法。

光電信息物理課程探索教學(xué)

TN20-4A2095-3089（2022）34-0182-02

1引言

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)旨在培養(yǎng)符合光電行業(yè)進(jìn)展和企業(yè)需求的光電信息技術(shù)方面的高級(jí)專業(yè)人才[1]，雖然光電信息技術(shù)的應(yīng)用和進(jìn)展日新月異，但其與物理學(xué)和光學(xué)根基的深刻聯(lián)系卻始終密不成分?！豆怆娦畔⑽锢砀纷鳛楣怆娦畔⒖茖W(xué)與工程類專業(yè)最為核心的專業(yè)根基課，其主體內(nèi)容包括電磁理論、量子力學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體物理和固體光學(xué)。這些內(nèi)容剛好是光電信息技術(shù)進(jìn)展的重要理論根基[2]，所以對(duì)于該專業(yè)的學(xué)生來講，全面掌管好這門課是分外必要的。教學(xué)效果，作為最直接影響學(xué)識(shí)掌管程度的因素，在這個(gè)過程中就顯得尤為重要。為此，本文針對(duì)專業(yè)課程設(shè)置特點(diǎn)及整個(gè)教學(xué)過程存在的問題，對(duì)光電信息物理根基的課堂教學(xué)、課后交流及考核模式舉行初步的分析與探討。

2明確課堂教學(xué)難點(diǎn)，有的放矢地優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和調(diào)整教學(xué)方法

對(duì)于面向光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的這門《光電信息物理根基》課程來講，其課堂教學(xué)面臨較多的特定困難，下面分別闡述課堂教學(xué)的難點(diǎn)所在，并對(duì)應(yīng)給出課堂教學(xué)解決方案，做到有的放矢。

（1）學(xué)生數(shù)學(xué)物理根基薄弱，課堂教學(xué)應(yīng)融合講解前置學(xué)科學(xué)識(shí)點(diǎn)

南京郵電大學(xué)采用的教材為電子工業(yè)出版社沈?yàn)槊竦戎骶幍摹豆怆娦畔⑽锢砀罚ǖ?版），屬于普遍高等教導(dǎo)“十二五”規(guī)劃教材。該教材共分為三篇，依次是電磁理論、量子理論和固體光電根基，涉及的內(nèi)容廣，學(xué)識(shí)多，公式繁雜，學(xué)科交錯(cuò)性強(qiáng)，需要學(xué)生具有扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理及數(shù)學(xué)物理方法等前置學(xué)科的根基學(xué)識(shí)。該門課程的授課對(duì)象為光電信息科學(xué)與工程專業(yè)本科二年級(jí)學(xué)生，雖然在大一，學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)過高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理等根基課程，但普遍反映這兩門課程根基較差。這就導(dǎo)致課程教學(xué)難度大大增加，更加是在需要大量的微積分背景學(xué)識(shí)的量子理論片面。假設(shè)不考慮這些特殊問題，而按照原有教學(xué)模式純粹地講授該教材內(nèi)容，授課效果及學(xué)生理解程度必定不盡人意。學(xué)生在聽課過程中，也會(huì)感到頭緒繁多，理解困難，輕易產(chǎn)生畏學(xué)厭學(xué)心緒。因此在實(shí)際的教學(xué)過程中，在一些重要的公式推導(dǎo)及物理意義的講解過程中，需以回想的形式將微積分、三角變換、大學(xué)物理的相關(guān)學(xué)識(shí)融合貫穿進(jìn)去，制止學(xué)生理解發(fā)生斷片，熟悉產(chǎn)生騰躍，以及解題時(shí)只停留在公式的書寫記憶上。

