专业导论课程中光电子技术的教学方法研究

林承友　邵晓红　祁欣　战可涛　王维

摘 要：本文阐述了光电子技术在光电子专业导论课程中的重要地位，并根据笔者自身的教学经验，讨论了光电子技术专业导论课程中光电子技术的教学思路、内容及方法。根据对专业导论课程以及光电子技术知识的特征分析，提出了在进行专业导论课程中光电子技术教学时宜采用的总-分-总教学思路；通过对光电子技术基本概念、特征与内容，典型光电子技术，光电子技术各部分之间的联系等教学内容的分析，总结了教学内容的选择方案；最后，介绍了举例与内比等教学方法在导论课程中的应用。

关键词：专业导论；光电子技术；教学方法

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：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.

作为高校学生入学后的第一门专业基础课程，专业导论，亦称为专业概论，是学生在进行相关专业课程学习前应接受的基本训练。专业导论通过对本专业性质、特征与内涵、知识体系、学习内容、学习方法、课程设置、就业方向等介绍，使学生了解本专业的基本情况，明确在一定阶段内专业学习的主要任务，从而有助于学生提高学习的针对性与目的性。

近年来，光电子技术[1-3]在科学与技术方面发展迅猛，使其成为当今信息技术的两大支柱之一。为满足国家科技与国民经济发展对光电子技术人才的需求，现在国内许多高校都设置了光电子技术相关专业，如光电子技术科学、信息光电子技术与光电信息科学与工程等专业。与此同时，有些高校虽然没有直接设置光电子技术专业，但也将光电子技术列为了该校某些专业的专业选修方向（例如北京化工大学理学院电子科学与技术专业等）。

而对于光电子技术专业的学生而言，在专业导论课程中向他们介绍光电子技术的全部内容，在学生认识自身专业、构建知识体系与理解课程设置方面都起着至关重要的作用。然而，由于光电子技术所包含的内容十分丰富，各部分内容之间的关系也是错综复杂，因此，要在有限时间内概括光电子技术的全部内容并理清各部分内容之间的内在关联并非易事，這也为光电子技术专业导论课程中光电子技术内容的教学带来了困难。在本论文中，笔者总结多年来在专业导论与光电子技术等课程中的教学经验，从授课时间、授课内容与授课方法等方面研讨专业导论课程中光电子技术内容的教学方法。

1 光电子技术简介

光电子技术是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。其中电子技术包括真空电子技术、气体电子技术、固体电子技术等，主要研究电子的特性与行为及其在真空或物质中的运动与控制；而光子技术研究光子的特性与行为及其与物质的相互作用以及光子在自由空间或物质中的运动和控制。光电子技术主要内容包括光的产生、调制、传输、探测、成像、显示及存储七大方面。其特征是光源激光化、传输波导化、手段电子化、电子学中的理论模式光学化。光电子技术是21世纪先进科学技术之一，在现代社会中起着举足轻重的作用，它的发展对国民经济及国防建设有着巨大的推动作用。

2专业导论课程中光电子技术内容的教学研究

2.1 教学思路

不同于普通的光电子技术课程，在专业导论课程中一般需要授课教师在2-4学时内完成对光电子技术所有内容的概括及各部分内容之间关联的总结。因此，光电子技术内容的教学思路就显得尤为重要。所选教学内容太详尽，无法按要求在规定时间内完成教学任务；而所选教学内容太粗略，体现不出光电子技术应用广泛的特点，也不利于阐明光电子技术各部分内容之间的内在联系。对学生的知识体系构建以及学科兴趣培养都不利。因此，在专业导论课程中光电子技术的教学内容一定要满足又“全”又“精”的要求。这里的“全”是指在专业导论中介绍的光电子技术的内容要全面，也就是要全面覆盖光电子技术的七大领域，即光的产生、调制、传输、探测、成像、显示及存储，从而为介绍各领域之间的内在联系奠定基础。“精”指的是在展开各部分内容的过程中，一定要选择各部分中最有代表性的原理与技术来进行讨论，从而让学生在短时间内领略光电子技术各部分精髓，激发学生的学习兴趣。

综上所述，在进行专业导论课程中光电子技术内容的教学时，授课教师宜采用总-分-总的教学思路，即先概括光电子技术的基本概念、特征与所包含内容；然后再一一介绍各部分光电子技术中最具代表性的原理与技术；最后阐明光电子技术各部分内容之间的内在关联。

2.2 教学内容

2.2.1 光电子技术基本概念、特征與内容

根据之前的教学思路，在教学内容中首先介绍光电子技术的基本概念、特征与内容。这部分内容虽然简单，但却是光电子技术各部分内容教学的前提，也为最后总结各部分内容之间的内在联系奠定基础。

2.2.2 典型光电子技术

在该部分内容中，需要详尽且精炼的介绍光电子技术所涵盖的所有方面的知识，即光产生、光调制、光传输、光探测、光成像、光显示及光存储。由于时间有限，不可能面面俱到，因此，在介绍每一类光电子技术时，可选择该方向最具代表性的原理、技术与应用进行阐述，下面逐一介绍。

在光产生方面，首先需要介绍光产生的原理：热辐射与光辐射，然后，以光辐射中的激光为例，介绍激光的定义、特征、原理与应用。最后，以红宝石激光器为例，介绍激光器件的原理、特征与应用。

