“光電子技術”課程仿真教學的研究

鄧艷+曹廣濤

【摘 要】隨著科學技術的快速發展，作為科學前沿領域的光電子技術極大地推動了信息技術的進步。基于“光電子技術”課程及仿真教學的特點，闡述了仿真教學在光電子技術課程教學中的可行性和重要性。

【關鍵詞】光電子技術；教學方法；仿真教學

【Abstract】With the rapid development of science and technology， the optoelectronic technology， as the most cutting-edge scientific fields， promotes the progress of information technology. Based on the characteristics of optoelectronic technology course and simulation teaching， the feasibility and significance of simulation teaching are discussed in the teaching of optoelectronic technology course.

【Key words】Optoelectronic technology； Teaching method； Simulation teaching

0 引言

1960年，世界上第一臺紅寶石激光器的誕生推動了光電子技術的長足發展。在這50多年間，從紅寶石激光器的發明到半導體激光器及低損耗光纖的問世；從各種無源器件的小規模應用到系統集成實用化階段，光電子技術在國防、工農業生產、光纖通信、醫學、精密測量、地質、天文等領域獲得了廣泛的應用。我國政府將光電子技術列入國家戰略性產業結構調整的重點領域。因此，光電子技術受到了研究所及企業的廣泛關注，促使很多高校在物理、電子、通信、材料等專業紛紛開設光電子技術這門課程[1]。

如何培養專業知識強、綜合素質高、實踐能力優異的人才是當前光電子技術課程教學的熱點話題。因此，在光電子技術課程教學過程中，很多教師以教學內容、教學手段和教學方法的改革為重點，優化教學內容，制定合理的理論與實驗教學計劃。同時，建立科學的教學管理制度以及嚴密的教學質量反饋系統，以此確保教學質量。隨著計算機技術的不斷提高，仿真技術為人們提供了一種有效的教學手段[2]。基于仿真技術完成的課程教學具有成本低、維護簡單、使用方便等特點，所以很多課程的教學紛紛采用仿真教學，然而目前關于光電子技術課程仿真教學的探討還非常少。本文主要研究光電子技術課程及仿真教學的特點，得出仿真教學在光電子技術課程教學中的可行性。分析表明，仿真教學是提高光電子技術課程教學質量的一種有效的方法。

1 仿真教學

仿真教學是仿真技術應用的一個重要方面。仿真教學就是利用計算機創設虛擬環境來模擬真實環境，并結合真實環境中的情況在虛擬環境中進行設計、操作、運行、驗證等的教學方式[2，3]。

目前，仿真教學的使用越來越廣泛。教師可將精心設計的教學內容融合在這個虛擬仿真環境中，并通過各種手段和方法將仿真教學中的情境呈現出來，這是仿真技術應用在教學中的一大進展。結合自己的實踐和他人豐富的教學經驗，總結出仿真教學有以下特征：

1）成本低，使用率高。購買所需實驗設備的費用一般比較高，是很多高校不能承受的。如果采用仿真教學，那么只需購買軟件和建設機房，這樣就可以大大降低費用，并且設備的使用率也非常高。

2）維護簡單，更新方便。儀器設備的不當操作和長時間運行使其容易損壞，而儀器維護費用也非常高。儀器購買的時間久了，就需要自己進行更新設計，有的甚至需直接購買新的設備儀器。仿真教學只需對計算機、教學軟件進行維護和升級，而且仿真軟件一般自帶有軟件升級功能。

3）使用方便，提高學習效率。光電子技術所需的儀器設備一般比較笨重，不容易搬動，而且學生只能在特定的實驗室完成實驗項目。在仿真教學中，學生可以利用計算機方便地進行自主探討和摸索學習，發揮學生的學習積極性，進而提高學習效率。

