專業(yè)導論課程中光電子技術的教學方法研究

林承友　邵曉紅　祁欣　戰(zhàn)可濤　王維

摘 要：本文闡述了光電子技術在光電子專業(yè)導論課程中的重要地位，并根據(jù)筆者自身的教學經(jīng)驗，討論了光電子技術專業(yè)導論課程中光電子技術的教學思路、內(nèi)容及方法。根據(jù)對專業(yè)導論課程以及光電子技術知識的特征分析，提出了在進行專業(yè)導論課程中光電子技術教學時宜采用的總-分-總教學思路；通過對光電子技術基本概念、特征與內(nèi)容，典型光電子技術，光電子技術各部分之間的聯(lián)系等教學內(nèi)容的分析，總結了教學內(nèi)容的選擇方案；最后，介紹了舉例與內(nèi)比等教學方法在導論課程中的應用。

關鍵詞：專業(yè)導論；光電子技術；教學方法

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（c）-0000-00

Study on the teaching method of optoelectronic technology in specialty introduction course

Chengyou Lin， Xiaohong Shao， Xin Qi， Ketao Zhan， Wei Wang

College of Science， Beijing University of Chemical Technology， Beijing 100029， China

Abstract： The importance of optoelectronic technology in specialty introduction course is elaborated in this paper， and then， according to authors teaching experience， the teaching concept， content， and method of optoelectronic technology in specialty introduction course are discussed in details. According to the analysis of the features of specialty introduction course and optoelectronic technology content， we propose a total-point-total teaching though for the teaching of optoelectronic technology in specialty introduction course. In addition， by analyzing the photoelectron technology basic concept， features and content， the typical optoelectronic technology， and the relationship among the contents of optoelectronic technology， we give a scheme for teaching contents choosing. Furthermore， we introduce the teaching methods of example and comparison in the teaching of specialty introduction course.

作為高校學生入學后的第一門專業(yè)基礎課程，專業(yè)導論，亦稱為專業(yè)概論，是學生在進行相關專業(yè)課程學習前應接受的基本訓練。專業(yè)導論通過對本專業(yè)性質(zhì)、特征與內(nèi)涵、知識體系、學習內(nèi)容、學習方法、課程設置、就業(yè)方向等介紹，使學生了解本專業(yè)的基本情況，明確在一定階段內(nèi)專業(yè)學習的主要任務，從而有助于學生提高學習的針對性與目的性。

近年來，光電子技術[1-3]在科學與技術方面發(fā)展迅猛，使其成為當今信息技術的兩大支柱之一。為滿足國家科技與國民經(jīng)濟發(fā)展對光電子技術人才的需求，現(xiàn)在國內(nèi)許多高校都設置了光電子技術相關專業(yè)，如光電子技術科學、信息光電子技術與光電信息科學與工程等專業(yè)。與此同時，有些高校雖然沒有直接設置光電子技術專業(yè)，但也將光電子技術列為了該校某些專業(yè)的專業(yè)選修方向（例如北京化工大學理學院電子科學與技術專業(yè)等）。

而對于光電子技術專業(yè)的學生而言，在專業(yè)導論課程中向他們介紹光電子技術的全部內(nèi)容，在學生認識自身專業(yè)、構建知識體系與理解課程設置方面都起著至關重要的作用。然而，由于光電子技術所包含的內(nèi)容十分豐富，各部分內(nèi)容之間的關系也是錯綜復雜，因此，要在有限時間內(nèi)概括光電子技術的全部內(nèi)容并理清各部分內(nèi)容之間的內(nèi)在關聯(lián)并非易事，這也為光電子技術專業(yè)導論課程中光電子技術內(nèi)容的教學帶來了困難。在本論文中，筆者總結多年來在專業(yè)導論與光電子技術等課程中的教學經(jīng)驗，從授課時間、授課內(nèi)容與授課方法等方面研討專業(yè)導論課程中光電子技術內(nèi)容的教學方法。

1 光電子技術簡介

光電子技術是電子技術與光子技術相結合而形成的一門新興的綜合性的交叉學科，主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關技術。其中電子技術包括真空電子技術、氣體電子技術、固體電子技術等，主要研究電子的特性與行為及其在真空或物質(zhì)中的運動與控制；而光子技術研究光子的特性與行為及其與物質(zhì)的相互作用以及光子在自由空間或物質(zhì)中的運動和控制。光電子技術主要內(nèi)容包括光的產(chǎn)生、調(diào)制、傳輸、探測、成像、顯示及存儲七大方面。其特征是光源激光化、傳輸波導化、手段電子化、電子學中的理論模式光學化。光電子技術是21世紀先進科學技術之一，在現(xiàn)代社會中起著舉足輕重的作用，它的發(fā)展對國民經(jīng)濟及國防建設有著巨大的推動作用。

