“光電檢測(cè)技術(shù)”教學(xué)方法探討

吳瑩

摘 要“光電檢測(cè)技術(shù)”在日常生產(chǎn)、生活中應(yīng)用極其廣泛。為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、提高教學(xué)質(zhì)量，在授課過程中，采用了呈現(xiàn)法、啟發(fā)法、理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合法及任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，取得較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 光電檢測(cè)技術(shù) 教學(xué)方法 教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.09.049

Discussion on Teaching Methods of Photoelectric Detection Technology

WU Ying

（Jiangsu Normal University， Xuzhou， Jiangsu 221116）

Abstract Photoelectric detection technology is widely used in daily production and life. In order to mobilize students learning enthusiasm， improve the quality of teaching fully， the presentation method， heuristic method， method of theory combined with experiment， and task driven method in teaching process are adopted， a good teaching effect is obtained.

Key words photoelectric detection technology; teaching method; teaching quality

目前，“光電檢測(cè)技術(shù)”課程的教學(xué)方法主要采用講授法，結(jié)合多媒體課件及板書，把教學(xué)內(nèi)容灌輸給學(xué)生，由于這種方法忽視了學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，學(xué)生常會(huì)感覺教學(xué)內(nèi)容過于抽象和雜亂，最終失去學(xué)習(xí)興趣。①因“光電檢測(cè)技術(shù)”應(yīng)用性較強(qiáng)，在培養(yǎng)學(xué)生過程中應(yīng)不僅要求學(xué)生掌握理論知識(shí)，還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，使學(xué)生做到學(xué)以致用。為了提高教學(xué)質(zhì)量、提升教學(xué)效果，筆者根據(jù)自身教學(xué)實(shí)踐，對(duì)“光電檢測(cè)技術(shù)”課程教學(xué)方法進(jìn)行了探討。

1 呈現(xiàn)法

在授課過程中，可通過多媒體課件，列舉大量光電檢測(cè)技術(shù)在生產(chǎn)、生活領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，如工業(yè)生產(chǎn)過程中的光電自動(dòng)檢測(cè)，校園里路燈的自動(dòng)控制，檢測(cè)技術(shù)在汽車、家電、醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用等，這將有利于學(xué)生了解光電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對(duì)這門課的興趣。

在講解光電檢測(cè)器件時(shí)，除了介紹器件的工作原理、特點(diǎn)，還可以通過多媒體課件展示器件的應(yīng)用，如空調(diào)、冰箱、電飯煲等，可利用熱敏電阻、熱電偶等檢測(cè)器件實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)，電視機(jī)遙控器可利用光敏二極管、光敏三極管實(shí)現(xiàn)紅外檢測(cè);辦公用品中的掃描儀可利用線陣CCD實(shí)現(xiàn)文檔掃描;醫(yī)療方面使用的電子血壓計(jì)可利用壓力傳感器實(shí)現(xiàn)血壓檢測(cè)等。此外，還可以利用課件呈現(xiàn)部分檢測(cè)電路，使學(xué)生了解怎樣使用這些器件，以及使用過程中需要注意哪些問題，這樣，學(xué)生才會(huì)對(duì)器件有更深刻的認(rèn)識(shí)，而且學(xué)生也將明白根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際的檢測(cè)目標(biāo)。

2 啟發(fā)法

采用啟發(fā)式教學(xué)能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。②在授課過程中要引導(dǎo)學(xué)生自主思考，如在講解光生伏特器件比光電導(dǎo)器件有更快的響應(yīng)速度時(shí)，可從半導(dǎo)體理論出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生理解光電導(dǎo)器件與光照有關(guān)的是多數(shù)載流子的行為，而光生伏特器件與光照相聯(lián)系的是少數(shù)載流子的行為，且少數(shù)載流子的壽命通常很短。在分析光子檢測(cè)器件與熱電檢測(cè)器件的響應(yīng)時(shí)間時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生從光與物質(zhì)相互作用的過程出發(fā)，光熱效應(yīng)中物質(zhì)吸收了光能導(dǎo)致自身溫度變化，需要時(shí)間較長(zhǎng)，因此導(dǎo)致熱電檢測(cè)器件的響應(yīng)時(shí)間比光子檢測(cè)器件的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。

在介紹檢測(cè)器件的特性時(shí)，應(yīng)從器件的工作原理出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生理解器件的特性。如在介紹光敏電阻時(shí)，其伏安特性表現(xiàn)為過原點(diǎn)的直線。這是因光敏電阻是基于光電導(dǎo)效應(yīng)做成的器件，在一定的光照度條件下，光生載流子的數(shù)量一定，此時(shí)光敏電阻相當(dāng)于一個(gè)純電阻，因此符合歐姆定律。

在介紹檢測(cè)器件的特性時(shí)，還可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)各種器件進(jìn)行橫向比較，以鞏固以前的知識(shí)。因光敏二極管和光敏三極管同是基于光生伏特效應(yīng)做成的器件，在介紹特性時(shí)可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對(duì)比。如在介紹光敏三極管的特性時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生回顧光敏二極管的特性。光敏二極管在正向電壓條件下與普通二極管一樣，只有單向?qū)щ娦?，僅在反向偏壓條件下表現(xiàn)出光電效應(yīng)。其伏安特性表現(xiàn)出一定的入射光功率條件下，在較低反向電壓作用時(shí)光電流隨反向偏壓的變化較明顯，當(dāng)反向偏壓進(jìn)一步增加時(shí)，光生載流子的收集接近極限，光電流趨于飽和，此時(shí)可視作恒流源。光敏三極管因?yàn)橛泄怆娏鞣糯蟮墓δ埽怨饷羧龢O管的伏安特性曲線向上偏斜，間距增大。③與光敏二極管伏安特性的不同還表現(xiàn)在偏置電壓很低時(shí)，無論光照有多強(qiáng)，光敏三極管的集電極因偏壓太低，導(dǎo)致收集能力低，造成三極管飽和，伏安特性表現(xiàn)出此時(shí)電流都趨于零，而光敏二極管則因光照原因有反向電流流過。

