“光電子技術(shù)”課程仿真教學的研究

鄧艷+曹廣濤

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

【關(guān)鍵詞】光電子技術(shù)；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(shù)的長足發(fā)展。在這50多年間，從紅寶石激光器的發(fā)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(guī)模應用到系統(tǒng)集成實用化階段，光電子技術(shù)在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、光纖通信、醫(yī)學、精密測量、地質(zhì)、天文等領(lǐng)域獲得了廣泛的應用。我國政府將光電子技術(shù)列入國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點領(lǐng)域。因此，光電子技術(shù)受到了研究所及企業(yè)的廣泛關(guān)注，促使很多高校在物理、電子、通信、材料等專業(yè)紛紛開設(shè)光電子技術(shù)這門課程[1]。

如何培養(yǎng)專業(yè)知識強、綜合素質(zhì)高、實踐能力優(yōu)異的人才是當前光電子技術(shù)課程教學的熱點話題。因此，在光電子技術(shù)課程教學過程中，很多教師以教學內(nèi)容、教學手段和教學方法的改革為重點，優(yōu)化教學內(nèi)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(zhì)量反饋系統(tǒng)，以此確保教學質(zhì)量。隨著計算機技術(shù)的不斷提高，仿真技術(shù)為人們提供了一種有效的教學手段[2]?；诜抡婕夹g(shù)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(guān)于光電子技術(shù)課程仿真教學的探討還非常少。本文主要研究光電子技術(shù)課程及仿真教學的特點，得出仿真教學在光電子技術(shù)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(shù)課程教學質(zhì)量的一種有效的方法。

1 仿真教學

仿真教學是仿真技術(shù)應用的一個重要方面。仿真教學就是利用計算機創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境來模擬真實環(huán)境，并結(jié)合真實環(huán)境中的情況在虛擬環(huán)境中進行設(shè)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(shè)計的教學內(nèi)容融合在這個虛擬仿真環(huán)境中，并通過各種手段和方法將仿真教學中的情境呈現(xiàn)出來，這是仿真技術(shù)應用在教學中的一大進展。結(jié)合自己的實踐和他人豐富的教學經(jīng)驗，總結(jié)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(shè)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(shè)機房，這樣就可以大大降低費用，并且設(shè)備的使用率也非常高。

2）維護簡單，更新方便。儀器設(shè)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(shè)計，有的甚至需直接購買新的設(shè)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(shù)所需的儀器設(shè)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(fā)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(huán)境條件，操作失誤或?qū)嶒瀮x器故障都有可能對學生的人身安全構(gòu)成威脅。在仿真教學實驗中，學生不僅可以隨意設(shè)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(shù)”課程教學中的可行性和重要性

光電子技術(shù)是電子學和光子學相結(jié)合而產(chǎn)生的綜合性交叉學科，并成為現(xiàn)代信息科學技術(shù)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(shù)課程是電子、通信、光電材料等專業(yè)的核心課程，內(nèi)容包括半導體發(fā)光、固體激光器、光纖、非線性光學、光調(diào)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(guān)知識，對學生的基礎(chǔ)提出了較高的要求。

2）知識更新快。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，光電子技術(shù)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(lǐng)域，其相關(guān)研究為光子器件的微型化奠定基礎(chǔ)。

3）理論性強，而實踐內(nèi)容較少。大多光電子技術(shù)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(guān)設(shè)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(shù)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(nèi)容，需開展相關(guān)的實驗，但是相關(guān)儀器設(shè)備比較貴，一般的高校很難承受相關(guān)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(shù)課程的上述特點，低成本的仿真教學可以解決光電子技術(shù)課程教學中儀器設(shè)備價格昂貴的問題?；诜抡娼虒W中使用和更新方便的特點，教師可以根據(jù)最新科研進展，拓寬教學內(nèi)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(shù)課程中涉及光子學、電子學及半導體物理的相關(guān)知識是非常重要的，因為理論教學是專業(yè)課程學習的基礎(chǔ)。為了能使學生理解相關(guān)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(jié)果，然后再進行理論推導，這樣有助于加深學生對系統(tǒng)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(shù)課程的教學質(zhì)量。

3 結(jié)論

總之，隨著計算機技術(shù)的不斷進步，仿真技術(shù)已經(jīng)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(yī)療等領(lǐng)域?；诜抡娼虒W和光電子技術(shù)課程的特點，探討了仿真教學在光電子技術(shù)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(tǒng)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(shù)課程教學的質(zhì)量。

【參考文獻】

[1]馬冰，任芊.光電子信息材料的發(fā)展淺論[J].光學技術(shù)，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(yè)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(shù)在“電力電子技術(shù)”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(shù)”課程中誘導式教學方法的創(chuàng)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(shù)”課程建設(shè)的改革與探索[J].光學技術(shù)，2009（35）：245-246.

[責任編輯：湯靜]