光電檢測技術(shù)課程教學(xué)探索

初鳳紅 胡安鐸 薛亮 李高芳 卞正蘭 朱武

摘 要：光電檢測技術(shù)是光電信息工程與科學(xué)等專業(yè)的重要課程。是光學(xué)與電子學(xué)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興檢測技術(shù)。文章結(jié)合光電檢測技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)際，介紹教學(xué)內(nèi)容選取和教學(xué)方法選擇方面的一些嘗試。

關(guān)鍵詞：光電子技術(shù)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)探索

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）01-0052-02

Abstract： Photoelectric detecting technique is an important course for photoelectric information engineering and science and other related majors. It is a novel detecting technique based on optics and electronics. Combined with its teaching practice， this paper introduces some new methods in selecting teaching content and teaching approaches.

Keywords： photoelectric technique； teaching content； teaching exploration

一、概述

光電檢測技術(shù)是當(dāng)今檢測應(yīng)用領(lǐng)域的知識密集型前沿技術(shù)，該技術(shù)涉及光學(xué)系統(tǒng)、傳感器、電子電路及信號處理等眾多領(lǐng)域，是對儀器學(xué)科發(fā)展的一種有效補(bǔ)充，符合當(dāng)今儀器科學(xué)的多學(xué)科融合的發(fā)展方向[1-3]。光電檢測技術(shù)具有靈敏高精度、高速度、遠(yuǎn)距離、大量程、非接觸式測量、壽命長、數(shù)字化和智能化等特點(diǎn)，成為現(xiàn)代檢測技術(shù)最重要的手段和方法之一[2]，在各行各業(yè)以及日常生活中皆有著非常廣泛的應(yīng)用，是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生必須掌握的一門知識[3]。理解和掌握這門課程，對于提高學(xué)生素質(zhì)，拓寬學(xué)生視野和培養(yǎng)分析問題解決為題的能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力都有重要意義。

光電檢測技術(shù)這門課程教學(xué)內(nèi)容包括光電檢測系統(tǒng)的基本工作原理和組成、輻射度量與光度量的基本概念、光源及輻射源、光電探測探測器及其校正技術(shù)、光電信號的變換及檢測技術(shù)、非光物理量的光電檢測等[4]，涉及光子學(xué)、電子學(xué)及半導(dǎo)體物理的相關(guān)知識，知識面較寬，對學(xué)生的學(xué)習(xí)提出了較高的要求。在光電檢測技術(shù)課程教學(xué)過程中，作者根據(jù)近幾年的教學(xué)改革與探索，就教學(xué)內(nèi)容的組織與安排和教學(xué)方法談一些教學(xué)實(shí)踐體會(huì)。

二、教學(xué)探索

（一）對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整

作者講授的光電檢測技術(shù)課程授課對象為光電信息科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生，選用的教材為電子工業(yè)出版社出版的由高岳等編寫的《光電檢測技術(shù)與系統(tǒng)》，推薦參考書為周秀云等編寫的《光電檢測技術(shù)及應(yīng)用》，姚建 等編寫的《光電子技術(shù)》。教材共9章，從光電檢測系統(tǒng)的各個(gè)部分出發(fā)，分別介紹了輻射度學(xué)與光度學(xué)基礎(chǔ)、光源及輻射源、光電探測探測器及其校正技術(shù)、光電信號的變換及檢測技術(shù)、非光物理量的光電檢測等。內(nèi)容覆蓋了光源，探測器，光學(xué)系統(tǒng)及誤差分析和數(shù)據(jù)處理的相關(guān)知識，而課程總課時(shí)數(shù)只有32學(xué)時(shí)，其中還包括實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)，如果教材中所有內(nèi)容都進(jìn)行詳細(xì)講述的話學(xué)時(shí)量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

