模塊化研討式教學(xué)在“光電成像原理與技術(shù)”課程中的應(yīng)用探討

唐　磊

(合肥師范學(xué)院 電子信息工程學(xué)院,安徽 合肥 230601 )

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模塊化研討式教學(xué)在“光電成像原理與技術(shù)”課程中的應(yīng)用探討

唐磊

(合肥師范學(xué)院 電子信息工程學(xué)院,安徽 合肥 230601 )

[摘要]光電成像技術(shù)是現(xiàn)代光電圖像信息獲取的主要技術(shù)手段。學(xué)習(xí)和掌握光電成像原理與技術(shù)對(duì)現(xiàn)代光電信息類學(xué)生具有重要意義。通過分析光電成像原理與技術(shù)課程的特點(diǎn)及不足，以“圖像探測(cè)方程”模塊教學(xué)為例探索模塊化研討式教學(xué)模式在課程教學(xué)中的應(yīng)用。模塊化研討式教學(xué)模式可以提高學(xué)生的參與度，變被動(dòng)為主動(dòng)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，有利于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]光電成像；研討式教學(xué)；圖像探測(cè)方程

1引言

光電成像技術(shù)是適應(yīng)信息社會(huì)需要而迅速發(fā)展起來的新興分支學(xué)科，是現(xiàn)代光電圖像信息獲取的主要技術(shù)手段和光電技術(shù)的最高階段。隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，光電技術(shù)與系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，許多新技術(shù)、新材料、新器件、新系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，通過教學(xué)使學(xué)生掌握現(xiàn)代光電成像原理與技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基本技術(shù)，了解各種光電成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、結(jié)構(gòu)和性能。同時(shí)，還可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的數(shù)理知識(shí)和思想方法分析和認(rèn)識(shí)光電成像的物理過程，分析各種光電成像器件的工作機(jī)理以及構(gòu)成光電成像系統(tǒng)的技術(shù)途徑，掌握光電成像系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用光電成像技術(shù)解決實(shí)際問題的能力[1,2]。

2課程特點(diǎn)與存在的問題

光電成像原理與技術(shù)課程的教學(xué)是圍繞著光電成像的基礎(chǔ)理論、基本技術(shù)及工程應(yīng)用展開的，課程涉及的學(xué)科領(lǐng)域非常廣, 主要包括幾何光學(xué)、物理光學(xué)、輻射度量學(xué)、光電子技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)等。對(duì)于這樣一門應(yīng)用性、技術(shù)性、工程性都很強(qiáng)的課程, 傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在明顯的不足。

首先，課程是知識(shí)積累和更新的基礎(chǔ)，對(duì)于以培養(yǎng)實(shí)踐能力為主的應(yīng)用型本科人才而言尤其重要。然而, 目前沒有專門針對(duì)應(yīng)用型本科教學(xué)編寫的光電成像技術(shù)教材, 一般使用理工類教材，教材理論性太強(qiáng), 內(nèi)容太多, 缺乏工程應(yīng)用和技術(shù)更新。目前各高校普遍采用《光電成像原理與技術(shù)》(白延柱、金偉其主編，北京理工大學(xué)出版社)，該教材對(duì)于應(yīng)用型本科教學(xué)主要存在以下問題：(1)理論性太強(qiáng)，過多的數(shù)學(xué)公式和理論推導(dǎo)會(huì)使學(xué)生沉浸在傳統(tǒng)的理科教學(xué)模式中，對(duì)于技術(shù)轉(zhuǎn)化和工程應(yīng)用沒有興趣，部分?jǐn)?shù)理基礎(chǔ)不好的學(xué)生則會(huì)完全失去學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，成為后進(jìn)生和班級(jí)的不安定分子，給管理和教學(xué)帶來較大困難。(2)課程內(nèi)容多且交叉、雷同內(nèi)容多,緒論、人眼的視覺特性與圖像探測(cè)是課程學(xué)習(xí)的必要基礎(chǔ)；輻射度量學(xué)基礎(chǔ)、輻射在大氣中的傳輸兩章內(nèi)容與光電子技術(shù)課程內(nèi)容交叉過多，講則課時(shí)不夠，不講則有部分內(nèi)容缺失；直視型光電成像器件與系統(tǒng)和電視型光電成像器件與系統(tǒng)兩部分內(nèi)容基本原理相同、結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)不同，若面面俱到則容易陷入平鋪直敘，難以把握重點(diǎn)，若選擇某一部分則技術(shù)特點(diǎn)不能完全覆蓋。(3)各種光電成像器件的工作原理看似簡單, 但要深入掌握卻難度較大,尤其是固體成像器件與系統(tǒng)和紅外熱成像器件與系統(tǒng)兩部分內(nèi)容，且課程內(nèi)容與實(shí)際工程應(yīng)用聯(lián)系不夠緊密,使得學(xué)生難以加深對(duì)理論知識(shí)的理解,難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。此外, 隨著電子科技水平和光電材料技術(shù)的快速發(fā)展,新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前于教材的內(nèi)容更新，因此,教學(xué)中必須引入相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng),加深對(duì)光電成像原理與技術(shù)的理解, 幫助學(xué)生掌握最新的理論與技術(shù)[1-5]。

