光電檢測技術課程教學探索

初鳳紅 胡安鐸 薛亮 李高芳 卞正蘭 朱武

摘 要：光電檢測技術是光電信息工程與科學等專業的重要課程。是光學與電子學技術相結合而產生的一門新興檢測技術。文章結合光電檢測技術課程的教學實際，介紹教學內容選取和教學方法選擇方面的一些嘗試。

關鍵詞：光電子技術；教學內容；教學探索

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）01-0052-02

Abstract： Photoelectric detecting technique is an important course for photoelectric information engineering and science and other related majors. It is a novel detecting technique based on optics and electronics. Combined with its teaching practice， this paper introduces some new methods in selecting teaching content and teaching approaches.

Keywords： photoelectric technique； teaching content； teaching exploration

一、概述

光電檢測技術是當今檢測應用領域的知識密集型前沿技術，該技術涉及光學系統、傳感器、電子電路及信號處理等眾多領域，是對儀器學科發展的一種有效補充，符合當今儀器科學的多學科融合的發展方向[1-3]。光電檢測技術具有靈敏高精度、高速度、遠距離、大量程、非接觸式測量、壽命長、數字化和智能化等特點，成為現代檢測技術最重要的手段和方法之一[2]，在各行各業以及日常生活中皆有著非常廣泛的應用，是光電信息科學與工程專業學生必須掌握的一門知識[3]。理解和掌握這門課程，對于提高學生素質，拓寬學生視野和培養分析問題解決為題的能力、動手能力和創新能力都有重要意義。

光電檢測技術這門課程教學內容包括光電檢測系統的基本工作原理和組成、輻射度量與光度量的基本概念、光源及輻射源、光電探測探測器及其校正技術、光電信號的變換及檢測技術、非光物理量的光電檢測等[4]，涉及光子學、電子學及半導體物理的相關知識，知識面較寬，對學生的學習提出了較高的要求。在光電檢測技術課程教學過程中，作者根據近幾年的教學改革與探索，就教學內容的組織與安排和教學方法談一些教學實踐體會。

二、教學探索

（一）對教學內容進行適當調整

作者講授的光電檢測技術課程授課對象為光電信息科學與工程專業學生，選用的教材為電子工業出版社出版的由高岳等編寫的《光電檢測技術與系統》，推薦參考書為周秀云等編寫的《光電檢測技術及應用》，姚建 等編寫的《光電子技術》。教材共9章，從光電檢測系統的各個部分出發，分別介紹了輻射度學與光度學基礎、光源及輻射源、光電探測探測器及其校正技術、光電信號的變換及檢測技術、非光物理量的光電檢測等。內容覆蓋了光源，探測器，光學系統及誤差分析和數據處理的相關知識，而課程總課時數只有32學時，其中還包括實驗6學時，如果教材中所有內容都進行詳細講述的話學時量是遠遠不夠的。

作者根據光電信息科學與工程專業培養方案，刪掉了先修課程中已經講解的知識和一些不影響整個光電檢測系統架構的知識單元。例如，教材第二章有一節詳細介紹了檢測數據的誤差分析及數據處理知識，雖然數據處理在檢測過程中占有重要的地位，然而從教學的角度看，這部分內容學生可以自學完成。因此，這部分內容由學生自學完成。又如，教材第六章前半部分主要講述電路中鎖相，放大和濾波等相關知識，考慮學生在先修的模擬電子技術中有所學習，故這部分不在課堂上講授。另外教材中圖像處理技術和光纖傳感技術在其他專業課中有詳盡的介紹，因此本部分也可不在課堂講授。通過合理取舍教學內容，可以把更多的時間放在光電檢測系統核心內容的講解上，同時可以進行適當的拓展，也避免了因為重復講解以前的知識而引起學生的注意力不集中的現象。

筆記還適當的增加了一部分和檢測技術相關的教學內容。光電檢測技術涉及到傳感器的一些基礎知識，特別是學生在日后工作時可能會進行傳感器的設計工作或者傳感器的選型等。教材第二章第一節主要內容為誤差分析和數據處理的相關知識，主要講述誤差的概念及數據處理等，但是沒有涉及檢測技術中常見的靈敏度，分辨率，精確度等容易混淆的概念，所以在課堂中對上述概念進行擴展性介紹，使學生在以后的生產實踐中當涉及到傳感器的制作或者選型時，對產品的參數有所了解。第二章光度學和輻射度學的基礎知識中涉及很多物理量，比如輻射通量，輻射強度，輻射亮度，輻射出射度和輻射照度等，這些物理量之間有一定的聯系，如果只是簡單的介紹其定義學生很難很好掌握。通過在課堂上增加習題的方法來鞏固學生對上述物理量的認識，收到了較好的效果。另外光度學中會涉及一些新的單位，比如光通量的單位流明，光強度的單位坎德拉，光照度的單位勒克斯，這些單位較為抽象，作者將單位的相關英文和拉丁文的全稱在課堂上進行介紹，以增加學生對其掌握程度。并且將光強的簡寫I，光亮度的簡寫L，照度的簡寫E和區分輻射度學和光度學小角標的e和v的英文單詞介紹給學生，以便容易記憶。

