“光電子技術(shù)”課程仿真教學(xué)的研究

鄧艷+曹廣濤

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

【關(guān)鍵詞】光電子技術(shù)；教學(xué)方法；仿真教學(xué)

【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(tái)紅寶石激光器的誕生推動(dòng)了光電子技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展。在這50多年間，從紅寶石激光器的發(fā)明到半導(dǎo)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(yīng)用到系統(tǒng)集成實(shí)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(xué)、精密測(cè)量、地質(zhì)、天文等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)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(diǎn)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(shí)強(qiáng)、綜合素質(zhì)高、實(shí)踐能力優(yōu)異的人才是當(dāng)前光電子技術(shù)課程教學(xué)的熱點(diǎn)話題。因此，在光電子技術(shù)課程教學(xué)過程中，很多教師以教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法的改革為重點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，制定合理的理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃。同時(shí)，建立科學(xué)的教學(xué)管理制度以及嚴(yán)密的教學(xué)質(zhì)量反饋系統(tǒng)，以此確保教學(xué)質(zhì)量。隨著計(jì)算機(jī)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(xué)手段[2]。基于仿真技術(shù)完成的課程教學(xué)具有成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)，所以很多課程的教學(xué)紛紛采用仿真教學(xué)，然而目前關(guān)于光電子技術(shù)課程仿真教學(xué)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(xué)的特點(diǎn)，得出仿真教學(xué)在光電子技術(shù)課程教學(xué)中的可行性。分析表明，仿真教學(xué)是提高光電子技術(shù)課程教學(xué)質(zhì)量的一種有效的方法。

1 仿真教學(xué)

仿真教學(xué)是仿真技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面。仿真教學(xué)就是利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境來模擬真實(shí)環(huán)境，并結(jié)合真實(shí)環(huán)境中的情況在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)、操作、運(yùn)行、驗(yàn)證等的教學(xué)方式[2，3]。

目前，仿真教學(xué)的使用越來越廣泛。教師可將精心設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容融合在這個(gè)虛擬仿真環(huán)境中，并通過各種手段和方法將仿真教學(xué)中的情境呈現(xiàn)出來，這是仿真技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)中的一大進(jìn)展。結(jié)合自己的實(shí)踐和他人豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出仿真教學(xué)有以下特征：

1）成本低，使用率高。購買所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備的費(fèi)用一般比較高，是很多高校不能承受的。如果采用仿真教學(xué)，那么只需購買軟件和建設(shè)機(jī)房，這樣就可以大大降低費(fèi)用，并且設(shè)備的使用率也非常高。

2）維護(hù)簡(jiǎn)單，更新方便。儀器設(shè)備的不當(dāng)操作和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行使其容易損壞，而儀器維護(hù)費(fèi)用也非常高。儀器購買的時(shí)間久了，就需要自己進(jìn)行更新設(shè)計(jì)，有的甚至需直接購買新的設(shè)備儀器。仿真教學(xué)只需對(duì)計(jì)算機(jī)、教學(xué)軟件進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)，而且仿真軟件一般自帶有軟件升級(jí)功能。

3）使用方便，提高學(xué)習(xí)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(dòng)，而且學(xué)生只能在特定的實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在仿真教學(xué)中，學(xué)生可以利用計(jì)算機(jī)方便地進(jìn)行自主探討和摸索學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。

4）實(shí)驗(yàn)安全，提高教學(xué)效率。在教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)有時(shí)需要高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕等環(huán)境條件，操作失誤或?qū)嶒?yàn)儀器故障都有可能對(duì)學(xué)生的人身安全構(gòu)成威脅。在仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生不僅可以隨意設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件，而且可以高效、安全地完成實(shí)驗(yàn)。通常完成實(shí)驗(yàn)的時(shí)間一般很長(zhǎng)，而利用仿真教學(xué)可以將實(shí)驗(yàn)的時(shí)間縮減，明顯地提高教學(xué)效率。

2 仿真教學(xué)在“光電子技術(shù)”課程教學(xué)中的可行性和重要性

光電子技術(shù)是電子學(xué)和光子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的綜合性交叉學(xué)科，并成為現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的重要組成部分[4-6]。課程的特點(diǎn)如下：

1）知識(shí)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(dǎo)體發(fā)光、固體激光器、光纖、非線性光學(xué)、光調(diào)制、光探測(cè)及光電顯示方面的材料及器件，涉及光子學(xué)、電子學(xué)及半導(dǎo)體物理的相關(guān)知識(shí)，對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)提出了較高的要求。

2）知識(shí)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(huì)的方方面面。在實(shí)際應(yīng)用需求的引導(dǎo)下，各類新型的微納光子器件與材料的研究突飛猛進(jìn)，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(qiáng)，而實(shí)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(shí)講解和公式推導(dǎo)，對(duì)其應(yīng)用及相關(guān)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開展的非常少，導(dǎo)致學(xué)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(xué)生更好地理解、掌握所學(xué)內(nèi)容，需開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，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(fèi)用，導(dǎo)致他們不得不減少實(shí)驗(yàn)課，從而不能使學(xué)生獲得有效的指導(dǎo)，最終降低了教學(xué)效果。

基于仿真教學(xué)和光電子技術(shù)課程的上述特點(diǎn)，低成本的仿真教學(xué)可以解決光電子技術(shù)課程教學(xué)中儀器設(shè)備價(jià)格昂貴的問題。基于仿真教學(xué)中使用和更新方便的特點(diǎn)，教師可以根據(jù)最新科研進(jìn)展，拓寬教學(xué)內(nèi)容，更新實(shí)驗(yàn)軟件，從而可以讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)、掌握新的科研成果，認(rèn)識(shí)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(xué)、電子學(xué)及半導(dǎo)體物理的相關(guān)知識(shí)是非常重要的，因?yàn)槔碚摻虒W(xué)是專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。為了能使學(xué)生理解相關(guān)的理論知識(shí)和公式推導(dǎo)，將仿真教學(xué)融于課堂教學(xué)中，讓學(xué)生體會(huì)計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，然后再進(jìn)行理論推導(dǎo)，這樣有助于加深學(xué)生對(duì)系統(tǒng)知識(shí)的理解，使枯燥的理論教學(xué)生動(dòng)有趣。同時(shí)，學(xué)生可利用仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行探索式學(xué)習(xí)，提高自學(xué)能力，最終提升光電子技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量。

3 結(jié)論

總之，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)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(xué)研究、教育、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域。基于仿真教學(xué)和光電子技術(shù)課程的特點(diǎn)，探討了仿真教學(xué)在光電子技術(shù)課程教學(xué)中的可行性和重要性，提出了仿真教學(xué)可促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)新的科研成果，認(rèn)識(shí)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(xué)生對(duì)系統(tǒng)知識(shí)的理解，使枯燥的理論教學(xué)生動(dòng)有趣，最終提高光電子技術(shù)課程教學(xué)的質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：湯靜]