光电检测技术课程教学探索

初凤红 胡安铎 薛亮 李高芳 卞正兰 朱武

摘 要：光电检测技术是光电信息工程与科学等专业的重要课程。是光學与电子学技术相结合而产生的一门新兴检测技术。文章结合光电检测技术课程的教学实际，介绍教学内容选取和教学方法选择方面的一些尝试。

关键词：光电子技术；教学内容；教学探索

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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

光电检测技术是当今检测应用领域的知识密集型前沿技术，该技术涉及光学系统、传感器、电子电路及信号处理等众多领域，是对仪器学科发展的一种有效补充，符合当今仪器科学的多学科融合的发展方向[1-3]。光电检测技术具有灵敏高精度、高速度、远距离、大量程、非接触式测量、寿命长、数字化和智能化等特点，成为现代检测技术最重要的手段和方法之一[2]，在各行各业以及日常生活中皆有着非常广泛的应用，是光电信息科学与工程专业学生必须掌握的一门知识[3]。理解和掌握这门课程，对于提高学生素质，拓宽学生视野和培养分析问题解决为题的能力、动手能力和创新能力都有重要意义。

光电检测技术这门课程教学内容包括光电检测系统的基本工作原理和组成、辐射度量与光度量的基本概念、光源及辐射源、光电探测探测器及其校正技术、光电信号的变换及检测技术、非光物理量的光电检测等[4]，涉及光子学、电子学及半导体物理的相关知识，知识面较宽，对学生的学习提出了较高的要求。在光电检测技术课程教学过程中，作者根据近几年的教学改革与探索，就教学内容的组织与安排和教学方法谈一些教学实践体会。

二、教学探索

（一）对教学内容进行适当调整

作者讲授的光电检测技术课程授课对象为光电信息科学与工程专业学生，选用的教材为电子工业出版社出版的由高岳等编写的《光电检测技术与系统》，推荐参考书为周秀云等编写的《光电检测技术及应用》，姚建 等编写的《光电子技术》。教材共9章，从光电检测系统的各个部分出发，分别介绍了辐射度学与光度学基础、光源及辐射源、光电探测探测器及其校正技术、光电信号的变换及检测技术、非光物理量的光电检测等。内容覆盖了光源，探测器，光学系统及误差分析和数据处理的相关知识，而课程总课时数只有32学时，其中还包括实验6学时，如果教材中所有内容都进行详细讲述的话学时量是远远不够的。

作者根据光电信息科学与工程专业培养方案，删掉了先修课程中已经讲解的知识和一些不影响整个光电检测系统架构的知识单元。例如，教材第二章有一节详细介绍了检测数据的误差分析及数据处理知识，虽然数据处理在检测过程中占有重要的地位，然而从教学的角度看，这部分内容学生可以自学完成。因此，这部分内容由学生自学完成。又如，教材第六章前半部分主要讲述电路中锁相，放大和滤波等相关知识，考虑学生在先修的模拟电子技术中有所学习，故这部分不在课堂上讲授。另外教材中图像处理技术和光纤传感技术在其他专业课中有详尽的介绍，因此本部分也可不在课堂讲授。通过合理取舍教学内容，可以把更多的时间放在光电检测系统核心内容的讲解上，同时可以进行适当的拓展，也避免了因为重复讲解以前的知识而引起学生的注意力不集中的现象。

笔记还适当的增加了一部分和检测技术相关的教学内容。光电检测技术涉及到传感器的一些基础知识，特别是学生在日后工作时可能会进行传感器的设计工作或者传感器的选型等。教材第二章第一节主要内容为误差分析和数据处理的相关知识，主要讲述误差的概念及数据处理等，但是没有涉及检测技术中常见的灵敏度，分辨率，精确度等容易混淆的概念，所以在课堂中对上述概念进行扩展性介绍，使学生在以后的生产实践中当涉及到传感器的制作或者选型时，对产品的参数有所了解。第二章光度学和辐射度学的基础知识中涉及很多物理量，比如辐射通量，辐射强度，辐射亮度，辐射出射度和辐射照度等，这些物理量之间有一定的联系，如果只是简单的介绍其定义学生很难很好掌握。通过在课堂上增加习题的方法来巩固学生对上述物理量的认识，收到了较好的效果。另外光度学中会涉及一些新的单位，比如光通量的单位流明，光强度的单位坎德拉，光照度的单位勒克斯，这些单位较为抽象，作者将单位的相关英文和拉丁文的全称在课堂上进行介绍，以增加学生对其掌握程度。并且将光强的简写I，光亮度的简写L，照度的简写E和区分辐射度学和光度学小角标的e和v的英文单词介绍给学生，以便容易记忆。

