光電檢測(cè)技術(shù)課程改革初探

呂勇 劉洋 劉力雙

【摘 要】光電檢測(cè)技術(shù)將光學(xué)檢測(cè)技術(shù)與現(xiàn)代微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合，是相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)課程?；谡n程特點(diǎn)，我們從教學(xué)內(nèi)容的更新、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改進(jìn)和考核方式的改革等方面開展了光電檢測(cè)技術(shù)課程的建設(shè)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增強(qiáng)了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析和應(yīng)用的能力。

【關(guān)鍵詞】光電檢測(cè)技術(shù) 課程內(nèi)容 實(shí)驗(yàn) 考核

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2016）02-0069-02

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，光電檢測(cè)技術(shù)作為一門研究光與物質(zhì)相互作用的新興技術(shù)，因其測(cè)量精度高、速度快、非接觸、頻寬與信息容量極大、傳遞信息效率高、自動(dòng)化程度高等突出特點(diǎn)，成為現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)最重要的手段和方法之一。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航空航天以及日常生活中應(yīng)用得非常廣泛，是現(xiàn)代信息類工科學(xué)生必須掌握的知識(shí)。

自2004年起，光電檢測(cè)技術(shù)課程成為北京信息科技大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)和測(cè)控技術(shù)與儀器兩個(gè)專業(yè)共同的一門重要專業(yè)課。該課程將光學(xué)檢測(cè)技術(shù)與現(xiàn)代微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái)，深入講解各種光電轉(zhuǎn)換技術(shù)及器件的原理、特性和基本用法，結(jié)合具體應(yīng)用，詳細(xì)介紹各種激光干涉、衍射，光纖傳感等光電檢測(cè)方法、技術(shù)及系統(tǒng)，最終讓學(xué)生深入理解光電技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)，對(duì)各種光電器件和光電檢測(cè)技術(shù)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，并且掌握多種光電檢測(cè)方法，以便在實(shí)踐中熟練應(yīng)用，為學(xué)生今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。理解和掌握這門課程，對(duì)于提高學(xué)生素質(zhì)和培養(yǎng)分析能力、創(chuàng)新能力都有重要意義。

同時(shí)由于光電檢測(cè)技術(shù)以光電子學(xué)為基礎(chǔ)，以光電子器件為主體，研究和發(fā)展光電信息的形成、傳輸、接收、變換、處理和應(yīng)用，這正是學(xué)院儀器科學(xué)與技術(shù)和光學(xué)工程兩個(gè)一級(jí)學(xué)科共同的研究方向。學(xué)院眾多教師在該方向的長(zhǎng)期科學(xué)研究過(guò)程中，不斷加深對(duì)光電檢測(cè)技術(shù)的基本理論、實(shí)施方法、系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)的理解和應(yīng)用，在光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)相結(jié)合的激光干涉測(cè)量、激光衍射測(cè)量、激光跟蹤測(cè)量、光纖傳感檢測(cè)、光電多自由度監(jiān)測(cè)等各種物理參數(shù)測(cè)量?jī)x器和系統(tǒng)方面展開了深入研究，取得了豐碩的研究成果并積累了豐富的科研經(jīng)驗(yàn)。

2013年開始，以精品課程為目標(biāo)，我們深入開展了光電檢測(cè)技術(shù)課程建設(shè)，涉及課程教學(xué)內(nèi)容的更新、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改進(jìn)和考核方式的改革等。

一 教學(xué)內(nèi)容

如圖所示，一個(gè)典型的光電檢測(cè)系統(tǒng)包括光學(xué)處理部分、電子學(xué)處理部分，兩者通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分有機(jī)連接成一個(gè)整體。與之相對(duì)應(yīng)，光電檢測(cè)技術(shù)課程內(nèi)容多、發(fā)展快、涉及知識(shí)面廣。為此，我們首先對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行比較分析和歸納總結(jié)，提煉出最基礎(chǔ)的關(guān)鍵原理，同時(shí)吸取眾家之長(zhǎng)，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，補(bǔ)充有代表性的最新應(yīng)用。

首先對(duì)應(yīng)用光學(xué)、物理光學(xué)、信息光學(xué)等課程已經(jīng)講授的內(nèi)容大幅度減少授課學(xué)時(shí)，例如光電檢測(cè)中常見(jiàn)光源、光學(xué)系統(tǒng)和設(shè)備相關(guān)內(nèi)容的學(xué)時(shí)壓縮一半；但鑒于輻射度和光度學(xué)是專業(yè)選修課，一部分學(xué)生沒(méi)有選修，一部分學(xué)生選修后掌握不夠多，將該部分知識(shí)的講解課時(shí)適當(dāng)增加，補(bǔ)充了一些與學(xué)生日常生活關(guān)聯(lián)度高的內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；強(qiáng)化光電轉(zhuǎn)換器件部分，如前所述，該部分所介紹的各種光電轉(zhuǎn)換器件是光電檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，深入介紹了各種光電子發(fā)射探測(cè)器、光電導(dǎo)探測(cè)器、光伏探測(cè)器、光電成像器件的原理、特性和基礎(chǔ)應(yīng)用，還專門介紹了應(yīng)用日益廣泛的紅外熱成像探測(cè)器；同時(shí)考慮到調(diào)制解調(diào)技術(shù)在光電檢測(cè)系統(tǒng)中的廣泛使用，專門對(duì)此技術(shù)做了重點(diǎn)講解。調(diào)整后整體內(nèi)容更豐富，兼顧了基礎(chǔ)原理和實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生反饋良好。

