光電探測技術(shù)及應(yīng)用課程的教學(xué)改革探索

楊明珠

摘要：光電探測技術(shù)及應(yīng)用課程被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代光學(xué)產(chǎn)業(yè)和光電子產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域，是光學(xué)工程相關(guān)學(xué)科學(xué)生必須掌握的一門專業(yè)課程。為了使學(xué)生能夠更扎實(shí)地掌握基本知識和原理，教師要把握教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)，找出教學(xué)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，豐富教學(xué)內(nèi)容，并恰當(dāng)實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂，做到理論與實(shí)際相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合，才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：光電探測技術(shù)及應(yīng)用；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；教學(xué)改革

一、引言

光電探測技術(shù)及應(yīng)用課程作為一門主要專業(yè)方向課程，是從事光學(xué)工程、光學(xué)設(shè)計(jì)、高精密光學(xué)儀器的研究人員必須學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識，也是一門衍生于古老光學(xué)又與現(xiàn)代科技發(fā)展緊密聯(lián)系的課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解和掌握點(diǎn)探測器和像探測器的基本原理及光電檢測技術(shù)所必需的各種基礎(chǔ)知識，具備進(jìn)行低噪聲光電探測設(shè)計(jì)的能力。為了提高教學(xué)質(zhì)量、提升教學(xué)效果，筆者根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革上淺談幾點(diǎn)看法。

二、教學(xué)內(nèi)容改革

（一）刪繁就簡，把握教學(xué)內(nèi)容重難點(diǎn)

課程安排在碩士研究生第二學(xué)期進(jìn)行，共32個學(xué)時，之前采用西安電子科技大學(xué)出版社出版的安毓英編寫的《光電探測技術(shù)及應(yīng)用》一書。該版教材內(nèi)容量大，很難在32個學(xué)時內(nèi)完成，且下篇的內(nèi)容數(shù)學(xué)性很強(qiáng)，公式推導(dǎo)繁冗復(fù)雜，不適合某些相關(guān)專業(yè)的研究生進(jìn)行選修。因此現(xiàn)將教材改為同樣由西安電子科技大學(xué)安毓英編寫的由科學(xué)出版社出版的《光電探測與信號處理》，該教材共有五章內(nèi)容，且這幾章的內(nèi)容很多與學(xué)生在本科階段學(xué)習(xí)的專業(yè)課有重復(fù)，但也不完全相同，是本科教學(xué)內(nèi)容的深入與延展，因此講授中需做到把握清楚重點(diǎn)難點(diǎn)。在第一章光電探測基礎(chǔ)的講授中，應(yīng)將光電探測器的物理效應(yīng)、光電探測器的性能參數(shù)以及噪聲作為講課重點(diǎn)，因?yàn)檫@三節(jié)是學(xué)習(xí)第二章和第三章的基礎(chǔ)，其中光電探測器的物理效應(yīng)與第二章的點(diǎn)探測器具有一一對應(yīng)的關(guān)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(xué)與光度學(xué)的內(nèi)容，學(xué)生在本科階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過三度學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，只需簡單地復(fù)習(xí)與回顧即可，不應(yīng)占用過多時間進(jìn)行大面積深入的講授。

（二）環(huán)環(huán)相扣，找出教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)

把握清楚教學(xué)的重難點(diǎn)是搞好教學(xué)的重要一步，在此基礎(chǔ)上還應(yīng)該把握教材內(nèi)容之間的聯(lián)系。例如：在教學(xué)過程中將第3.4節(jié)閾值探測的光電探測統(tǒng)計(jì)與5.1節(jié)信號檢測的基本問題結(jié)合起來講，因?yàn)樗鼈兌际且愿怕逝c統(tǒng)計(jì)學(xué)中的條件概率為基礎(chǔ)，講授閾值條件和虛報(bào)概率與漏報(bào)概率之間的關(guān)系。

