光電測試技術與系統教學改革實踐

摘要：針對本科生專業必修課光電測試技術與系統教學中存在理論與實踐脫離的問題，從教學方法、教學內容、開放式實驗、考核方式等方面進行了教學改革嘗試，該課程將理論講授與科研實踐結合起來，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：光電測試技術與系統;教學改革;科研實踐

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）16-0170-02

高水平的高校教學工作是保證人才培養質量的關鍵，教學工作又是一項涉及面廣、影響因素多的系統工程，而影響教學質量的三個核心要素是教師、學生和課程。因此，課程建設是確保人才培養質量的最重要的教育教學基本建設任務之一，是教學改革的核心，對教學質量的提高，具有十分重要的戰略意義。

本科生專業必修課是大學生獲取本專業知識的重要途徑，是本科生培養的重要環節。光電探測器件及利用光電探測器件實現的測試技術及系統是從事儀器儀表、光電工程、精密儀器、自動控制等領域工程技術人員必須需要學習的基礎內容之一。尤其是隨著CCD和CMOS圖像傳感器的日益普及和應用，光電測試技術已經變得越來越重要。讓本科生更好、更早地學習光電探測器件、光電測試技術及系統對提高大學本科教學質量具有重要意義，也有很多學者在類似課程教學中進行了教學改革的嘗試[1-4]。

光電測試技術與系統是本科三年級專業必修課，主要旨在從光電測試用光源、光電探測器件、光電測試基本原理及技術、典型光電測試系統，以及在工程實際中的具體應用等方面，使學生全方面了解和掌握設計一個完整的光電測試系統所需要的各個層面的知識。

目前光電測試技術與系統課程的講解主要通過板書和PPT形式讓學生們學習基本理論和基本應用實例，學生理解各種光電探測器件和光電測試技術的基本原理和實際應用不深刻，且實驗內容相對老舊，已經無法反映目前光電測試技術的最新水平。針對以上問題，本文從教學方法、教學內容、開放式實驗、考核方式方面進行了教學改革與實踐，并提出以下幾點建議。

一、采用理論講授與科研實踐相結合的教學方法，提高學生學習興趣

傳統的光電測試技術與系統教學中以板書結合PPT講授為主。但光電測試技術與系統不但包括一些基礎光電探測器件工作原理的介紹，而且包括一些測試技術與系統工作原理的介紹，包括大量的公式、電路圖和系統結構圖。僅通過板書和PPT很難讓學生更直觀地了解這些器件及系統。為此，我們在與課程相關的科研成果中選取部分實例，例如，可編程智能相機、線結構光視覺傳感器、三維掃描傳感器等最新的科研成果。將這部分科研成果實例與課本中的公式、原理和圖示等有機地結合起來，以視頻、動畫、圖片和實物的方式帶入課堂，并設計相關討論與科研實踐題目，讓學生能夠參與到教學中。在使用這些設備進行教學實踐時，設備是已有的設備，軟件已經進行了模塊化設計，學生可以根據興趣選擇不同設備，結合課堂講授的理論知識可以很快了解設備工作原理和軟件基本框架，然后操作設備進行實踐，并將結果進行分析處理，最后通過課堂討論形式介紹科研實踐的收獲和體會。這個環節不但可以增加學生們的參與程度，也讓學生從設計者的角度重新考慮所學知識，知道為什么要這樣設計，怎么設計才最好。激發了學生們的科研熱情，為學生以后參加科技活動及研究生階段學習打下良好基礎。

另外，在課堂上提出開放性的問題，結合科研實踐讓學生學會主動思考并嘗試運用相關知識解決問題，提高學生的主觀能動性。

二、采用理論講授與科研實踐相結合的教學內容，讓學生更好更多地掌握相關的知識

傳統的光電測試技術與系統課本中多以理論為主，且缺少最新的研究成果。為此我們將最新的科研成果帶入教學當中，豐富了教學內容，可以讓學生更好、更多地掌握所學知識。

第一，跟蹤國內外關于光電測試技術與系統的最新研究成果，將最新的研究成果（主要包括了最新的光電成像方法、光電測試方法、光電測試系統等內容）與課程中光電測試技術的基本工作原理的理論講述結合在一起，讓學生了解這些基礎器件和技術可以應用的領域及方法原理，可以使學生在多個方面加深理解這些光電探測器件和測試技術。