4）實驗安全，提高教學效率。在教學中，實驗有時需要高溫、高壓、強腐蝕等環境條件，操作失誤或實驗儀器故障都有可能對學生的人身安全構成威脅。在仿真教學實驗中，學生不僅可以隨意設置實驗條件，而且可以高效、安全地完成實驗。通常完成實驗的時間一般很長，而利用仿真教學可以將實驗的時間縮減，明顯地提高教學效率。

2 仿真教學在“光電子技術”課程教學中的可行性和重要性

光電子技術是電子學和光子學相結合而產生的綜合性交叉學科，并成為現代信息科學技術的重要組成部分[4-6]。課程的特點如下：

1）知識面寬。光電子技術課程是電子、通信、光電材料等專業的核心課程，內容包括半導體發光、固體激光器、光纖、非線性光學、光調制、光探測及光電顯示方面的材料及器件，涉及光子學、電子學及半導體物理的相關知識，對學生的基礎提出了較高的要求。

2）知識更新快。隨著信息技術的不斷發展，光電子技術已取得了令人矚目的成就，并將不斷影響人類社會的方方面面。在實際應用需求的引導下，各類新型的微納光子器件與材料的研究突飛猛進，如光子晶體、等離子體、超材料等領域，其相關研究為光子器件的微型化奠定基礎。

3）理論性強，而實踐內容較少。大多光電子技術課程教材過于注重理論知識講解和公式推導，對其應用及相關設計性實驗開展的非常少，導致學生不了解這門課的用途，從而感覺光電子技術課程枯燥乏味，難以理解。

4）儀器較貴。為了讓學生更好地理解、掌握所學內容，需開展相關的實驗，但是相關儀器設備比較貴，一般的高校很難承受相關的費用，導致他們不得不減少實驗課，從而不能使學生獲得有效的指導，最終降低了教學效果。

基于仿真教學和光電子技術課程的上述特點，低成本的仿真教學可以解決光電子技術課程教學中儀器設備價格昂貴的問題。基于仿真教學中使用和更新方便的特點，教師可以根據最新科研進展，拓寬教學內容，更新實驗軟件，從而可以讓學生自主學習、掌握新的科研成果，認識各類新型光電子信息材料和器件的屬性及用途。眾所周知，掌握光電子技術課程中涉及光子學、電子學及半導體物理的相關知識是非常重要的，因為理論教學是專業課程學習的基礎。為了能使學生理解相關的理論知識和公式推導，將仿真教學融于課堂教學中，讓學生體會計算機模擬的結果，然后再進行理論推導，這樣有助于加深學生對系統知識的理解，使枯燥的理論教學生動有趣。同時，學生可利用仿真實驗室進行探索式學習，提高自學能力，最終提升光電子技術課程的教學質量。

3 結論

總之，隨著計算機技術的不斷進步，仿真技術已經成為人們工作的重要手段，被廣泛用于科學研究、教育、軍事、醫療等領域。基于仿真教學和光電子技術課程的特點，探討了仿真教學在光電子技術課程教學中的可行性和重要性，提出了仿真教學可促進學生自主學習新的科研成果，認識各類新型光電子信息材料和器件的屬性及用途，從而有助于加深學生對系統知識的理解，使枯燥的理論教學生動有趣，最終提高光電子技術課程教學的質量。

【參考文獻】

[1]馬冰，任芊.光電子信息材料的發展淺論[J].光學技術，1995，06：36-39.

[2]劉建高.基于自主學習的仿真教學研究與實踐[D].南昌大學，2011.

[3]李鵬.仿真教學在高等職業教育中應用研究[D].山東師范大學，2008.

[4]林若波，彭燕標，陳炳文，方春城.虛擬仿真技術在“電力電子技術”課程教學中的應用[J].云南民族大學學報：自然科學版，2013，22（5）：378-381.

[5]張艷.“光電子技術”課程中誘導式教學方法的創新探索[J].科技視界，2015，2：86-82.

[6]林曉鋼，潘英俊，鄒建.“電力電子技術”課程建設的改革與探索[J].光學技術，2009（35）：245-246.

[責任編輯：湯靜]