（2）教材供給內(nèi)容多范圍廣，課堂授課內(nèi)容應(yīng)作明確調(diào)整與優(yōu)化

從內(nèi)容來看，這門課程涵蓋了電磁場(chǎng)理論、量子力學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體物理和固體光學(xué)這五個(gè)片面的內(nèi)容，實(shí)際上，每個(gè)片面均可作為一門獨(dú)立的主干課程來設(shè)立，其授課量可想而知。要在有限的授課時(shí)間內(nèi)（56學(xué)時(shí)）使學(xué)生較好地掌管這幾大片面的根本概念和根基理論，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維和實(shí)際應(yīng)用才能，務(wù)必根據(jù)這幾片面內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系及學(xué)生的采納才能，精選適合的教學(xué)內(nèi)容及授課依次。該教材整體的編排及內(nèi)容的設(shè)置都是合理的，前面的章節(jié)均為后面章節(jié)的前置“學(xué)科”。如量子力學(xué)是固體物理、半導(dǎo)體物理及固體光學(xué)的前置學(xué)科，固體物理又是半導(dǎo)體物理和固體光學(xué)的前置學(xué)科。但是在授課過程中，我們會(huì)對(duì)片面小節(jié)內(nèi)容作相應(yīng)調(diào)整，列舉其中一個(gè)小例子，量子理論中的“簡(jiǎn)并”，教材是在第4節(jié)“氫原子的量子力學(xué)描述”中才第一次解釋“簡(jiǎn)并”概念及相關(guān)學(xué)識(shí)點(diǎn)，其實(shí)在講第2節(jié)“力學(xué)量算符”，更加是厄米算符的正交歸一本征函數(shù)組的時(shí)候，“簡(jiǎn)并”就理應(yīng)是一個(gè)核心的前置學(xué)識(shí)點(diǎn)。

除了授課依次的調(diào)整，基于專業(yè)特點(diǎn)及學(xué)生實(shí)際處境，我們對(duì)內(nèi)容也作了一些刪減和補(bǔ)充處理。由于該專業(yè)同期還開設(shè)了《電磁場(chǎng)與光波導(dǎo)理論》課程，為制止重復(fù)，教材的第一片面電磁理論不作要求。另外也補(bǔ)充了一些該教材中沒有的內(nèi)容，主要包括：“定態(tài)微擾理論”中增加變分法；在“電子自旋”章節(jié)增加簡(jiǎn)樸塞曼效應(yīng)；在“半導(dǎo)體電子運(yùn)動(dòng)”中補(bǔ)充旋繞共振測(cè)驗(yàn)、半導(dǎo)體能帶布局等相關(guān)內(nèi)容；在“PN結(jié)”中融合補(bǔ)充異質(zhì)結(jié)的內(nèi)容。這些補(bǔ)充主要是便當(dāng)學(xué)生作類同對(duì)比，利于學(xué)生更好地理解和掌管教材學(xué)識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也會(huì)拓寬學(xué)生的學(xué)識(shí)面，具有“1+1>2”的效果。

（3）課程各篇內(nèi)容均抽象枯燥，教學(xué)方式應(yīng)以激發(fā)學(xué)生興趣為導(dǎo)向加強(qiáng)學(xué)識(shí)的理解、滲透與遷移

無論是量子理論，還是固體物理，這門課程中各個(gè)片面都存在著“有理無物”的嚴(yán)重問題[3][4]。學(xué)生也普遍反映該門課程概念抽象、公式繁雜、理論性強(qiáng)，學(xué)習(xí)起來無比枯燥，同時(shí)有學(xué)生認(rèn)為這種偏重理論的抽象課程與日后的學(xué)習(xí)工作毫無聯(lián)系，運(yùn)用性淺，這就更加降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這些問題的存在都會(huì)影響《光電子學(xué)》、《激光原理》等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，同時(shí)對(duì)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)和光電技術(shù)的進(jìn)展也極其不利。針對(duì)這樣的問題，從來源上來改觀并不是很難，也就是要想方設(shè)法地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。借助現(xiàn)代興隆的信息技術(shù)，并且將其優(yōu)勢(shì)在教學(xué)過程中最大限度的發(fā)揮出來，問題根本可解決一大半。譬如在講晶體布局的時(shí)候，動(dòng)態(tài)三維晶體布局的多媒體課件表示可以讓學(xué)生很直觀的了解晶體的根本布局、晶面及對(duì)稱操作等學(xué)識(shí)點(diǎn)。在講解量子力學(xué)的過程，可以放映量子相關(guān)的科普短片，由于短片中會(huì)有好多制作好的演示動(dòng)畫，這樣不僅可以提高學(xué)生的興趣，還可以使抽象的物理現(xiàn)象直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，起到事半功倍的效果。

