基于工程教育專業認證理念的?光電信息物理根底?課程建立的探究〔〕:

摘要：在南京郵電大學的光電信息科學與工程專業參加工程教育專業認證的過程中，通過深化學習工程教育專業認證的根本理念，將其應用于?光電信息物理根底?課程建立的探究之中。第一，以學生為中心，以畢業達成度為目的，修繕教學大綱，明確課程教學目的和課程支撐畢業要求相關指標點的一一對應關系。第二，以學習成果產出為導向，圍繞教學目的和學生畢業要求的指標點，采用相應的教學手段和教學資源，進展實際課堂教學。第三，建立持續改良機制，通過教學環節、過程監控和質量評價，進步教學質量，促進畢業要求的達成；并定期進展課程體系的設置和教學質量的評價。

關鍵詞：教學探究；工程教育專業認證；光電信息物理根底

本文引用格式：孔梅梅,等.基于工程教育專業認證理念的?光電信息物理根底?課程建立的探究[J].教育現代化,2022,7(32):129-132.

explorationonthecourseconstructionof"fundamentalsofOptoelectronicInformationphysics"basedonengineeringeducationprofessionalcertificationconcept

KONGMei-mei,DENGLing-ling,ZHANGRong,ZHENGJia-jin

(SchoolofElectronicandOpticalEngineeringSchoolofMicroelectronics,universityofPostsandTelemunications,NanjingJiangsu)

Abstract:IntheprocessofthephotoelectricinformationscienceandengineeringmajorofNanjingUniversityofPostsandTelemunicationsparticipatingintheprofessionalcertificationofengineeringeducation,itwasappliedtotheexplorationofthecurriculumconstructionof"photoelectricinformationphysicsfoundation";.First,takestudentsasthecenter,takegraduationachievementasthegoal,repairtheteachingsyllabus,andclarifytheone-to-onecorrespondencebetweentheteachingobjectivesofthecurriculumandtherelevantindexpointsofthecurriculumsupportgraduationrequirements.Secondly,takingtheoutputoflearningresultsastheorientation,theactualclassroomteachingiscarriedoutbyadoptingcorrespondingteachingmethodsandteachingresourcesaroundtheteachingobjectivesandtheindexpointsrequiredbystudentsforgraduation.Third,establishacontinuousimprovementmechanismtoimprovetheteachingqualityandpromotethegraduationrequirementsthroughteachinglinks,processmonitoringandqualityevaluation.Atthesametime,weregularlysetupthecurriculumsystemandevaluatetheteachingquality.

Keywords:Teachingexploration;Professionalcertificationofengineeringeducation;PhysicalbasisofPhotoelectric

Information

一引言

?光電信息物理根底?課程是光電信息科學與工程專業本科生進入專業課學習階段的第一門重要的專業根底理論課程，是該專業的必修課程。先修課程主要為?高等數學?、?大學物理?等數理課程，基于這幾門課的根底知識，來理解分析本課程中量子力學、固體物理和半導體物理根底的推導和結論，為后續的專業必修課程，如?光電子學?、?激光原理?、?光電子器件?等課程的學習提供理論根底，亦可為今后在與光電信息及技術相關專業的進一步研究生學習提供一定的專業根底知識。因此，作為光電信息科學與工程專業的專業根底課程，?光電信息物理根底?的課程建立一直是該專業建立的重要內容之一。

工程教育專業認證的核心是要確認工科專業的畢業生到達行業認可的既定質量標準要求，是一種以培養目的和畢業要求為導向的合格性評價【1】。南京郵電大學的光電信息科學與工程專業于2022年參加了工程教育專業認證，并順利通過了認證。在認證的過程中，通過深化學習了工程教育專業認證"以學生為中心、以成果產出為導向OBE〔Oute-BasedEducation〕、持續改良";的根本理念，將其應用于?光電信息物理根底?課程建立的探究之中。

二以學生為中心，修繕教學大綱

該課程主要包括量子力學根底、固體物理學根底和半導體物理學根底三局部內容。其中，量子力學是物理學的根底理論之一，用現代的觀點理解物理世界，運用量子假設建立相關概念，解決經典力學無法解決的問題。固體物理和半導體物理局部那么是基于量子力學的根底理論分析晶體中微觀粒子如原子、電子等的運動狀態及其相關特性，及其與晶體材料宏觀性質之間的關系。通過本課程的學習，使學生掌握量子力學中描繪微觀粒子的根本概念和討論微觀粒子運動規律的方法，掌握描繪晶體材料性質的根本概念，掌握描繪半導體中電子狀態的概念和分析電子運動的方法，為后續相關專業知識的學習打好根底。

