光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)教學(xué)改革實(shí)踐

摘要：針對(duì)本科生專業(yè)必修課光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)教學(xué)中存在理論與實(shí)踐脫離的問題，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、開放式實(shí)驗(yàn)、考核方式等方面進(jìn)行了教學(xué)改革嘗試，該課程將理論講授與科研實(shí)踐結(jié)合起來，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng);教學(xué)改革;科研實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）16-0170-02

高水平的高校教學(xué)工作是保證人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵，教學(xué)工作又是一項(xiàng)涉及面廣、影響因素多的系統(tǒng)工程，而影響教學(xué)質(zhì)量的三個(gè)核心要素是教師、學(xué)生和課程。因此，課程建設(shè)是確保人才培養(yǎng)質(zhì)量的最重要的教育教學(xué)基本建設(shè)任務(wù)之一，是教學(xué)改革的核心，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

本科生專業(yè)必修課是大學(xué)生獲取本專業(yè)知識(shí)的重要途徑，是本科生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。光電探測(cè)器件及利用光電探測(cè)器件實(shí)現(xiàn)的測(cè)試技術(shù)及系統(tǒng)是從事儀器儀表、光電工程、精密儀器、自動(dòng)控制等領(lǐng)域工程技術(shù)人員必須需要學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)內(nèi)容之一。尤其是隨著CCD和CMOS圖像傳感器的日益普及和應(yīng)用，光電測(cè)試技術(shù)已經(jīng)變得越來越重要。讓本科生更好、更早地學(xué)習(xí)光電探測(cè)器件、光電測(cè)試技術(shù)及系統(tǒng)對(duì)提高大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量具有重要意義，也有很多學(xué)者在類似課程教學(xué)中進(jìn)行了教學(xué)改革的嘗試[1-4]。

光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)是本科三年級(jí)專業(yè)必修課，主要旨在從光電測(cè)試用光源、光電探測(cè)器件、光電測(cè)試基本原理及技術(shù)、典型光電測(cè)試系統(tǒng)，以及在工程實(shí)際中的具體應(yīng)用等方面，使學(xué)生全方面了解和掌握設(shè)計(jì)一個(gè)完整的光電測(cè)試系統(tǒng)所需要的各個(gè)層面的知識(shí)。

目前光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)課程的講解主要通過板書和PPT形式讓學(xué)生們學(xué)習(xí)基本理論和基本應(yīng)用實(shí)例，學(xué)生理解各種光電探測(cè)器件和光電測(cè)試技術(shù)的基本原理和實(shí)際應(yīng)用不深刻，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)老舊，已經(jīng)無法反映目前光電測(cè)試技術(shù)的最新水平。針對(duì)以上問題，本文從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、開放式實(shí)驗(yàn)、考核方式方面進(jìn)行了教學(xué)改革與實(shí)踐，并提出以下幾點(diǎn)建議。

一、采用理論講授與科研實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

傳統(tǒng)的光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)教學(xué)中以板書結(jié)合PPT講授為主。但光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)不但包括一些基礎(chǔ)光電探測(cè)器件工作原理的介紹，而且包括一些測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)工作原理的介紹，包括大量的公式、電路圖和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。僅通過板書和PPT很難讓學(xué)生更直觀地了解這些器件及系統(tǒng)。為此，我們?cè)谂c課程相關(guān)的科研成果中選取部分實(shí)例，例如，可編程智能相機(jī)、線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器、三維掃描傳感器等最新的科研成果。將這部分科研成果實(shí)例與課本中的公式、原理和圖示等有機(jī)地結(jié)合起來，以視頻、動(dòng)畫、圖片和實(shí)物的方式帶入課堂，并設(shè)計(jì)相關(guān)討論與科研實(shí)踐題目，讓學(xué)生能夠參與到教學(xué)中。在使用這些設(shè)備進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐時(shí)，設(shè)備是已有的設(shè)備，軟件已經(jīng)進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，學(xué)生可以根據(jù)興趣選擇不同設(shè)備，結(jié)合課堂講授的理論知識(shí)可以很快了解設(shè)備工作原理和軟件基本框架，然后操作設(shè)備進(jìn)行實(shí)踐，并將結(jié)果進(jìn)行分析處理，最后通過課堂討論形式介紹科研實(shí)踐的收獲和體會(huì)。這個(gè)環(huán)節(jié)不但可以增加學(xué)生們的參與程度，也讓學(xué)生從設(shè)計(jì)者的角度重新考慮所學(xué)知識(shí)，知道為什么要這樣設(shè)計(jì)，怎么設(shè)計(jì)才最好。激發(fā)了學(xué)生們的科研熱情，為學(xué)生以后參加科技活動(dòng)及研究生階段學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

另外，在課堂上提出開放性的問題，結(jié)合科研實(shí)踐讓學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)思考并嘗試運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解決問題，提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

二、采用理論講授與科研實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生更好更多地掌握相關(guān)的知識(shí)

傳統(tǒng)的光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)課本中多以理論為主，且缺少最新的研究成果。為此我們將最新的科研成果帶入教學(xué)當(dāng)中，豐富了教學(xué)內(nèi)容，可以讓學(xué)生更好、更多地掌握所學(xué)知識(shí)。

