光学光电技术篇1

（2）信息储存。在进行信息储存的时候，主要采用的是DVD、CD等方式，其主要采用的技术就是利用光储存信号来进行储存的，而储存的容量大小则需要由写入的光源来进行决定，光盘储存量则和光斑之间具有反比的关系。从刚开始的时候，对于光电子激光器来说，主要采取的是气体激光器，随着社会的发展，逐渐发展成为半导体激光器。此时，当写入的光源产生的光斑则会与激光波的平方产生反比例的关系，使VCD、CD的储存量得到有效扩大。

（3）通信技术。在通信技术领域中，应用光电子技术具有保密性高、信号容量大、结构轻便、通信距离远等优点，主要是利用激光技术，将信息都加载于激光束之上，利用激光束快速传播的方式来进行通信，与无线电技术相比，激光通信多了光电和光电转换过程，经由信号的转变其，将已有的影像、声音等进行转换，使其转成为电信号之后，将信号利用调制器进行调制成为一束激光，由于此调制成的激光参数会受到信号控制的影响，从而使信号在激光上得到加载。此时将激光利用发射端进行发射，在接收端进行接收，利用光检测器对电信号检测，最终使用调节器对信号进行还原。

2光电子技术科学应用于军事领域

（1）激光测距仪。在飞机、坦克、火炮和舰艇中，激光测距仪是这些武器装备的重要组成技术装备，使各战术武器装备在系统上具有更强的攻击力，并且具有更高的准确性。通常情况下，能够使其首发的命中率高于80%，使各武器装备能够充分发挥自身的作用。

（2）热摄像仪。在目前的热摄像仪中，GaAlAs/GaAaQWIRFPA是热摄像仪应用最为广泛的技术，而非制冷IRFPA的热摄像技术，不仅使在极度低温冷却的工作问题得到解决，而且还使热像仪在密度和成本上更具优势。在目前，非制冷热像仪主要应用在低中挡的传感器中，其所采用的阵列主要分为640×480、320×240，其可以进行探测的温差为0.05K。

（3）预警和干扰设备。利用飞机对目标进行一系列的侦测，其主要利用的是加载在飞机上的光电子预警设备，其可以对空间坐标、技术参数等进行确定和侦测，经过相关判断之后，对存在的危险目标进行预警。其主要是利用在不同的物质上、背景上所产生的光电子电磁波存在不一致的反射，将四周反射出来的电磁波与目标进行差异性的比较，以此来得以识别和发现目标之后对其进行跟踪、预警。目前在火箭、导弹中的红外预警器得到应用。

光学光电技术篇2

中图分类号 J938 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）174-0030-02

21世纪的社会发展主要是以知识经济与信息技术为主，尤其是信息技术的发展，给社会中的各个行业、各个领域带来不小的冲击。电影行业是社会众多行业之一，也受到了来自科学技术的影响，老式的放映胶卷模式已经逐渐被取消，如今的电影行业以数字化电影为主。数字电影在放映的过程中是要依靠一定的技术才得以有效的实施，其中最主要的是光学技术，而且在新时展之下，光学技术也随之发生了更大的变化与进步，可以说如今的电影行业发展如此迅速，光学技术在其中发挥了不可忽视的作用。

1 光学技术和数字放映系统

光学技术是一项应用于电影放映方面的技术，往深层次研究的话，所谓的光学，指的就是以对光研究为基础，来探讨“光”这种特殊物质与其他普通物质作用的各种作用。数字电影放映系统作为现如今电影行业主要的放映形式，主要依靠的是放映系统，随着胶片电影淡出电影舞台，数字电影不仅继承了原有胶片电影的优势，更在此基础之上改变放映的形式，改变了胶片电影所带来的不足之处，优化了电影放映的技术，通过数据拷贝的方式进行有效的传递与播放，使得电影不会在放映的过程中由于次数的增加而影响播放的质量，促进了电影行业的发展。

2 光学技术在数字电影放映中的应用分析

技术的发展，无论是对人们的日常生活还是对社会的进步发展，都发挥着重要的作用。为此，本文主要讲的就是有关应用于数字电影放映所使用的技术，那么，光学技术是如何应用在数字电影的放映系统中呢？主要是分为以下几个方面。

2.1 光学技术在数字电影成像中的应用

光学原理，在数字电影放映的过程中所使用的光学技术就是要在这一原理的基础上进行的。文中所讲的数字电影，就不得不提到投影技术，在现代的电影投影技术方面最常见的3种方式就是液晶显示、直接光学放大以及数字化光处理，而在这3种方式之中使用的最为广泛也最为成熟的就是数字化光处理技术，这一技术所使用的原理就是用所集合的半导体晶片效应来促使电路围绕着固定的S进行旋转，从而发生有规律的偏转，在控制电场电路的基础上，光线就会照在微镜上发出不同方向的反射，因而通过镜头就会射到大银幕上，银幕上也就会产生微镜的效果。简单讲，就是光学技术的使用，使得数字电影的投影成像呈现的更好，展现在大荧幕上的画面质量是良好的。

光学技术使用在数字电影的放映系统中是一个宽泛的概念，其实它可以分为若干个小的方面，接下来要分析的就是光学技术在数字电影彩色成像的应用。在电影最早出现的年代，呈现在大银幕上的电影画面都是黑白色调的，而如今我们观看的电影都是五彩缤纷，极具色彩画面，达成这一效果的原因就是在数字电影中应用了光学技术，在光学理论中，通过蓝、绿、红3种滤光片，在光的照射下可以形成多彩的颜色，电影放映中就是应用了这一原理，通过数字处理技术对色彩的顺序进行处理，在通过RGB格式的数据由DMD进行存储，接受光系统的聚集，再将所接受到的白光照射到先前已经存储完毕的DMD上，蓝、绿、红这3种纯原色的色彩会不断按照顺序投射到DMD上，DMD的图像就会投射到大屏幕上，从而形成了方形的像素，而这些像素的形成正是人类肉眼可以看到的图像，也就形成了精彩绝伦的电影画面。

2.2 光学技术在终端投影镜头中的应用

在研究光学技术的成像问题之后，接下来要谈论的就是光学在终端投影镜头中的应用。首先，光学这一门学科较为复杂化，应用在数字电影的放映系统中也正是利用了光学这一复杂性的特点，数字电影在运用的过程中使用了更多的光学参数，立足具体问题具体分析的原则，应用到实际的工作中。其次，数字电影在影院的放映过程中，其放映距离都是固定的，因此关于镜头焦距的问题有多种选择，尽管镜头的成本是非常贵的，但是利用光学技术进行调整，从而生产出了40mm～120mm的十分钟变焦镜头，这种镜头的产生在一定程度上减少了所需要用到的成本。最后，工作距离的确定可以通过以下两个方面的方式，一方面，对电影放映机在放映的过程中所涉及到光学部分进行实地测量，以最为直接的方式得到数据，但这一方式的困难点就在于用于测量光学部分的仪器无论是在价钱还是在操作系数上都是比较有难度的，因此，在实施的过程中会难以操作；另一方面，基于光的逆向原则基础之上，结合产生的数据以及聚光片和分光作用的数据，从而计算出工作距离，这一方式相对于前一种方式而言，在操作性上更为简单。

2.3 光学技术所涉及的镜头结构和成像应用

光学技术所涉及到的光学原理，既能让人简单明了又可以复杂的让人摸不着头脑，将这一项技术应用在数字电影的放映系统中，在很大程度上解决了原先胶片电影所带来的不足之处，优化了电影放映系统，使得电影行业得到快速的发展，光学技术在这一发展过程中贡献了不少的力量。光学技术涉及到电影放映系统的方方面面，电影放映镜头的工作距离与焦距之间的比例是维持在一定的系数之内，也就是说最佳的距离是在0.5～0.7之间，前面已经提到镜头焦距最合适的是40mm～120mm的十分钟变焦镜头，如果将两者结合在一起的话，那么两者的比例就会直线上升到3，但是在这过程中就会出现一些问题，为了能够更好的起到协调的作用，可以通过远心的镜头结构，再通过全权分离的方式对远心光路进行改进，促进其发展。另一方面，借助光学原理来投影成像，极有可能会受到光学的相差而产生一定的影响，因此，在使用光学技术的时候一定要注意利用光学原理减少像素差，从而使得所呈现的影片质量完好。

3 结论

数字电影已经成为电影行业的主流产品，而光学技术在数字电影放映系统中应用的最为广泛，并且在放映系统中发挥了重要的作用，在了解光学技术和数字电影放映系统的基础上，对光学技术在数字电影放映过程中的应用分析，希望可以加深对光学技术的了解，促进光学技术得到进一步发展，从而促进电影行业的发展。

参考文献

[1]于立轩.数字电影放映氙灯使用经验[J].现代电影技术，2008（7）：41-43.

光学光电技术篇3

作者简介：闫俊红（1978-），女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学信息工程学院，讲师；李文涛（1963-），女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学信息工程学院，教授。（内蒙古 包头 014010）

基金项目：本文系内蒙古科技大学教改项目（项目编号：JY2011021）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0056-02

一、“光电检测技术”课程教学现状

光电检测技术在科学技术的发展史上占有重要的地位，“光电检测技术”的教学和研究也越来越得到国内外高等院校和科研机构的重视。目前国内开设“光电检测技术”课程的高等院校达50多所，专业覆盖了测控技术与仪器、光电信息工程、光信息科学与技术、电子信息工程、通信工程、应用物理、探测制导与控制、生物医学工程等。[1-3]

内蒙古科技大学（以下简称“我校”）测控技术与仪器专业充分结合教育教学背景及教学资源，以培养宽口径、综合实践型人才为目标，以光机电算一体化为主体，以光电为特色，开设了“光电检测技术”课程，对于培养具有创新能力的综合实践型人才具有良好的促进作用。该课程衔接了“工程光学基础”、“单片机原理及应用”、“智能仪器”等，不仅能够使学生了解光电领域新技术的发展和应用，更有利于培养学生的综合实践能力和创新能力，拓宽测控技术与仪器专业的就业口径。“光电检测技术”课程具有内容多、应用性强、发展快等特点。如何通过课程教学与实践，使学生熟练掌握各种光电检测系统的设计，提高学生的综合实践能力，各高校测控技术与仪器专业都做了很多探索。[4，5]本文根据自身的教学实践和对我校测控技术与仪器专业的教学开展情况，结合我校的培养目标对“光电检测技术”课程的理论教学与实践教学做出了改革探索，提高课程的教学质量。

二、“光电检测技术”课程改革思路

“光电检测技术”课程是我校测控技术与仪器专业一门重要的专业基础课。该课程内容丰富、实践性较强，着重培养学生计算机应用、测量与自动控制、智能仪器设计等领域的综合实践能力。根据培养目标和专业设置的变化，我校“光电检测技术”课程经历了几次改革。第一，为适应光电检测技术的蓬勃发展和学生就业的需要，开设了本课程，共50学时，包含了光电子和光电检测两部分，课程的内容主要是光电传感、检测原理及光电检测系统等几部分。第二，由于测控技术与仪器专业培养目标及培养方案的调整，为满足我校学生的就业需求，将该课程的教学内容及教学学时数进行了改革，内容上着重光电检测及光电检测系统的设计，学时更改为32学时。第三，为突出本校的办学特色及教育教学优势，在教学过程中不仅注重基础理论的讲授，更注重对学生综合实践能力的培养，对“光电检测技术”课程教学环节及实践环节进行改革，以培养工程实践型人才为目标，充分培养学生创新思维和综合实践能力，满足社会对高层次检测技术人才的需要。

三、“光电检测技术”课程教学改革实践

1.教学内容改革

由于开设“光电检测技术”课程专业的多样性，应根据各个专业的培养要求合理选择教学内容。结合我校测控技术与仪器专业的培养目标，对“光电检测技术”课程的教学内容进行了改革，目的在于使学生通过课程的学习，既了解光电检测技术的发展前景、光电器件的工作原理及光电检测的基本方法，又能对光电检测系统的设计有整体的把握，达到课程的教学目的。具体改革方案如下：

（1）注重基础，突出重点难点，合理安排教学内容。目前“光电检测技术”教材内容各有优缺点，有些教材较注重基础理论、基本原理，而对光电检测系统设计的内容介绍较少；有些教材兼顾理论教学与实践教学，但对于光电检测领域新技术、新发展的介绍较少，使教材内容落后于光电产业的发展；有些英文教材在光电检测技术新发展方面的编写较为突出，但对光电检测技术及光电检测系统的整体性上把握较差，且与教学大纲不符。因此必须结合本专业需求，合理选择“光电检测技术”课程教材内容，做到基础知识重点讲授，难点重点精讲细讲。例如光电检测器件是光电检测技术的重要内容，在教学中着重讲解光电器件的工作原理、结构、性能参数及应用范例，而对于光电检测器件的偏置电路、前置放大电路、匹配滤波等前期课程中已经涉及的内容进行略讲。光电探测器分为光电效应型和热电效应型，由于热电器件在“热工测量仪表”课程中为重要学习内容，在本课程的教学中将热电器件一章改为自学。而涉及计算机接口等内容由于在“单片机原理及应用”中详细讲解，在本门课程中将其删去。

（2）结合测控技术与仪器专业的培养目标及专业设置，补充反映专业特色的内容。结合我校冶金背景、测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业需求，加强本课程与其他专业课程的衔接，对光电检测的新理论、新技术、新应用和新成果进行了补充。例如在光电检测方法的讲解过程中以智能机器人定位技术为例介绍光电器件的应用，激发学生自主学习的动力。在讲解光电位置传感器时，以光电位置传感器用于智能汽车防追尾系统为具体案例，启发学生认真思考，激发学生的学习兴趣。在讲解激光器、光电耦合器件CCD的过程中，结合器件的应用背景，把器件最新的制作工艺、应用前景介绍给学生，并将光电耦合器件CCD的成像原理与手机采用CMOS的成像原理进行对比，激发学生的学习兴趣。根据学生的就业需求，在课程的教授过程中补充与冶金企业生产过程密切相关的光电检测系统。例如基于CCD的锅炉燃烧控制系统，以光电耦合器件CCD获取锅炉内部燃烧图像，用图像信息确定炉膛内部的温度分布，确定锅炉内部燃烧机理，及时有效控制锅炉燃烧效率，达到锅炉温度控制目标。结合科研课题“基于CCD的比色测温研究”，将CCD的应用领域进行拓展，使学生系统全面地掌握光电系统的设计，培养学生的工程实践能力。

（3）立足培养综合实践型人才，加强光电检测实践教学环节。实践教学有利于培养学生的综合实践能力和创新精神，该教学环节学时有限，如何在有限的学时内完成预期的目标，必须对基础验证型实验、综合型实验及创新型实验的比例作出调整。光电检测实践教学以我校光电检测实验室为基础，秋实科技创新实验室为媒介，构建实用型光电检测实验教学平台。在具体实践教学中，采用基于项目设计的实验教学方法，合理保证基础验证型实验，并结合集中演示的方式进行教学，提高综合型及创新型实验的比例。我校光电检测实验室的主要实验设备有CSY-2000型光电检测实验台，包含光电传感器模块、信号采集模块、信号处理及自动控制模块等。在实验室内不仅可以完成光电探测用光源、光电探测器原理及特性等验证性实验，还可以根据具体的对象搭建实用的光电检测系统。秋实电子实验室致力于鼓励大学生完成科技创新活动，在光电检测实验平台的基础上，结合秋实电子实验室现有设备，可以完成综合设计型实验，例如智能机器人视觉系统、智能小车竞速系统、智能小车防追尾系统等设计，帮助学生在完成“光电检测技术”基础知识、系统理论学习的同时，提高学生的实践动手能力，使学生通过实践环节的学习，达到培养工程实践型人才的目标，并结合科研课题增设创新型实验，以具体的科研项目拓展实验教学内容，及时反映光电检测的最新发展情况，培养学生的科研创新能力。

