光電子技術(shù)理論與配套實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

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摘要：光子具有高速和大容量傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，而電子在交換、路由和智能化等方面表現(xiàn)更佳。將光子和電子的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來的光電子技術(shù)使人類步入全新的光網(wǎng)絡(luò)時(shí)代?！肮怆娮蛹夹g(shù)基礎(chǔ)”這門課程介紹了光電子技術(shù)的基本原理和應(yīng)用實(shí)例，是光電子專業(yè)的必修課程。本文對(duì)光電子技術(shù)基礎(chǔ)的理論教學(xué)及配套實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了初步的探索和課堂應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：光電子技術(shù)基礎(chǔ)；理論教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；

一、引言

2013年安慶師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院為適應(yīng)學(xué)?；I建多科性大學(xué)的需要，開設(shè)了光電信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。針對(duì)光電專業(yè)特點(diǎn)，安慶師范學(xué)院在2015年新開設(shè)了光電子技術(shù)基礎(chǔ)課程。光電子技術(shù)是研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及能量相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)，主要應(yīng)用于信息領(lǐng)域包括光通信系統(tǒng)、光纖傳感、光電顯示以及光存儲(chǔ)，醫(yī)療，生物科學(xué)，激光加工和軍事等領(lǐng)域。我國已經(jīng)形成了發(fā)展?jié)摿薮蟮墓怆娮赢a(chǎn)業(yè)，掌握光電子技術(shù)有助于提升光電專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和就業(yè)競爭力。針對(duì)課程特點(diǎn)，我們對(duì)該課程的理論課教學(xué)做了初步的研究并根據(jù)課程特點(diǎn)開設(shè)了配套實(shí)驗(yàn)課，取得了良好的教學(xué)效果。

二、理論教學(xué)

第一，課程設(shè)置。根據(jù)學(xué)校對(duì)專業(yè)的定位，為了能夠培養(yǎng)出社會(huì)應(yīng)用型人才，我們選擇安毓英主編的《光電子技術(shù)》作為主要參考教材，主要介紹光電子領(lǐng)域中光源、光輻射的傳播、光束的調(diào)制和光探測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)的基本原理和應(yīng)用實(shí)例。針對(duì)課程特點(diǎn)重點(diǎn)介紹光電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，有必要跟蹤反映國內(nèi)外的一些新技術(shù)和新設(shè)備的動(dòng)態(tài)，充分拓展學(xué)生的視野和知識(shí)面[1]。對(duì)于基礎(chǔ)原理的把握需要學(xué)生學(xué)習(xí)一些先修課程，包括激光原理與技術(shù)、電磁場(chǎng)與電磁波、半導(dǎo)體物理學(xué)以及物理光學(xué)等。有了這些基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備，在教學(xué)過程中可以將更多的課時(shí)放在光電子器件及其發(fā)展的介紹上，通過這一門課程的學(xué)習(xí)真正培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力和專業(yè)素質(zhì)。

第二，教學(xué)方法多樣性。我們?cè)诮虒W(xué)中采取多種教學(xué)方法并存的教學(xué)模式。結(jié)合傳統(tǒng)板書教學(xué)，充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)[2]。首先，內(nèi)容引入。在每一章內(nèi)容的開始，通過剪輯一段與章節(jié)內(nèi)容相關(guān)的視頻或者圖片集播放展示，用比較直觀的方式讓學(xué)生了解接下來這一章他們將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，給學(xué)生留下思考題，讓他們帶著問題開始接下來的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次，建立聯(lián)系。根據(jù)“光電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程偏應(yīng)用型的特點(diǎn)，通過聯(lián)想法將課本學(xué)習(xí)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系起來，使教學(xué)內(nèi)容深入淺出。比如介紹光通信系統(tǒng)，就可以聯(lián)想到學(xué)生常用的手機(jī)，通過介紹手機(jī)實(shí)現(xiàn)通話的過程：包括信號(hào)調(diào)制、信號(hào)傳輸、信號(hào)接收和信號(hào)解調(diào)等，涵蓋了光電子技術(shù)在通信領(lǐng)域應(yīng)用的多個(gè)模塊；在講光敏電阻時(shí)可以聯(lián)系城市里根據(jù)亮度自動(dòng)開關(guān)的路燈。通過這些生活中的實(shí)例，激發(fā)學(xué)生的求知欲。最后，反轉(zhuǎn)課堂。加強(qiáng)學(xué)生的課堂互動(dòng)，開設(shè)學(xué)生講堂。將學(xué)生分成若干小組，3-5人一組。老師講授基本原理后，布置課后任務(wù)，每組分別就一個(gè)課題準(zhǔn)備10分鐘左右的PPT。每一次課最后留15分鐘時(shí)間讓學(xué)生展示他們搜集到的資料以及對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。并采取學(xué)生互評(píng)和老師評(píng)價(jià)相結(jié)合的模式打分，成績計(jì)入平時(shí)成績。

