光電探測技術及應用課程的教學改革探索

楊明珠

摘要：光電探測技術及應用課程被廣泛地應用在現代光學產業和光電子產業等領域，是光學工程相關學科學生必須掌握的一門專業課程。為了使學生能夠更扎實地掌握基本知識和原理，教師要把握教學內容的重難點，找出教學內容之間的關聯，豐富教學內容，并恰當實施翻轉課堂，做到理論與實際相結合、教學與科研相結合，才能達到良好的教學效果。

關鍵詞：光電探測技術及應用；教學內容；教學方法；教學改革

一、引言

光電探測技術及應用課程作為一門主要專業方向課程，是從事光學工程、光學設計、高精密光學儀器的研究人員必須學習的基礎知識，也是一門衍生于古老光學又與現代科技發展緊密聯系的課程。通過本課程的學習，使學生了解和掌握點探測器和像探測器的基本原理及光電檢測技術所必需的各種基礎知識，具備進行低噪聲光電探測設計的能力。為了提高教學質量、提升教學效果，筆者根據自己的教學實踐，從教學內容和教學方式的改革上淺談幾點看法。

二、教學內容改革

（一）刪繁就簡，把握教學內容重難點

課程安排在碩士研究生第二學期進行，共32個學時，之前采用西安電子科技大學出版社出版的安毓英編寫的《光電探測技術及應用》一書。該版教材內容量大，很難在32個學時內完成，且下篇的內容數學性很強，公式推導繁冗復雜，不適合某些相關專業的研究生進行選修。因此現將教材改為同樣由西安電子科技大學安毓英編寫的由科學出版社出版的《光電探測與信號處理》，該教材共有五章內容，且這幾章的內容很多與學生在本科階段學習的專業課有重復，但也不完全相同，是本科教學內容的深入與延展，因此講授中需做到把握清楚重點難點。在第一章光電探測基礎的講授中，應將光電探測器的物理效應、光電探測器的性能參數以及噪聲作為講課重點，因為這三節是學習第二章和第三章的基礎，其中光電探測器的物理效應與第二章的點探測器具有一一對應的關系，而第三章的直接探測和外差探測全部是圍繞如何降低探測器的噪聲來展開。而對幅度學與光度學的內容，學生在本科階段已經學習過三度學的相關內容，只需簡單地復習與回顧即可，不應占用過多時間進行大面積深入的講授。

（二）環環相扣，找出教學內容的關聯

把握清楚教學的重難點是搞好教學的重要一步，在此基礎上還應該把握教材內容之間的聯系。例如：在教學過程中將第3.4節閾值探測的光電探測統計與5.1節信號檢測的基本問題結合起來講，因為它們都是以概率與統計學中的條件概率為基礎，講授閾值條件和虛報概率與漏報概率之間的關系。

（三）查漏補缺，豐富關鍵教學內容

任何教材都不是完美的，尤其針對不同的授課對象及教學需求，因此教師作為教材和學生之間的紐帶，需要對教材的內容進行合理刪減與增添。例如，在3.5節鎖定放大器的教學中，待測信號是參考信號的奇次諧波和偶次諧波時的情況，教材上沒有做交代，因此，筆者參考北京理工大學胡士凌編寫的《光電子線路》一書對內容進行了增加補充。為了開拓學生的眼界，使學生不拘泥于課本所學，在4.6節CMOS圖像傳感器的講授中，筆者將中科院長春光機所官網公布的關于CMOS圖像傳感器的歷史和最新研究進展現狀與學生分享，使他們緊跟時代的潮流，同時了解我國的光學類研究所的發展現狀和主要研究方向等，引導他們養成關注前沿科學的良好習慣。

三、教學方法的改革

（一）進行翻轉課堂

不同于本科生的學習主要依賴教師講授，研究生的主要工作在于自己對課題進行研究探討，并將自己的研究思路與成果表達出來。因此自發查閱文獻，總結問題，提出解決方案，制作幻燈片做出匯報是研究生培養的重要環節。在本門課程的學習中，有許多設計類的問題，如1.9節探測器的主要性能參數設置一節中，采取學生自己設計并講授然后進行師生討論的方法進行教學。在光譜響應率的測試中，學生通過自己繪圖講授，明白了設計原理，擴展了思路。作為教師，此時進一步地進行引導和啟發，提出問題“還有什么其他方法進行測試”，學生進行討論思考，最終得出還可以采用參考光源的方法進行測試。在這樣的翻轉課堂教學過程中，學生擁有了課堂責任感，因此更加積極主動，而且自己設計出的方案一定是比被動接受教師的方案更加記憶深刻，理解也更透徹。

（二）理論與實際相結合

光電探測與我們的日常生活息息相關，在講述光電池的時候，將近年我國太陽能光伏產業的發展現狀與前景，以及在發展與環境的沖突日益加劇的今天，太陽能發電有環保和安全性高的特點等向學生做相關介紹，激發學生的學習興趣，使他們明白所學知識是和日常生活緊密聯系的。太陽能利用主要有光熱發電和光伏發電兩種形式。光伏發電以太陽能電池技術為核心，技術相對成熟，目前太陽能電池主要分為：以晶硅電池為代表的第一代太陽能電池，以硅基薄膜、CdTe、CIGS電池等為代表的第二代薄膜電池和以GaAs疊層電池為代表的第三代太陽能電池。硅光電池是一種直接把光能轉換成電能的半導體器件，它的核心是PN結。通過這樣的講述，學生自然地把光生伏特效應、PN結以及光電池的相關概念全部聯系了起來。

（三）教學與科研相結合

學生的學習訴求不僅僅局限于本門課程的知識，他們對于任課教師的科研工作也有著濃厚的興趣。教師將自己的最新科研進展與學生分享，并介紹自己的科研工作與本門課程中存在的聯系，不僅能縮小師生之間的距離感，更能使學生完成一個本科生到研究生的蛻變。研究生課程的教學，不只是“授之以魚”，更應該“授之以漁”，不只是傳授教材知識，更重要的是拓寬學生眼界，培養他們的科研調研能力，分析解決問題的能力以及表達自己科研思路的能力。

四、結語

對光學工程專業的研究生來說，光電探測技術及應用是一門非常重要的專業基礎課。在過去的教學實踐中，筆者通過調研各種教材資料、期刊文獻以及相關的網絡報道以期給學生呈現一門全方位的、立體的、生動的課程，激發學生對光電探測的興趣，對從事光學研究與光學設計的興趣，拓展學生的視野，使學生時刻走在科技前沿，引導學生自主思考、自發學習，培養學生主動解決問題的能力。作為研究生課程的主講教師，應重視教學，不斷思考學習以豐富完善教學內容，優化教學方法，深化教學改革，為學生今后的科研工作打下扎實基礎。

參考文獻：

[1]安毓英，曾曉東.光電探測原理[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004.

[2]安毓英，曾曉東，馮喆珺.光電探測與信號處理[M].北京：科學出版社，2010.