2.教学方法改革

“光电检测技术”是一门多学科交叉科学，如何提高教学质量、提升教学效果，使学生既能有效地掌握基础理论、基本方法，又能灵活运用基本原理。传统的以课堂教学为主、实验教学为辅的教学模式必须进行改革。

（1）有效地将课堂教学、实践教学相结合，引入多元化教学方式，增强教学效果。如讲解光电效应的过程中，采用图文并茂的多媒体课件形式，制作动画效果，将涉及半导体理论的抽象原理直观形象地演示出来，并以日常生活中光电探测器的应用为实例，激发学生的学习兴趣，拓展学生的视野。在讲授光电器件的性能参数过程中，量子转化效率、光电响应度、光谱响应范围、光电响应时间等性能参数均为抽象的物理参数，而光电器件的性能参数又是光电检测系统设计的关键，在讲授中以光电检测系统中光电器件性能参数变化对系统测量结果产生的影响为例进行讲解，以直观的数据将抽象的物理参数简单化。

（2）充分发挥学生的主观能动性，提高学习效果。在课堂教学过程中，充分发挥学生的学习积极性，加强学生与教师的互动，活跃课堂气氛，提高学生的学习效果。如绪论部分引入光电产业的发展前景，以日常生活中的小故事为例，引出光电产业的背景及发展趋势；以创新型实验为例，鼓励学生根据日常生活中的测量参数设计光电检测系统，发挥学生的主观能动性，培养学生的综合实践能力。

（3）改变考核手段，注重培养学生的综合能力。课程考核是评价课程教学质量的重要手段，传统的考核方式均采用卷面形式，具有一定的局限性。本课程采用卷面考核成绩、课堂提问、综合设计作业成绩相结合的考核方式。其中课堂提问成绩根据课堂提问结果给出，及时考查学生对所学知识的掌握程度。综合设计作业成绩以学生所完成的综合型创新型实验报告书给出，全面考查学生的综合能力。将三部分成绩结合起来，合理反映学生对于本门课程的学习情况。实践表明这种方式极大地调动了学生的学习积极性，取得了良好的效果。

四、结论

结合我校测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业情况，对“光电检测技术”课程教学进行改革，首先对课程教学内容体系进行了优化，接着采用项目教学法对原有实践教学环节进行改革，加大综合型创新型实验的比例，最后对教学方法进行改革，以有效的教学方式达到预期的教学效果。实践结果表明，课程内容体系改革、实践教学改革和教学方法改革提高了本课程的教学效果和人才培养质量。

参考文献：

[1]罗先河，等.光电检测技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，

1994.

[2]雷玉堂.光电检测技术[M].第2版.北京：中国计量出版社，2009.

光学光电技术篇4

《光电测试技术》是上海电力学院测控技术及仪器专业的重要专业选修课。它是一门综合性很强的课程，涉及了光学、电子和计算机等多门学科，也是现代检测技术重要的发展方向，对培养学生综合运用专业知识及创新能力起着非常重要的作用。如何在有限的学时内，通过该课程的学习，培养学生达到教学目标，这对教师提出了挑战。笔者从教学内容的选取和组织安排等方面进行了一定的探索和研究。

一、优选教学内容

光电测试技术课程包涵的知识点很多，并且随着科技的进步，新的测试技术不断地出现，需要进一步扩充教学内容。而不同的院校有又不同的背景，在不同的领域上有所侧重，需要量体裁衣，合理选择教学内容。

（一）突出电力特色

上海电力学院的办学定位与培养目标是主要为社会培养和输出所需要的应用型技术人才，特别要为电力行业的科技进步服务，培养电力行业所需的第一线的应用型技术人才。为了突出本校的电力特色，尤其考虑到测控技术与仪器专业的部分学生在毕业后会进入电厂等相关电力领域工作，所以在教授内容中加入最新的电力知识是很有必要的。

近年来，光电测试技术的发展可以说是日新月异，新的科技成果不断涌现，在电力系统中的应用，主要体现在以下几个方面。

1.火焰图像检测器

光学成像技术在燃煤火电厂煤粉炉炉膛火焰视频监视上的应用，可以直接地反映炉膛内的燃烧情况，给运行人员提供相对直观的判断依据，对锅炉的安全运行和操作起到及时的指导作用。安装好、调试好、使用好炉膛火焰电视设备，对锅炉的安全和节能经济运行都有着非常重要的意义。这部分内容可以和书本教材中的固体成像器件配合起来教学。

2.激光盘煤技术

传统的煤场存煤量测量方法不仅需要耗费大量的人力和物力，其测量结果也极不准确，严重制约了电厂现代化管理水平的提高。目前新型的自动盘煤方法为激光盘煤仪，采用二维高频率激光扫描仪对料场的表面进行高频率断面扫描获得高密度的断面数据，结合行程测量器获得的料场长度和回程测量器获得的扫描仪偏转角度数据，实现料场体积的计算、料场三维模型的显示。在盘煤的实时性和准确性方面都有显著的改善，取得了比较满意的结果。[1]该部分内容可以和书本教材中红外辐射与红外探测器配合起来教学，还可结合数字信号处理、数字图像处理等课程对图像恢复重建等展开探讨。

3.光纤传感技术

光纤传感技术具有细而柔软、抗电磁干扰、绝缘性能好、防爆性能好、 耐腐蚀、导光性能好、信号衰减小等特点，可以解决常规检测技术难以完全胜任的测量问题。分布式光纤传感技术是随着“智能结构和智能材料”的需要而发展起来的一项新技术，集传感与信息传输于一体，广泛应用在电力行业中：电缆状态监测，如电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位、电缆隧道、夹层的火情监测等；变电站监测，如母排、桥袈、变压器、电动机、发电机、配电盘的温度分布、测量及故障点检测等；水电站、发电厂监测，如加热系统、蒸汽、输油管道；送煤系统的温度监测和故障点的检测等等。

光纤传感技术正好和书本教材的光导纤维与光纤传感器匹配，在了解光导纤维与光纤传感器的基本原理后，引入大量的光纤传感技术在电力系统中应用的工程实例，更好地贯彻了理论联系实际这一原则，可以使学生思考如何学以致用。

（二）适应科技发展

光电测试技术内容多，知识面广，又是多学科交互融合、互相渗透的前沿科学。通常情况下，教材对基础知识、基本原理和基础效应介绍较多，对具体应用和设计方面则较少；对经典的光电器件介绍较多，新型光电器件较少；传统技术叙述较多，尖端技术和综合应用较少。由于种种限制，不可能找到一本非常完美、各方面都满意的书本教材，我们只能选择较合适的，在讲授基本内容的同时，一定要补充最新的相关内容，将新型的光电检测器件、新型的光电测试技术和手段、各种光电检测器件的最新进展和应用等最新相关科研成果融合在教学过程之中，不断进行教学内容的完善和改进，有效的引导学生了解最新的、最先进的科学内容。比如在中国第一个目标飞行器和空间实验室——天宫一号与神舟十号飞船实现对接时，激励学生关注其中所采用的最新光电测试技术。

以上的内容是书本教材所无法包括的，所以我们要结合时代科技的进步，与时俱进，不断深化教学内容，注意学校的行业特色，关注火电厂及电力设备等的光电测试技术，对于教材上没有提到的但是有益的内容，一定要在课堂上提出，或者给出相关概念引导学生自己查找所需资料，不断的通过自制多媒体课件、课外资料等来添加教学内容，给《光电测试技术》注入新的血液，来激发学生的学习兴趣。

二、 精心组织教学内容

上海电力学院将该课程核定为32学时，在短课时内，面对如此多的教学内容，需要根据本专业的特点精心组织安排，否则会使得内容杂乱无章，缺少完整性和系统性，让学生无所适从。

（一）课程认识和章节联系

首先讲解课程的主要内容、结构和各章节的之间的联系，让学生对该课程有一个整体性的认识，然后具体到每一个章节。在开始学习前都列出教学要求，学完一章后都有复结，让学生清楚自己应该达到的标准，也方便期末考试。第一部分光电测试技术的理论基础是最基础的内容，尤其是我校未开设《物理光学》《应用光学》等相关课程，学生只是在《大学物理》中接触过有关光的知识，这部分必须详细讲解。第二部分是常用的光辐射光源，只有这一章是讲如何产生光信号的，其中光电测试用主要的光源发光二极管和半导体激光器都是从电信号转换成光信号，正好与第三部分光电检测器件是如何进行将光信号转换成电信号相对应，可以让学生更换地理解光电转换。第三部分是各种光电检测器件的结构原理及应用，要结合它们各自典型的应用系统的分析和设计，使学生对整个知识体系有个更全面、更深刻的理解。

（二）注意知识点的联会贯通

光电测试技术涉及光、机、电、自动控制等许多领域。如在讲到光电器件和集成运算放大器连接时，模拟电子技术中运算放大器的三大特点：“虚短”“虚断”和“虚地”，如何运用它们来完成电压放大、电流放大和阻抗变换，而这牵涉深度负反馈的概念，又与自动控制相关。所以在教授新课程的时候，不断地回顾先前学习过的课程，可以较好地调动学生的参与积极性，不会觉得什么都是新的，都要从头开始学，能够温故知新。

（三）重视实践教学

《光电测试技术》又是一门实践性很强的学科，我们积极鼓励学生参加大学生科技创新活动，坚持课堂教学与课外创新实践活动相结合，提高学生的设计与综合分析能力。

例如讲解光敏电阻后，先采用浙江英联科技开发有限公司的YL系列传感器实验仪及系统实验台开设光敏电阻的特性测试实验，让学生先了解光敏电阻的光电特性、伏安特性和光谱响应特性，对书本知识深入掌握后，再鼓励学生从光敏电阻特点出发自己设计路灯自动点熄电路，通过查找阅读资料并与实际应用电路比较，能否进一步改进，使其更加智能化、自动化等，最后以小论文的形式提交。这样不仅加深了学生对基础知识的理解，拓宽了知识面，更是锻炼了学生独立思考和自主创新的能力。

在教学过程中，注意提出在日常生活中的一些光电检测系统应用实例，可以提高学生学习的热情。如讲到光电开关，就会提到在洗手时，是如何实现手到水出的？除了光电开关外，还有什么器件能够达到这种效果的？热释电器件可不可以？

三、结论

对《光电测试技术》的教学内容进行了探讨，通过合理选择教学内容、注重结合我校电力特色、重视实践教学，将学生独立思考能力、动手能力和创新能力的培养融合到专业课教学中，培养适应21世纪全面发展的高素质人才。

光学光电技术篇5

随着全球进入“后危机”时代，寻找和培育新的经济增长点，发展战略性新兴产业，成为各国抢占新一轮经济战略至高点的重要手段[1]。随着网络科技以及智能设备的更新换代，光电显示技术已经成为人类信息传递的主要媒介。尤其是最近几年智能手机、平板电视、LED显示屏得到大规模应用后，人类通过视觉获取信息已经占到获取信息总量的80%以上[2-5]。光电显示行业也因此成为具有影响力的新兴产业。通过政府引导、金融和科研支撑，韩国、日本、台湾省的光电产业迅速抢占了国际市场，促使光电产业成为了新一代官、商、产、学、研合作建设规模化高新技术产业的典范[6]。我国近年来在政府的大力扶持下也逐渐形成了北上广等重要的光电产业集群，发展前景相当可观。光电产业在我国的兴起对高校培养相关科技人才提出了新的需求。在这种背景下，我院应用物理专业开设了《光电显示技术》课程。

理解和掌握该门课程的知识对培养学生的创新思维、动手能力以及分析并解决问题的能力都具有重要的实际意义，尤其可以为学生在光电显示行业就业提供充足的知识储备。然而，《光电显示技术》课程开设对任何学校来说都是一个挑战，因为光电显示技术更新速度快、涉及面广、内容繁多，如何使学生所学知识能够与企业所需有机结合才是这门课程开始成功的关键。传统的以老师讲授，学生死记硬背的方式已经不适合这类新型课程的教学。笔者就近几年在这一门学科中的教学总结一点经验，同时提出一些思考供广大教师和同学们作为参考。

1 教学内容的改革

《光电显示技术》内容繁多、设计知识面广泛，包括光学、光电子学、通讯技术、计算机技术、机械设计等多方面科学内容。大多数内容又牵扯大量的工艺、工程技术等内容。在48学时的课堂完成教学内容，时间相对不足，为了使得学生能在有限的时间内掌握和理解相关知识要素，我认为必须从以下几方面进行改革。

1.1 以企业需求为导向，突出重点

自本世纪初，应用型创新人才培养的战略思想已经深入到高等教育的改革方针之中。2014年我国教育部明确提出将一半以上普通本科高等院校向职业教育转向。这说明现在人才培养的方向主要取决于市场职位的需求。以前的本科教育的培养体制在当今市场经济中表现出了很多不适应性，导致教育资源的浪费和人才培养的不合理。《光电显示技术》由于具有很强的应用性，与企业需求关联性很强。所以笔者认为这门课的授课主要应以企业需求为导向，针对性的突出重点内容，省略一些传统且面临淘汰的技术内容。我校以前的《光电显示技术》教科书（清华大学李文锋等编写的《光电显示技术》[2]）和教学大纲主要包括各类光电显示的器件结构、工作原理和驱动方式三个部分的主要内容，知识体系强调面面俱到，而对器件的上游工艺和下游工艺基本没有太多涉及。企业需求毕业生具有相关领域的基础理论知识，能够理解企业产品的工作原理，可以在此基础上做一些创新研发。同时，企业更需要毕业生具有对产品工艺技术、生产设备以及产品上下游具有一定的整体把握。因为这样，毕业生才能很快进入工作角色，才能切合实际的开展产品的生产工艺指导、生产现场管理、工艺技术创新及产品关键材料源头创新等。

鉴于此，笔者在大量调研了京东方、华星光电、友达光电及昆山龙腾等企业以及四大LED产业片区（株三角、长三角、福建江西地区、北方地区）的生产领域和产品特点的基础上，调整了授课内容。具体调整如下：

a）将液晶平板显示（LCD）、发光二极管（LED）、等离子体显示（PDP）列为授课重点；

b）将阴极射线管显示技术的课时缩短，以了解工作原理为基本教学目标；

c）增加重点授课内容所牵扯的上、中、下游产业工艺技术，逐层剖析，使学生掌握从材料到零件再到产品的整体工业生产过程；

d）增加新型光电显示技术的课后探索环节，培养学生创新思维，制造相关作品。

根据调整内容，以企业需求为导向、以理论基础知识为根据、以工艺生产流程为线索、以实际探索作品为兴趣点，逐步讲解光电显示技术中牵扯的器件工作原理、器件生产流程、器件驱动方式，这样逻辑清晰、目标明确，学生容易掌握和接受。