三、配套實(shí)驗(yàn)教學(xué)

第一，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。針對(duì)課程特點(diǎn)，我們引入了配套實(shí)驗(yàn)，使所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，提高教學(xué)效果[3]。光電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，關(guān)于光調(diào)制和光探測(cè)技術(shù)的內(nèi)容介紹了多種調(diào)制原理以及探測(cè)器件，在學(xué)習(xí)完相關(guān)理論知識(shí)后，我們開設(shè)相應(yīng)的配套實(shí)驗(yàn)課程。包括電光調(diào)制、聲光調(diào)制和磁光調(diào)制的原理演示實(shí)驗(yàn)。以及包含多種探測(cè)原件的光電探測(cè)器特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)涉及的光電探測(cè)器包括光敏電阻、光電二極管、APD光電二極管、PIN光電二極管、光電三級(jí)管、硅光電池等，涵蓋了幾乎所有類型的光電探測(cè)器。學(xué)生可以測(cè)試這些探測(cè)器的短路電流、開路電壓、伏安特性、光電特性、頻率響應(yīng)特性、光譜特性和靈敏度等相關(guān)特性，并綜合對(duì)比不同類別的探測(cè)器性能，幫助學(xué)生理解如何根據(jù)不同場(chǎng)合選用不同的探測(cè)器。理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合使學(xué)生既可以根據(jù)所學(xué)原理知識(shí)自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)動(dòng)手能力，又可以通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)所學(xué)理論知識(shí)有更直觀的理解，加深對(duì)基本原理的掌握。

第二，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。除了傳統(tǒng)的驗(yàn)證式本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，我院還引進(jìn)了光電技術(shù)創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。提供多種光電器件的應(yīng)用模塊、設(shè)計(jì)模塊、各種數(shù)字表頭以及設(shè)計(jì)中所需要的電子元器件，并配備有各種電源接口。學(xué)生可以根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)?zāi)K開展各種實(shí)驗(yàn)，充分展示自己的創(chuàng)新思維，將所掌握的光電器件真正應(yīng)用到實(shí)際生活中。包括光敏電阻光控開關(guān)、熱釋電報(bào)警器和硅光電池光照度計(jì)等二十余種光電儀器的設(shè)計(jì)，都可以通過該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)完成。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，極大地提高了學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新意識(shí)，為社會(huì)培養(yǎng)出具備實(shí)際應(yīng)用能力的高素質(zhì)人才，最終達(dá)到服務(wù)社會(huì)的目的。

四、考核方式

根據(jù)課程安排特點(diǎn)，學(xué)生的最終考核成績以平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績和期末考試成績相結(jié)合。其中，平時(shí)成績占20%（包括考勤、作業(yè)和學(xué)生講堂），考試卷面成績占50%，實(shí)驗(yàn)成績占30%，綜合考察學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、自學(xué)能力、接受新知識(shí)的能力和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。通過實(shí)際教學(xué)驗(yàn)證，這種理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)方式取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[3]吳花.光電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].時(shí)代教育2014(23)

作者：潘盼 單位：安慶師范學(xué)院