“光电信息技术”课程教学的实践与思考

“光电信息技术”课程教学的实践与思考

蒋行国

（桂林电子科技大学信息与通信学院　桂林　541004）

摘要：光电信息技术课程内容多、知识面广，应用非常广泛，是现代工科学生必须掌握或了解的一门知识。因此，如何在多学科背景、多技术交叉的前提下，提高教学效果、培养学生的实践能力和创造性思维是值得关注的问题。针对光电信息技术课程的这些特点，在教学内容的组织安排和教学形式上进行了一系列实践与探索，取得了良好的教学效果和实践成效。

关键词：光电信息技术　教学内容　教学形式　创造性思维

光电信息技术是将光学技术、光子技术、光电子技术、电子技术、计算机技术以及材料技术相结合而形成的一门高新技术，它以光波为基本信息载体，通过对光波的控制、调制、接收、存储、处理和显示等技术方法，获取所需要的信息，以达到为不同的应用需求服务的目的^[1]。光电信息技术的发展不仅改变了人们的工作、学习和生活方式。而且推动了新的产业革命、军事变革以及新兴学科的形成，具有越来越大的竞争力，是相关工科学生必须掌握的一门知识。学习和掌握这门课程，对相关专业学生素质和分析能力、创新能力的提高，有非常重要的意义。由于该门课程内容多，涉及的知识面很广，而且近年来该领域发展非常迅速，因此，要想提升教学效果，使学生能够更好地了解相关知识、掌握基本原理、活用所学知识与实际相结合，必须改变原有的照本宣科的教学模式。本人根据实际教授这门课程的经验，提出以下的一些建议和思考。

一、教学内容的改进

由于涉及的知识面过于广泛，在有限的学时里不可能面面俱到，所以必须有所侧重。为了达到使学生既能掌握这门课程的基本知识和基本原理，又能够了解该领域当前的发展状况，特从以下两个方面对教学内容进行改进。

1.1　合理选择教学内容

光电信息技术课程内容主要包括光辐射、光传输、光调制和光电探测等的基本理论和方法以及光电信息转换的物理基础、光电成像系统基础、光电成像器件、光电存储和光电显示的基本技术和新技术。由于内容多，课时有限，所以应该特别注重基础知识与基本原理的讲解，并对其重点难点进行精讲、细讲。

光电信息技术总要讨论各种光电敏感器件，对这些光电敏感器件的性能和应用说明都离不开光的度量及其相关基本理论。同时，为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，都需要对光辐射给出相应的计量和量纲。对学生来说，这些光辐射度量的学习应该是学习本门课程的切入点，所以在讲解时应该特别强调各项光辐射度量参数的实际意义以及在光电信息技术中的应用。然后对光传输、光调制和光电探测等的基本理论和方法也需要进行详细的讲解，以让学生更好地掌握，为后面章节的学习打下良好的基础。

光电信息转换的物理基础主要包括能带理论、PN结以及光电效应。固体光电器件中对光电信息转换起实质作用的是不同材料的能带结构和半导体材料所形成的PN结吸收光子能量后所产生的各种光电效应。光电信息技术所涉及的固体光电器件中，半导体材料扮演着重要的角色，它是光电信息技术产业的主要支柱，而能带理论和PN结又是本门课程中比较重要的理论基础。因此，基于这些原因，本部分的讲授应以能带理论为基础，系统地介绍半导体和PN结的概念、原理以及光电信息转换技术中的主要光电效应，如光电导效应、光生伏特效应、光电发射效应、热释电效应、光子牵引效应等。

对于光电成像系统基础部分内容，由于学生在相关光学基础等课程中学习过，所以略讲或者采取学生自学加老师辅导答疑等方式。对于光电成像器件、光电存储和光电显示的基本技术和新技术部分内容，则重点介绍光电成像器件、光电存储和光电显示的基本技术，而对于当前的新技术，主要采取运用多媒体技术进行举例说明的方式，即通过实物照片进行讲解说明，这样既直观，学生也便于通过实际的应用了解这些新技术，效果好。