其次，現(xiàn)有的教學(xué)方式大多以講授為主，學(xué)生被動(dòng)接受，對(duì)于光電成像原理與技術(shù)這樣一門以技術(shù)和工程應(yīng)用為主的課程來說，不能滿足學(xué)生對(duì)技術(shù)和應(yīng)用的興趣與渴求，忽略了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。長期處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，不利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的數(shù)理知識(shí)和思想方法分析和認(rèn)識(shí)光電成像的物理過程，不利于培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識(shí)指導(dǎo)和分析各種光電成像器件的工作機(jī)理以及構(gòu)成光電成像系統(tǒng)的技術(shù)途徑，不利于培養(yǎng)學(xué)生掌握光電成像系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用光電成像技術(shù)解決實(shí)際問題的能力，無法滿足我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

3模塊化研討式教學(xué)模式的應(yīng)用與探索

針對(duì)光電成像原理與技術(shù)課程的特點(diǎn)與現(xiàn)存不足，嘗試采用模塊化研討式教學(xué)方式，以適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)需要。首先，根據(jù)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)目標(biāo)將教學(xué)內(nèi)容分為多個(gè)模塊，每個(gè)模塊側(cè)重點(diǎn)不同，主要分為基本理論、器件結(jié)構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)、技術(shù)特點(diǎn)和工程應(yīng)用等；其次，應(yīng)用研討式教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生積極發(fā)言，提高學(xué)生參與程度，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和求知欲，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新意識(shí)。以圖像探測(cè)方程模塊教學(xué)為例探索研討式教學(xué)模式的應(yīng)用。圖像探測(cè)方程是光電成像原理與技術(shù)課程教學(xué)的第一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，是整個(gè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，可以加深對(duì)成像原理、關(guān)鍵器件和主要技術(shù)指標(biāo)的深入理解，且在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防上具有廣泛的和前沿的應(yīng)用。因此，圖像探測(cè)方程教學(xué)效果的好壞不僅僅關(guān)系到該知識(shí)點(diǎn)的深入理解與掌握，而且會(huì)對(duì)整個(gè)課程的教學(xué)產(chǎn)生積極的影響。研討式教學(xué)模式主要分為以下幾個(gè)步驟：內(nèi)容調(diào)研與文獻(xiàn)資料查詢；知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)討論與總結(jié)；先進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用探討。

3.1內(nèi)容調(diào)研與文獻(xiàn)資料查詢

進(jìn)行模塊化研討式教學(xué)嘗試就是要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，改變以往被動(dòng)接受的學(xué)習(xí)狀態(tài)。因此，內(nèi)容調(diào)研和文獻(xiàn)資料查詢就顯得尤為重要，是積極研討的前提和基礎(chǔ)，更是拓展知識(shí)范圍激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵。光電成像過程對(duì)于學(xué)生來說是一個(gè)既有非常熟悉的感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，但又覺得神齊和深?yuàn)W的技術(shù)，具有極大的探索欲和認(rèn)知欲，非常適合研討式教學(xué)模式的應(yīng)用。圖像探測(cè)方程是其中最基本的成像規(guī)律和圖像探測(cè)極限，可在課前將其劃分為成像條件、噪聲特性、探測(cè)極限、探測(cè)方程和技術(shù)應(yīng)用幾個(gè)基本知識(shí)點(diǎn)讓學(xué)生去調(diào)研，利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源搜集相關(guān)內(nèi)容，同寢室同學(xué)相互協(xié)作和討論，總結(jié)歸納基本知識(shí)點(diǎn)，得出最終討論稿以備課堂討論，并選出其中口齒伶俐、表述清楚的同學(xué)準(zhǔn)備發(fā)言。

3.2知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)討論與總結(jié)

課堂討論是對(duì)調(diào)研和文獻(xiàn)查詢結(jié)果的總結(jié)與歸納，是把各種不同意見和觀點(diǎn)歸一化和規(guī)范化的過程。首先，要求能夠各抒己見，不管正確與否盡管大膽表述自己的觀點(diǎn)與見解，并鼓勵(lì)學(xué)生相互討論與評(píng)價(jià)，做好記錄工作；其次，老師總結(jié)歸納，梳理各條意見，做出合理評(píng)價(jià)，以鼓勵(lì)和激勵(lì)為主，突出亮點(diǎn)，即使有明顯錯(cuò)誤或敷衍了事之嫌也不可打擊學(xué)生的積極性；最后，將各知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)，形成完整的圖像探測(cè)方程知識(shí)鏈。即由成像條件的極限過渡到圖像可探測(cè)極限，由探測(cè)極限的數(shù)學(xué)表述導(dǎo)出圖像探測(cè)方程，整理圖像探測(cè)方程的形式可將圖像探測(cè)方程的關(guān)鍵參數(shù)分為圖像表征參數(shù)和光電成像系統(tǒng)參數(shù)，突出圖像探測(cè)方程的物理意義和內(nèi)涵，進(jìn)一步加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，為知識(shí)點(diǎn)的技術(shù)應(yīng)用和拓展奠定良好的基礎(chǔ)。

