“光电测试技术”课程教学体会

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  摘要:“光电测试技术”课程讲述光与物质的相互作用,内容多,知识涉及面广,具有很强的实践性,是测控专业学生必须掌握的一门课程。为提高教学质量,提升教学效果,从本科生培养要求出发,根据自身教学实践,总结一些教学体会。
  关键词:光电测试技术;教学内容;教学方法;教学体会
  作者简介:师树恒(1978-),男,河南焦作人,华北水利水电学院机械学院,讲师;张涛(1980-),男,河南安阳人,华北水利水电学院机械学院,讲师。(河南 郑州 450011)
  中图分类号:G642.3     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2011)24-0176-02
  
  “光电测试技术”是以激光、红外、光纤等现代光电子器件为基础,通过对被检测物体的光辐射,经光电检测器接收光辐射并转换为电信号,由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息,再经模/数转换接口输入计算机运算处理,最后显示输出所需要的检测物理量等参数。[1]“光电测试技术”是一门将光学技术与电子技术相结合的学科,其特点是课程内容多、涉及知识面广,实践性极强。如何在有限的学时内,通过课程教学使学生掌握各种光电检测系统的设计能力,是对教师教学能力的考验。[2]笔者根据近几年的教学改革与探索,就课程教学内容安排与教学方法提出一些教学体会。
  一、课程教学内容改革
  “光电测试技术”课程的主要内容如下:
  (1)掌握与光电测试技术有关的基础知识:光的基本性质、辐射度学和光度学、半导体基础、光电导效应、光生伏特效应、光热效应、光电检测器件的特性参数等。
  (2)理解半导体光电检测器件及应用:光敏电阻、光电池、光敏二、三极管、光电倍增管、发光器件、光电耦合器件、CCD器件、光热辐射检测器件、各种光电检测器件的性能比较。
  (3)理解光电信号检测电路、光电直接检测系统与光外差检测系统的设计思想,掌握光电测试技术的典型应用。
  本课程的内容多,知识更新快,而课时相对较少(我校安排的授课学时为32学时),为在授课中突出重点,理论与实践并重,需要在课程教学内容安排上进行整合。
  1.理顺知识框架
  由于本课程涉及学科知识点多,学生普遍感觉课程内容混乱,很难抓住学习重点。通过教学实践,笔者以图1所示的光电系统框图为基础,指导学生理顺课程知识框架。
  由图1可知,光源与照明光学系统一起获得测量所需的光载波,光载波与被测对象相互作用而将被测量载荷到光载波上,称为光学变换,光学变换可用多种调制方法实现,光学转换后的光载波称为光信息,光信息经光电器件实现由光向电的信息转换,称为光电转换,然后被测信息就可用各种电信号处理电路实现存储、显示和控制。教学中要求学生理解并熟记光电测试系统框图,这样就能理清课程知识框架,做到条理清晰地教学、学习。
  2.科学选择教学内容,结合科研,突出重点
  本课程内容多,学时短,而且还受实验条件限制,这就要求教师在授课时需要对教材内容有所取舍,结合教师的科研情况,突出重点。
  (1)注意基础知识的讲授。通过教学实践,笔者认为辐射度学和光度学、半导体理论、光电导效应、光生伏特效应是光电测试技术的物理基础,需重点讲述。而光电信号检测电路、光电信号的数据采集及微机接口内容可以略讲。
  (2)对半导体光电检测器件及应用内容要详细讲解,尤其是对常用的光电检测器件,如光敏电阻、光电池、发光二、三级管、发光器件等,更需要精讲,使学生能真正理解各种光电检测器件的性能及区别,若实验条件具备,就可迅速理论联系实际,完成光电测试系统的设计。
  (3)光电测试技术是一门应用性极强的学科,在其应用领域知识更新很快,而目前多数教材在光电测试技术典型应用部分内容相对陈旧。为使学生在学习过程中做到理论与实践相结合,并能接触到该学科的最新研究动态,教师的知识结构也需要不断更新,通过加强科研实践能力,并在课堂教学中引入科研项目,真正做到科研与教学相结合。例如,笔者在讲述光电耦合器件与发光器件章节内容时,结合自己项目“禽舍环境控制器”中的电路,详细讲解光电耦合器TLP521的工作原理与典型应用,讲解LED的工作原理、光谱特性及应用注意事项;再例如,笔者以自己研制的小型激光器装置为例,配以大量实地拍摄照片,给学生讲述激光器的工作原理与典型应用。教学实践证明,学生们注意力集中,教学效果极佳。