1.2　适当补充新内容

随着光电子器件的多样化、微型化和各种功能和技术指标的发展，光电信息技术的发展和应用将会花样翻新、层出不穷，对国民经济和军事的影响也将日益加大。已有光电信息技术，比如光纤通信、光存储、可见光和红外图像信息获取、图像显示、光纤传感、激光加工、激光医疗和激光硬复制等技术，将由于光电子技术的发展而不断升级换代，并更广泛更快地推广应用。比如光纤已经进入千家万户，集新闻、娱乐、教育、购物等于一体，深刻改变人们的工作和生活方式。而现有的教材，内容却相对比较陈旧，跟不上光电信息技术的发展步伐。

为了使学生在学到课本上的基本知识的同时，能够了解到学科发展的最新动态，感触到时代发展的脉搏，开阔视野，首先主讲老师的知识结构需要调整和更新，与时俱进，即补充新的知识，提高理论知识水平，做到教学与科研更有效地结合，并且将科研工作中所运用到的相关新知识、新理论以及经验体会，以适当的形式讲授给学生。如由小型化的环形激光器及相应的光学差频装置组成激光陀螺仪，可以感知相对惯性空间的转动，在惯性导航中作为光学陀螺仪使用^[2]。在讲解光电信息变换相关章节内容时，结合笔者的科研课题经历，给学生补充介绍光电跟踪系统以及激光陀螺仪在光电跟踪系统中的应用，由于该内容在课本上没有，所以学生注意力都很集中，并表现出很大的兴趣，收到了很好的效果，使学生对光电信息变换这部分内容印象更深刻、掌握得更牢固。再如光电信息技术同生物技术结合，已出现光生物学和生物光电子学。正在兴起的纳米技术已同光电信息技术发生密切关系，并利用激光技术生产纳米超细粉末，纳米技术的发展也为新一代光电信息技术开辟了广阔的前景。课堂上补充对这些新技术的简单介绍，并引导学生根据个人兴趣查阅相关资料，从而激发学生的学习兴趣，既让学生解到学科发展的最新动态，又开阔了视野。

二、教学形式的思考与探索

传统的教学方法是老师把教学内容规定的知识传递或者灌输给学生，学生被动地接受，这种方法虽然利于教师对课堂教学的组织和管理，但不能发挥学生的主体作用，忽视了学生的主动性和创造性。而良好的教学方法不仅能够使教师讲授得更加生动、具体，而且能让学生更容易接受和理解老师所讲的内容，更重要的是可以提高学生的学习兴趣，激发学生的创造性。

2.1　平等、互动的师生关系

尽管在年龄上，绝大部分大学生都是成人，但是学生与教师之间关系的融洽，还是可以对学生的学习兴趣起到一定的促进作用。在传统中，教师往往以“老师”的身份出现，给学生的感觉是“老师”是老师或长辈，所以，心理上自然就在老师和学生之间划了一条代沟，这样就不利于学生和教师之间的沟通。因此，教师应该放下“老师”的架子，而以一种平等的身份与学生互动交流，让学生能够畅所欲言，同时，老师也可以把自己对学生的要求在一种很轻松的氛围里说出来。当然，教师还要尽量抽出时间与学生互动交流，以及时了解学生的学习情况以及对教师讲课的意见或者建议。如在讲授完光电导器件的相关内容后，在与学生互动交流时，有同学就大胆提出将光电导器件应用于智能眼镜的想法，并与教师交换意见，尽管这个想法不太成熟，甚至可以说是奇思怪想，但学生能够大胆提出，笔者认为，这也是源于平等、融洽的师生关系。当然，最后，教师也对这个想法提出了一些建议，学生也很满意。

2.2　创造性思维的培养

创造性思维是人类思维的精华，是引发创造活动的前导。一个具有创造性思维的人能够科学地使用大脑，发挥自己的创造才能，得心应手地解决矛盾，攻克难关。近年来，随着生产力和科学技术的迅猛发展，创造性思维越来越受到重视，成为各级各类学校教育和教学中必不可少的重要一环。只有这样，才能谈得上创造性思维的培养。