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* 北京信息科技大學(xué)課程建設(shè)項(xiàng)目資助

我們還將課程內(nèi)容與后續(xù)的專業(yè)綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)相配合。因?yàn)閷W(xué)院兩個(gè)專業(yè)都開設(shè)有專業(yè)綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)掌握某些光機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，將所學(xué)與實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來(lái)，最終提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新能力。光電檢測(cè)技術(shù)正是與專業(yè)綜合實(shí)踐相對(duì)應(yīng)的一門重要的綜合性課程，我們?cè)谑谡n過(guò)程中有意識(shí)地將后期綜合實(shí)踐可能涉及的內(nèi)容經(jīng)提煉后引入到課程教學(xué)中，前期培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用意識(shí)和能力，為后續(xù)的綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)打好基礎(chǔ)。

二 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

課程設(shè)有8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)較充分的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在掌握光電檢測(cè)技術(shù)基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)設(shè)計(jì)和實(shí)施工程實(shí)驗(yàn)的能力，并能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

但我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能力有所欠缺，主動(dòng)性不足。為此，我們特別增加了學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，例如讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)一個(gè)光強(qiáng)自動(dòng)控制裝置，能夠探測(cè)環(huán)境的光強(qiáng)，當(dāng)環(huán)境光暗到一定程度后（根據(jù)環(huán)境情況，制定特定的照度值），能點(diǎn)亮LED。并且環(huán)境光越暗，LED越亮。通過(guò)此實(shí)驗(yàn)，促使學(xué)生了解各種光強(qiáng)探測(cè)原理及傳感器，選擇合適的光強(qiáng)探測(cè)傳感器并設(shè)計(jì)其驅(qū)動(dòng)電路，掌握輸出光強(qiáng)控制方法并設(shè)計(jì)相關(guān)電路，掌握實(shí)驗(yàn)調(diào)試方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理方法。整個(gè)實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自主設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)方案審核通過(guò)后自主搭建系統(tǒng)并完成功能調(diào)試，最終提交完整的設(shè)計(jì)報(bào)告，包括任務(wù)分析、調(diào)研、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、成本核算、具體電路設(shè)計(jì)、調(diào)試過(guò)程和測(cè)試結(jié)果處理。這樣的實(shí)驗(yàn)學(xué)生參與度高、效果更好，對(duì)提高學(xué)生知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和手腦結(jié)合的能力有較大幫助。

三 考核方式

該課程加強(qiáng)了過(guò)程考核，增加了平時(shí)作業(yè)、課堂表現(xiàn)、小組專題宣講和實(shí)驗(yàn)部分在總成績(jī)中的占比，特別是對(duì)于平時(shí)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)部分成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生，本人申請(qǐng)獲批后，可以免書面考試，以實(shí)物作品、論文、競(jìng)賽來(lái)代替。

對(duì)于大多數(shù)學(xué)生的期末考試，在出題過(guò)程中有意識(shí)地與課程目標(biāo)緊密呼應(yīng)。本課程的課程目標(biāo)按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及了通用標(biāo)準(zhǔn)畢業(yè)要求各種能力的培養(yǎng)，因此試卷題目也從各個(gè)角度對(duì)學(xué)生的以上能力進(jìn)行考核。例如，為考核學(xué)生了解光電檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)情況，我們出了讓學(xué)生填寫近年來(lái)諾貝爾物理獎(jiǎng)主要內(nèi)容的題目。又比如，為了考核學(xué)生掌握基本的創(chuàng)新方法，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識(shí)；具有綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能力，設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素的情況，我們?cè)诳荚囍杏嗅槍?duì)性地出了分值較高的光電檢測(cè)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)型題目，加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生綜合分析和設(shè)計(jì)能力的考核。

四 結(jié)束語(yǔ)

借助光電檢測(cè)技術(shù)課程建設(shè)，我們對(duì)該課程展開了全面探索和改進(jìn)，緊密結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，梳理了課程教學(xué)的內(nèi)容，增加了學(xué)生自主綜合實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)了課程考核方式，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的綜合分析和設(shè)計(jì)能力，初步達(dá)到了建設(shè)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]雷玉堂.光電檢測(cè)技術(shù)（第2版）[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2009

[2]浦昭邦、趙輝.光電測(cè)試技術(shù)（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010

[3]閆俊紅、李文濤.“光電檢測(cè)技術(shù)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2013（4）：56～57

[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（18）：170～171

〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕、汪二款〕