3 理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合法

“光電檢測(cè)技術(shù)”所涉及到的檢測(cè)器件比較多，且每個(gè)器件的特性不同，單靠課堂講解，學(xué)生很容易混淆。因?qū)W院在開設(shè)理論課的同時(shí)還開設(shè)了“光電技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)”課，因此，在進(jìn)行理論教學(xué)的過程中結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能使學(xué)生更好地理解光電檢測(cè)器件的特性。我們采用的是CSY-10G型和CSY-10E型光電特性綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，涉及到光敏二極管、光敏三極管、光敏電阻、光電池、光纖傳感器、PSD光電位置傳感器、CCD電荷耦合圖像傳感器、熱釋電紅外傳感器、光柵傳感器、光電耦合器、發(fā)光二極管、激光二極管、光電倍增管、雪崩光電二極管等器件的特性實(shí)驗(yàn)。在課堂講授器件特性之前，可先進(jìn)行檢測(cè)器件特性測(cè)量的實(shí)驗(yàn)，授課過程中結(jié)合器件的工作原理，分析實(shí)驗(yàn)中器件所表現(xiàn)出的特性，有利于學(xué)生更好地理解并掌握器件的特性。

光電特性綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還提供了光電檢測(cè)器件的應(yīng)用系統(tǒng)，如光敏電阻的應(yīng)用-暗燈控制，使發(fā)光二極管在實(shí)驗(yàn)時(shí)光照環(huán)境下不亮，改變光照條件，實(shí)現(xiàn)光照變暗到一定程度時(shí)發(fā)光管變亮。這些應(yīng)用系統(tǒng)可以使學(xué)生了解檢測(cè)器件的使用，使學(xué)生做到學(xué)以致用，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)這門課的興趣。

在完成課堂教學(xué)的同時(shí)，還可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，改被動(dòng)接收為主動(dòng)學(xué)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。如在利用光電耦合器測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)驗(yàn)中，除了要求學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)裝置，了解實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)會(huì)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還可以鼓勵(lì)學(xué)生改變發(fā)光器件與接光器件的夾角，從而實(shí)現(xiàn)不同距離的探測(cè)。在光敏電阻的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可根據(jù)暗通電路原理，試設(shè)計(jì)一個(gè)亮通控制電路，這樣可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，激發(fā)他們對(duì)某些事物變革的思路。

4 任務(wù)驅(qū)動(dòng)法

因?yàn)椤肮怆姍z測(cè)技術(shù)”具有較強(qiáng)的實(shí)用性，而且課程一般安排在電學(xué)相關(guān)課程學(xué)完之后進(jìn)行，因此，學(xué)生在學(xué)完本門課之后，應(yīng)該能獨(dú)立解決一些生活中的實(shí)際問題。在整個(gè)課程學(xué)習(xí)過程中，教師可下達(dá)兩次任務(wù)：（1）經(jīng)過光電檢測(cè)器件的學(xué)習(xí)，在遇到實(shí)際問題時(shí)，學(xué)生應(yīng)該能夠選擇合適的檢測(cè)器件，此時(shí)，教師可對(duì)學(xué)生提出任務(wù)，即根據(jù)實(shí)際生活中的某一個(gè)問題，選擇合適的檢測(cè)器件，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目標(biāo)。目的是使學(xué)生了解檢測(cè)器件在實(shí)際生活中的應(yīng)用。（2）在完成光電檢測(cè)電路及光電檢測(cè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)后，學(xué)生應(yīng)該可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問題，此時(shí)，教師可對(duì)學(xué)生提出自己設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)實(shí)際檢測(cè)的要求。在設(shè)計(jì)完成時(shí)，每組可由一名同學(xué)主講，其他同學(xué)補(bǔ)充的方式，將設(shè)計(jì)成果展現(xiàn)給全班同學(xué)，所做成果可計(jì)分在最終的考察成績(jī)里。

在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中，還應(yīng)積極鼓勵(lì)學(xué)生參加各種科技創(chuàng)新活動(dòng)，④培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、協(xié)作精神。因?yàn)椤肮怆姍z測(cè)技術(shù)”在日常生產(chǎn)、生活中應(yīng)用極其廣泛，通過科技創(chuàng)新活動(dòng)尋找生活中存在的問題，積極主動(dòng)地解決，可提高學(xué)生的綜合分析與設(shè)計(jì)能力。

以上是筆者在教學(xué)過程中采用的一些方法，綜上所述，筆者認(rèn)為在光電檢測(cè)技術(shù)教學(xué)中，教師應(yīng)充分發(fā)揮自己的才智，吸引學(xué)生的注意力，提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

基金項(xiàng)目：江蘇省高等教育教改研究課題（2013JSJG 155）;十二五重點(diǎn)專業(yè)支持項(xiàng)目;江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目

注釋

① 李剛，曹浪舟.光電檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)改革的探討[J].高等函授學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010.23（4）：43-45.

② 陳元枝.“光電檢測(cè)技術(shù)”課程的教學(xué)體會(huì)[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)，2007.27（5）：426-428.

③ 郭培源，付揚(yáng).光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

④ 張衛(wèi)純，王開圣.淺談《光電檢測(cè)技術(shù)》課程的課堂教學(xué)[J].甘肅科技，2009.25（18）：170-171.