工程教育專業認證的核心理念是"以學生為中心";：教育目的圍繞學生的培養；教學設計聚焦學生的才能培養；師資與教育資源滿足學生學習效果的達成；評價的焦點是對學生效果的評價[1,2]。因此，必須以學生為中心，以畢業達成度為目的，修繕教學大綱，明確課程教學目的和課程支撐畢業要求相關指標點的一一對應關系。在教學大綱的引導下，進展實際的課堂教學，才有可能進步教學質量【3】。

基于工程教育專業認證的背景，?光電信息物理根底?課程對學生到達畢業要求應該提供以下支撐：主要培養學生理解和掌握量子力學根本假定、定律和研究方法，并應用其解決量子力學的簡單問題的才能；理解構成晶體材料中的根本粒子之間的互相作用、結合以及空間的分布方式與成晶體材料的宏觀性質之間的關系；應用能帶理論初步分析晶體材料尤其是半導體材料的根本電學性質，理解半導體構造光電性質的微觀機制；培養學生應用如今物理思想解決實際復雜問題的才能。

根據?光電信息物理根底?課程對學生畢業要求的達成提供的支撐點，我們將本課程的教學目的設定為：

1.使學生可以理解微觀世界和微觀粒子的運動規律，掌握量子力學建立的根本假定〔如波函數假設、薛定諤方程等〕、定律、根本概念和一些重要的研究方法，明確根本假定在量子力學解決問題中的重要性，并具有運用這些根本假定、定律和研究方法解決簡單量子問題的才能〔支撐畢業要求指標點1.3〕。

2.使學生掌握晶體構造的特點，掌握晶體特別是半導體中原子及電子運動的規律，掌握半導體導電性的分析方法，可以運用所掌握的知識點分析晶體的物理性質，重點對半導體構造中的載流子運動進展分析討論。培養學生從晶體材料微觀性質探究其外在物理性質的思維習慣，訓練學生綜合根底知識，分析半導體中實際的復雜問題的才能〔支撐畢業要求指標點1.3〕。

3.幫助學生在處理光電信息問題方面建立扎實的理論根底，培養學生的科學思維才能和靈敏考慮的才能，訓練學生分析和解決實際復雜工程問題的才能，為后續專業課程的學習打好相關的物理根底〔支撐畢業要求指標點2.3〕。

在考核評價機制方面，目前多采用平時作業、考勤與期末考試來評價學生的學習效果。為了落實專業認證注重實效的原那么，在教學過程中，除了必須按照教學大綱施行教學，通過采用各種教學手段，進步教師的教學效果，還需要通過各種反響信息，發現授課過程中存在的缺乏之處，并對全體學生評估以上三種才能的達成度，進展相應的記錄。

三基于OBE理念進展教學

OBE理念是以學生的成果產出〔知識、才能、素質〕為培養目的的一種教育理念【1】，注重的是應幫助學生如何有效地獲得什么樣的學習成果，以及如何確定學生是否已獲得了這些學習成果。因此，課程的教學重點也應該從"教師教什么";轉移到"學生學到了什么";上【4】。根據?光電信息物理根底?課程的培養目的和畢業要求，對本課程的建立主要進展了以下幾個方面的探究。

〔一〕采用多種教學手段，使學生掌握根本理論知識

?光電信息物理根底?課程是一門理論性較強的專業根底課，主要涵蓋了三局部的內容：量子力學根底、固體物理根底和半導體物理根底。詳細而言，本課程的教學任務是使學生掌握根本的量子力學概念，深化理解固體的形成過程和根本構造，理解能帶理論，并應用能帶理論對材料的性質進展定性分析，理解半導體導電性的微觀機制，對半導體構造的光電性質進展分析，培養和進步學生的分析問題解決問題的才能。詳細內容包括：波函數的統計意義、薛定諤方程、力學量算符、定態微擾論、晶體構造、晶體中的原子結合、晶格振動、晶體中的電子狀態以及晶體中的缺陷、半導體中的電子狀態、半導體中載流子的統計分布、pn結和半導體的光吸收。