1.2 以科研为依托，激发学生兴趣，培养创新能力

光电显示技术与物理学、光学、光谱学、光电子学、铁电学、半导体技术、微电子技术、通讯技术等学科是相互交叉。它们之间相互促进、相互制约。近几年由于光电子技术、半导体技术的飞速发展，推动了光电显示技术的高速发展。现有的光电显示技术的飞速发展，使得大部分先进技术还没有在教科书中体现。为了使得学生在这一领域树立前瞻性眼光，感触光电技术发展的脉搏，开拓他们的视野。作为教师必须时刻学习和填充自己的知识结构，提升自己的理论实践水平；同时注重科研能力的提升，并将科研思维注入教学中，做到科研教学相结合。

此外，对于产品制造中牵扯的上、中、下游产业牵扯的工艺技术在授课中是一个难以实现教学效果的环节。桂林电子科技大学材料科学与工程学院具有广西区信息材料自治区重点实验室，其中几乎涵盖了光电器件制备的所有工艺设备和技术。比如，LED制备、光刻技术、CVD设备、真空蒸镀设备、磁控溅射设备、透明电极制备技术及衬底表面处理设备等等。在教学过程中，笔者在课程教学、实验实践、毕业设计（论文）等方面开展了改革探索。具体包括：

a）围绕设备，讲解工作原理与操作

设备是实现工艺技术、大规模生产的基础。讲述工艺技术必讲述设备的工作原理和操作。结合重点实验室的设备和人员配置，给大学生们讲解设备的工作原理和操作步骤。让他们熟悉光电显示器件生产中的设备仪器和操作流程。笔者通过这一环节，使得学生深入了解了所学知识和实际之间的对接，效果很好。

b）n题带动，深入培养创新能力

以笔者研究课题相关的前沿问题，面向学生开设与光电显示相关课题。让学生加入到实际科研探索中，通过设计探索实验和解决问题的探索思路，让广大学生们对光电显示技术领域的上游行业进行充分认识。培养他们的独立创新能力和研发能力。通过实践，激发了一部分学生对于光电显示技术相关的探索兴趣。

c）紧扣毕业设计，重点提升

结合笔者研究基础，针对有意在LED领域发展的同学，设置专项的LED毕业设计课题。让学生独立思考并提出相关问题，集中培养大学生的科研素养，让大学生具备独立进行技术开发和研发的初步技能。这一过程中，重点培养学生的在LED领域的原创开发能力。笔者已经指导了少数本科生顺利完成了LED相关的毕业设计，现已经成功进入相关企业进行工作。

2 教学方法改革

教学方法是针对教学内容选择使用的。没有好的教学内容，教学方法显得苍白无力；但是只有好的教学内容，没有好的教学方法则达不到预期的教学目标。如何将教学内容以生动、形象的形式展现给学生，让他们容易接受和掌握，就需要好的教学方法来诱导。《光电显示技术》由于知识繁杂，缺乏体系，掌握和理解起来比较困难，教学方法显得尤为重要。

2.1 启发式教学为主

通常所说的教学方法是指老师在课堂上以讲述为主，结合板书或是教学媒体将知识点传递或灌输给学生。教师是整个教学环节的主体，学生成为学习的被动方。这种教学方法有利于教师对于课堂的组织与管理，但是忽略了学生的能动性和创造性。如何达到预期的教学效果，调动学生的积极性才是关键。据不完全统计，由于光电显示技术的发展，大学生上课玩手机的现象已经变得非常普遍。如果学生对课堂失去兴趣，那么教师讲述得再具体、再透彻也是失败的。因此，必须充分调动学生学习的主观能动性。首先，《光电显示技术》是一门非常接近应用的课程，所以讲述每一种光电显示技术之前，必须结合身边实例，激发学生的求知欲。比如：在讲解液晶显示器章节之前，提出一个讨论题目“以自身成长为线索，谈谈你对家里电视机的更新换代的感受？”，让学生分组讨论，得出小组意见。这样让学生体会光电显示技术发展的速度和带来的便捷。同时也借助光电显示技术的缩影-电视机来说明光电显示技术就在我们身边。然后提出一个具体问题“你知道家中的电视机是何品牌，是如何制造和工作的呢？”，这样让学生带有一定的疑问来学习液晶平板显示的内容。当学生对于你提的问题存在疑问，并且这个显示器件又是经常接触的，就会激发他们的求知欲。这样会使得他们认真听讲，教学效果也就有质的提升，掌握的知识也最牢固。所以《光电显示技术》课程教学中的启发式教学容易实现，能大幅度提升教学效果。这就要求教师对每一种显示技术能提出适当的问题，让学生带着问题进入课堂学习。课后布置一些思考题，让学生学会借助网络资源加深学习的效果以及拓展自己的知识结构。教师集中一段时间集中和学生讨论，分析学生自主学习中存在的问题。这样通过启发式教学手段，结合课内课外学习，提升学生的学习兴趣和学习效果，培养他们自主学习能力、分析能力。

2.2 介入翻转课堂

对于有一些新型光电显示技术，如果采用教师讲解为主的教学方式，难以达到预期的教学效果。适当介入翻转课堂，发挥学生的能动性。翻转课堂的形式采用团队协作形式。以新型显示技术为课题，分为基础理论、基础制作工艺、驱动原理与方式、显示器的优缺点分析等模块。将这些模块分给一个小组，小组人数一般在5-7人，由组长组织讨论，结合教材，借助网络和重点实验室师资平台，最终完成一个讲稿PPT。最后由组代表进行15-20分钟时间讲述。讲述结束后由教师总结并针对讲述内容进行评价和补充。经过笔者总结，适当引入翻转课堂可以在很大程度上激发学生主动学习的兴趣，有的学生还根据网络资源，采用简单的光学投影装置制备出了立体的全息投影实例，并在课堂上进行了展示。还有很多学生根据自己的亲身动手尝试制备了一些其他简单的显示装置。这种先根据基础理论，结合网络资源，再通过亲手制作，加深了对基础理论的理解，也让学生觉得学有所用。

2.3 介入研究型教学方式

在教学内容中，笔者将课程教学与毕业设计、大学生创新活动结合。将学生带入课题中。给他们树立解决工程问题的信心、培养他们解决实际问题的能力。在指导学生毕业设计过程中，采取大方向由教师给出，然后根据方向进行大约1-2个月摸索，然后开小组会议讨论确定具体的研究内容。随时让他们总结实验探索过程中存在的问题和提出拟解决的思路，和教师共同制定下一步研究计划。通过反复的摸索，总结失败、成功的教训，最后实现小的研究目标。以此培养学生严谨的科研态度，体会科研中探索创新的乐趣，进而加深他们对知识的理解深度，拓宽他们对光电显示前沿的相关认知，培养他们基本的研发素养，为学校教育和社会需求的衔接提供基石。

3 对该课程进一步深化改革的几点思考

3.1 校企联合

在上述教学内容和教学方法的改革的基础上，本课程还需要强大的实验平台作为支撑。这里所述的实验平台，笔者认为包括两个部分：第一包含学校基础实验平台。第二包含企业见习实验平台。国内很多高校开展了该课程的教学，但是具有相关完整的实验设备的学校较少。必须健全这一课程实验课的开展，形成与理论课程配套的实验课程，才能加强这门课的培养作用。比如开设：LCD驱动方式实验、LED制备实验、LCD＼LED驱动实验、显示器参数测试实验、光刻实验、透明电极表面处理实验等等。在学校实验平台建设的基础上，通过学校积极和相关企业达成实习合作机制，积极鼓励学生参加企业见习实践，使学生真正的融入光电显示器件生产中。在见习过程中，让学生熟悉显示器件制备流程、工业制备设备的运作模式、显示器件存在的主要问题、企业的相关岗位设置等，加深学生对该行业的工业生产、研发的了解。这样做到学校的培养和企业的需求能够基本实现无缝对接。

3.2 调整课程考核制度

该课程和很多基础课程性质存在很大差别，没有比较系统的知识体系和理论结构。这门课程主要强调的是学生能够学以致用。所以考核可以采用卷面考试、科研小论文、创意小作品等多元化的综合考核形式。同时可以结合企业实习表现，与企业协同考核。这样可以避免现有的纯试卷考试的弊端。

4 结束语

对于《电显示技术》光课程来说，需要根据学生本身的专业性质不同有所侧重。与此同时，结合企业需求，进行有的放矢的培养。本文就笔者在这门课程的教学过程中的一些经验体会和一些思考进行了一点总结，希望能给相关教学人员做一些参考。

【参考文献】

[1]戢超.“后危机”时代LED照明成为制高点产业[J].中国新能源，2011（1）：25-26.

[2]李文峰.光电显示技术[M].清华大学出版社，2010.

[3]高鸿锦.液晶与平板显示技术[M].北京邮电大学出版社，2008.

光学光电技术篇6

作者简介：李忠洋（1983-），男，山东枣庄人，华北水利水电学院电力学院，讲师；邴丕彬（1982-），男，山东青岛人，华北水利水电学院电力学院，讲师。（河南 郑州 450011）

基金项目：本文系华北水利水电学院2011年教学改革重点项目的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）10-0165-02

光电子技术是激光技术、微电子技术、光纤传感、光纤通信等众多领域的交叉学科，它以电磁波为基本信息载体，通过对电磁波的控制、调制、接收、存储、处理和显示等技术，获取所需要的信息。“光电子技术”课程是电子科学与技术专业的基础课，承担着巩固基本原理、拓宽专业知识、培养学生创新能力的重要作用。通过对本课程的学习，学生能够建立起有关光电子技术的基本概念，获得与光电子技术相关的基本理论和基本技能，为学生后续专业课程的学习及今后从事本专业的工程技术工作和科学研究打下坚实的基础。“光电子技术”实验教学可以使学生加深对“光电子技术”理论知识的理解和巩固，通过对实物的观察和研究，增强学生的感性认识，深化对光电子技术深层次规律的理解和领悟。开展“光电子技术”实验对培养学生提出问题、做出假设、设计实验、观察记录、分析推理等方面的能力十分有利。然而现在面临的情况是一方面随着科学技术的日新月异，光电子技术信息量成爆炸式增加；另一方面由于电子科学与技术专业教学计划的改革，使“光电子技术”实验课程的学时数进一步减少。这种矛盾的出现，要求教师必须及时对实验内容、实验方法、实验手段等进行改革与优化，努力提高实验教学效果，以便在有限的教学时间内，将丰富的信息传递给学生，提高学生的动手能力，保质保量地完成实验教学任务。

一、当前“光电子技术”课程实验教学存在的问题及原因分析

目前，随着国内高校高级教育人才的不断引进，“光电子技术”实验课程的教学质量不断提高，但是随着研究的深入发现该实验课程仍然存在着一些问题。

1.对实验教学的重要性认识不够

部分学院领导受传统“应试教育”思想的影响，长期以来重视理论教学，轻视实验教学和学生实践能力的培养。认为实验教学仅是作为理论知识的验证，是理论教学的附属品。基于上述错误认识，学校对实验教学的学时越压越少。从实验教师的角度来讲，实验教学相对于理论教学难度大，实验教学不但需要教材，而且需要实验器材；不但需要动脑，而且需要动手；不但需要与校内各部门打交道，而且有时还需要联系校外有关单位。另外，实验教师在评优、评职称等方面机会较少、难度很大，因此很多教师没有在实验教学上投入较多精力。

2.实验室建设问题

实验仪器落后陈旧，科技含量普遍较低；实验室面积不足，使得目前实验条件难以满足实验教学的需求。以华北水利水电学院电力学院为例，光电子技术实验室面积不足40平方米，实验台只有4个，每次只能满足8位同学同时做实验，而一个年级光电子技术专业的学生有120余人，所以实验室面积的不足严重限制了实验教学效果。另外，有些光电子技术实验需要使用激光器、光学探测器、光谱分析仪等贵重仪器，而实验室没有足够的经费购买这些仪器，因此实验器材的短缺严重制约了实验教学的正常开展。

3.实验教学的组织管理和考核问题

实验教学的管理制度不够完善，因此出现了实验教学多个部门都管而实际上谁都管理不善的现象。教学质量评价体系不够健全，学生实验课成绩考核不够细致，对实验教学的要求远没有对理论教学要求的严格，使得实验教学的质量难以保证。

由于上述各方面的因素，高校现行的实验教学理念、教学方法，以及各种实验教学配套设施等都存在着与现代社会对高素质人才要求不相适应的地方。为适应社会发展的需要，培养创新型、高素质人才必须重视和强化实验教学改革。

二、“光电子技术”课程实验教学改革的对策分析

华北水利水电学院的“光电子技术”课程实验由电力学院电子教研室承担，在教学过程中，该教研室积极响应教改要求，从自身水利水电的特色出发，针对上述问题积极探索新的实验教学模式，对如何提高教学质量进行了深入探讨，逐步形成了一套自己的实验教学方法。

1.加强实验室建设

实验教学效果的好坏在一定程度上取决于实验教学设施的优劣。提高实验教学效果，必须加大投入，加强实验室基础设施建设，争取让每一个学生都有实验的机会和平台。在设施精良的实验环境中培养学生的主动探索能力，无疑会极大地激发学生的学习积极性，更好地培养学生的动手能力，因此实验室基础设施建设对于实验教学的重要性不言而喻。对于实验室的建设，一方面可依托学科基础，积极申请实验室建设资金，通过项目资助的方式逐步推进实验室建设；另一方面可积极寻求与相关单位的合作，以项目合作的形式取得双方共赢，在锻炼学生实验能力的同时，也促进了实验室建设。学校有关职能部门要把好关，根据学校的开课情况做好实验室建设规划，提前落实实验教学的各项措施。实验教师要千方百计的提高实验室利用率，避免资源闲置和浪费。

2.构建一支精良的实验教师队伍

一支高水平的实验教师队伍是提高实验教学质量的关键所在，因此建设一支理论水平高、实验技术精湛、年龄结构合理、责任心强、具有奉献精神的实验教学队伍刻不容缓。基于此，高校在引进教师时应尽可能引进既具有较高专业理论知识又有较强实践能力的综合型人才。对刚参加工作的青年教师进行职业道德和实验技能培训，使青年教师树立职业道德观念，提升业务水平；聘请业内知名专家对青年教师进行业务培训，使青年教师学习新思想、新方法，掌握新设备、新技术，提高青年教师的实验教学水平。改善和提高从事实验教学工作教师的待遇，提高广大实验教师的积极性，吸引广大教师尤其是高职称教师积极参与实验教学，使实验教学岗位成为能够吸引人才和留住人才的岗位。

3.创新实验方法，精炼实验内容

在实验教学中，改变传统的“教师讲，学生听、教师演示，学生观看”的方法，以新颖的实验内容，激发学生探索未知世界的兴趣。如在讲到非线性光学频率变换技术时，先提出问题：一束不可见的激光在一定条件下能不能产生各种颜色的可见光，这样会激起学生的兴趣，使学生集中精力继续听下去；然后通过教师的实验演示可看到在不同的实验条件下，不可见光可以转换成红橙黄绿青蓝紫各种颜色的光。这样在强烈兴趣的引导下，学生会迫不及待的探索实验、了解实验原理，因此好的实验内容和创新的实验方法会起到事半功倍的作用。