（三）查漏補(bǔ)缺，豐富關(guān)鍵教學(xué)內(nèi)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(xué)需求，因此教師作為教材和學(xué)生之間的紐帶，需要對教材的內(nèi)容進(jìn)行合理刪減與增添。例如，在3.5節(jié)鎖定放大器的教學(xué)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(xué)胡士凌編寫的《光電子線路》一書對內(nèi)容進(jìn)行了增加補(bǔ)充。為了開拓學(xué)生的眼界，使學(xué)生不拘泥于課本所學(xué)，在4.6節(jié)CMOS圖像傳感器的講授中，筆者將中科院長春光機(jī)所官網(wǎng)公布的關(guān)于CMOS圖像傳感器的歷史和最新研究進(jìn)展現(xiàn)狀與學(xué)生分享，使他們緊跟時代的潮流，同時了解我國的光學(xué)類研究所的發(fā)展現(xiàn)狀和主要研究方向等，引導(dǎo)他們養(yǎng)成關(guān)注前沿科學(xué)的良好習(xí)慣。

三、教學(xué)方法的改革

（一）進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂

不同于本科生的學(xué)習(xí)主要依賴教師講授，研究生的主要工作在于自己對課題進(jìn)行研究探討，并將自己的研究思路與成果表達(dá)出來。因此自發(fā)查閱文獻(xiàn)，總結(jié)問題，提出解決方案，制作幻燈片做出匯報(bào)是研究生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。在本門課程的學(xué)習(xí)中，有許多設(shè)計(jì)類的問題，如1.9節(jié)探測器的主要性能參數(shù)設(shè)置一節(jié)中，采取學(xué)生自己設(shè)計(jì)并講授然后進(jìn)行師生討論的方法進(jìn)行教學(xué)。在光譜響應(yīng)率的測試中，學(xué)生通過自己繪圖講授，明白了設(shè)計(jì)原理，擴(kuò)展了思路。作為教師，此時進(jìn)一步地進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)，提出問題“還有什么其他方法進(jìn)行測試”，學(xué)生進(jìn)行討論思考，最終得出還可以采用參考光源的方法進(jìn)行測試。在這樣的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過程中，學(xué)生擁有了課堂責(zé)任感，因此更加積極主動，而且自己設(shè)計(jì)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(shí)際相結(jié)合

光電探測與我們的日常生活息息相關(guān)，在講述光電池的時候，將近年我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景，以及在發(fā)展與環(huán)境的沖突日益加劇的今天，太陽能發(fā)電有環(huán)保和安全性高的特點(diǎn)等向?qū)W生做相關(guān)介紹，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們明白所學(xué)知識是和日常生活緊密聯(lián)系的。太陽能利用主要有光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種形式。光伏發(fā)電以太陽能電池技術(shù)為核心，技術(shù)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(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件，它的核心是PN結(jié)。通過這樣的講述，學(xué)生自然地把光生伏特效應(yīng)、PN結(jié)以及光電池的相關(guān)概念全部聯(lián)系了起來。

（三）教學(xué)與科研相結(jié)合

學(xué)生的學(xué)習(xí)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(jìn)展與學(xué)生分享，并介紹自己的科研工作與本門課程中存在的聯(lián)系，不僅能縮小師生之間的距離感，更能使學(xué)生完成一個本科生到研究生的蛻變。研究生課程的教學(xué)，不只是“授之以魚”，更應(yīng)該“授之以漁”，不只是傳授教材知識，更重要的是拓寬學(xué)生眼界，培養(yǎng)他們的科研調(diào)研能力，分析解決問題的能力以及表達(dá)自己科研思路的能力。

四、結(jié)語

對光學(xué)工程專業(yè)的研究生來說，光電探測技術(shù)及應(yīng)用是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。在過去的教學(xué)實(shí)踐中，筆者通過調(diào)研各種教材資料、期刊文獻(xiàn)以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)報(bào)道以期給學(xué)生呈現(xiàn)一門全方位的、立體的、生動的課程，激發(fā)學(xué)生對光電探測的興趣，對從事光學(xué)研究與光學(xué)設(shè)計(jì)的興趣，拓展學(xué)生的視野，使學(xué)生時刻走在科技前沿，引導(dǎo)學(xué)生自主思考、自發(fā)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生主動解決問題的能力。作為研究生課程的主講教師，應(yīng)重視教學(xué)，不斷思考學(xué)習(xí)以豐富完善教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方法，深化教學(xué)改革，為學(xué)生今后的科研工作打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]安毓英，曾曉東.光電探測原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)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(xué)出版社，2010.