3.3先進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用探討

先進(jìn)技術(shù)與工程應(yīng)用的探討是應(yīng)用型本科教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式容易照本宣科，流于形式，導(dǎo)致原理學(xué)生不愿意聽，技術(shù)細(xì)節(jié)講不清，教學(xué)效果很差。通過研討式教學(xué)使學(xué)生在明確圖像探測(cè)機(jī)理及圖像探測(cè)極限物理意義的基礎(chǔ)上，對(duì)圖像探測(cè)方程所表征的理論內(nèi)涵及工程實(shí)踐進(jìn)行深入的理解，逐步解析應(yīng)用細(xì)節(jié)。首先，根據(jù)圖像探測(cè)方程可以進(jìn)行目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別；其次，在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、定向、識(shí)別和辨別過程中存在人為的主觀判斷，與光電成像相關(guān)的唯一定量參量就是系統(tǒng)的分辨力；第三，要探測(cè)、定向、識(shí)別、辨別一個(gè)目標(biāo)首先就要確定分辨力參數(shù)，然后再確定量化的探測(cè)概率；第四，在一定的探測(cè)概率下，根據(jù)分辨力所能達(dá)到的量化標(biāo)準(zhǔn)來確定某個(gè)目標(biāo)處于什么樣的狀態(tài)，即是可探測(cè)的，還是可定向、可識(shí)別或可辨別的；最后，再結(jié)合目標(biāo)與周圍景物的亮度對(duì)比程度進(jìn)行對(duì)比度探測(cè)，根據(jù)對(duì)比度形成的目標(biāo)外形輪廓進(jìn)行識(shí)別，最終形成目標(biāo)探測(cè)-識(shí)別模型。目標(biāo)探測(cè)-識(shí)別模型的建立，使光電成像系統(tǒng)的應(yīng)用得到進(jìn)一步的擴(kuò)展，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和國防建設(shè)中，尤其是軍事應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)展極其迅速。

4總結(jié)

模塊化研討式教學(xué)模式是從實(shí)踐中發(fā)展起來的一種新的課程形態(tài)，變?cè)瓉斫M織教學(xué)為討論講解，目的在于為學(xué)生提供思考問題和討論問題的機(jī)會(huì)，在學(xué)習(xí)過程中創(chuàng)設(shè)一種有助于探索研究的開放的情景和途徑，使學(xué)生圍繞某一主題主動(dòng)地搜索、選擇、加工處理信息，并應(yīng)用知識(shí)解決問題。它不僅能使學(xué)生增長知識(shí)、開闊視野，有助于學(xué)生綜合能力的提高，還有助于師生共同探索、發(fā)現(xiàn)和研究，進(jìn)而密切師生關(guān)系，促進(jìn)教學(xué)相長。通過文獻(xiàn)查詢和調(diào)研可以使學(xué)生首先了解技術(shù)的應(yīng)用方向、主要技術(shù)功能、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、技術(shù)應(yīng)用環(huán)境等，在豐富的感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上帶著強(qiáng)烈的好奇心和求知欲去逐步解析技術(shù)細(xì)節(jié)，通過相互討論進(jìn)一步加深對(duì)技術(shù)細(xì)節(jié)的理解和掌握，對(duì)實(shí)現(xiàn)我校應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標(biāo)可以起到事半功倍的效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1]白廷柱, 金偉其.光電成像原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)[M].北京理工大學(xué)出版社，2014.

[2]雷玉堂,等.光電信息技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2011.

[3]王曉曼,等.光電系統(tǒng)與信息處理[M].電子工業(yè)出版社，2013.

[4]漲進(jìn)賢，李玉丹，金偉其.微光與紅外成像技術(shù)[M].北京理工大學(xué)出版社，2012.

[5]王清正，胡瑜，林崇杰.光電探測(cè)技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，1989.

Application of Research-Discussion-based Teaching Mode in Principle and Technology of Photoelectric Imaging

TANG Lei

(SchoolofElectronicandInformationEngineering,HefeiNormalUniversity,Hefei230601,China)

Abstract：Optical imaging technology is the highest stage and the main technical means of modern photoelectric image information acquisition and photoelectric technology.To learn and master the principle and technology of photoelectric imaging is an important specialty course of modern photoelectric information professional students.Application of module teaching mode of research and discussion can improve the participation of students, and change students from the passive to the active, to stimulate their interest in learning,and help students cultivate the spirit of exploration and innovation.

Key words：photoelectric imaging; research-discussion-based teaching; image detecting equation

[收稿日期]2016-01-05

[作者簡介]唐磊(1972-)，男，安徽明光人，博士，副教授，主要從事光電探測(cè)與信號(hào)處理方面研究。

[中圖分類號(hào)]G61

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1674-2273(2016)03-0066-03