4.以兴趣带动教学，培养学生创新能力

在人才教育中，培养学生的学习兴趣尤为重要。兴趣在学习和认识过程中起着巨大的内驱作用。在实验教学中要想方设法地激发学生学习的兴趣，让学生主动参与实验的全过程，并在参与中体会到学习的乐趣和成功的喜悦，真正调动起学生自主学习的热情。通过参加实验设计给学生提供自我展示的平台，充分调动学生的主观能动性，培养学生的创新能力。为了给学生提供更多的实验机会，华北水利水电学院光电子实验室设立了激光开放实验室、光纤传感开放实验室、光谱分析开放实验室、光学探测开放实验室，为学生在课外时间提供了广阔的实验平台，吸引了一大批学生进入到各个开放实验室，在实验教师的指导下主动探索未知领域，在巩固理论知识的同时又锻炼了学生们的实际动手能力。在近几年学校组织的光电子类和机电类的竞赛中华北水利水电学院取得了较优异的成绩。

5.改革实验考核方式，促进实验教学发展

传统的考试题型和方式只适合对学生进行理论知识的评价，而实验能力则是学生将理论知识应用于实践的综合能力，传统的题型和方式显然无法胜任评价任务，因此对实验教学的考核要探索新的方式。为了使学生毕业后能更好地适应当前社会对高素质人才的需求，在探索实验考核的新方式时一定要注意与社会职业技能鉴定接轨，要建立起基本技能、专业技能及综合技能考核体系，鼓励学生参加各种职业技术能力考试，取得社会公认的职业技能资格考试证书。另外，还要培养学生良好的从业规范和职业素质，使其在毕业时能达到劳动准入制度所要求的相关技能等级。

三、教学效果

本文通过分析“光电子技术”实验课程存在的问题，从实验室建设、教师队伍建设、实验方法、实验内容、实验考核等多个环节对“光电子技术”实验教学改革进行了深入分析，提出了改革方案。实践证明，改革后的实验教学能够有效激发学生的兴趣，使学生在巩固理论知识的同时又锻炼了动手能力，有效提高了“光电子技术”实验课程的教学质量。

参考文献：

[1]于雪莲，顾国华.《光电子技术》教学方法的探讨[J].高教论坛，

2009，（9）.

[2]席锋.《光电子技术》教学改革探讨[J].重庆工商大学学报，

2012，（2）.

[3]雷群安.高校实践教学存在的问题及对策研究[J].焦作师范高等专科学校学报，2010，（1）.

光学光电技术篇7

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2015.09.049

Discussion on Teaching Methods of Photoelectric Detection Technology

WU Ying

（Jiangsu Normal University， Xuzhou， Jiangsu 221116）

Abstract Photoelectric detection technology is widely used in daily production and life. In order to mobilize students learning enthusiasm， improve the quality of teaching fully， the presentation method， heuristic method， method of theory combined with experiment， and task driven method in teaching process are adopted， a good teaching effect is obtained.

Key words photoelectric detection technology; teaching method; teaching quality

目前，“光电检测技术”课程的教学方法主要采用讲授法，结合多媒体课件及板书，把教学内容灌输给学生，由于这种方法忽视了学生的主动性和创造性，学生常会感觉教学内容过于抽象和杂乱，最终失去学习兴趣。①因“光电检测技术”应用性较强，在培养学生过程中应不仅要求学生掌握理论知识，还应培养学生的综合应用能力，使学生做到学以致用。为了提高教学质量、提升教学效果，笔者根据自身教学实践，对“光电检测技术”课程教学方法进行了探讨。

1 呈现法

在授课过程中，可通过多媒体课件，列举大量光电检测技术在生产、生活领域的应用实例，如工业生产过程中的光电自动检测，校园里路灯的自动控制，检测技术在汽车、家电、医疗卫生中的应用等，这将有利于学生了解光电检测技术的应用，激发学生对这门课的兴趣。

在讲解光电检测器件时，除了介绍器件的工作原理、特点，还可以通过多媒体课件展示器件的应用，如空调、冰箱、电饭煲等，可利用热敏电阻、热电偶等检测器件实现温度检测，电视机遥控器可利用光敏二极管、光敏三极管实现红外检测;办公用品中的扫描仪可利用线阵CCD实现文档扫描;医疗方面使用的电子血压计可利用压力传感器实现血压检测等。此外，还可以利用课件呈现部分检测电路，使学生了解怎样使用这些器件，以及使用过程中需要注意哪些问题，这样，学生才会对器件有更深刻的认识，而且学生也将明白根据自己所学的知识可以实现实际的检测目标。

2 启发法

采用启发式教学能充分调动学生的主观能动性。②在授课过程中要引导学生自主思考，如在讲解光生伏特器件比光电导器件有更快的响应速度时，可从半导体理论出发，引导学生理解光电导器件与光照有关的是多数载流子的行为，而光生伏特器件与光照相联系的是少数载流子的行为，且少数载流子的寿命通常很短。在分析光子检测器件与热电检测器件的响应时间时，可以引导学生从光与物质相互作用的过程出发，光热效应中物质吸收了光能导致自身温度变化，需要时间较长，因此导致热电检测器件的响应时间比光子检测器件的响应时间长。

在介绍检测器件的特性时，应从器件的工作原理出发，引导学生理解器件的特性。如在介绍光敏电阻时，其伏安特性表现为过原点的直线。这是因光敏电阻是基于光电导效应做成的器件，在一定的光照度条件下，光生载流子的数量一定，此时光敏电阻相当于一个纯电阻，因此符合欧姆定律。

在介绍检测器件的特性时，还可以引导学生对各种器件进行横向比较，以巩固以前的知识。因光敏二极管和光敏三极管同是基于光生伏特效应做成的器件，在介绍特性时可引导学生进行对比。如在介绍光敏三极管的特性时，可以引导学生回顾光敏二极管的特性。光敏二极管在正向电压条件下与普通二极管一样，只有单向导电性，仅在反向偏压条件下表现出光电效应。其伏安特性表现出一定的入射光功率条件下，在较低反向电压作用时光电流随反向偏压的变化较明显，当反向偏压进一步增加时，光生载流子的收集接近极限，光电流趋于饱和，此时可视作恒流源。光敏三极管因为有光电流放大的功能，所以光敏三极管的伏安特性曲线向上偏斜，间距增大。③与光敏二极管伏安特性的不同还表现在偏置电压很低时，无论光照有多强，光敏三极管的集电极因偏压太低，导致收集能力低，造成三极管饱和，伏安特性表现出此时电流都趋于零，而光敏二极管则因光照原因有反向电流流过。

3 理论和实验相结合法

“光电检测技术”所涉及到的检测器件比较多，且每个器件的特性不同，单靠课堂讲解，学生很容易混淆。因学院在开设理论课的同时还开设了“光电技术综合实验”课，因此，在进行理论教学的过程中结合实验平台，能使学生更好地理解光电检测器件的特性。我们采用的是CSY-10G型和CSY-10E型光电特性综合实验系统，涉及到光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池、光纤传感器、PSD光电位置传感器、CCD电荷耦合图像传感器、热释电红外传感器、光栅传感器、光电耦合器、发光二极管、激光二极管、光电倍增管、雪崩光电二极管等器件的特性实验。在课堂讲授器件特性之前，可先进行检测器件特性测量的实验，授课过程中结合器件的工作原理，分析实验中器件所表现出的特性，有利于学生更好地理解并掌握器件的特性。

光电特性综合实验系统还提供了光电检测器件的应用系统，如光敏电阻的应用-暗灯控制，使发光二极管在实验时光照环境下不亮，改变光照条件，实现光照变暗到一定程度时发光管变亮。这些应用系统可以使学生了解检测器件的使用，使学生做到学以致用，从而激发学生学习这门课的兴趣。

在完成课堂教学的同时，还可以结合实验室条件，鼓励学生对现有实验进行改进，改被动接收为主动学习，强化学生对所学知识的理解。如在利用光电耦合器测电机转速的实验中，除了要求学生观察实验装置，了解实验原理，学会测量电机的转速，还可以鼓励学生改变发光器件与接光器件的夹角，从而实现不同距离的探测。在光敏电阻的应用实验时，学生可根据暗通电路原理，试设计一个亮通控制电路，这样可以提高学生学习的热情，激发他们对某些事物变革的思路。

4 任务驱动法

因为“光电检测技术”具有较强的实用性，而且课程一般安排在电学相关课程学完之后进行，因此，学生在学完本门课之后，应该能独立解决一些生活中的实际问题。在整个课程学习过程中，教师可下达两次任务：（1）经过光电检测器件的学习，在遇到实际问题时，学生应该能够选择合适的检测器件，此时，教师可对学生提出任务，即根据实际生活中的某一个问题，选择合适的检测器件，实现检测目标。目的是使学生了解检测器件在实际生活中的应用。（2）在完成光电检测电路及光电检测系统的学习后，学生应该可以根据所学知识解决一些简单的实际问题，此时，教师可对学生提出自己设计并实现实际检测的要求。在设计完成时，每组可由一名同学主讲，其他同学补充的方式，将设计成果展现给全班同学，所做成果可计分在最终的考察成绩里。

在学生学习的过程中，还应积极鼓励学生参加各种科技创新活动，④培养学生的创新意识、协作精神。因为“光电检测技术”在日常生产、生活中应用极其广泛，通过科技创新活动寻找生活中存在的问题，积极主动地解决，可提高学生的综合分析与设计能力。

以上是笔者在教学过程中采用的一些方法，综上所述，笔者认为在光电检测技术教学中，教师应充分发挥自己的才智，吸引学生的注意力，提高教学效果，培养学生的综合应用能力。

基金项目：江苏省高等教育教改研究课题（2013JSJG 155）;十二五重点专业支持项目;江苏高校优势学科建设工程资助项目

注释

① 李刚，曹浪舟.光电检测技术课程教学改革的探讨[J].高等函授学报（自然科学版），2010.23（4）：43-45.

光学光电技术篇8

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）29-0082-02

随着互联网和网络公开课的发展，网络上的教学资源构建成一个无国界的一个教育环境，可以让学生和老师免除地理环境和教学器材的限制，从而能够多方位、障碍地学习一门课程，并开始重新思考课程的具体内涵和意义。TED是其中的优秀代表，每个约18分钟的演讲视频，包含科技、娱乐、设计等主题的探讨。本文将以《光电技术》课程教学为例，将TED科技视频融入课堂教学，探索其在本课程中的一些运用和教学成效。

一、TED视频在《光电技术》课程教学中的具体运用

《光电技术》课程从TED科技主题内选取一系列和光电技术应用、研究相关的视频，融入到课程教学中。每堂课20分钟左右的TED科技视频播放，然后做一些简单的讲解。通过视频播放和讲解，同学们能够了解到一些相对比较新的光电技术的发展，不仅能够大开眼界，也能够激发学生对本课程的一些兴趣。《光电技术》课程主要内容包括：光的度量、黑体、光电效应、半导体以及一些基本的光电器件的原理和运用。在课程教学上存在以下问题。

1.教学内容的广泛，导致教学演示、实验的缺乏。课程内容所涉及到的光电概念及相应的传感器，如光电导器件、光生伏特器件、热辐射探测器件、发光器件等，由于种类众多，无法在课堂上通过实验一一展示。因此需要采用教学实验视频来展示该传感技术原理的实验验证，以及传感器在生活中的应用。

2.由于传感器的多种多样，且每一类型的传感器件也包含不同系列产品，导致课堂上对于传感器，只是概念、参数的简单介绍，且缺乏与同类相近产品的比较认识，使得这个教学过程比较枯燥、学生也兴趣缺乏。

3.课后作业是引导学生去学习光电原理、光电器件的应用，以便对该光电器件产生具体的印象。目前课本上的应用示例较少，且不够形象，还需要更多生动、形象的实际应用展示。

将关于光电技术领域最新的技术发展、应用的科技视频融入到课堂中，每堂课前播放二十分钟左右的视频和讲解。其中一部分是将课本上的传感器和传感技术，通过视频实际地展示在同学们的眼前。另一部分则是光电技术的最新发展与技术，用以拓展视野。在这二十分钟里，同学们通过实际应用以及新技术发展，去了解光电器件，感受其在日常生活、高科技领域的运用。结合实际不仅能给学生留下深刻印象，也能激发起他们的学习兴趣。例如：Johnny Lee[1]通过他的TED视频讲述了运用红外发光二极管、Wii游戏手柄上的红外照相机、投影仪来实现交互式的电子白板的过程。该电子白板能够满足大部分需求，且很大程度上降低了费用。另一个案例则是实现了游戏中的三维方案，游戏画面跟随着视角变化。很形象、很生动地向我们展示了简单光电器件的拓展应用。Michael Rubinstein [1]应用算法将拍摄到的微弱小移动放大，可以看到静态时人脸的微表情；也可以观察由声波引起的物体的振动从而恢复出声音。Ed Ulbrich[1]讲述了他的团队如何生成《本杰明.巴顿奇事》中巴顿从年轻到老的面容。Ramesh Raskar[1]应用飞秒成像捕捉万亿份之一秒的图像。这些相机的应用极大地拓宽了关于传感器的固定应用思路。另外还有研发新型光固化材料实现快速3D打印；利用LED灯实现可见光通讯LI-FI；对四旋翼飞行器进行编队控制，完成一系列动作；利用激光三维扫描，获得建筑的三维图像，用于数据保存传统古建筑，该数据可以通过网络浏览，且可以用来重建古建筑；等等。由于TED主要是英文频，纯英文对于大三的学生来说还是比较困难，不能够很好地理解内容。目前，国内有网易云公开课提供中文字幕的TED视频在线观看，TED官方也提供中文字幕下载，这样即使同学们不能够完全理解英文的讲解，也可以通过中文字幕、课程中的讲解明白视频内容。当然，课堂上不仅仅是TED视频，还包含一些其他视频，例如可口可乐工厂生产纪录片、Intel芯片工厂的纪录片、佳能相机的生产纪录片、光电效应实验视频、赫兹实验视频、热电偶实验等，只要能够帮助课程内容理解的视频都将在课程中作为例子出现。

二、TED视频在《光电技术》课程教学中的影响

1.营造课堂氛围，激发学生对本课程的兴趣。TED科技视频主要来源于生活和高科技的应用。因此同学们不仅可以看到生活中的应用还可以看到在最新科技中的应用，这些生动活泼的例子将激发他们的学习兴趣。另一方面演讲者的风趣、演示产品的效果也带动活跃了课堂气氛。

2.了解演讲者的激情、对科学热爱、好奇心，激发学生的创新思维能力。这十八分钟的演讲也是演讲者在传达他们的思想，灵感的来源。演讲的内容要么是高科技行业的应用，要么是利用现有材料制作简单的器件以达到一定的目的。演讲者对其所从事的工作充满了激情与想法，对演讲内容有清晰的组织架构。观看他们如何传达思想、观点，听取经验，感受他们的激情，可以学习到如何演讲，如何表述自己的思想，同时跟随演讲者们开拓思路。