（二）提高學生課堂的學習興趣

做好光電檢測技術課程的教學，要重視激發學生學習該課程的興趣，提高學生上課的積極性。光電檢測技術課程的相關知識與實際應用有較為緊密的聯系，教材第一章涉及到光電檢測的應用實例，其中一個實例為鍋爐水位光電檢測和控制系統。在講解這部分內容時，作者通過提問的方式啟發學生自己設計光電檢測系統來解決這一實際問題，有些同學提出了與教材解決方案完全不同的思路，例如采用激光測距來實現。通過這種對生產生活中實際光電檢測系統的設計提，可以調動學生分析問題和解決問題的能力，提高了學生的學習興趣，培養學生的創新精神。在講解紅外輻射測量溫度的實例時，通過演示黑體輻射輻射波長和輻射出射度隨溫度的變化曲線，啟發學生掌握黑體輻射的公式，將枯燥無味的公式化為形象的圖形和應用實例，相信學生會對基礎知識掌握的更為牢固。并且通過課堂的互動，作者發現學生的創新型和想象力是無窮的。例如在講解葉綠素含量的光電檢測系統時，ppt上的圖片為一株綠色植物和一臺放置在植物葉片的儀器，有些學生直接可以猜到這臺儀器是測量葉綠素的。通過與日常生活緊密相關的光電檢測實例的講解，提高了學生的學習興趣，改善了老師在講臺上一味的講解，而學生興趣度不高的現象，并且可以拓展學生的視野。

（三）提高課程與實際應用的結合度和學生的參與度

由于學生在上課時主要以聽為主，很少跟教師互動，為了提高學生課堂的參與度。結合光電檢測技術應用性較強的特點，作者從浙江大學課程網站上吸取經驗，每次課程的開始5分鐘講述一個光電檢測的實例。比如光電鼠標的工作原理，條形碼和二維碼的工作原理，射頻識別的工作原理，紅外制導的工作原理，拉曼光譜法測量地溝油，核輻射的測量，易燃易爆氣體的檢測等實例，通過這些與日常生活息息相關的光電檢測實例的講解。使學生掌握了光電檢測系統的基本組成，意識到了光電檢測系統應用的廣泛性，提高了學生學習該課程的積極性與主動性，并且能夠積極響應上課時教師提出的問題。

提高學生的參與度還可以通過學生做報告的方式進行。例如，在講述光電檢測系統的應用時，有個實例是紅外導盲系統的設計，由于該題目是大學生電子設計大賽的題目，結合學生先修課程，讓學生設計一個基于光電檢測系統的導盲儀并在課堂上講解其工作原理和實現方法，從光源的選擇，探測器的選擇，后續數據處理的相關解決方案，許多同學能夠積極參與設計當中，取得了較好的教學效果。另外該課程還包括三個實驗，其中一個實驗為激光測距實驗，該實驗可以讓學生掌握紅外測距的三角測距原理，并學會分析紅外測距三角結構中各元件的作用。提高了學生的實際動手能力，為后續研究生階段的科研和工作積累了一定的實際操作能力。

三、結束語

光電檢測技術是光電信息工程與科學及相關專業的重要專業課程，對于培養學生利用光學方法進行測量等技能方面有著重要的作用，同時通過光電檢測實例的講解以及調動學生參與一些光電檢測應用實例的設計，可以提高學生的學習興趣，并提高分析問題和解決問題的能力。在該課程的教學過程中，依據課程教學大綱，圍繞選用教材及具體教學內容，結合學生的學習基礎，對具體的教學內容進行了優化選擇。適當結合光電檢測的應用實例對該門課程的組成及其原理進行講述，激發學生的學習興趣。經過幾年的教學實踐，本文所嘗試的方法在提高光電檢測技術課程的教學質量方面取得了一定的效果。

參考文獻

[1]張衛純，王開圣.淺談《光電檢測技術》課程的課堂教學[J].甘肅科技，2009（18）.

[2]浦昭邦.光電測試技術[M].機械工業出版社，2004：3-6.

[3]陳元枝.“光電檢測技術”課程的教學體會[J].桂林電子科技大學學報，2007，27（5）：426-428.

[4]高岳，王霞，王吉輝，等.光電檢測技術與系統[M].電子工業出版社，2013.