作者根據(jù)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)方案，刪掉了先修課程中已經(jīng)講解的知識和一些不影響整個(gè)光電檢測系統(tǒng)架構(gòu)的知識單元。例如，教材第二章有一節(jié)詳細(xì)介紹了檢測數(shù)據(jù)的誤差分析及數(shù)據(jù)處理知識，雖然數(shù)據(jù)處理在檢測過程中占有重要的地位，然而從教學(xué)的角度看，這部分內(nèi)容學(xué)生可以自學(xué)完成。因此，這部分內(nèi)容由學(xué)生自學(xué)完成。又如，教材第六章前半部分主要講述電路中鎖相，放大和濾波等相關(guān)知識，考慮學(xué)生在先修的模擬電子技術(shù)中有所學(xué)習(xí)，故這部分不在課堂上講授。另外教材中圖像處理技術(shù)和光纖傳感技術(shù)在其他專業(yè)課中有詳盡的介紹，因此本部分也可不在課堂講授。通過合理取舍教學(xué)內(nèi)容，可以把更多的時(shí)間放在光電檢測系統(tǒng)核心內(nèi)容的講解上，同時(shí)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣梗脖苊饬艘驗(yàn)橹貜?fù)講解以前的知識而引起學(xué)生的注意力不集中的現(xiàn)象。

筆記還適當(dāng)?shù)脑黾恿艘徊糠趾蜋z測技術(shù)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。光電檢測技術(shù)涉及到傳感器的一些基礎(chǔ)知識，特別是學(xué)生在日后工作時(shí)可能會(huì)進(jìn)行傳感器的設(shè)計(jì)工作或者傳感器的選型等。教材第二章第一節(jié)主要內(nèi)容為誤差分析和數(shù)據(jù)處理的相關(guān)知識，主要講述誤差的概念及數(shù)據(jù)處理等，但是沒有涉及檢測技術(shù)中常見的靈敏度，分辨率，精確度等容易混淆的概念，所以在課堂中對上述概念進(jìn)行擴(kuò)展性介紹，使學(xué)生在以后的生產(chǎn)實(shí)踐中當(dāng)涉及到傳感器的制作或者選型時(shí)，對產(chǎn)品的參數(shù)有所了解。第二章光度學(xué)和輻射度學(xué)的基礎(chǔ)知識中涉及很多物理量，比如輻射通量，輻射強(qiáng)度，輻射亮度，輻射出射度和輻射照度等，這些物理量之間有一定的聯(lián)系，如果只是簡單的介紹其定義學(xué)生很難很好掌握。通過在課堂上增加習(xí)題的方法來鞏固學(xué)生對上述物理量的認(rèn)識，收到了較好的效果。另外光度學(xué)中會(huì)涉及一些新的單位，比如光通量的單位流明，光強(qiáng)度的單位坎德拉，光照度的單位勒克斯，這些單位較為抽象，作者將單位的相關(guān)英文和拉丁文的全稱在課堂上進(jìn)行介紹，以增加學(xué)生對其掌握程度。并且將光強(qiáng)的簡寫I，光亮度的簡寫L，照度的簡寫E和區(qū)分輻射度學(xué)和光度學(xué)小角標(biāo)的e和v的英文單詞介紹給學(xué)生，以便容易記憶。