三、能够更好地激发学生创新思维

在TED演讲视频中，要求演讲人员应当在18分钟之内，对自身的一些观点、想法以及成果进行叙述和展示。所以，演讲人员更要充分的利用仅有的18分钟，以使自己的观点、成果可以更完美的展示。所以，演讲人员通常会花费几周甚至是几个月的时间，对演讲进行充分的准备。能够站在TED演讲台上的人，均有着个人不同寻常的故事与经历，这些演讲者包括某些行业中的精英、新兴行业的领跑者、或者是自身的行为对社会产生了极为重要的影响与改变。因为每一个演讲人员，对自身从事的工作拥有极度的热情，这些人员所作的演讲，通常是最具打动性，同时也可以引人深思，让人们可以对该行业和社会有更加深入的思索。而对于学生创新力的教育，一直以来是我国教育事业的重点工作。将TED演讲应用在《光电技术》课程的教学之中，其目的是可以更好的促进学生可以实现“群体加速创新”的目标，让学生开发陌生领域的一些爱好与兴趣，激发学生的创新灵感，让学生拥有更强的全球化以及多元化的视角。对于TED演讲的观看，不仅仅是为了观看演说，更为重要的通过TED演讲，让学生获得灵感，使学生的思维更加的拓展，让学生拥有多元化思考的技能，使学生在这一学习过程之中，可以具备更高的视角去看待学习中所遇到的问题。学生通过观看TED演讲，能够更好的激发创新意识以及反思精神。

四、TED社团可以促进高校之间的学术交流

在东西方的文化由于所处的地理位置不同，而出现一些差异性。通过互联网的教学与学习，可以让学生在互联网中获得学习资源，为真正促进东西方教育理念的融合提供了良好的平台。通过对TED演讲的学习，能够使学生以及教师对于地理位置差异进行重新的理解。我国高等教育培养学生的目标是要让学生成为国际市场所需求的人才。通过对TED演讲的学习，可以更加的丰富《光电技术》课程教学的课外学习内容，让课程教学的课内与课外可以更好的结合，并促进教师和学生之间形成多维性的交流，建立立体化教学模式。教师在教学中，能够按照《光电技术》课程的相关内容，而再结合TED演讲内容，对一些相关的课程进行开发，从而使学生的知识体系得以丰富。学生也能够建立TED演讲团体，对于TED演讲进行定期的学习与讨论，使学生拥有更强的自主学习能力。并且，通过高效TED团体之间的密切交流，可以使不同高校间形成更为良好与广阔的学习交流平台。

五、结语

我国自2009年以来，在教育领域开始较多地涉及TED演讲视频的观看与学习，对于TED演讲视频的应用，首先是将其作为教师培训的相关资源使用，并且将相应的TED演讲融入课堂教学中，从而使学生的创新思维得以提升。其次，是鼓励学生对TED演讲的学习，同时围绕相关的内容进行研究性探索。互联网的发展极大地丰富了教学资源，将网络上对课程有利的视频集合起来，能够为教学带来极大地改善。同时，网络资源的丰富也对教师提出了挑战，对照课本选择教学资源早已不能满足要求，更多的是要通过对教育资源信息的整合构建多元化的教学形式。同时引导学生学会获取、分辨和利用网络信息为他们的自我学习提供便利。

参考文献：

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[2]刘桂花.微课在高校课堂教学中的应用[J].中国成人教育，2014，（6）：122-124.

[3]赵燕飞.运用TED演讲辅助英语视听说教学[J].教学与管理，2016，（21）：103-106.

光学光电技术篇9

传统课堂的教学往往只关注知识的“传递”，而不是理解吸收，在课堂上学生成为盛装知识的“容器”，而不是具体的有个性的人—有独立思想的生命主体。这就显现出学习中的诸多弊端，究其根本原因，有以下两点[2]。

1.1传统课堂教学以课本、教案PPT为本位

传统课堂教学中，记忆一大堆干巴巴的文字符号是学生的首要任务，这样学生自然没有理解课本知识的实际内容，学习便是机械的学习，即记忆性的学习。标准地来讲，记忆性的学习是重文字符号、轻实际内容的学习过程，这种教学严重地符号化、抽象化、狭窄化了课本知识，甚至将学习课本知识变成文字游戏。例如课本中的“概念辨析”就是如此，稍加偏差就被所谓的“标准答案”判别为错。传统课堂教学中，最终任务是关注结果、结论，不注重过程。但实际是追求答案的过程更加有意义，因为这个过程可以展示学生独特个性、聪明才智、创新成果，也可以暴露学生各种疑问、思维、障碍和矛盾，进而可以发挥教师的作用—解惑。重结论、轻过程的教学极大排斥了学生的个性和思考的发挥，传递给学生的偏驳信息是平时学习只需听讲课堂内容并记忆结果、结论就能掌握知识，于是便有了后面出现的“高分低能儿”。这实际上是对学生智慧的扼杀和对个性的摧残。对学生而言，这是主观原因，即大部分可以归咎到学生本身，其主观能动性较差，不能抵抗环境所致。

1.2传统课堂教学以教师为本位

课堂以教师为本位，表现在以老师的思想为唯一正确答案。教学关系就是：我讲，你听；我写，你抄；我问，你答。在这样的课堂上，本该双向交流变成了单向传递，学生完全成了盛装知识的“容器”，没有了独立思考、创新、大胆质疑的时间和空间，只能努力附和着老师的思维，唯恐掉队。这无疑将老师积极营造学习氛围的作用显现得相当重要。上述原因“传统课堂教学以课本、教案PPT为本位”实际上也与“传统课堂教学以教师为本位”有莫大的联系，即老师在课堂上发挥的主导作用不容忽视。这种主导不是知识范围的限定、答案唯一性的独裁、考核制度的死板，而是课本、教案PPT选材内容上的主导，即光电装备发展中涌现出的新技术、新思想是否纳入到了课堂教学中，这些都是可以由老师先决改变的，然后才激发学生积极参与课堂交流。对学生而言，这是客观原因，即大部分可以归咎到老师本身，其主观能动性较差，没有营造环境所致。

2对“传统课堂教学”优化模型的建立

只有最终能够作用于现实的学习，才是唯一有效的学习，即学习的最终目标，是实践应用。首先一点，也是根本性一点，课堂教学优化必须实现课堂主体本位的“翻转”，即由以教师为本位，翻转为以学生为本位；然后课堂教学内容基于课本、教案PPT，引入强大互联网做支撑的现代技术，即由以知识为本位，转向以发展为本位。

2.1课堂内容加大光电应用发展内容比例，缩减理论知识比例

将光电装备发展中涌现出的新技术、新思想纳入到课堂教学，不仅能够充实和丰富教学内容，而且能够增强教学的时代感和针对性，为学生的创新和后续发展奠定坚实的基础[3]。传统课堂以理论知识为主，大约占课堂内容的85%，光电应用为辅，大约占课堂内容的15%。这样的比例对一门应用性极高的“光电探测及应用”实属失调。因为此门课程主要要求掌握实际应用，这样的比例，对理论知识的深刻理解不利。故提出课堂内容应加大光电应用内容比例至50%，缩减理论知识比例至50%。没有必要将器件的原理解释得太过深奥，将转移出来的35%精力放在光电新科技产品之上，从新科技入手，辅助讲解理论知识，这样一方面可以提升学生的兴趣度，更加积极投入到课堂学习，另一方面也将学习的真正目的无形中传递给学生—学以致用。

2.2课堂主体转变为学生，学生自主预习收集资料，老师大幅度增加课堂随机交流次数

课堂主体转变为学生，体现于学生在课堂中的角色不再是盛装知识的“容器”，而是和老师积极交流的学习者，这无疑要求学生对这堂课的内容有一定的了解，也得对这堂课程有所兴趣。如何保证兴趣和了解这两点呢？首先兴趣应该摆在第一位。既然学生是课堂主体，自然任课教师要付出更多的辛苦来“服务”学生。借鉴美国大学翻转课堂，其采用了大型开放式网络课程（MassiveOpenOnlineCourses，MOOC）教学模式，教师可以通过搜集网络的相关资料制成生动有趣的视频，然后分享到网络平台供学生课前学习观看，或者搜集相关优秀、可以基本涵盖本课时内容的资料引导学生参考，然后在课堂之中和大家互相交流。互相交流中可以体现启发式教学，因为一旦摆脱了师生单向输出输入的关系，课堂气氛就变得活跃积极，这无疑对教师授课、学生吸收是很好的效果。在教学过程中注重启发式教学，也极大地有利于引导学生转变角色。以光电器件中的激光笔为例，没有平铺直叙地介绍激光的工作原理、性能特征以及应用，也没有直接抛出其结构谐振腔的构成，而是先给学生提出“老师手中的激光笔大家知道多少？”，让学生思考后给出问题的可能答案。心中有解决问题的强烈愿望，再逐一为学生介绍激光的工作原理等相关内容，学生便能够积极、主动地参与教学的全过程，提出的这个问题也就是知识的最终目标—将知识转换为实际，不光学会也要会用。

2.3课堂授课有机结合实验课

根据中北大学仪器与电子学院“光电探测技术及应用”的实际情况，课堂授课课时为24课时，时间在3~4月份；实验课时为8课时，时间在4月月末集中两天。这样的实验安排可能是由于教学资源的限制，但是确实不利于学生所学知识的充分吸收。学完基本理论知识就安排与本课时内容关联度极高的动手实验，可以每一章综合一个实验，根据实际情况安排，这样可使学习效率大大增加。显而易见的益处有：（1）知识不易脱节忘记，实验中可以联系课堂理论知识，相得益彰；（2）可以触类旁通，对以后的教学内容增加一定的兴趣；（3）在辅助课堂教学的同时，解决了实验课时，无需结课之后再重新学过，而且也避免了集中时间单纯做实验所导致的效果之差；（4）让学校投资的实验产品真正发挥作用，而不是为了完成教学任务而实验，做一些流水线、无意义的工作。

2.4考核机制改变，理论联系实际做实物

在考核方面，放弃以往具有标准答案的试卷考试，改用实际构造或者撰写论文开放式作业，激发和鼓励同学们发挥自己的主观能动性和想象力自主发挥进行设计，最后再找集中时间请同学们在课堂上讲解自己设计的构思。这样有两大益处：（1）真正地达到了大纲的要求，将学习书本纸上知识，转换为了学生自己头脑中、可以运用实际的能力；（2）避免了试卷考试中出现的作弊等不诚信问题。于学生，在制度要求之下，掌握到了真正的知识；于教师，达到了真正的教书育人的效果，更促进了师生关系的友好和谐发展。在其他的院校，这种考核方式已经实行，并且取得了较好的效果。以下为“东莞理工学院”3个真实案例。（1）讲授光源部分的内容的时候，作业要求根据之前的实践经验以及理论知识去设计一种平行光源，为光电仪器或光电系统提供一种平行度高且很均匀又能达到一定亮度的光源，并要求给出该平行光源平行度的检测方法。这看似普通的作业引发了不同的思考，老师看到了各种各样的答案，虽有共性，但展现出来的更多是每位同学的思考独立性和思维活跃性，当然也从各种不同的角度暴露出来了一些同学光学原理和实验方面的不足，这样的结果正是老师希望看到的，不光看到进步，也要看到不足，因为毕竟学生还是需要老师在某一点上及时指导。（2）某次作业要求：对微型飞行器进行设计。这宽泛的题目本身就具有大的自由余地，可想而知，学生给老师的回馈有时多么多姿多彩。课上老师仅仅对微型飞行器的适用范围、功能、构成做了简单讲解，但是同学们的课下作业给老师的反馈确实非常触动老师，有些甚至是老师都没有考虑到的形式，学生虽然知识体系没有老师渊博，但他们的发散性思维却可能远远超过老师，学生们的设计作品虽然有些从目前的物理原理上还并不能实现，但却体现出同学们积极地思考和各自的独特性的过程，不注重结论，更加重视过程在这里得以体现，这也充分体现出了同学们学习的主观能动性。最终该作业形式也得到了同学们的普遍认可。（3）请同学们在课堂上讲解自己作业中的设计和构思。这次的教学实践活动是以智能应急灯设计的作业判完之后所开展的。一方面把同学从作业中体现出来的良好的设计更愿意跟更多的人分享，另一方面将部分同学设计中具有代表性的瑕疵告诉大家，希望通过课堂讨论大家共同找出问题，如此印象会更加深刻。老师在最后对这些问题好的构思和不足之处都予以总结，肯定了同学们劳动的成果。还有重要的一点，也希望通过这种方式来锻炼大家的表达能力和说服能力，技术也得会表达，这样才是完整的教书育人，以便于同学们毕业之后在自己的工作岗位上争取更多的发展机会。该种课堂形式也得到了同学们的普遍认可与好评[4]。

2.5美国大学翻转课堂教学模式的启示

美国大学翻转课堂采用了MOOC教学模式。2012年，美国的顶尖大学陆续设立网络学习平台，在网上提供免费课程，给更多学生提供了系统学习的更多可能性。大型开放式网络课程成功实现了一种高端的知识交换，它可适用于专家培训，各学科间的交流学习以及特别教育的学习模式—任何学习类型的信息都可以通过网络传播，让每个人都能免费获取来自名牌大学的资源，可以在任何地方、用任何设备进行学习。其特征有：工具资源多元、课程易于使用、课程受众面广、课程参与自主性等。在基于MOOC的翻转课堂教学模式中，上课之前，教师可以通过搜集网络的相关资料，制成生动有趣的视频MOOC，然后分享到网络平台供学生课前学习观看。在课堂上，教师通过课堂讨论、任务完成等灵活多样的形式检验学生学习成果，并对所学内容进行问题汇总、总结等。基于MOOC的翻转课堂的教学模式形式多样，生动有趣，能够吸引学生的注意力，启发学生思考，激发学生学习的主动性和积极性，使学生能够真正参与到英语课堂教学中[5]。美国大学翻转课堂教学模式，较好地为本篇“传统课堂教学”优化模型提供了一定启发和依据。

3对“传统课堂教学”优化模型的预期

现代化的课堂教学要以学生所学知识运用实际、学生素质发展、思维潜力开放为本位。强调运用过程、素质发展、思维灵活开放，这是当前课堂教学改革的3大基本走向。借鉴MOOC的翻转课堂教学模式，优化模型将优秀教材、教案PPT作为纲目，用大量新型光电装备的鲜活素材，将传统课本与现代科技有机结合起来，老师课前引导学生预习，学生课堂中发挥主体功能，做到师生双向积极交流，课堂授课有机结合实验课，考核激发学生思想潜能，引导学生理论联系实际，提高学生分析和认识问题的深度。优化模型的最终目的、最高原则就是真正意义上让学生实现学以致用，让老师实现教书育人。相信这样的预期效果在优化模型的灵活应用中不难实现，也期待着现代课堂崭新的面貌。

作者:曹飞 单位:中北大学

[参考文献]

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[2]余文森.试析传统课堂教学的特征及弊端[J].教育研究，2001（5）：50-52.

