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光电检测技术课程内容及教学方法优化与实践

  [摘 要]研究针对光电检测技术课程的特点和教学要求,对光电检测技术课程的教学内容和教学方法进行了优化,探索了如何把科研成果作为教学内容的方法,实践了如何把新的教学方法贯穿于课程的教学过程中。实践表明:科研成果用于教学,有利于使教学紧跟高科技的快速发展且充满活力和具有时代气息;新的教学方法能提高学生的学习兴趣和教师的教学质量,有利于培养学生的创新意识和创新能力。 
  [关键词]光电检测技术;科研成果;教学内容;教学方法;教学实践 
  [中图分类号] G642.421 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2018)01-0086-03 
  光电检测技术是以光电子学为基础、以光电器件为基本组成,融合光学、微电子学、精密机械、计算机技术和控制技术为一体的一门高新技术,是基于光获取信息的重要手段,是研发光、机、电、算一体化高新技术产品的基础[1-3]。其课程内容主要是研究各类光电器件的组成、工作原理、特性参数及光电转换的基本电路和实际应用。其教学对于衔接先前的光学、模拟电子技术和数字电子技术等课程内容以及拓展知识的综合运用具有非常重要的意义。因此,该课程的教学和研究越来越得到高等院校和科研机构的重视,成为许多本科理工科专业的必修课程,特别是成为光电信息科学与工程专业的学科基础教育课程[4,5,1]。在光电检测技术的教学过程中,如何根据光电检测技术的快速发展,补充、更新和优化教学内容,将光电检测技术的发展趋势及前沿技术有机融入教学内容[6],是一个个需要探讨的重要课题。光电检测技术除具有很强的理论性外[7],也是一门实践性很强的课程[5]。其课程实验作为课程内容的一个重要实践环节,学生通过实验除能验证书本的理论知识外,还能提升其创新和实践能力。另外,在教学方法上将光电检测技术的教学重心从“注重教”转移到“主动学”,有利于培养学生的创造性思维和提高学生的动手能力。本文主要研究光电检测技术课程内容及教学方法的优化与实践。 
  一、课程内容的研究 
  光电检测技术课程内容主要研究其思想性、科学性、启发性、前沿性和适用性。为此,我们认真调研和分析了多所高等院校开设光电检测技术课程选用的教材及教学大纲的内容,同时考虑了光电检测技术所具有的特征。以缪家鼎等人编写的《光电技术》为例,教材主要包括“辐射度学与光度学的基本知识、光电仪器中的常用光源、光辐射探测器的理论基础、真空光电器件、半导体光电导和结型光电器件、真空成像器件、固体成像器件以及红外探测器件及其阵列”等内容[7],其特点是“对原理、简单应用以及传统光电器件介绍的多,而对新领域的综合应用以及新型光电器件叙述的少”[1]。光电检测技术以“光源激光化、传输光纤化、手段电子化、现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化”为特征[8],其新的器件和新的技术在国防和国民经济建设中发挥着越来越重要的作用,如固体成像器件、新型光纤传感器、激光外差干涉技术和太赫兹(THz)技术,而在以往的教材中没能很好地融入上述内容。光纤的问世引起了一系列现代科学技术革命,其传感技术则以“技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点”为世人所瞩目[9];光纤面板除在军事上获得广泛应用外,现已渗透到许多尖端技术领域。近三十年来,THz脉冲产生技术及应用受到人们极大的关注,在基础研究、工业应用和军事领域都有相当重要的应用[10]。激光外差干涉技术能够利用相位比较获得较高的测量分辨率,具有测量速度快、抗干扰能力强、测量灵敏度高等优点,在激光通信、激光雷达、激光测长、激光测速、激光测振和激光光谱学等方面获得了十分广泛的应用[11]。 
  在我们编著的《光电检测技术》(第1版)中,根据光电检测技术的特征及其最新发展趋势,对传统的光电(检测)技术的内容有所删减,保留基础性内容,增加了光纤、光纤面板、光纤传感器原理和应用实例,增加了THz技术。《光电检测技术》(第2版)结合我们的科研成果“一种测量溶液浓度的光纤传感器”(论文获山西省第十五届优秀学术论文奖),在第9章《光导纤维与光纤传感器》中补充了光纤液体折射率传感器。《光电检测技术》(第3版)基于负电子亲和势光电阴极的重要性,增加了负电子亲和势及其形成,考虑到知识的衔接,在《热平衡下的载流子浓度》一节中增加了“能级密度、费米能级和电子占据率、平衡载流子浓度、本征半导体中的载流子浓度、杂质半导体的载流子浓度”。普朗克辐射公式是两物体间热力传导的基本法则,在大多数情况下都成立,但在两物体微距时是否成立一直以来无法得到证明。2009年,华裔陈刚及其团队首次以实验质疑“黑体辐射定律”公式,实验证明两物体极度近距时的热力传导远高于公式所预测的值。基于此,增加了普朗克辐射公式的实证结果,特别是结合我们的科研成果“一种多通道蜜蜂出勤计数系统及方法、基于激光外差干涉的金属微振动检测、48级灰度线性声光调制驱动源(用于构建光外差干涉系统的主要器件)以及基于外差干涉的激光超声检测技术”等,在第3章的结型光电器件中补充了透过型光电传感器的应用电路,同时增加了第11章《光外差检测技术》,内容包括光外差检测原理、光外差检测调相信号的解调方法、光外差检测的特性、光外差檢测系统对光电转换器性能的要求和光外差检测的空间匹配条件及频率条件。另外,教材在结构上也有所调整,以适合“宽口径—重基础—知前沿”的专业教学要求和反映光电检测技术的最新成果及发展趋势。 

 
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