光電檢測技術課程改革初探

呂勇 劉洋 劉力雙

【摘 要】光電檢測技術將光學檢測技術與現代微電子技術、計算機技術緊密結合，是相關專業的一門重要專業課程。基于課程特點，我們從教學內容的更新、實驗環節的改進和考核方式的改革等方面開展了光電檢測技術課程的建設，提高了學生學習的主動性，增強了學生綜合運用所學知識進行分析和應用的能力。

【關鍵詞】光電檢測技術 課程內容 實驗 考核

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2016）02-0069-02

隨著現代科學技術的快速發展，光電檢測技術作為一門研究光與物質相互作用的新興技術，因其測量精度高、速度快、非接觸、頻寬與信息容量極大、傳遞信息效率高、自動化程度高等突出特點，成為現代檢測技術最重要的手段和方法之一。在工業、農業、軍事、航空航天以及日常生活中應用得非常廣泛，是現代信息類工科學生必須掌握的知識。

自2004年起，光電檢測技術課程成為北京信息科技大學光信息科學與技術和測控技術與儀器兩個專業共同的一門重要專業課。該課程將光學檢測技術與現代微電子技術、計算機技術緊密結合起來，深入講解各種光電轉換技術及器件的原理、特性和基本用法，結合具體應用，詳細介紹各種激光干涉、衍射，光纖傳感等光電檢測方法、技術及系統，最終讓學生深入理解光電技術的基礎理論和基本知識，對各種光電器件和光電檢測技術有一個全面的認識，并且掌握多種光電檢測方法，以便在實踐中熟練應用，為學生今后的工作打下堅實的基礎。理解和掌握這門課程，對于提高學生素質和培養分析能力、創新能力都有重要意義。

同時由于光電檢測技術以光電子學為基礎，以光電子器件為主體，研究和發展光電信息的形成、傳輸、接收、變換、處理和應用，這正是學院儀器科學與技術和光學工程兩個一級學科共同的研究方向。學院眾多教師在該方向的長期科學研究過程中，不斷加深對光電檢測技術的基本理論、實施方法、系統和關鍵技術的理解和應用，在光、機、電、計算機相結合的激光干涉測量、激光衍射測量、激光跟蹤測量、光纖傳感檢測、光電多自由度監測等各種物理參數測量儀器和系統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驗。

2013年開始，以精品課程為目標，我們深入開展了光電檢測技術課程建設，涉及課程教學內容的更新、實驗環節的改進和考核方式的改革等。

一 教學內容

如圖所示，一個典型的光電檢測系統包括光學處理部分、電子學處理部分，兩者通過光電轉換部分有機連接成一個整體。與之相對應，光電檢測技術課程內容多、發展快、涉及知識面廣。為此，我們首先對授課內容進行比較分析和歸納總結，提煉出最基礎的關鍵原理，同時吸取眾家之長，結合專業特點，補充有代表性的最新應用。

首先對應用光學、物理光學、信息光學等課程已經講授的內容大幅度減少授課學時，例如光電檢測中常見光源、光學系統和設備相關內容的學時壓縮一半；但鑒于輻射度和光度學是專業選修課，一部分學生沒有選修，一部分學生選修后掌握不夠多，將該部分知識的講解課時適當增加，補充了一些與學生日常生活關聯度高的內容，增強學生學習的興趣；強化光電轉換器件部分，如前所述，該部分所介紹的各種光電轉換器件是光電檢測技術的關鍵環節，深入介紹了各種光電子發射探測器、光電導探測器、光伏探測器、光電成像器件的原理、特性和基礎應用，還專門介紹了應用日益廣泛的紅外熱成像探測器；同時考慮到調制解調技術在光電檢測系統中的廣泛使用，專門對此技術做了重點講解。調整后整體內容更豐富，兼顧了基礎原理和實際應用，學生反饋良好。

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* 北京信息科技大學課程建設項目資助

我們還將課程內容與后續的專業綜合實踐環節相配合。因為學院兩個專業都開設有專業綜合實踐環節，該環節主要培養學生綜合運用所學知識掌握某些光機電系統的設計能力，將所學與實際應用有機結合起來，最終提高學生分析問題和解決問題的能力，培養他們的創新意識及創新能力。光電檢測技術正是與專業綜合實踐相對應的一門重要的綜合性課程，我們在授課過程中有意識地將后期綜合實踐可能涉及的內容經提煉后引入到課程教學中，前期培養學生的綜合應用意識和能力，為后續的綜合實踐環節打好基礎。

二 實驗環節

課程設有8個學時的實驗。通過較充分的實驗，使學生在掌握光電檢測技術基本理論知識的基礎上，培養設計和實施工程實驗的能力，并能夠對實驗結果進行分析。

但我們發現，學生在綜合運用理論和技術手段設計系統的能力有所欠缺，主動性不足。為此，我們特別增加了學生自主設計實驗，例如讓學生自主設計一個光強自動控制裝置，能夠探測環境的光強，當環境光暗到一定程度后（根據環境情況，制定特定的照度值），能點亮LED。并且環境光越暗，LED越亮。通過此實驗，促使學生了解各種光強探測原理及傳感器，選擇合適的光強探測傳感器并設計其驅動電路，掌握輸出光強控制方法并設計相關電路，掌握實驗調試方法和實驗數據分析處理方法。整個實驗由學生自主設計，在設計方案審核通過后自主搭建系統并完成功能調試，最終提交完整的設計報告，包括任務分析、調研、系統方案設計、成本核算、具體電路設計、調試過程和測試結果處理。這樣的實驗學生參與度高、效果更好，對提高學生知識的綜合運用能力和手腦結合的能力有較大幫助。

三 考核方式

該課程加強了過程考核，增加了平時作業、課堂表現、小組專題宣講和實驗部分在總成績中的占比，特別是對于平時表現和實驗部分成績優秀的學生，本人申請獲批后，可以免書面考試，以實物作品、論文、競賽來代替。

對于大多數學生的期末考試，在出題過程中有意識地與課程目標緊密呼應。本課程的課程目標按照工程教育認證標準，主要涉及了通用標準畢業要求各種能力的培養，因此試卷題目也從各個角度對學生的以上能力進行考核。例如，為考核學生了解光電檢測技術的現狀和發展趨勢情況，我們出了讓學生填寫近年來諾貝爾物理獎主要內容的題目。又比如，為了考核學生掌握基本的創新方法，具有追求創新的態度和意識；具有綜合運用理論和技術手段設計系統的能力，設計過程中能夠綜合考慮經濟、環境、法律、安全、健康、倫理等制約因素的情況，我們在考試中有針對性地出了分值較高的光電檢測系統綜合設計型題目，加強了對學生綜合分析和設計能力的考核。

四 結束語

借助光電檢測技術課程建設，我們對該課程展開了全面探索和改進，緊密結合工程教育專業認證的要求，梳理了課程教學的內容，增加了學生自主綜合實驗，改進了課程考核方式，增強了學生的學習興趣，提高了學生的綜合分析和設計能力，初步達到了建設目標。

參考文獻

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〔責任編輯：龐遠燕、汪二款〕