光学光电技术篇10

一引言

生物医学光学与光子学是光学或者说光子学现展的一个分支学科。由于光学与光子学是具有极强应用背景的学科，所以“生物医学光子技术”这一多学科交叉的新兴研究领域在20世纪末叶也随之应运而生。

激光技术作为一项重大的科技成就，为研究生命科技和疾病的发生、发展开辟了新的途径，为保健和临床诊疗提供了崭新的手段，推动人类科学技术进入新的发展阶段。

可以把与光的产生、传播、操纵、探测和利用有关的物理现象和技术包括在内的科学及工程笼统地简称为光学。用光学最广的含义来概括各研究领域及其相关交叉分支时必然包括了激光和光电子技术。运用光学及其技术研究光与人体组织的相互作用问题可归之于“组织光学”范畴。它是研究光辐射能量在生物组织体内的传播规律以及有关组织光学特性的测量方法的一门新兴交叉学科，是光医学（光诊断和光治疗）的理论基础。经过40多年的发展，激光与光电子技术在人类的保健、医疗以及生命科学中产生了很大影响。

在医学领域，光电子技术使各种新疗法，包括从激光心脏手术到用光学图像系统的关节内窥镜进行微损膝关节修复等，成为可能或得以实现。目前，科学家们正致力于研究光学技术在非侵入式诊断和检测上的应用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“无针”监控等。激光在医学上的最早应用虽然集中在治疗方面，然而在80年代初期起便开始了光诊断技术的探索。指望无损害地获得诊断信息是这些研究的驱动力之一，其中在物理学中高度发展的光谱技术有望在诊断医学中得到应用。利用光纤把光传输到身体内部的能力，可以完成膀胱、结肠和肺等器官的检查。随着医学诊断方法向无损化方向发展，利用光电子学技术对组织体进行鉴别和诊断，有可能更早期、更精确地诊断各种疾病。近年来，人们开始把这种诊断方法称之为“光活检”。

随着现代医学模式的转变、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，从20世纪80年代后期起，“激光美容术”在世界各地包括在我国各大城市逐渐地开展。保健美容是光电子技术应用越来越活跃的领域。激光技术应用于美容外科的起步较早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治疗变得简易有效。到20世纪末，人们又开发了一种称为光子嫩肤术的新美容技术。它基于选择性的光热解作用，有效地改善肌肤的质地和弹性，达到美容的效果。之所以用激光或强脉冲光进行非消融性的嫩肤或治疗越来越流行，是因为这类手术具有无损、不必住院、几乎无副作用和无疼痛，从而使受术者容易接受的优点。

国家自然科学基金委员会先后二次在“光子学与光子技术”以及“生物医学光学”优先资助领域战略研究报告中分别指出：近年来生物医学光学与光子学的迅猛兴起，令人瞩目，并因而引发出一门新兴的学科－生物医学光子学（Biomedophotonics）。研究报告选定了近期优先研究领域包括生物光子学、医学光子学基础研究、医学临床的光学诊断和激光医学中的重要课题等诸方面。

福建师范大学在1974年成立了“医用激光及其应用技术”研究组，以激光与光电子技术为基础，围绕激光医学应用的核心技术开展研究与开发。至二十世纪九十年代，跟随该领域的国际走向，转入激光医学技术的基础理论研究工作，在国内率先开展了生物组织光学与光剂量学的研究。伴随研究工作的深入开展，逐步形成了我们有特色的若干前沿研究方向，并于2005年获准立项建设医学光电科学与技术教育部重点实验室。

二国内外现状

光学在生命科学中的应用，在经历了一个缓慢的发展阶段后，由于激光与新颖的光子技术的介入，进入了一个迅速发展的新阶段。与光学有关的技术冲击着人类健康领域，正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了革命性的新方法。特别在近十多年来，与蓬勃的学术研究活动相对应，国际上出现了专门的研究性学术杂志，如：Laurin出版公司于1991年发行了“Bio-Photonics”新杂志。美国光学学会重要的会刊之一“AppliedOptics”也于1996年将其“OpticalTechnology”栏目扩充为“OpticalTechnologyandBiomedicalOptics”，并定期出版有关生物医学光学的论文专集。SPIE亦于1996年创办了期刊JournalofBiomedicalOptics，且声誉日隆。到2004年，该刊的SCI影响因子已达3.541。当前，发达国家普遍对生物医学光子学学科给予了高度重视。例如，在美国国家卫生研究院（NIH）新成立的国家生物医学影像与生物工程研究所（NIBIB）中，生物医学光子学也成为其主要资助的领域。近三年中，美国NIH已经召开过4次研讨会，认为新的在体生物光子学方法可用于癌症和其它疾病的早期检测、诊断和治疗。新一代的在体光学成像技术正处在从实验室转向癌症临床应用的重要时刻。在NIH的支持下，美国国家癌症研究所（NCI）正在计划5年投资1800万美元，招标建立“在体光学成像和/或光谱技术转化研究网络（NTROI）”，其研究内容主要包括：光学成像对比度的产生机理、在体光学成像技术与方法、临床监测、新光学成像方法的验证、系统研制与集成等五个方面。2000年底，在美国NIBIB的首批支持项目中，光学成像方法约占30%。2000年7月，美国NIH投资2000万美元，开展小动物成像方法项目（SAIRPs）研究，受到生命科学界的高度关注，其中光学成像方法是研究重点之一。美国国家科学基金会（NSF）在2000-2002年了4次关于生物医学光子学研究（BiophotonicsPartnershipInitiative）的招标指南。“9.11”事件后，美国国防部启动了“应激状态下的认知活动”(Cognitionunderstress)项目，采用的研究方法就是光学成像技术。美国加州大学Davis分校于2002年10月宣布：未来10年内，将投资5200万美元建立生物医学光子学科学技术中心（TheCenterforBiophotonicsScienceandTechnology），其中4000万美元由NSF支持。在学术交流活动方面，国际光学界规模最大西部光子学会议（PhotonicsWest）上，每年的四个大分会之一即是生物医学光学会议（BiOS），论文均超过大会总数的三分之一，如，2003年关于BiOS的专题为19个，占整个会议的19/52=36.5%；2004年，IBOS会议专题为20个，占整个会议的20/55=36.4%。另外，每年还召开欧洲生物医学光子学会议。除疾病早期诊断、生理参数监测外，在基因表达、蛋白质―蛋白质相互作用、新药研发和药效评价等研究中，特别是近年来的Science，Nature，PNAS等国际权威刊物发表的论文表明，光子学技术也正在发挥至关重要的作用。在某些领域，如眼科，光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现，并以最小的无损或微损疗法代替外科手术，如膝关节的修复。现在，用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段，包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。光学技术还为生物学研究提供了新的手段，如人体内部造影、测量、分析和处理等。共焦激光扫描显微镜能将详细的生物结构的三维图象展现出来，在亚细胞层次监测化学组成和蛋白质相互作用空间和时间特征。以双光子激发荧光技术为代表的非线性成像方法，不仅可以改善荧光成像方法的探测深度、降低对生物体的损伤，而且还开辟了在细胞内进行高度定位的光化学疗法。近场技术将分辨率提高到衍射极限以上，可以探测细胞膜上生物分子的相互作用、离子通道等等。激光器已成为确定DNA化学结构排序系统的关键组成部分。光学在生物技术方面的其它应用还包括采用“DNA芯片”的高级复杂系统，和采用传输探针的简单系统。激光钳提供了一种在显微镜下方能看见的一种新奇的、前所未有的操作方法，能够在生物环境中实现细胞或微观粒子的操纵与控制，或在10-12m范围内实现力学参数的测量。结合光子学和纳米技术已经可以探测细胞机械活动，揭示细胞水平上隐秘的生命过程，利用纳米器件甚至可以检测和操纵原子和分子，这可以应用在细胞水平的医学领域。高技术的进步，如：微芯片极大地加速了生物光子学的发展进程。集成电路、传感器元件和相连电路的小型化、集成化促使在体和体外测量分子、组织和器官图像成为可能。许多生物医学光子学技术已经在临床上应用于早期疾病监测或生理参量的测量，如血压，血液化学，pH，温度，或测量病理生物体或临床上有重要意义的生化物种的存在与否。描述不同光谱特性（如荧光，散射，反射和光学相干成像）的各种光学概念出现在功能成像的重要领域。从大脑到窦体再到腹部，精确导位和追踪，对于精确定位医疗仪器在三维手术空间的位置具有重要的作用。基于分子探针的光子技术可以识别发生疾病时产生的分子报警，将真正实现令人激动的、个人的、分子水平的医学。

我国的研究基础与条件虽然相对落后，研究投入不足，但生物医学光子学是一门正在兴起和不断发展的学科，在这一新兴交叉学科上国内外处于一个起跑线上。近年来，在国家自然科学基金委、省部委以及其它基金项目的资助下，我国在生物医学光子学的研究中取得了很大的进展，尤其是2000年第152次主题为“生物医学光子学与医学成像若干前沿问题”、第217次主题为“生物分子光子学”的香山会议后，有许多学校和科研单位开展了生物医学光子学的研究工作，并初步建成了几个具有代表性的、具有自己研究特色和明确科研方向的研究机构或实验室，并在生物医学光学成像（如OCT、光声光谱成像、双光子激发荧光成像、二次谐波成像、光学层析成像等）、组织光学理论及光子医学诊断、分子光子学（包括成像与分析）、生物医学光谱、X射线相衬成像、光学功能成像、认知光学成像、PDT光剂量学、高时空谱探测技术及仪器研究等方面取得了显著的研究成果。发表了许多研究论文，申请了许多发明专利，有些已经获得产业化。国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。这对我国生物医学光子学学科的发展起到了积极的推动作用。在我国近年所召开的亚太地区光子学会议中，有关生物医学光子学的内容已大幅增加，成为主要的研讨专题。我国的生物医学光子学研究和学术活动也方兴未艾，呈现与国际同步的态势。在基础研究、应用基础研究以及对新技术的掌握方面跟踪国际先进水平，但国内科研经费的投入相对较小，科研队伍规模不大，原创性的科研成果与国外有较大差距。和国外的发展水平相比，我国的生物医学光子学发展还存在以下问题：

（1）尽管从事生物医学光子学的科研单位很多，但取得突破性、创新性的研究成果很少，主要是由于我们的科研队伍在组织、组成上还不合理，过于分散、开展的内容繁杂，难以将有限的资金投入到一些有利于国计民生的及上水平的研究方向上；另外许多单位的研究重复，缺乏合作，导致水平低下；

（2）和国外相比，研究经费无论在绝对值还是相对值上均投入十分不够；

（3）缺乏研究成果产业化的引导机制。

三医学光电科学与技术（福建师范大学）教育部重点实验室概况

“医学光电科学与技术”教育部重点实验室设立于福建师范大学物理与光电信息科技学院（激光与光电子技术研究所）内，作为本学科开展科研研究和实施建设与发展的一个基础平台。实验室已有30年发展历史，1973年成立福建师范学院物理系激光实验室，1984年成为福建师范大学激光研究所实验室，1995年为福建省首期211重点学科《应用光子学》学科实验室，2003年5月26日经福建省科技厅批准成立“光子技术福建省重点实验室”，2005年7月28日经教育部批准立项建设教育部重点实验室。实验室座落于福建师范大学长安山校园内。

30年多来，实验室在生物组织光学、医学光谱与光学成像技术、光诊断及光诊疗技术、信息技术光学及其生物医学应用等四个主要方向上努力开拓，承担并完成了数十项国家与省部重点、重大项目课题，取得一批代表我国本领域研究水平的科研成果，其中十五以来获省部级科技进步一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项，其它省级以上奖励12项。在国内外重要刊物发表的论文以及被SCI、EI收录的论文均超过100篇。

实验室目前承担着国家与省级重要课题50余项，科研经费超过2000万元。其中国家自然科学基金项目11项，国家教育部、科技部、卫生部项目9项，福建省科技重大专项1项，其它省级重要项目近30项。

中科院半导体研究所原所长王启明院士任重点实验室学术委员会主任，副主任由黄尚廉院士和谢树森教授担任。另有九位国内外著名的激光、光电子与医学学科交叉的院士、专家或资深教授担任委员，其中海外委员两人。他们规划、指导并检查本学科实验室的建设与发展。

重点实验室主要学术带头人、实验室学术委员会常务副主任谢树森教授是中国光学学会副理事长、福建省光学学会理事长、国家有突出贡献的中青年专家、光学工程专业博导、全国劳动模范，是我国医学光电科学与技术领域的学术带头人与开拓者。实验室主任陈荣教授、副主任李晖教授均为国务院特殊津贴专家，实验室常务副主任陈建新教授来自于北京大学的优秀博士后研究员。重点实验室拥有稳定的可持续开展高水平科研的学术梯队，其中的中青年学术带头人或学术骨干包括1位闽江学者特聘教授、1位福建师范大学特聘教授、3位国务院特殊津贴专家、2位全国优秀教师、2位福建省优秀教师和15位博士。

重点实验室与国内外学术界建立了并保持着广泛的联系。重点实验室已设立面向国内外的开放课题基金。已批准并实施来自浙江大学、厦门大学、上海光机所、西安交通大学、华南师范大学、天津医科大学、上海市激光医学研究中心等单位知名学者的开放课题。

重点实验室已具备良好的科研软硬件环境。现有面积近5000平方米，仪器设备原值2500多万元。重点实验室各项管理制度健全。

“医学光电科学与技术”重点实验室，在我国现代科学技术领域特色鲜明，在我国相关学科处于领头地位，有较大影响。重点实验室建设将有力促进福建省科技创新能力建设，促使福建师范大学迅速向高水平、有特色、开放型的综合性大学迈进。同时，重点实验室的建设与发展将有力促进我国医学光电科学与相关学科的发展，为广大民众的身心健康，为海峡西岸的科技、社会与经济发展做出重大贡献。

四发展趋势和展望

光子学及其技术已广泛应用或渗透到生物科学和医学的诸多方面，被科学界所认同和重视。生物医学光学已经成为国际光学学科重要发展方向之一。生物医学光子学的发展，将为现代医学和生命科学带进崭新的时代。本学科的发展将继续体现了多学科交叉的特点，研究领域涉及到了生物学、医学、和光学，还有化学等不同大学科的方方面面。技术开发与临床应用研究的结合将越来越密切。一般认为，光学领域未来发展的重点是将各种复杂的光学系统和技术更加广泛地应用于保健和医疗。当今世界中，与光子学有关的技术冲击着人类对生命体的认知及人类健康领域。基于现代激光与光电子技术的生物医学光子学技术将为生命科学研究带来具有原始性创新的重要科研成果，并可望形成有重大社会影响和经济效益的产业。

在医学领域，光子学技术正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了新方法。在某些领域，如眼科，光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现，并以无损或微损疗法代替外科手术，如膝关节的修复。现在，用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段，包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。

在基础研究方面，研究重点在于从细胞，甚至是亚细胞尺度层次揭示病变组织与正常组织之间的差异，为新技术开发以及应用提供理论依据。另一方面，研究光与人体组织之间的相互作用以及所产生的光化学、光热和光机械效应。在技术的应用方面，研究重点转向比较各种技术中光源（相干光源/非相干光源、波长、功率密度、偏振性、连续/脉冲光源、脉冲持续时间等）和个体差异（年龄、性别、临床症状、发病史、发病时间等）对诊断或治疗结果的影响，在确定各种技术临床适应症的同时，进一步实用化各种技术。此外，还在不断开发新的实用于不同疾病的诊断、治疗和监测技术。