2專業(yè)導論課程中光電子技術內(nèi)容的教學研究

2.1 教學思路

不同于普通的光電子技術課程，在專業(yè)導論課程中一般需要授課教師在2-4學時內(nèi)完成對光電子技術所有內(nèi)容的概括及各部分內(nèi)容之間關聯(lián)的總結。因此，光電子技術內(nèi)容的教學思路就顯得尤為重要。所選教學內(nèi)容太詳盡，無法按要求在規(guī)定時間內(nèi)完成教學任務；而所選教學內(nèi)容太粗略，體現(xiàn)不出光電子技術應用廣泛的特點，也不利于闡明光電子技術各部分內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系。對學生的知識體系構建以及學科興趣培養(yǎng)都不利。因此，在專業(yè)導論課程中光電子技術的教學內(nèi)容一定要滿足又“全”又“精”的要求。這里的“全”是指在專業(yè)導論中介紹的光電子技術的內(nèi)容要全面，也就是要全面覆蓋光電子技術的七大領域，即光的產(chǎn)生、調(diào)制、傳輸、探測、成像、顯示及存儲，從而為介紹各領域之間的內(nèi)在聯(lián)系奠定基礎?！熬敝傅氖窃谡归_各部分內(nèi)容的過程中，一定要選擇各部分中最有代表性的原理與技術來進行討論，從而讓學生在短時間內(nèi)領略光電子技術各部分精髓，激發(fā)學生的學習興趣。

綜上所述，在進行專業(yè)導論課程中光電子技術內(nèi)容的教學時，授課教師宜采用總-分-總的教學思路，即先概括光電子技術的基本概念、特征與所包含內(nèi)容；然后再一一介紹各部分光電子技術中最具代表性的原理與技術；最后闡明光電子技術各部分內(nèi)容之間的內(nèi)在關聯(lián)。

2.2 教學內(nèi)容

2.2.1 光電子技術基本概念、特征與內(nèi)容

根據(jù)之前的教學思路，在教學內(nèi)容中首先介紹光電子技術的基本概念、特征與內(nèi)容。這部分內(nèi)容雖然簡單，但卻是光電子技術各部分內(nèi)容教學的前提，也為最后總結各部分內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系奠定基礎。

2.2.2 典型光電子技術

在該部分內(nèi)容中，需要詳盡且精煉的介紹光電子技術所涵蓋的所有方面的知識，即光產(chǎn)生、光調(diào)制、光傳輸、光探測、光成像、光顯示及光存儲。由于時間有限，不可能面面俱到，因此，在介紹每一類光電子技術時，可選擇該方向最具代表性的原理、技術與應用進行闡述，下面逐一介紹。

在光產(chǎn)生方面，首先需要介紹光產(chǎn)生的原理：熱輻射與光輻射，然后，以光輻射中的激光為例，介紹激光的定義、特征、原理與應用。最后，以紅寶石激光器為例，介紹激光器件的原理、特征與應用。

在光調(diào)制方面，先介紹光調(diào)制的定義、功能、目的、分類，然后介紹光調(diào)制的物理效應與調(diào)制過程，最后，通過對電光效應的原理與應用的介紹，加深學生對光調(diào)制內(nèi)涵的理解。

在光傳輸（光通信）方面，首先介紹光通信的含義，然后以光纖通信為例，從光纖入手，介紹光纖通信的基本過程以及所用到的光電子器件。

在光探測方面，重點介紹光電探測器的原理以及分類，并以光電二極管為例，通過對光電二極管的結構與工作原理，加強學生對光探測過程的認識。

在光成像方面，首先介紹光電成像系統(tǒng)，并指明攝像器件在其中的核心功能，其次介紹攝像器件的種類，并以其中最典型的電荷耦合器件（CCD）為例，介紹攝像器件實現(xiàn)攝像功能的過程。

在光顯示方面，首先介紹顯示、光電顯示技術與光電顯示器件的定義，然后，以液晶顯示器（LCD）為例，通過液晶的顯示原理的描述，闡明光顯示的基本過程。

在光存儲方面，重點介紹光存儲的基本器件——光盤的結構、分類與工作原理，從而闡明光存儲的基本方法。

總之，介紹光電子技術各部分內(nèi)容時，可通過介紹其中最典型的原理、技術及器件，以產(chǎn)生“管中窺豹”的教學效果。

2.2.3 光電子技術各部分之間的聯(lián)系

在該部分內(nèi)容中，重點闡述光電子技術七大方面之間的內(nèi)在聯(lián)系，以各種光電系統(tǒng)為平臺，說明系統(tǒng)中各光電子技術內(nèi)容之間的內(nèi)在關聯(lián)，讓學生從整體上理解光電子技術內(nèi)涵，從而實現(xiàn)“以點帶面”的教學效果。