在光调制方面，先介绍光调制的定义、功能、目的、分类，然后介绍光调制的物理效应与调制过程，最后，通过对电光效应的原理与应用的介绍，加深学生对光调制内涵的理解。

在光传输（光通信）方面，首先介绍光通信的含义，然后以光纤通信为例，从光纤入手，介绍光纤通信的基本过程以及所用到的光电子器件。

在光探测方面，重点介绍光电探测器的原理以及分类，并以光电二极管为例，通过对光电二极管的结构与工作原理，加强学生对光探测过程的认识。

在光成像方面，首先介绍光电成像系统，并指明摄像器件在其中的核心功能，其次介绍摄像器件的种类，并以其中最典型的电荷耦合器件（CCD）为例，介绍摄像器件实现摄像功能的过程。

在光显示方面，首先介绍显示、光电显示技术与光电显示器件的定义，然后，以液晶显示器（LCD）为例，通过液晶的显示原理的描述，阐明光显示的基本过程。

在光存储方面，重点介绍光存储的基本器件——光盘的结构、分类与工作原理，从而阐明光存储的基本方法。

总之，介绍光电子技术各部分内容时，可通过介绍其中最典型的原理、技术及器件，以产生“管中窥豹”的教学效果。

2.2.3 光电子技术各部分之间的联系

在该部分内容中，重点阐述光电子技术七大方面之间的内在联系，以各种光电系统为平台，说明系统中各光电子技术内容之间的内在关联，让学生从整体上理解光电子技术内涵，从而实现“以点带面”的教学效果。

2.3 教学方法

2.3.1举例法

由于在授课前学生对光电子技术了解并不多，而且光电子技术中的概念、原理与特征等内容通常又比较抽象，因此，要学生在短时间内理解光电子技术内涵并非易事。因此，为了将抽象的概念与生硬的理论知识变得浅显易懂，结合光电子技术应用广泛的特点，可在教学时建议引入大量的实例，加深学生对知识点的理解。

例如，在介绍光电子技术特征时，由于光电子技术的四大特征都非常抽象，对初次接触的本科生而言很难理解，因此，可利用举例方法解释光电子技术的每一个特征。例如，在介绍光源激光化特征时，可比较激光光源与普通光源特性的差别，说明激光光源单色性好、方向性好、亮度高与相干性好的特点。证明激光光源的确优于普通光源，是光电子技术中的理想光源；在介绍传输波导化特征时，可比较波导或光纤在导光性能方面与普通媒介，例如空气、水等的差别。突出波导导光的低损耗、低色散等优点，从而解释光电子技术中传输波导化的原因；在手段电子化特征的讲解中，可通过光电探测过程的实现，即将不容易测量的光辐射量转变为容易测量的电量的过程，说明光电子技术中手段电子化的重要性与必要性；在介绍电子学中的理论模式和处理方法光学化特征时，可以以分析光纤导光原理为例，介绍利用简单的光学分析方法代替复杂电磁学分析方法所取得的效果，从而阐述光电子技术中电子学中的理论模式和处理方法光学化的优势。

另外，在介绍光电子技术七大方面之间内在联系时，我们也可通过举例的方法来加深学生对各部分内容之间联系的理解。例如，以光通信系统为例，在整个光通信系统中，其实包含多个方面的光电子技术。例如，如果光通信的信号源是一个视频信号，即一串时序分布电信号，那么要产生一串这样表征二维图像信息的视频信号，首先用到光成像的技术；其次，这样一串时序分布的电信号要想利用光学的方法传播，即光通信方式传播，必须将视频信号加载到一束光波上，而光电子技术中的理想光源是激光，因此，需要产生激光的技术，这是光产生范畴的内容；同时，我们还需要相关的技术将电信号加载到激光上，这就要用到光调制技术；之后，携带信息的激光，称之为光信息，需要通过良好的媒介传输到接受端，在光电子技术中最理想的导光媒介就是光波导，更具体一点，就是光纤，利用光纤导光的方法，就是光通信技术的一种；随后，在接收端，我们需要把激光载波中真正有用的信息提取出来，即提取出视频信号，这是一个与调制正好相反的过程，称之为解调，而在光电子技术中实现解调的技术，就是光探测技术；解调出的视频信号，我们并不能直接解读，因此需要将视频信号还原成空间光场分布，这个过程需要光显示技术来实现；最后，如果我们想要保存视频信号，可以利用光存储的技术来实现。

总之，利用举例的方法，可以将原本抽象晦涩的光电子技术中的概念与原理变得简单易懂。尤其是对时间紧任务重的光电子技术教学而言，举例方法的合理应用会在缩短教学时间的同时，提高教学质量。

2.3.2 类比法

前面我们已经详细介绍了利用光通信系统说明光电子技术中各部分之间关联的方法，除了举例法外，还可通过类比法加深学生对光电子技术各方面内在关联的理解。例如，将光通信系统与当下十分盛行的物流系统进行类比。这样，我们可以将物流系统中需要运送的商品看成是光通信系统中需要传递的信息，将运送货物的货车看成是承载信息的激光载波。如此一来，光成像产生视频信号的过程可以类比成工厂生产商品的过程，信息加载的过程可以类比成装货的过程，光通信的过程可以类比成货车送货的过程，信号探测的过程可以类比成卸货的过程，光显示的过程可以类比成验货的过程，光存储可以类比成存货的过程。这样，就可以将复杂且抽象的关联用日常生活中常见的物流过程来诠释，大大降低了学生的理解难度。

3 结束语

本文通过对光电子技术与专业导论课程分析，讨论了光电子技术内容在光电子专业导论课程教学中的重要地位，并根据笔者自身的授课经验，提出了光电子技术专业导论课程中光电子技术的教学思路、内容及方法的一些意见与建议。

参考文献

[1] 安毓英，刘继芳，李庆辉.光电子技术：第三版[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2] 朱京平.光电子技术基础：第二版[M].北京：科学出版社，2003.

[3] 侯宏录，陈海滨，刘缠牢，刘蓉，张雄星.光电子材料与器件[M].北京：国防工业出版社，2012.