（二）提高学生课堂的学习兴趣

做好光電检测技术课程的教学，要重视激发学生学习该课程的兴趣，提高学生上课的积极性。光电检测技术课程的相关知识与实际应用有较为紧密的联系，教材第一章涉及到光电检测的应用实例，其中一个实例为锅炉水位光电检测和控制系统。在讲解这部分内容时，作者通过提问的方式启发学生自己设计光电检测系统来解决这一实际问题，有些同学提出了与教材解决方案完全不同的思路，例如采用激光测距来实现。通过这种对生产生活中实际光电检测系统的设计提，可以调动学生分析问题和解决问题的能力，提高了学生的学习兴趣，培养学生的创新精神。在讲解红外辐射测量温度的实例时，通过演示黑体辐射辐射波长和辐射出射度随温度的变化曲线，启发学生掌握黑体辐射的公式，将枯燥无味的公式化为形象的图形和应用实例，相信学生会对基础知识掌握的更为牢固。并且通过课堂的互动，作者发现学生的创新型和想象力是无穷的。例如在讲解叶绿素含量的光电检测系统时，ppt上的图片为一株绿色植物和一台放置在植物叶片的仪器，有些学生直接可以猜到这台仪器是测量叶绿素的。通过与日常生活紧密相关的光电检测实例的讲解，提高了学生的学习兴趣，改善了老师在讲台上一味的讲解，而学生兴趣度不高的现象，并且可以拓展学生的视野。

（三）提高课程与实际应用的结合度和学生的参与度

由于学生在上课时主要以听为主，很少跟教师互动，为了提高学生课堂的参与度。结合光电检测技术应用性较强的特点，作者从浙江大学课程网站上吸取经验，每次课程的开始5分钟讲述一个光电检测的实例。比如光电鼠标的工作原理，条形码和二维码的工作原理，射频识别的工作原理，红外制导的工作原理，拉曼光谱法测量地沟油，核辐射的测量，易燃易爆气体的检测等实例，通过这些与日常生活息息相关的光电检测实例的讲解。使学生掌握了光电检测系统的基本组成，意识到了光电检测系统应用的广泛性，提高了学生学习该课程的积极性与主动性，并且能够积极响应上课时教师提出的问题。

提高学生的参与度还可以通过学生做报告的方式进行。例如，在讲述光电检测系统的应用时，有个实例是红外导盲系统的设计，由于该题目是大学生电子设计大赛的题目，结合学生先修课程，让学生设计一个基于光电检测系统的导盲仪并在课堂上讲解其工作原理和实现方法，从光源的选择，探测器的选择，后续数据处理的相关解决方案，许多同学能够积极参与设计当中，取得了较好的教学效果。另外该课程还包括三个实验，其中一个实验为激光测距实验，该实验可以让学生掌握红外测距的三角测距原理，并学会分析红外测距三角结构中各元件的作用。提高了学生的实际动手能力，为后续研究生阶段的科研和工作积累了一定的实际操作能力。

三、结束语

光电检测技术是光电信息工程与科学及相关专业的重要专业课程，对于培养学生利用光学方法进行测量等技能方面有着重要的作用，同时通过光电检测实例的讲解以及调动学生参与一些光电检测应用实例的设计，可以提高学生的学习兴趣，并提高分析問题和解决问题的能力。在该课程的教学过程中，依据课程教学大纲，围绕选用教材及具体教学内容，结合学生的学习基础，对具体的教学内容进行了优化选择。适当结合光电检测的应用实例对该门课程的组成及其原理进行讲述，激发学生的学习兴趣。经过几年的教学实践，本文所尝试的方法在提高光电检测技术课程的教学质量方面取得了一定的效果。

参考文献

[1]張卫纯，王开圣.浅谈《光电检测技术》课程的课堂教学[J].甘肃科技，2009（18）.

[2]浦昭邦.光电测试技术[M].机械工业出版社，2004：3-6.

[3]陈元枝.“光电检测技术”课程的教学体会[J].桂林电子科技大学学报，2007，27（5）：426-428.

[4]高岳，王霞，王吉辉，等.光电检测技术与系统[M].电子工业出版社，2013.