第一，跟蹤國(guó)內(nèi)外關(guān)于光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)的最新研究成果，將最新的研究成果（主要包括了最新的光電成像方法、光電測(cè)試方法、光電測(cè)試系統(tǒng)等內(nèi)容）與課程中光電測(cè)試技術(shù)的基本工作原理的理論講述結(jié)合在一起，讓學(xué)生了解這些基礎(chǔ)器件和技術(shù)可以應(yīng)用的領(lǐng)域及方法原理，可以使學(xué)生在多個(gè)方面加深理解這些光電探測(cè)器件和測(cè)試技術(shù)。

第二，從科研成果中挑選部分可以攜帶的光電探測(cè)器件或光電測(cè)試裝置引入到在課堂教學(xué)中，例如，線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器、三維掃描傳感器等，在講述課堂內(nèi)容時(shí)展示這些光電探測(cè)器件及裝置的工作過程及結(jié)果，讓學(xué)生可以親眼看到、親手操作這些器件及裝置，這樣可以讓教學(xué)更加生動(dòng)，更加激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

第三，在教學(xué)中，通過課堂討論和課后實(shí)踐形式介紹科研實(shí)踐的收獲和體會(huì)。這部分重點(diǎn)要提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的科研精神。我們也鼓勵(lì)學(xué)生參加學(xué)院的儀器光電杯和學(xué)校馮如杯比賽，讓學(xué)生們將課本上學(xué)到的知識(shí)得到具體應(yīng)用，并在科研活動(dòng)中鍛煉培養(yǎng)他們的科研精神。這個(gè)環(huán)節(jié)不但可以提高學(xué)生們的參與程度，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生們的科研熱情。

三、設(shè)計(jì)開放式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、提高學(xué)生們的動(dòng)手能力

我們根據(jù)科研工作中研究出的科研成果重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)，編寫對(duì)應(yīng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱。實(shí)驗(yàn)包括了兩大部分，一部分是常規(guī)的實(shí)驗(yàn)課，有明確的實(shí)驗(yàn)步驟和儀器;另外一部分是一個(gè)開放式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過視覺傳感器測(cè)量球的直徑。開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行硬性規(guī)定，而是給學(xué)生一個(gè)自由選擇的機(jī)會(huì)。學(xué)生們可以根據(jù)自己的理解選擇實(shí)驗(yàn)方法完成球直徑的測(cè)量。為什么選用球直徑測(cè)量進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)?zāi)兀恐饕且驗(yàn)樵诳蒲袑?shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，球直徑測(cè)量與本課程直接相關(guān)，并具有測(cè)量方法多樣化且各有優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn)，沒有一個(gè)最好的測(cè)量方案。因此學(xué)生可以根據(jù)各自理解選用各自實(shí)驗(yàn)方法，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題來更好地理解課堂所學(xué)內(nèi)容，并通過PPT形勢(shì)報(bào)告自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析，全面鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力。

四、改進(jìn)教學(xué)效果的評(píng)估方法

通過課堂互動(dòng)、借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，對(duì)教學(xué)效果信息進(jìn)行收集，了解學(xué)生對(duì)教學(xué)改革效果的意見和建議，進(jìn)行多次迭代改進(jìn)，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的最終目標(biāo)。在考核方面，采用期末考試+實(shí)驗(yàn)+平時(shí)成績(jī)的考核方法。期末考試重點(diǎn)考核學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。期末考試成績(jī)占總分的80%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總分的15%，平時(shí)成績(jī)占總分的5%。

五、小結(jié)

光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)教學(xué)中的理論多、概念多，還有很多儀器的原理和應(yīng)用介紹。如果僅采用板書和PPT結(jié)合是無法達(dá)到滿意的教學(xué)效果。學(xué)生不愛學(xué)，學(xué)不會(huì)，并且容易忘。為此，我們將科研項(xiàng)目中的部分內(nèi)容通過視頻、圖片和動(dòng)畫的形式展示給學(xué)生，幫助學(xué)生更好地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)在課堂上引入科研成果實(shí)物，提出開放性問題，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，提高學(xué)生們的科研熱情。另外我們也設(shè)計(jì)了靈活開放的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，讓學(xué)生們可以靈活地決定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析比對(duì)，最后學(xué)生們?cè)谡n堂上展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這一系列的教學(xué)改革嘗試就是為了提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，讓他們更加深入地理解所學(xué)知識(shí)，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)踐和驗(yàn)證。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)現(xiàn)該方法教學(xué)效果顯著提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]張戈，胡冬梅，黃大勇，郭建昌，孫樹平，尉喬南.光電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用課程實(shí)踐教學(xué)改革探索[J].教育教學(xué)論壇，2019，（11）：160-161.

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"Optoelectronic Measurement Technology and System" Teaching Reforms Investigation

LIU? Zhen

（School of Instrumentation and Optoelectronic Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China）

Abstract：In order to solve the problem of separation of theory and practice in teaching the undergraduate professional compulsory course "Optoelectronic Measurement Technology and System"，teaching reforms have been tried in ways of reforming teaching methods and teaching content，conducting open experiments，and changing assessment strategy.This course combines theory teaching with scientific research practice and achieves good teaching effect.

Key words：optoelectronic measurement technology and system;teaching reforms;research practice

收稿日期：2019-07-22

基金項(xiàng)目：北京航空航天大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目“理論與實(shí)踐相結(jié)合在‘光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)教學(xué)中的探索與實(shí)踐”資助

作者簡(jiǎn)介：劉震（1975-），男（漢族），遼寧沈陽人，副教授，博士，研究方向：智能光電系統(tǒng)開發(fā)。