第二，從科研成果中挑選部分可以攜帶的光電探測器件或光電測試裝置引入到在課堂教學中，例如，線結構光視覺傳感器、三維掃描傳感器等，在講述課堂內容時展示這些光電探測器件及裝置的工作過程及結果，讓學生可以親眼看到、親手操作這些器件及裝置，這樣可以讓教學更加生動，更加激發學生的學習熱情。

第三，在教學中，通過課堂討論和課后實踐形式介紹科研實踐的收獲和體會。這部分重點要提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，重點培養學生的科研精神。我們也鼓勵學生參加學院的儀器光電杯和學校馮如杯比賽，讓學生們將課本上學到的知識得到具體應用，并在科研活動中鍛煉培養他們的科研精神。這個環節不但可以提高學生們的參與程度，同時也激發了學生們的科研熱情。

三、設計開放式實驗內容、提高學生們的動手能力

我們根據科研工作中研究出的科研成果重新進行實驗內容和實驗方法設計，編寫對應的教學實驗大綱。實驗包括了兩大部分，一部分是常規的實驗課，有明確的實驗步驟和儀器;另外一部分是一個開放式的實驗內容：通過視覺傳感器測量球的直徑。開放性實驗內容不對設計方法進行硬性規定，而是給學生一個自由選擇的機會。學生們可以根據自己的理解選擇實驗方法完成球直徑的測量。為什么選用球直徑測量進行開放性實驗呢？主要是因為在科研實踐中我們發現，球直徑測量與本課程直接相關，并具有測量方法多樣化且各有優勢的特點，沒有一個最好的測量方案。因此學生可以根據各自理解選用各自實驗方法，通過發現問題、分析問題、解決問題來更好地理解課堂所學內容，并通過PPT形勢報告自己的實驗結果，說明設計方案、實驗過程和實驗結果及分析，全面鍛煉了學生的動手能力。

四、改進教學效果的評估方法

通過課堂互動、借助網絡平臺，對教學效果信息進行收集，了解學生對教學改革效果的意見和建議，進行多次迭代改進，達到提高教學質量的最終目標。在考核方面，采用期末考試+實驗+平時成績的考核方法。期末考試重點考核學生綜合運用所學知識的能力。期末考試成績占總分的80%，實驗成績占總分的15%，平時成績占總分的5%。

五、小結

光電測試技術與系統教學中的理論多、概念多，還有很多儀器的原理和應用介紹。如果僅采用板書和PPT結合是無法達到滿意的教學效果。學生不愛學，學不會，并且容易忘。為此，我們將科研項目中的部分內容通過視頻、圖片和動畫的形式展示給學生，幫助學生更好地理解學習內容。同時在課堂上引入科研成果實物，提出開放性問題，引導學生發現問題、分析問題、解決問題，提高學生們的科研熱情。另外我們也設計了靈活開放的實驗課內容，讓學生們可以靈活地決定實驗內容，并對實驗結果進行分析比對，最后學生們在課堂上展示實驗結果。這一系列的教學改革嘗試就是為了提高學生們的學習興趣，讓他們更加深入地理解所學知識，并通過實驗進行實踐和驗證。通過實驗教學發現該方法教學效果顯著提升。

參考文獻：

[1]張戈，胡冬梅，黃大勇，郭建昌，孫樹平，尉喬南.光電檢測技術及應用課程實踐教學改革探索[J].教育教學論壇，2019，（11）：160-161.

[2]馮國強，童愛紅，吉紫娟.“光電技術”課程理論與實踐教學改革的探索[J].湖北第二師范學院學報，2019，（02）：64-67.

[3]師樹，恒張濤.“光電測試技術”課程教學體會[J].中國電力教育，2011，（24）：176-177.

[4]溫宏愿，竇如鳳.應用型本科光電檢測技術課程教學改革的探討[J].大學教育，2018，（07）：36-38.

"Optoelectronic Measurement Technology and System" Teaching Reforms Investigation

LIU? Zhen

（School of Instrumentation and Optoelectronic Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China）

Abstract：In order to solve the problem of separation of theory and practice in teaching the undergraduate professional compulsory course "Optoelectronic Measurement Technology and System"，teaching reforms have been tried in ways of reforming teaching methods and teaching content，conducting open experiments，and changing assessment strategy.This course combines theory teaching with scientific research practice and achieves good teaching effect.

Key words：optoelectronic measurement technology and system;teaching reforms;research practice

收稿日期：2019-07-22

基金項目：北京航空航天大學教學改革項目“理論與實踐相結合在‘光電測試技術與系統教學中的探索與實踐”資助

作者簡介：劉震（1975-），男（漢族），遼寧沈陽人，副教授，博士，研究方向：智能光電系統開發。