除了通過圖形化、視頻化的方式來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣之外，還應(yīng)適當(dāng)穿插相關(guān)物理學(xué)家事跡及相關(guān)物理學(xué)史。針對(duì)學(xué)生提出的該課程與日后的學(xué)習(xí)工作貌似建立不起聯(lián)系，運(yùn)用性淺的問題，我們得對(duì)癥下藥，以實(shí)際應(yīng)用案例來升華學(xué)生對(duì)枯燥理論學(xué)識(shí)的理解程度。不僅激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力，同時(shí)加深學(xué)生對(duì)理論學(xué)識(shí)的滲透理解，并提高他們的測(cè)驗(yàn)技能和實(shí)際問題的分析處理才能。

3重視課后教學(xué)補(bǔ)充，立體化教學(xué)模式和多樣化考核方式

在保證課堂教學(xué)良好質(zhì)量的同時(shí)，課后的師生互動(dòng)交流、答疑以及考核，作為該門課程學(xué)識(shí)的穩(wěn)定及收尾階段，同樣不容忽略?！豆怆娦畔⑽锢砀芳婢吒院蛯I(yè)前沿性，因此在課后交流的學(xué)識(shí)穩(wěn)定過程中，要適當(dāng)結(jié)合實(shí)際技術(shù)。較好的實(shí)踐教學(xué)體系可以很好的培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新才能。但由于學(xué)時(shí)以及條件的限制，學(xué)院并未針對(duì)該門課程并開設(shè)測(cè)驗(yàn)操作課程，也沒有測(cè)驗(yàn)學(xué)時(shí)。這在確定程度上增加了理論教學(xué)的難度，但可以通過課后的立體化交流來彌補(bǔ)這種缺憾?？梢月暑I(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)校現(xiàn)有的相關(guān)科研測(cè)驗(yàn)室，接觸相關(guān)光電材料與器件，實(shí)地了解課堂上講解的理論學(xué)識(shí)的實(shí)際用處。也可以激勵(lì)學(xué)生積極參與相關(guān)的大學(xué)生科技創(chuàng)新工程，讓學(xué)生能夠有機(jī)遇親自參與測(cè)驗(yàn)研究，運(yùn)用理論學(xué)識(shí)解決實(shí)際問題。還可以組織學(xué)生參觀相關(guān)光電行業(yè)的公司，參與企業(yè)實(shí)踐活動(dòng)等。

考核作為檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)該門課程的掌管程度，在確定意義上是會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更加是這種理論性分外強(qiáng)的學(xué)科。傳統(tǒng)的考核勞績(jī)包括平日勞績(jī)和期末考試勞績(jī)兩個(gè)片面。這種考核方式存在確定的弊端，第一，后期單次的理論考試無法有效的激發(fā)學(xué)生一整個(gè)學(xué)期的長(zhǎng)期學(xué)習(xí)熱心，考試勞績(jī)也可以通過考試前的突擊復(fù)習(xí)得到提高；其次，雖然平日勞績(jī)（考勤和作業(yè)）對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有確定的推動(dòng)作用，但實(shí)際上是不治本的。目前南郵針對(duì)重點(diǎn)課程的“三階段考試籌劃”是對(duì)比可行的，分階段考試可以抑制學(xué)生平日長(zhǎng)期的倦怠松懈狀態(tài)，同時(shí)能讓學(xué)生留神這一階段的學(xué)習(xí)總結(jié)。除增加考試次數(shù)之外，卷面試題內(nèi)容也要做相應(yīng)變更，應(yīng)裁減公式計(jì)算類試題，增加主觀論述類型的題目，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)斟酌的才能。另外，在作業(yè)布置方面，可以嘗試一些類似小型論文性質(zhì)的作業(yè)，讓學(xué)生單獨(dú)或者分組議論完成，結(jié)果以科技論文形式或者PPT匯報(bào)的形式提交。這樣不僅可以加深學(xué)生在資料搜集過程對(duì)理論學(xué)識(shí)的理解，還可以提高學(xué)生獨(dú)立斟酌或協(xié)作議論的素養(yǎng)，激發(fā)探索精神，制止作業(yè)的彼此抄襲現(xiàn)象。

4總結(jié)

國(guó)家高等教導(dǎo)的要求就是高等院校培養(yǎng)的專業(yè)人才務(wù)必是根基扎實(shí)、專業(yè)才能強(qiáng)、綜合素質(zhì)高，并且富有創(chuàng)新精神和國(guó)際視野的復(fù)合型人才。教學(xué)質(zhì)量作為復(fù)合型人才培養(yǎng)過程