實際上，以上三個局部均可獨立設立成為專業根底課程中的一門主干課程，教師要在有限的授課時間內〔56學時〕，使學生不僅掌握好這幾局部的根本概念和根底理論在掌握和理解量子力學的根本假定和根本概念的根底上，推導微擾理論，并將微擾理論應用到能帶理論的理解過程中；理解晶體的形成過程和根本構造，理解能帶理論；應用有效質量等概念準確分析材料中電子的準經典運動并判斷材料的電學特性；理解半導體中的電子狀態和運動規律，分析半導體構造中電子和空穴的運動并用以解釋其光電性質，而且還要培養學生的工程思維和實際應用才能，教學難度著實較大。因此，假設是只采用單一教學手段，容易讓學生在學習過程中產生枯燥困難、知識點太多、內容繁雜等問題【5】，不利于學生的成果產出。

圖1課堂教學中主要采用的多種教學手段的簡意圖

因此，為了進步教學效果和學生對課程的掌握程度及興趣度，圍繞本課程中學生需掌握的重要根本理論知識，主要從以下三個方面進展課堂教學的多種方式的施行，圖1是相應的簡意圖：

第一，課堂的理論教學中除了課件演示以外，還需要針對于重點和難點的理論知識點，結合物理含義，以詳細的板書形式進展推導、總結，并同時解釋說明，以便于學生更好地承受和理解，從而可以抓住核心內容。

第二，提供一個輕松的教學氣氛，設計一些具有啟發性或興趣性的問題，讓學生對問題感興趣的同時，逐步引導學生積極主動地考慮，從而激發學生對本課程學習的自主性。而且還可以適當穿插一些與理論相關的物理學趣事或開展史。從而使學生愉快地掌握知識，開展他們的各種潛能。

第三，通過圖形化、視頻化的方式來進步學生的學習興趣，例如，動畫演示輔助教學將微觀粒子在晶體中的運動直觀地表示出來，加深學生對微觀物質的理解；進展形象化的教學，將深奧的物理知識用通俗易懂的語言表示出來，使學生對物理圖像更加清楚；授課時，對于比擬難于理解的根本假定和根本概念，盡可能結合合理的舉例說明，并提供生動的動畫或短片演示，以進步學生的興趣度，同時便于學生理解。

〔二〕強化才能培養的課堂教學

傳統的課堂以知識傳授為主，教師傳授的是知識，學生接收的是知識，考試考的是知識。但是，知識不等于才能，僅傳授學生知識是不夠的，應該更加注重培養學生的才能【6】。因此，課堂的教學過程中，除了傳授學生本課程根本的專業理論知識，還需要注重學生在學習這些大量知識的根底之上，進一步培養和提升他們的學習才能。

圖2課程中主要三局部內容的"大樹";示意圖

例如，由于本課程中的量子力學根底、固體物理根底和半導體物理根底這三局部的知識量比擬大，那么可以將思維導圖的方法引入其中，幫助學生將這三個局部看成是"三棵大樹";〔如圖2所示〕，其中，每一局部的核心知識就是大樹的主干，而每局部的每個知識點就是大樹的每片樹葉或每個分支、樹枝，只需要抓住關鍵的核心內容，再展開進一步的聯絡或比擬，就可以把整個內容都掌握好。而且這三局部之間有局部知識點是會有所穿插的，如"簡并";、"躍遷";的概念在量子力學根底和半導體物理根底中都有涉及，"能級";的概念在量子力學根底和固體物理根底中也都有涉及，那么這些概念的重復出現及應用就像是每棵樹的樹葉重疊之處或樹枝的相交處，所以，這三棵樹是既互相獨立又互相關聯的。這種學習方法和才能的培養比單一某一門課程知識點的傳授更有意義，可以讓學生在學習專業理論知識的同時，掌握學習新知識的方法和才能，即所謂的"授人以魚不如授人以漁";。

四加強反響，施行持續改良

工程教育認證的一大重要特點就是要求專業建立持續改良的質量文化【1】。?光電信息物理根底?課程是光電信息科學與工程專業后續課程?光電子學?、?激光原理?、?光電子器件?等專業課的理論根底課。假設學生對于本課程存在的問題得不到及時解決將影響后續課程的學習。因此，需要建立授課過程中和每學期的課程完畢后兩方面的反響機制，進展持續改良。

一方面，在本課程的授課過程中，實時根據學生對課程內容的理解、學生作業、課堂研討、課后答疑以及教學督導等反響，及時理解教學中的缺乏之處，針對學生的不同情況及時調節授課過程中的教學狀態，在后續的授課中加以改