（二）提高學(xué)生課堂的學(xué)習(xí)興趣

做好光電檢測技術(shù)課程的教學(xué)，要重視激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，提高學(xué)生上課的積極性。光電檢測技術(shù)課程的相關(guān)知識與實(shí)際應(yīng)用有較為緊密的聯(lián)系，教材第一章涉及到光電檢測的應(yīng)用實(shí)例，其中一個(gè)實(shí)例為鍋爐水位光電檢測和控制系統(tǒng)。在講解這部分內(nèi)容時(shí)，作者通過提問的方式啟發(fā)學(xué)生自己設(shè)計(jì)光電檢測系統(tǒng)來解決這一實(shí)際問題，有些同學(xué)提出了與教材解決方案完全不同的思路，例如采用激光測距來實(shí)現(xiàn)。通過這種對生產(chǎn)生活中實(shí)際光電檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。在講解紅外輻射測量溫度的實(shí)例時(shí)，通過演示黑體輻射輻射波長和輻射出射度隨溫度的變化曲線，啟發(fā)學(xué)生掌握黑體輻射的公式，將枯燥無味的公式化為形象的圖形和應(yīng)用實(shí)例，相信學(xué)生會(huì)對基礎(chǔ)知識掌握的更為牢固。并且通過課堂的互動(dòng)，作者發(fā)現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新型和想象力是無窮的。例如在講解葉綠素含量的光電檢測系統(tǒng)時(shí)，ppt上的圖片為一株綠色植物和一臺(tái)放置在植物葉片的儀器，有些學(xué)生直接可以猜到這臺(tái)儀器是測量葉綠素的。通過與日常生活緊密相關(guān)的光電檢測實(shí)例的講解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善了老師在講臺(tái)上一味的講解，而學(xué)生興趣度不高的現(xiàn)象，并且可以拓展學(xué)生的視野。

（三）提高課程與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合度和學(xué)生的參與度

由于學(xué)生在上課時(shí)主要以聽為主，很少跟教師互動(dòng)，為了提高學(xué)生課堂的參與度。結(jié)合光電檢測技術(shù)應(yīng)用性較強(qiáng)的特點(diǎn)，作者從浙江大學(xué)課程網(wǎng)站上吸取經(jīng)驗(yàn)，每次課程的開始5分鐘講述一個(gè)光電檢測的實(shí)例。比如光電鼠標(biāo)的工作原理，條形碼和二維碼的工作原理，射頻識別的工作原理，紅外制導(dǎo)的工作原理，拉曼光譜法測量地溝油，核輻射的測量，易燃易爆氣體的檢測等實(shí)例，通過這些與日常生活息息相關(guān)的光電檢測實(shí)例的講解。使學(xué)生掌握了光電檢測系統(tǒng)的基本組成，意識到了光電檢測系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性與主動(dòng)性，并且能夠積極響應(yīng)上課時(shí)教師提出的問題。

提高學(xué)生的參與度還可以通過學(xué)生做報(bào)告的方式進(jìn)行。例如，在講述光電檢測系統(tǒng)的應(yīng)用時(shí)，有個(gè)實(shí)例是紅外導(dǎo)盲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于該題目是大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽的題目，結(jié)合學(xué)生先修課程，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)基于光電檢測系統(tǒng)的導(dǎo)盲儀并在課堂上講解其工作原理和實(shí)現(xiàn)方法，從光源的選擇，探測器的選擇，后續(xù)數(shù)據(jù)處理的相關(guān)解決方案，許多同學(xué)能夠積極參與設(shè)計(jì)當(dāng)中，取得了較好的教學(xué)效果。另外該課程還包括三個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)為激光測距實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生掌握紅外測距的三角測距原理，并學(xué)會(huì)分析紅外測距三角結(jié)構(gòu)中各元件的作用。提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，為后續(xù)研究生階段的科研和工作積累了一定的實(shí)際操作能力。

三、結(jié)束語

光電檢測技術(shù)是光電信息工程與科學(xué)及相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)課程，對于培養(yǎng)學(xué)生利用光學(xué)方法進(jìn)行測量等技能方面有著重要的作用，同時(shí)通過光電檢測實(shí)例的講解以及調(diào)動(dòng)學(xué)生參與一些光電檢測應(yīng)用實(shí)例的設(shè)計(jì)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并提高分析問題和解決問題的能力。在該課程的教學(xué)過程中，依據(jù)課程教學(xué)大綱，圍繞選用教材及具體教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，對具體的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化選擇。適當(dāng)結(jié)合光電檢測的應(yīng)用實(shí)例對該門課程的組成及其原理進(jìn)行講述，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，本文所嘗試的方法在提高光電檢測技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量方面取得了一定的效果。

參考文獻(xiàn)

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