  (4)在讲解基础理论的同时,经常列举光电测试技术的日常应用、最新应用案例,使学生在学习时能感受到本课程的先进性和工程实用性,丰富学生在该领域的知识,开拓眼界。例如在讲述光电测试技术应用时,以数码相机、家用电器、夜视仪、激光测距仪、未来单兵作战系统、国家导弹防御计划NMD、神州飞船、阿波罗飞船等为例,讲述光电测试技术在其中的应用;在讲述光纤传感检测技术时,以我们经常看到的“光缆无铜,盗窃无用”标语和光纤入户项目为例,讲解光纤在通讯领域的作用。下课后布置的作业由学生查阅资料完成,提高学生的学习主动性,锻炼其查阅、分析、总结资料的能力。[3]
  二、课程教学方法改革
  教学方法是为教学内容服务的,目的是使教学内容更加生动、具体,让学生更容易理解和接受,以提高教学效果。
  1.利用多媒体技术
  目前,各高校基本都配备了多媒体教学设备,多媒体技术的应用改变了传统以教材和板书为主的教学手段,极大地丰富和扩充了课堂的教学信息量。对于某些难以表达的内容可以运用动画等手段把这些概念形象化,加深学生的理解,也增强了学习兴趣。例如,在讲解光电测试技术应用时,我们用多媒体显示大量的实物图片来加深学生的印象;在讲解莫尔条纹测长仪时,用Flash动画描述莫尔条纹的形成;内光电效应和外光电效应是光电测试的重要理论,用Flash动画来展示光电效应,直观且易理解。实践证明,多媒体教学模式能很好地提高教学质量和讲课效率。
  教学实践中也发现,只有多媒体教学与传统板书教学相结合才能达到最佳教学效果。例如,在讲述光电测试物理基础时,有不少公式推导,这些内容就需要采用传统的板书教学,学生才易集中精力听课,从而取得较好的教学效果。如果采用多媒体教学的话,老师对公式的理解不深刻,学生更是走马观花,起不到教学效果。
  2.利用网络技术
  网络技术的发展对传统的备课、教学方式冲击很大。一方面,教师可以利用网络备课,搜集整理相关课程的资料及最新研究成果,备课过程中若有什么疑问还可以通过网络搜索、登陆技术论坛来解决,这样做既可提高教师自身的学术水平,又能丰富讲课内容。例如,在讲解光电池时,教材内容只有光电池工作原理、特性参数介绍,对其应用介绍很少,但同学们对这种前沿技术还很感兴趣,通过网络搜索,笔者查询到光电池应用于“嫦娥二号”的实例,并将其引入课堂教学,学生们的兴趣很容易就被调动起来;另一方面,为便于学生学习,教师可以把课程的电子版教案、习题答案等内容发布在网上,并提供网上讨论和答疑,这不仅可以开阔学生视野,还可引导学生由被动学习向主动学习方式转变。
   3.开展讨论式教学
  在传统教学模式下,教师通过板书或多媒体教学把教学内容讲授给学生,教师是整个教学过程的主宰,学生被动地接受知识,这种模式有利于发挥教师的主导作用,却忽略了学生的主动学习能力,不利于学生主体作用的发挥。“光电测试技术”一般开设在第四学年,大四学生由于面临着找工作、考研的压力,普遍对专业课不是很重视,这就更需要教师在授课过程中精心准备一些光电测试技术在军事、航空航天、医学等领域的应用实例,以提高学生的学习兴趣。课堂上应尽量与学生互动,鼓励学生多提问题。对于一些学科前沿问题,可以让学生提前查资料做准备,在充分准备的基础上开展课堂讨论,教师对学生的讨论适时进行引导。
  4.改革实践教学
  由于我校“光电测试技术”课程开设较晚,实验设备不足,特别是缺乏核心实验器件,如激光器、光电倍增管、雪崩光电二极管等。在这种情况下,一方面充分利用现有设备,先开展一些重要的基础性实验,如光敏电阻特性测量、光电耦合器件性能测试等,以保证实验教学正常进行;另一方面,笔者尝试着把实验教学和电子竞赛活动结合起来,例如我们让学生参与飞思卡尔智能车(光电组)竞赛,通过该项目就能开展多个与光电测试技术有关的实验,用以补充实验教学内容,而且学生对这种实验还很感兴趣,参与积极性很高,这对启迪学生思维,提高他们的科研素质大有裨益。
  三、总结
  对于“光电测试技术”课程的教学,应结合专业特点和学生兴趣,不断对教学内容和教学方法进行改革,笔者就“光电测试技术”课程的教学提出一些教学体会,并已将其应用到教学实践中,取得了满意的效果。
  
  参考文献:
  [1]郭培源,付扬.光电检测技术与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
  [2]李刚,曹浪.光电检测技术课程教学改革的探讨[J].高等函授学报(自然科学版),2010,(4):44-45.
  [3]陈元枝.“光电检测技术”课程的教学体会[J].桂林电子科技大学学报,2007,27(5):427-428.
  (责任编辑:王祝萍)
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