心理学研究表明，当人对某一事物感兴趣时，认识就快；如果毫无兴趣，认识就慢，或者不予接受。若想激发创造性思维，就必须首先激发学生的学习兴趣。那么学生的学习兴趣从何而来呢？苏霍姆林斯基曾说：“兴趣的源泉在于体会到智慧能统帅事实和现实，人的内心里有一种根深蒂固的需要——总要感到自己是发现者、研究者、探索者。所以“兴趣”是一种推动学生学习的内在动力，它激发了学生强烈的求知欲望，从而为创造性思维的产生奠定基础。因此兴趣不是教学目的，而是教学的一个组成部分。

在光电信息技术课程教学实践中，我认为应从以下两方面予以实现：首先是激发和培养学生的学习兴趣。光电信息技术应用非常广泛，尤其在军事上，而大多数同学往往对军事比较感兴趣，所以在对相关章内容如光电探测器进行讲解过程中，通过军事上应用的举例，如红外制导导弹，目标侦察系统等，引起了大部分学生的兴趣，取得了很好的效果。其次，多元化的学习方法。学生的学习方式应该由比较传统的单一变为多元化，即注重学习方式的灵活性。过去的学习方法是机械记忆，浅层理解，主要培养学生的模仿能力，学生的学习往往是规定性动作，这样大大限制了学生的主观能动性，所起到的教学效果也不理想。因此，教学的目的应该还包括把学生从被动的、苦学的束缚中解脱出来成为学习的主体。在教学中尽可能地给学生提供自己学、自己动手、自己动脑的机会。让他们在学习的过程充分表现自己。而多元化的学习方式正是这样的方式，即学生可以根据自己的兴趣、爱好、特点和实际情况采取适宜的形式，如自由分组讨论、专题研究等。在学习方法上，给学生多一些自由，少一点老师的干涉，这样不仅有利于教师把更多的精力放在关键问题上，更有利于培养学生独立自主能力，进一步提高学习兴趣。当然，在这种学习方式中，教师的作用主要是引导学生，并在学生把握不准的关键问题上给予具体详细的指导。

当然，学习兴趣的真正源泉是在于把所学的知识加以运用，只有在这种时候，学生才能真正感受到掌握知识的欢乐。知识运用可以促进学习和智力活动的兴趣，在这一过程中培养学生的创造性思维。因此，在光电信息技术课程教学中，还必须加入实践环节，如设计相应的实验、进行适当的课程设计或组织学生进行实际应用调查等，同时，学生还可以对这些实践环节根据自己的需要进行选择。

2.3　多媒体教学手段

多媒体技术在教学中的应用可以提高教学的直观性，便于学生理解和提高学生的学习兴趣^[3]。采用图、文、声、像等多种效果的多媒体课件，不仅能够发挥教师在教学中的主观能动性，而且对教学内容的陈述更为清晰、形象、全面、具体和生动。时变光电信息的调制是光电信息技术的重要基础理论，通过多媒体用动画来显示典型的调制过程，即振幅调制、频率调制、相位调制以及脉冲调制，参数（如调制函数、调制度等）的改变所引起的调制信号的变化被这种动画形象地刻化出来，非常直观而且非常容易理解，学生反应也很好。

三、结束语

如何让学生比较全面、系统地掌握光电信息技术相关知识，并能灵活运用所学知识与实践联系，尚有待于在今后的工作中进一步加强。当然，对于光电信息技术的教学改革，还需要进行不断的探索与研究。本文就这门课程教学的一些基本问题提出一些体会与思考，用以抛砖引玉。

参考文献

[1] 江月松，李亮，等. 光电信息技术基础[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[2] 王庆有，等. 光电技术[M]. 北京：电子工业出版社，2007.

[3] 张桂利，娄宏毅. 谈现代教育中的多媒体教学[J]. 中国成人教育，2004，（1）：49-50.

[4] 冯建生. 把研究性学习融入课堂教学中[J]. 山西教育，2006，（5）：38-39.