摘要:“光电技术”课程内容多、知识面广,发展迅速,应用非常广泛,是现代相关工科专业学生必须掌握或了解的一门课程。本文通过对教学实践工作的不断探索与总结,从教学内容安排和教学手段运用对“光电技术”课程的教学方法进行了研究,并将其运用到课堂,取得了良好的教学效果。
关键词:光电技术 ;教学内容;教学手段
光电技术是将光学技术、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。蓬勃发展,在现代信息产业结构中扮演着重要角色。由于社会发展的需要,近十多年来许多职业学校纷纷开设“光信息科学与技术”或“光电子技术”专业,着力培养专门的光电子人才。“光电技术”作为该学科的主干课程,将系统地介绍光电子技术的理论和应用基础。在讲授这门课程的过程中,笔者对其具体的教学方法有一些体会和思考,文章将进行详细的论述。
合理选择教学内容 “光电技术”是一门应用性和针对性都很强的学科,“学以致用”在这门课程中得到了很好的体现。教材由于篇幅的限制,第三章“光辐射的调制”和第四章“光辐射的探测技术”仅仅是介绍了各种光电子器件的工作原理,学生学完之后虽然明白了各类器件的工作原理,但对于“这些器件可以用在什么领域、可以发挥什么作用”等问题,学生会较为茫然。例如各种光调制器件如电光调制器、声光调制器和磁光调制器都可以将人们所要传递的声音、视频和图像等电信号形式的信息加载到激光上面去,实现电信号到光信号的转变。但学生可能又会有这样的疑问:在实际应用中用户要实现电光变换时,三种调制器是否可以任意选择一种呢?答案当然是否定的,因为每种调制器由于工作原理的不同使得它们会应用在不同领域和范围。
“光电技术”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、光电成像系统基础以及光电成像器件、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。
光电技术总要讨论各种光电敏感器件,而对这些光电敏感器件的性能和应用说明却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该课程的切入点,因此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技术中的应用。同时对光传输、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,以便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、N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,该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教师辅导答疑等方式。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,而对于当前这些方面的相关新技术,则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,也便于学生通过实际的应用了解这些新技术,效果甚佳。
2、教学手段的合理应用
要想取得良好的课堂教学效果,除了讲述内容的选择安排外,教学手段也起着至关重要的作用。教学过程中笔者采用了多媒体和板书相结合的方法。
利用多媒体的帮助,使教学内容更为直观。由于这是一门应用性质的课程,所以在讲解每一种器件的时候笔者都将查阅到并精心挑选的真实的器件图片展示给大家,比如各种激光器、光电二极管、热敏电阻、等离子体显示器、电光晶体、声光调制器等等。这些图片都是课本上所没有的。学生在看到这些图片后就会感觉所讲的知识和他们的距离更近了,让他们觉得光电子学并不是空洞的理论,光电技术和各种各样的器件就存在于他们是实际生活中。这种方式很大程度上调动了学生学习的积极性。
作为一名教师,“如何将板书和多媒体很好地结合”一直是笔者所思考的问题。由于一页 PPT 所能展示的内容极其有限,讲完一页翻到第二页时前面一页的内容学生就看不到了,而学生课前如果没有充分预习的话,当翻到下一页 PPT 时他对前一页 PPT上的内容记忆一般都还是比较模糊的,只是有一个大概的印象。所以当讲述的内容是偏重于理论公式推导时,由于对理论的理解来源于公式推导的前后连贯性,此时应尽量避免使用 PPT 而采用传统的板书。大幅黑板有很大的书写空间,所讲的内容就能够前后连贯地呈现给学生。当讲某个公式是由前面的某个公式推导得出的,此时教师可以在黑板上把前面的那个公式指给学生。学生能同时看到前后相关联的各个理论,他们所获得的知识就是整体的而不是离散的,这样就更有助于学生对理论知识的理解。
另外生动的教学过程应该是一个师生互动的过程,“课堂提问”普遍被认为是一个较为不错的互动方式。在两年多的教学实践中笔者发现同样是提问,有的时候学生很踊跃,争相回答问题,课堂气氛很活跃;而有的时候虽然提问了,但学生都低下了头,课堂气氛突然变得很沉闷。通过和学生的交流后发现,老师提的问题学生如果感兴趣他们反应就较为踊跃。所以在课堂教学过程中,如何提问也同样是值得认真思考的一个问题。讲“固体成像器件”这一节时,先不经意地询问学生谁有数码相机。许多学生都举了手,然后循序渐进地提出“在买相机时为什么要买数码相机而不购买胶片相机?数码相机的优点体现在哪些方面?数码相机的工作原理是什么?”由于这一系列问题都是学生在日常生活中遇到的实际问题,所以他们都踊跃地做了回答,而这些问与答恰好巧妙地引出了本节课所要讲解的内容,整堂课学生带着问题去听课,听得都十分仔细,教学效果也非常好。第六章涉及的则是各种显示器件,如阴极摄像管显示器、液晶显示器及等离子体显示器。这些也都是学生每天都会用到的器物,离他们的生活很近,也可以采用同样的提问方式让学生带着问题去听课。当讲到人眼的视觉感知角度范围时,笔者没有直接去讲知识,而是先提问“为什么我们家里的电视机屏幕都是长方形而不是正方形的”,学生回答的角度很多,有的学生还从摆放稳定性方面做了思考,课堂立即变得非常活跃。随后笔者给出了正确的答案,由于一个提问的设置学生对这个知识点便有了深刻的记忆。
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