電子學課程新型模式教學論文范文

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摘要：本文對半導體光電子學課程教學模式進行了深入的分析和探討，提出了基于理論教學、實踐教學與翻轉課堂相結合的新模式進行半導體光電子學知識的傳授。通過對南京航空航天大學半導體光電子學課程的實踐探索，驗證了這種新模式的優勢和有效性。

關鍵詞：半導體光電子學；教學改革；實踐

一引言

隨著信息技術的迅猛發展，傳統的基于電學的信息產生、傳輸、控制與處理手段在硬件系統上已越來越難滿足實際的需求，而光信號相比于電信號具有更高的頻率、更寬的寬帶和更寬的頻譜范圍，光傳輸介質相比電傳輸介質具有更低的傳輸損耗和更寬的傳輸帶寬，光器件相比電器件具有更寬的帶寬、更小的尺寸以及更好的并行處理能力，因此光電信息技術已成為國民經濟和國防領域的核心關鍵技術。半導體光電子學是一門教授半導體材料和結構中光子與電子相互作用、光電相互轉換的一門課程，涉及多領域與多學科的交叉融合，涵蓋了量子力學、電磁場理論、半導體物理以及光學等一些基礎知識[1]，是光電信息技術領域的核心課程之一,已廣泛應用于前沿科學研究、國防及實際生活領域。

二基于實踐教學與翻轉課堂相結合的半導體光電子學教學改革研究

（一）半導體光電子學課程特點與存在的問題半導體光電子學這門課程主要介紹光電子基礎理論、半導體材料或者結構中光電子相互作用等基礎知識以及基于半導體材料的激光器、光纖、波導、電光調制器、光電探測器、太陽能電池、半導體光放大器等器件及其應用。無論是光電子基礎理論中的麥克斯韋方程、群速度、群折射率、Snell定律、光學偏振理論、光學相干理論還是半導體材料中的電子密度和半導體器件中的性能推導，都涉及了大量的公式和基礎的物理知識。如果教學形式僅限于純粹的課堂理論教學，學生在理解相關物理效應或者知識點時會存在較大的困難，也無法識別目前常用的半導體光電子材料和相關器件，不利于學生將課堂學習到的知識應用于光學設計與實驗等相關實用環節。另外本門課程還涉及了多學科的交叉，包括材料、光學和電學，對學生的知識面和理論基礎提出了非常高的要求，在很多情況下，學生并不能完全具備學習半導體光電子學課程所必須的所有知識鋪墊和積累，因此在知識的接受、感知和消化層面會面臨著巨大的挑戰。

（二）實踐教學與翻轉課堂相結合的新模式為學生在本科階段提供接觸世界前沿的科學研究、了解目前光電領域先進技術的新渠道，不僅有利于學生開拓眼界、掌握新的知識點，還將鍛煉學生提取融合已有知識、分析解決復雜問題的能力，為其未來從事科學研究或先進技術研制奠定基礎，進而培養出有利于國家建設需要的高級專門人才。而這些都是傳統半導體光電子技術的教學模式難以滿足和實現的目標。本論文提出改變純理論教學的模式，結合理論聯系實際的原則,實行實踐教學模式[2,3]，將課程的學生從教室帶進相關的前沿研究實驗室，實際演示課堂教學中講授的理論知識、介紹半導體光電子學前沿的科學研究并為學生們提供親手進行基礎實驗的機會。通過具體實驗操作與基本實驗設計的訓練，加深對半導體光電子學理論知識及其應用系統的理解和認識，另外結合翻轉課堂[4,5]的方式，由學生講授實驗設計方案和實驗結果，形成實踐教學與翻轉課堂相結合的新型教學模式。結合南京航空航天大學的實際條件及半導體光電子學的課程特點，在完成14學時的基礎理論課堂教學后，學生將會離開課堂進入南京航空航天大學微波光子學實驗室完成6學時的實踐教學活動，包括2學時南航微波光子學實驗室與半導體光電子學相關的學術前沿研究的介紹和4學時的動手實驗活動。在學術前沿研究介紹方面，指導教師將結合實驗室最前沿的學術研究分專題進行介紹，使學生加深對半導體光電子實際用途的理解，同時針對接下來的實驗活動，著重介紹實驗室中各半導體器件和系統，使得學生對理論教學環節學習的器件知識能與實物相聯系，形成感官意識。在動手實驗環節，課程設計了半導體光電子學中的最基本的微波光子傳輸鏈路系統，系統結構如圖1所示，包含窄線寬激光器、電光調制器、光放大器以及光電探測器。激光器輸出的窄線寬激光入射進電光調制器中，攜帶信息的外部電信號經電光調制器調制到光載波上，攜帶了信息的光信號經過光纖傳輸后入射到光電探測器中，重新轉換成電信號。在實驗環節，學生們分組進行圖1所示的微波光子鏈路實驗，通過學習每一個半導體光電器件的使用方法，構建實驗系統，并測量記錄每一個器件的輸入和輸出數據，從而加深對理論課堂時學習的各個器件基本原理的認識，學以致用，將半導體光電子學課程中的理論知識與實際應用相聯系。結束實踐教學活動后，剩下的4個學時學生將再次回到課堂，分組介紹實踐環節中進行的實驗的具體方案、原理和實驗結果，并講述實驗的實際意義和應用前景，指導教師和其他學生全程參與討論，最后由指導教師進行總結點評，實現翻轉課堂。通過翻轉課堂的訓練，一方面提高學生組織信息和材料的能力，另一方面提升學生們語言表達能力，再者進一步加深對半導體光電子理論和實踐知識的理解。

三結束語

本文通過對半導體光電子學的課程特點和目前教學模式所存在的問題，提出了基于理論教學-實踐教學-翻轉課堂相結合的新型教學模式。通過試行新型教學模式，達到鍛煉學生提取和融合現有知識、解決復雜工程問題的能力，以及提升學生動手能力的目的，從而為培養出高級應用型專門人才奠定基礎。

參考文獻

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[6]李培麗,施偉華,鄒建華,蔣建.工程教育專業認證背景下“光電子學”課程教學改革初探[J].教育現代化,2016,3(31):47-49.

作者：王祥傳 單位：南京航空航天大學