值得关注的是，国外从事“生物医学光学”领域研究的高校或研究机构中，来自大陆的中国学者的数量越来越多。这有助于使国内外的学术交流更加有效，并可以预期国内与国外在该领域的研究水平差距将不断缩小。

今后若干年内医学光电科技学科需关注的重大科学问题和优先研究领域如下：

（一）医学光子学基础

在组织光学方面，其中最主要的有光在组织体内传播的特殊方式、组织光学性质的描述以及有关实验技术的开发和完善等。组织光学是医学光子技术的理论基础。光在生物组织中的运动学（如光的传播）问题和动力学（如光的探测）问题是研究的主要内容，目的是要研究生物组织的光学性质和确定某靶位单位面积上的光能流率。应优先解决测量技术和实验精度的问题，利用近场光学显微技术、光镊技术测量活体组织的光学参量。在理论建模方面，建立生物组织中光的传输理论和数值模拟方法。具体开展的研究工作应包括：1）光在生物组织中传输理论：要用更复杂的理论来描述生物组织的光学性质以及光在其中的传播行为。建立准确的组织光学模型，使之能反映生物组织空间结构及其尺寸分布情况、组织各个部分的散射与吸收特性以及折射率在一定条件下的变化情况；改造传输方程，使之适应新的条件，并能在某些情况下求出光在生物组织中传输的基本性质。2）光传输的蒙特卡罗模拟：继续开发新的更为有效的算法以适应生物组织的多样性和复杂性的要求。除了了解光在组织中的分布，还在探索从大量数字模拟中得到生物组织中光的宏观分布与其光学性质基本参量之间的经验关系。另外，发展非稳态的光传输的蒙特卡罗模拟方法也是一个重要的研究方向，从中可以获得比稳态条件下更多的信息。

组织光学参数的测量方法和技术方面，尚未获得人体各种组织的可靠实验数据。发展和完善活体的无损检测尤为重要。在这方面，时间分辨率与频率分辨率的测量方法引人注目。

（二）医学光子学光谱诊断技术

医学光子学光谱（非成像）诊断技术实质上是利用从组织体反射、散射、发射出来的光，经过适当的放大、探测以及信号处理，来获取组织内部的病变信息，从而达到诊断疾病的目的。

生物组织的自体荧光与药物荧光光谱技术，内容涉及光敏剂的吸收谱、激发与发射荧光谱以及各种波长激光激发下正常组织与病变组织内源性荧光基团特征光谱等。现在人们所谓的特征荧光峰实际上只是卟啉分子的荧光峰。客观和科学地判断激光荧光光谱对肿瘤的诊断标准是十分必要的。目前，某些癌瘤的药物荧光诊断已进入临床试用，自体荧光的应用尚处于摸索之中。需要开展激光激发生物组织和细胞内物质的机理研究，探讨激光诱发组织自体荧光与癌组织病理类型的相关性以及新型光敏剂的荧光谱、荧光产额和最佳激发波长等方面的研究，以期获得极其稳定、可靠的特征数据，为诊断技术的发展提供科学依据。

近年来，拉曼光谱技术应用于医学中已显示出它在灵敏度、分辨率、无损伤等方面的优势。应开发并完善重要医学物质拉曼光谱数据库，并使基于拉曼光谱分析的小型、高效、适用于体表与体内的医用拉曼光谱仪和诊断仪将在医学临床获得更广泛的应用。

超快时间分辨光谱比稳态光谱在技术上更灵敏、更客观和更具有选择性。因此，将脉宽为ps、fs量级的超短激光脉冲光源用于医学受到广泛重视，其一，应发展超快时间分辨荧光光谱技术，用于测量生物组织及生物分子的荧光衰变时间，分析癌组织分子驰豫动力学性质等，为进一步研究自体荧光法诊断恶性肿瘤提供基础数据；其二，应发展超快时间分辨漫反射（透射）光谱技术。以时域的角度测量组织的漫反射，从而间接确定组织的光学特征。这是一种全新的、适用于活体的、无损和实时的测量方法，为确知光与生物组织的相互作用，解决医学光子学中基础测量问题开辟一条新径。

（三）医学光子学成像诊断技术

发展出具有无辐射损伤、高分辨率、非侵入、实时、安全的光子学成像诊断技术，并具有经济、小型、且能监测活体组织内部处于自然状态化学成分等特点的医疗诊断设备。主要的医学光子学成像诊断技术包括：

超快时间分辨成像技术：以超短脉冲激光作为光源，根据光脉冲在组织内传播时的时间分辨特性，使用门控技术分离出漫反射脉冲中未被散射的所谓早期光，进行成像。正在研究的典型时间门有条纹照相机、克尔门、电子全息等。

散射成像技术：包括光子密度波散射层析成像、组织深度光谱测量以及复合成像等，利用红外光源，光子密度波在生物组织中的穿透深度可达几个毫米，在低散射的人脑组织中甚至可达30mm。

红外热成像：红外热成像是利用红外探测器测量人体和动物的正常与病变组织的温度差异来诊断病变及其位置，现已在医学诊断中得到广泛的应用，如乳腺肿瘤的诊断。

光学相干层析成像技术：一种非侵入式无损成像技术，并且可以与显微镜、手持探针、内窥镜、医用导管、腹腔镜等相结合使用，从而具有广阔的应用领域。而且，OCT能进行众多功能成像，如分光镜OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以与众多成像技术结合使用，如荧光、双光子、二次谐波成像等技术。

荧光寿命成像：受超短光脉冲激发后，荧光团，包括自体荧光团如NADH、FAD等和外源荧光团，如有机荧光染料、荧光蛋白等，所发出荧光的寿命取决于荧光团的分子种类及其所处的微环境，如pH、离子浓度（如Ca2+、Na+等）、氧压等，因此荧光寿命的测量和成像，有助于提供生物组织的功能信息。和内窥镜结合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期诊断，是一种很有前途的具有高灵敏度、高特异性以及高诊断准确性的早期癌症诊断方法。

光声作用成像：利用超声场在生物组织中的优良传输特性和激光在生物组织中的选择性吸收特性，将超声定位技术和光学高灵敏度检测技术结合，以实现无损伤临床医学的结构和功能层析诊断。预期成像深度远好于目前的光学成像方法，对于较厚生物组织成像及临床应用特别具有吸引力，可为及早发现一些特殊病变提供一种无损、有效、高准确度的方法。

非线性光学成像：双光子激发荧光显微成像、二次谐波等成像技术由于具有三维高空间分辨率，对比度高、对生物组织的损伤小等优点，研究工作重点是扩展成像技术在生物医学领域的应用范围，重点解决研制小型化内窥型诊断设备所面临的相关技术问题。

人体经络的光学表征及其调控功能：已经用不少事实证明了经脉循行路线的现象，也初步显示了人体体表沿十四经脉路线存在的红外辐射轨迹。然而，至今未能用西医的形态学或生理学方法证明它的存在，也不能明晰地阐明“经络”的实质。可以利用已发展的生物医学光子学诸多成像技术为工具，研究这个具有中国特色的中医学中的重大问题。

4.医用激光治疗技术（激光医学）

强激光治疗：是当前激光医学中最成熟和最重要的领域。随着新型医用激光器的不时出现，如：钛激光、铒激光、准分子激光等，强激光治疗技术的临床用途也逐渐增多，提出一些新的问题。关于这些新型激光器及新的工作方式对人体组织的作用特点的认识还相对不足，基本没有适合国人组织特性的治疗参数。为此需加强研究激光与生物组织间的作用关系，特别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数（包括波长、功率密度、能量密度与运转方式等）对不同生物组织、人体器官组织及病变组织的作用关系，取得系统的数据，同时也有必要加强新型激光器及新的工作方式的临床适应证的研究。

低强度激光治疗：非热或低强度激光辐射可作为一种辅助治疗手段，其作用机理尚不清楚。对弱激光治疗机理的认识有待于整个基础医学的提高，如充分认识细胞基因表达与调控、细胞代谢的调控、免疫反应的调控等，同时还需研究不同弱激光剂量对这些调控的影响，这才能提高弱激光治疗的针对性和疗效。针对目前临床上盲目夸大疗效、照射剂量严重混乱的局面，建议重点扶持2-3个弱激光研究中心，集中财力与人力进行弱激光的细胞生物学效应研究；弱激光生物调节作用和细胞生物学现象（基因调控和细胞凋亡）的量效关系、弱激光镇痛的分子生物学机制以及弱激光与细胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的关系及其机制。寻求弱激光生物刺激效应的可能机制与量效关系；规范临床治疗参数与操作等。

光动力学治疗（PDT）是当前激光医学中最具活力且发展迅速的领域。光动力疗法具备了诊断和治疗肿瘤、心脑血管病等人类重大疾病的潜力。光动力疗法在鲜红斑痣、老年性眼底黄斑病变、某些顽固性皮肤病、类风湿性关节炎等常规手段难以奏效的良性疾病的治疗研究中取得一系列进展，并结合内镜技术的发展等，其应用领域得到很大的延伸和扩展。这些都说明发展光动力疗法具有重要的社会和经济效益。应当重点资助PDT相关产品的国产化，扶持新一代国产光敏剂的开发及相应激光器的产业化，资助新一代光敏剂光动力学治疗的机理研究。作用机理、光动力疗法各要素对光动力学效应的影响、建立数学模型、新型光敏剂光动力学效应的研究，为开拓光动力疗法新的应用领域取得系统的数据。

光学光电技术篇11

Exploration and Innovation for Induction Teaching Method in the Course of “Photoelectron Technology”

ZHANG Yan

（College of Electrical Engineering， Anhui Polytechnic University， Wuhu Anhui 241000， China）

【Abstract】As one of the representative of leading industries of the 21st century， optoelectronic industry plays an important role with the development of science and technology. “Photoelectron technology” is one of the fundamental courses of the major electronic information science. This paper focuses on the problem of the course of Photoelectron technology in the undergraduate education， through introducing the scientific research into the course and using the induction teaching method and the diversified assessment standard to explore teaching mode of photoelectron technology. The practice shows that these explorations heavily increase students’ studying passion and improve the teaching effect of the optoelectronic technology.

【Key words】Photoelectron technology; Teaching method; Induction teaching

0 引言

随着国家信息化建设的逐步深入，我国采取了一系列积极、稳妥、有效的措施促进电子信息技术产业高速、持续、健康的发展。从2002年开始国家计委组织实施光电产业化专项计划，光电专项产业化目标[1]是：（1）根据我国在光电子研究开发方面所具有的技术优势和资源特点，重点支持一批技术水平高、市场前景好的光电产品，实现产业技术升级，并尽快形成规模生产。（2）“十五”期间初步形成具有一定自有知识产权和产业优势的光电产业体系。通过对我国已有技术和资源优势并在国际市场有竞争力的光电子产品的重点支持，力争在“十五”期间使国内光电产业能够满足国内各行业的需要，并进入国际市场。（3）通过技术创新和项目建设的带动，扶持光电产业基地的形成。光电信息技术产业的迅速发展，使得具有光电信息技术知识背景的从业人员的需求逐年增加。作为培养专业人才的摇篮，近年来，很多高校相继开设了光电信息工程专业。它以培养可从事光学工程、光通信、图象与信息处理等技术领域的科学研究及相关领域的产品设计与制造、开发及应用等工作的应用型人才为目的。

而《光电子技术》作为光电信息工程专业的一门专业基础课，从了解光电子技术的发展和应用开始，通过学习光学基础知识，以光学系统的源、传输通道、信息加载、探测、信号处理、显示和存储为主线，引导学生系统、全面的学习光电子技术。通过本课程的学习应使学生对光电子技术中的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。

本文从分析《光电子技术》课程在本科教学阶段的现状及存在的问题出发，通过剖析学生学习的状态及《光电子技术》在教学模式中存在的问题，把书本上的内容与当前光电信息产业的发展现状相结合，采用诱导式教学把科学研究引入课堂，对《光电子技术》的教学思路进行创新性探索。实践表明这些教学探测极大程度的调动学生的学习热情，提高了《光电子技术》的教学效果。

1 《光电子技术》的教学现状及问题

就《光电子技术》这门课程而言，由于教学内容的逻辑推导内容较多，要求以大学数学为基础，具备物理学，材料学，电路电子等多学科的知识和理论体系，导致部分学生对其缺乏兴趣，进而 影响到教学的效果。

尽管近年来，随着的电子设备走进课堂，授课方法也日趋多样，如、“现代化多媒体与传统板书”相结合的教学方法、“图片演示与实物展示”相结合的教学方法、“课堂讲授与小组讨论”相结合的教学方法等[2]。对传统意义上的教学模式进行了改革，如，讲解到激光原理与技术这一章节的时候，在课件中放上激光器以及激光光束的图片，把文字描述的内容以实实在在的实物图片展现在学生的眼前，加深了学生对知识点的理解和接受。这些教育教学方法的改革在很长的一段时间的确取得了很好的教学效果。

然而，随着的物联网技术的发展，现在的大学生可以从互联网上获取海量信息，仅仅是一副图，一个装置器件已经无法引起学生过多的关注。那么，如何吸引到学生的注意力，激发学生的学习兴趣，把《光电子技术基础》这门光电信息工程专业基础课讲解的生动，打开学生通往光电子技术领域的大门，为进一步学习相关专业课打下基础是我们亟需解决的问题。

2 诱导式教学方法

传统意义上的诱导式教学方法早在20世纪80年代被提出，其理论依据出自《论语-述而》：“不愤不启，不悱不发，举一隅不以三隅反，则不复也。”意思是只有当学生百思而不得其解时，教师才可以有选择的启发他，当学生心里明白但不知如何表达时再去开导他，如果学生不能举一反三，就先不要往下进行了。因而诱导式教学应当是“启发”和“引导”相结合，通过“启发”和“引导”学生，使得学生在有限的课堂教学时间内做到触类旁通，提高教学效率。

而大学教育赋予了“诱导式教学”新的含义，除具有传统意义上的诱导式教学的思想以外，还包含了用发展的眼光看待书本上的知识体系，把科学研究、最新的科技发明、科技产品引入课堂。就《光电子技术基础》这门课程而言，可以从光电产业的最新科研成果中提炼出与课本知识点相关联的的内容，通过光电产业的新发明，新应用吸引学生的注意力，在讲解这些发明或应用的过程中传授教学内容，激发学生的学习《光电子技术》的兴趣。以《光电子技术》[3]中“偏振――起偏――检偏”这一知识点为例，如果仅仅从书本上给出的概念出发讲解：（1）偏振指的是振动方向对于传播方向的不对称性;（2）自然光得到偏振光的过程称之为起偏，所用器件为起偏器;（3）检测某一光束是否为偏振光的过程称之为检偏，所用器件为检偏器。抑或在多媒体课件上放置光束起偏/检偏的图片，都不能起到很好的教学效果。为了吸引学生的注意力，激发学生对“光的传播”这一教课内容的兴趣和求知欲，同时扩展学生的知识面，可以从近阶段的热门话题个人全息手机（takee手机）引入，takee手机的亮点之一是可以使用户从各个角度都能感受到浮在屏幕上的全息立体3D效果，进而联系到学生身边的光电信息技术――3D电影，观众要戴上一副特制的眼镜，而这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片，由此把重点落到“偏振”这个知识点上，让学生在一个轻松的教学氛围中不仅学到了新知识，而且知道新知识的应用领域和当前发展的现状，扩宽了学生的知识面和眼界。

