光电专业综合课程设计实践教学研究

导语：光电专业综合课程设计实践教学研究一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

［摘要］专业综合课程设计作为光电信息科学与工程专业的主干课程，在教学过程中贯彻以学生为中心的教育理念，重在培养学生解决复杂工程问题的能力。结果表明，通过教学改革，设计内容的复杂性和系统性得到提升，教学方法上更注重对学生创新意识和团队协作能力的培养，并提高了课程目标达成度，为教学工作的持续改进提供了重要参考。

［关键词］综合课程设计；复杂工程问题；创新能力培养

为培养学生解决复杂工程问题的能力，“光电专业综合课程设计”不断凝练专业特色，充分体现综合性和创新性，并注重学生综合能力和创新能力的培养。该课程安排在四年制本科第七学期，时间为三周，是本科阶段的大型综合教学环节之一。在上一学年的实践教学中暴露出课程建设中的不足之处，如设计内容不能充分体现复杂工程问题的特征，且以学生为中心的教育理念贯彻不深入等[1]，因此在教学内容和方法上需持续改进。

一、专业综合课程设计存在的问题分析

（一）设计内容的复杂性和系统性有待加强。为体现设计内容的综合性，原设计题目选择“基于CCD的微小尺寸测量系统”，设计内容包括系统总体设计、光学设计、光电信号探测、光电信息处理等内容。在设计内容安排上，由于侧重于知识点覆盖的全面性，而设计内容的复杂性有所欠缺。复杂工程问题的第一个特征是“必须运用深入的工程原理经过分析才可能得到解决”[2]，而该题目采用了基本的光学原理测量物体的尺寸，在数学模型和工程原理方面相对简单，难题体现出“深入的工程原理”。在设计内容的系统性上也有不足，由于系统结构比较简单，光学系统与测量方案的设计内容相关性较小，因此光学系统设计在设计内容中相对独立，整个设计内容的知识体系比较分散，设计内容的复杂性和系统性有待加强。（二）培养创新意识和团队协作能力的重视程度不足。按照最新创新性实践教学的要求，应该贯彻以学生为中心教学理念，教师只作为辅助，学生应该通过自主学习，充分利用教材、图书馆、实验室、网络等教学科研资源，独立完成综合课程设计的工作。目前，基于现有实验条件和学生的实践基础，为了使学生明确设计目的和设计过程，教学方式采用定时定点的教学模式，教师在教学中起主导作用，学生只需按照指导书内容，按部就班完成设计和实验工作，不能充分调动学生的积极性和自主创新意识。此外，对学生团队协作能力的培养不够。专业综合课程设计的组织工作相对复杂，工作量较大，是一个运用多种专门知识的过程，需要小组成员同心协力、分工合作解决众多富于挑战的难题和技术细节，锻炼学生的团队合作能力。但目前的实践教学考核中，主要注重每个学生的对各项内容的完成情况，却没有考虑小组成员的团队协作情况，因此组织形式和考核方法需要进一步改革。

二、教学内容和方法的改进方案分析

（一）加强设计内容的复杂性和系统性。针对现有设计内容较分散的问题，应该根据光电信息类专业本科培养计划，围绕如何培养学生全面设计“光电信息系统”的能力目标，梳理专业的知识点，形成知识拓扑和能力拓扑图，研究并凝练出综合性和逻辑性强的设计内容。经过分析论证，确定以“双目立体视觉测量系统设计”作为题目，能够体现复杂工程问题的典型特征。首先，设计内容必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决。双目立体视觉测量系统是典型的复杂工程系统：相机成像模型涉及了世界坐标系、摄像机坐标系、图像坐标系以及像素坐标系的转换；系统标定原理采用双目标定方法，得到左右摄像机的相对位置关系；信息处理采用三维轮廓测量和重建原理。要求学生从系统角度出发，经过深入的工程原理分析，建立整个系统的模型，完成整个测量系统的仿真分析。其次，设计内容具有较高的综合性和系统性，包含多个相互关联的子问题。设计内容包括了光学设计、精密机械设计、三维测量技术、图像处理技术等方面专业知识。子系统包括了成像子系统、投影系统、数据处理子系统、标定子系统等，这些子系统相互关联，具有综合性和系统性。再次，系统设计存在综合性和冲突性两方面，冲突性体现在某些技术方面，比如光学系统设计中，测量范围增加和三维轮廓测量精度下降之间的矛盾。为获取精确的三维信息，需要针对不同的测试对象设计相应的系统结构，光学投影可采用不同形式的结构光，轮廓解算可采用移相法、单幅图解包裹或特征点匹配等方法，系统标定也由多种方案可选。可见，由于测试对象的不同和测试系统的复杂性，不同分组的学生得到的系统模型未必一致，因此要求各组学生独立分析、建模和实现，有利于培养学生分析和解决问题的能力。（二）注重培养创新意识和团队协作能力。针对以往设计指导书中设计内容固定，容易出现的设计雷同现象，教师只讲设计思想，给出设计指标要求，让学生自己查找资料、确定方案。在方案设计上给学生提供了更大的自主权，使学生相对独立地进行实践，有利于发挥学生的主观能动性。按照设计课题分组集中辅导，指导教师进行集体和个别答疑，增强教学的互动性，对学生提出的问题，教师提出建议，供学生参考，引导他们积极思考与探索，以便独立解决实际问题。此外，探索提升学生团队协作能力的教学方法。实施过程中，课程设计组织以课程组为单位，学生按设计课题内容和兴趣编组。如一个教学班可以分成7个设计组，每组4人，分别完成系统建模、光学系统设计、实验系统设计和图像处理软件4个方向的内容，相互协调、共同推进设计工作。而且7个设计组之间则自然形成竞争关系。以上措施有利于锻炼学生的竞争意识和团队协作能力。

三、改进方案实施与效果

根据以上改进方案，优化并制定了详细的综合课程设计内容和步骤，并形成了设计指导书。教学过程组织实施过程分为分析、设计和实施三个阶段，具体教学安排如下。第一，总体设计内容分析，集中授课4学时；第二，系统参数设计分组辅导；第三，开展实验，集中授课2学时，分组辅导与验收。选取了2015级的一个班作为试点，采用新的设计内容和教学方法，从实施效果来看，学生能够在团队中承担相应的职责，完成相应的设计任务。课程结束后，对试点班的28个学生进行了一次问卷调查，调查结果显示，学生对专业综合课程设计的内容普遍感兴趣，认为能够体现专业特色，而且提升了创新意识和团队协作能力，对毕业后就业有很大帮助。在期末专业综合课程设计课程目标达成度评价中，课程目标总体达成度0.752，高于上一学年的0.743，说明通过教学改革，促进了课程目标的达成，提升了教学质量。

四、结语

通过专业综合课程设计的教学改革，分析了当前存在的问题，重新制定了设计内容，并改进了教学方法。结果表明，改进后的设计内容更能体现专业综合课程设计的复杂性和系统性，且有利于培养学生的创新意识和团队协作意识，有助于培养学生解决光电信息技术领域复杂工程问题的能力。

参考文献

［1］张梦冉,王雪艳,申永康.基于OBE理念构建基础工程课程教学模式探索与实践［J］.教育教学论坛,2020(8):264-265.

［2］李睿,曹荣敏,于镝.培养解决复杂工程问题能力的新工科实践教学研究［J］.教育教学论坛,2020(13):84-85.

作者:聂亮 张维光 吴慎将 单位:西安工业大学