2.3 教學方法

2.3.1舉例法

由于在授課前學生對光電子技術了解并不多，而且光電子技術中的概念、原理與特征等內(nèi)容通常又比較抽象，因此，要學生在短時間內(nèi)理解光電子技術內(nèi)涵并非易事。因此，為了將抽象的概念與生硬的理論知識變得淺顯易懂，結合光電子技術應用廣泛的特點，可在教學時建議引入大量的實例，加深學生對知識點的理解。

例如，在介紹光電子技術特征時，由于光電子技術的四大特征都非常抽象，對初次接觸的本科生而言很難理解，因此，可利用舉例方法解釋光電子技術的每一個特征。例如，在介紹光源激光化特征時，可比較激光光源與普通光源特性的差別，說明激光光源單色性好、方向性好、亮度高與相干性好的特點。證明激光光源的確優(yōu)于普通光源，是光電子技術中的理想光源；在介紹傳輸波導化特征時，可比較波導或光纖在導光性能方面與普通媒介，例如空氣、水等的差別。突出波導導光的低損耗、低色散等優(yōu)點，從而解釋光電子技術中傳輸波導化的原因；在手段電子化特征的講解中，可通過光電探測過程的實現(xiàn)，即將不容易測量的光輻射量轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀诇y量的電量的過程，說明光電子技術中手段電子化的重要性與必要性；在介紹電子學中的理論模式和處理方法光學化特征時，可以以分析光纖導光原理為例，介紹利用簡單的光學分析方法代替復雜電磁學分析方法所取得的效果，從而闡述光電子技術中電子學中的理論模式和處理方法光學化的優(yōu)勢。

另外，在介紹光電子技術七大方面之間內(nèi)在聯(lián)系時，我們也可通過舉例的方法來加深學生對各部分內(nèi)容之間聯(lián)系的理解。例如，以光通信系統(tǒng)為例，在整個光通信系統(tǒng)中，其實包含多個方面的光電子技術。例如，如果光通信的信號源是一個視頻信號，即一串時序分布電信號，那么要產(chǎn)生一串這樣表征二維圖像信息的視頻信號，首先用到光成像的技術；其次，這樣一串時序分布的電信號要想利用光學的方法傳播，即光通信方式傳播，必須將視頻信號加載到一束光波上，而光電子技術中的理想光源是激光，因此，需要產(chǎn)生激光的技術，這是光產(chǎn)生范疇的內(nèi)容；同時，我們還需要相關的技術將電信號加載到激光上，這就要用到光調(diào)制技術；之后，攜帶信息的激光，稱之為光信息，需要通過良好的媒介傳輸?shù)浇邮芏耍诠怆娮蛹夹g中最理想的導光媒介就是光波導，更具體一點，就是光纖，利用光纖導光的方法，就是光通信技術的一種；隨后，在接收端，我們需要把激光載波中真正有用的信息提取出來，即提取出視頻信號，這是一個與調(diào)制正好相反的過程，稱之為解調(diào)，而在光電子技術中實現(xiàn)解調(diào)的技術，就是光探測技術；解調(diào)出的視頻信號，我們并不能直接解讀，因此需要將視頻信號還原成空間光場分布，這個過程需要光顯示技術來實現(xiàn)；最后，如果我們想要保存視頻信號，可以利用光存儲的技術來實現(xiàn)。

總之，利用舉例的方法，可以將原本抽象晦澀的光電子技術中的概念與原理變得簡單易懂。尤其是對時間緊任務重的光電子技術教學而言，舉例方法的合理應用會在縮短教學時間的同時，提高教學質(zhì)量。

2.3.2 類比法

前面我們已經(jīng)詳細介紹了利用光通信系統(tǒng)說明光電子技術中各部分之間關聯(lián)的方法，除了舉例法外，還可通過類比法加深學生對光電子技術各方面內(nèi)在關聯(lián)的理解。例如，將光通信系統(tǒng)與當下十分盛行的物流系統(tǒng)進行類比。這樣，我們可以將物流系統(tǒng)中需要運送的商品看成是光通信系統(tǒng)中需要傳遞的信息，將運送貨物的貨車看成是承載信息的激光載波。如此一來，光成像產(chǎn)生視頻信號的過程可以類比成工廠生產(chǎn)商品的過程，信息加載的過程可以類比成裝貨的過程，光通信的過程可以類比成貨車送貨的過程，信號探測的過程可以類比成卸貨的過程，光顯示的過程可以類比成驗貨的過程，光存儲可以類比成存貨的過程。這樣，就可以將復雜且抽象的關聯(lián)用日常生活中常見的物流過程來詮釋，大大降低了學生的理解難度。

3 結束語

本文通過對光電子技術與專業(yè)導論課程分析，討論了光電子技術內(nèi)容在光電子專業(yè)導論課程教學中的重要地位，并根據(jù)筆者自身的授課經(jīng)驗，提出了光電子技術專業(yè)導論課程中光電子技術的教學思路、內(nèi)容及方法的一些意見與建議。

參考文獻

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