因此，大学课堂中的诱导式教学方法应该：（1）培养学生具有批判性思维;（2）具有科学的想象力;（3）具备自我塑造和发展能力。在此基础上，“以点带面”提高学生的创新能力和动手实践能力。

3 多元化的考核评价标准

北京航空航天大学校长前校长曹传钧教授在本科教学上，提出“讲一、练二、考三”的教学模式。指出学生的学习效果体现在：（1）知识面的宽窄;（2）学习，实践的经历;（3）自学的能力;（4）是否具备创造性思维和创造性能力，具有独立的见解等几个方面[4]。那么单纯的一张试卷，一次考试就不能够作为学生掌握知识的依据。

而《光电子技术基础》是理论与实践相结合的一门课程，这就要求其课程的考核评价标准应该具备多元化，多样性的要求。整个课程的考试分为三部分：（1）理论部分的考核：可以采取闭卷考试了解学生对基本概念，基本理论的掌握程度，或者把基本理论深入剖析，采用开卷考试的方式，考察学生运用书本知识分析问题的能力;（2）实验部分的考核：通过实验不仅能够加深学生对知识的掌握，实验本身更是对整个章节，甚至整个课程内容的一个体现，如电光调制实验，旨在让学生掌握晶体电光调制的原理和实验方法，但是该实验从激光发射出的光波经由起偏器，电光晶体，1/4波片，检偏器之后被光电探测器接收，通过信号处理，学生可以在示波器上观察到作用到电光晶体上的调制信号曲线和光电探测器解调后的信号曲线。而这么一套设备展现出来的就是一个完整的光电系统。学生在实验的过程中可以运用光电系统的知识搭建好实验线路，确定光路信号的走向，通过示波器显示的信号曲线分析实验过程中出现的问题，思考该问题出现的原因以及采用何种解决这些问题，从而考察了学生对于光电调制内容的掌握程度，促使学生从实践中意识到理论知识的重要性，提高学生分析问题解决问题的能力;（3）课程设计部分：课程设计旨在学生根据授课内容，通过自学扩大自己的知识面，结合日常生活中使用的光电子产品，培养学生科学的想象力和创新能力。整个成绩采用百分制的标准，三部分的分值分配以60%+15%+25%的形式评判学生对《光电子技术基础》的学习掌握程度。

通过对两届学生的采用诱导式教学和多元化考核评价的教学，其实践表明这些教学探索极大程度的调动学生的学习热情，提高了学生运用所学知识分析问题，解决问题的能力，培养了学生的动手能力和创新能力，达到了《光电子技术》的教学效果。

4 结束语

光是人们最为熟悉的现象之一，从17世纪关于光的本质的两大对立学说到21世纪的信息时代，光电信息技术已经渗透到人们日常生活之中，除了光电子技术专业的学生需要深入系统地学习《光电子技术》外，微电子技术、材料、电子科学与技术等专业的学生也需要了解光电的基本概念和基础知识。探索诱导式教学方法在《光电子技术》课程的新模式和多元化的考核评价标准，把光电基本概念和基础知识与当前光电信息产业的发展现状相结合，使学生较好地掌握所学知识，把握知识点的学术前沿，为学生的进一步学习和发展打下坚实的基础。

【参考文献】

[1]国家计委.国家计委组织实施光电子产业化专项计划[J].中电网，2002，2，28.

[2]于雪莲，顾国华.《光电子技术》教学方法的探讨[J].高教论坛，2009，9（9）：77-78-81.

[3]朱京平.光电子技术基础[M].2版.科学出版社，2009.

光学光电技术篇12

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（c）-0144-03

Abstract： With virtual three dimension modeling technique， this paper aim to solve the conflict of limited teaching device and training time in the course of optoelectronic device teaching which is considerably difficult for junior cadet. Application requirements of this technique and process of designing and developing are introduced. Finally， this technique is used to simulate trouble shooting training of optoelectronic device.

Key Words： Three dimension modeling； Teaching； Optoelectronic device； Simulation training

随着装备信息化程度的不断提高，基于前沿探测技术和干扰技术的光电设备越来越多地得到应用。光电设备具有功能模块单元多、光路结构精密以及装配连接复杂等特点，因而对光电设备的教学训练提出了更高的要求。

目前士官技师作为装备和技术保障的一线人才，存在着专业领域较窄、知识面不够宽广、前沿技术了解不够等突出问题。由于光电设备对光电技术原理基础要求较高，士官技师对于新型光电装备普遍不熟悉、不敢用、不会用，因而光电设备相关的院校教学和任职培训面临任务紧、需求大的现实要求。针对上述矛盾需求，该文提出采用虚拟三维建模技术来解决光电设备教学中所面临的现实难题。

1 虚拟三维建模技术在光电设备教学中的应用需求分析

目前对于光电设备教学培训面临着较大困难，主要表现在如下几个方面。

（1）目前使用的光电设备普遍价格昂贵，配发供教学使用的数量有限，学员在校学习期间安排的操作使用课时较少。在岗技师的装备学习往往仅凭借设备技术说明书和相关培训文档，在没有系统教学和指导的条件下，在岗位工作中重新学习认识设备单元及其器件，降低了学员培养的效益。

（2）光电设备属精密仪器设备，其中的光路和光学器件精密复杂，且一般需要密封安装，难以进行实物拆开单元讲解。而从事技术保障岗位的士官技师，对于设备实物特别是内部单元结构认识较浅，难以判断故障及其成因，因而无法对设备进行修理和有效维护。

（3）教学参考资料往往是机械设计二维平面图纸，对于复杂结构的光电设备没有空间可视性，教学使用不直观，也不便于空间想象力差的学员理解。而任职培训课时紧、信息量大，难以在有限的课堂教学时间内，达到使学员深入透彻理解前沿技术和设备的教学效果。

（4）教学训练缺乏对抗性和实战情景。通过虚拟技术虚拟对抗目标和对抗手段，可以设置交互性较强的对抗训练内容；立体维度包含声光视觉效果的情景能够有效地模拟实战环境，促进学员实战环境的认知和适应性。

随着虚拟现实、三维建模和仿真交互等技术的不断发展与应用，在传统课堂的演讲式教学方法基础上，辅以各种形式的现代教育技术，正逐步形成新的教学手段。采用计算机虚拟三维建模技术可以克服目前教学实装少、缺口大的问题，同时三维模型使得教学的内容更直观、更具启发性，虚拟现实技术还可以有效地帮助学员进行操作维护训练和对抗训练，因而可以有效地提高教学授课的效率与操作训练的质量。

2 光电设备虚拟三维模型设计开发与实现

这里以光电设备配电箱为例，介绍虚拟三维模型教学库的设计开发与实现过程：采用SolidWorks和CAD等建模软件建立设备单元与环境单元模型库（包括该配电箱的按钮、液晶屏显示、空气开关、拨动开关单元等），根据该设备结构以及训练科目要求采用虚拟现实软件3D-quest建立原型模型，然后添加设备运行数据以及环境和视觉合成数据到虚拟引擎中（如按钮和空气开关的拨动以及屏幕的数码显示等），最后采用桌面式虚拟现实集成系统来模拟设备工作状态，通过系统调试后，将不同的训练科目以及相关的数据进行存储归档便于后续的开发和应用，即可完成光电设备教学三维模型库的开发，如图1所示。

根据该开发流程进行光电设备配电箱的设计开发效果如图2所示。基于该模型即可以直观地进行该配电箱结构和功能模块以及操作流程的讲解，并可以结合3D-quest等虚拟现实软件引擎进行开关机流程及运行操作训练，使学员在虚拟模拟器上熟练掌握装备的操作要领。

3 模拟训练光电设备内部故障维修

采用虚拟三维模型技术并结合虚拟引擎可实现设备故障及维护维修训练。通过在光电设备各个单元的数据库中建立较为典型和常见的故障现象，在虚拟环境下利用动画视频、声音合成、仪表指示、对话框提示等方式来模拟操作维护及其效果，通过反复自主训练使学员能够掌握光电设备故障现象和排除方法的一般规律和特点。

光路传输装置一般结构复杂精密，表面密封，难以进行拆卸练习。图3为光路传输装置的虚拟三维模型，通过虚拟三维模型来模拟其详细的内部结构，使学员通过模型熟练掌握设备单元的内部结构及其主要特点，可模拟其中光电器件单元装配和维护的顺序、方法以及注意事项，通过反复自主的训练使学员掌握拆卸方法、器件特点以及维护要领。

如图4所示，可对其中的电机及轴连接部件设置故障现象并进行分析排故训练，通过模拟训练，可以熟练掌握设备各功能单元的常见故障现象及处理方法，从而能有效判断故障成因并进行针对性的修理和日常维护。

4 结语

针对目前光电设备教学中存在的教学条件限制与岗位任职能力要求之间的矛盾问题，提出了采用虚拟三维模型技术来进行光电设备的教学和模拟训练，有效提升了教学质量和学员岗位任职能力，为培养学生成为光电设备保障和维护技师打下良好基础。

参考文献

[1] 涂望明，魏友国，谢存，等.可视化教学系统在装备教学中的应用[J].科技创新导报，2008（30）：244-245.

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[3] 胡晓琴，李晓峰，焦晓丽.视频反馈在士官雷达装备教学中的应用[J].空军预警学院学报，2014，29（4）：307-309.

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[5] 张平霞，朱永强.虚拟现实技术在《汽车造》教学中的应用研究[J].拖拉机与农用运输车，2010，37（2）：78-79.

[6] 郭光立，段雪涛，刘万强，等.采用三维软件Solidworks的工程图学教学实践[J].科技资讯，2009（32）：149-150.

光学光电技术篇13

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）17-0237-02

一、工程实践教学模式现状分析

光电信息技术是光学工程、激光、光电检测、光电子学、信息光学、信号处理、电子学、通信和计算机技术互相渗透而形成的一门高新技术学科，是实践性很强的学科领域。加强教学的实践环节、强调工程设计的基本能力训练、引领学生的创新倾向是培养光电人才的关键。以设计为导向的实践环节在专业课程教学中必不可少，而且起着相当重要的作用。1989年，麻省理工学院提出了“回归工程”新观念，很快就得到了包括世界大学的普遍认同。回归工程主要指将普通工科高校的一切工作回到以技术创新为中心的素质教育。与国外大学相比，目前我国工程类专业的培养模式和课程设置体系存在诸多缺陷，突出表现在学生工程训练不足、学生学习被动等方面，对实践课程的认知和重视程度欠缺，而且普遍缺乏校内和校外实习基地。因此，学校教育与行业、企业对人才的需求脱节。为了改变这一现状，实现先进的教育理念，培养具有广阔视野和学科前瞻性的创造型人才，以设计为导向的实践教学在国内的专业课程教学越来越得到广泛重视。清华大学和浙江大学分别于1996年和1998年开展了大学生科研训练计划，之后，已有多所大学把培养创新型人才作为重要举措。就深圳大学而言，近两年来我校和学院每年均有大量经费投入，每年均有创新项目和各类设计项目立项，给一部分学生创造了进一步参与训练的机会，这对于本科生较早进入研究和设计领域，锻炼自己的实践能力、团队合作能力与创造能力具有不可或缺的作用。

二、关于光电信息技术教学模式的初步设想

光电信息技术是光电信息工程专业本科生需要掌握的基本专业技术，光电信息工程专业目前开设内容以工程光学、光电子技术、激光原理、光电检测、成像与显示技术等课程作为核心点构成光电信息工程的专业知识体系。大学一、二年级学生，尤其是一年级学生，在思想上和发展方向上，正处于一个转变期，这个阶段的学生开始独立的生活和学习，急需尽快适应大学学习生活，确立能实现自身价值的目标，找到适合自己的学习方法和生活方式。按照他们所接触和感兴趣的事物的不同，学生的关注点和发展方向开始出现向多方向分化的趋势。而通常专业教学计划中大学二、三年级仍然以公共基础课和专业基础为主，这些课程是最佳知识结构的重要基石。但是，这些课程一时还不能够体现社会的实际需要和专业知识的特色。为了在这一转型时期使学生把基础课与专业课衔接好，尽快明确专业技术的学习目标，激发学习动力和兴趣，对光电信息技术有基本的认识，产生学习的兴趣和自信心，激发学生自主学习的热情，并指导学生今后在专业上的发展，我们结合课程教学适时开展以设计为导向的光电信息技术科研训练。主要是引导学生了解专业技术的特点，建立对工程和科技的认知，了解专业领域研究的一些技术手段，研究方法和仪器设备，增加学生的感性认识，以期提高学生的综合素质和实践能力。具体做法是，教师结合自身的科研和研究体会，让学生们真切的感受到实际的创新过程，实现科研成果尽早进课堂。通过以设计为导向的教学实践，使同学们学会将知识融会贯通，提升创新思维，活跃学习氛围，增加学习兴趣，启发和发现学生的非常规思维，萌发创新的念头。为了适应本科生的能力和认知程度，把科研项目中一些与专业基础课程内容的联系提取出来，向学生提出问题，引领学生思考。如果学生能够提出一些合理方案和新想法，都可以作为创新的思路加以培养，并可以让学生带着问题进入专业课学习。由于本项目参与的学生年级低，所以要引导学生逐步认识科学实践的过程和基本素质要求，其次体现在对设计、实验方法的指导。通过引导、启发学生，多指方向、办法，少给答案，让学生主动进行多方面的学习，积极思考，综合分析。

三、以设计为导向的教学模式探索与实践

实践教学中，围绕超快光电信号的探测分析为主题，以QUANTELYAG皮秒激光器为信号源，选取学生熟悉的CCD摄像机图像信息技术为背景，通过讲解、实验、制作、科技写作和展示等五个需要学生动脑思维，动手制作的教学环节，从思想、兴趣和学习方法等各个方面对学生加以引导和教育，鼓励学生认真学好第一阶段的课程，掌握必要的知识。主要包括以下几个方面。

1.选择所要了解和研究的光电信息探测分析技术专题。学生独立完成科技创新活动的第一步就是选题，这要求学生具备初步的专业常识，并要掌握一定的实际工作方法和手段，综合运用自身的智力和能力。

2.相关文献检索和综述。在教师指导下，学生通过检索阅读有关的文献资料，学习和补充与选题相关的理论知识和技术，在阅读文献的基础之上了解在所选题目领域中的科技动态及发展现状。在这一环节中，学生应能学习到文献检索方法、归纳判断能力和灵活运用知识的能力。

3.方案对比、论证和确定。学生首先要清楚光电检测方案的基本思想，提出几个检测备选方案，然后通过对比，对选题的可行性、可实现性以及选题的实际意义进行论述。学生经过在学习中讨论，能够增长知识，提高自学能力。在选定题目后，指导教师重点指导学生经过分类、甄别、遴选查阅检索与光电信息技术研究课题相关的文献资料，初步提出一些自己的研究设想。

4.设计、计算及仿真。在本环节中，学生按照教师的指导和讲授，对光电探测器件的各种参数进行必要的计算或仿真，将设计方案落实到实际可用的具体成果。