模块化研讨式教学在“光电成像原理与技术”课程中的应用探讨

唐　磊

(合肥师范学院 电子信息工程学院,安徽 合肥 230601 )



模块化研讨式教学在“光电成像原理与技术”课程中的应用探讨

唐磊

(合肥师范学院 电子信息工程学院,安徽 合肥 230601 )

[摘要]光电成像技术是现代光电图像信息获取的主要技术手段。学习和掌握光电成像原理与技术对现代光电信息类学生具有重要意义。通过分析光电成像原理与技术课程的特点及不足，以“图像探测方程”模块教学为例探索模块化研讨式教学模式在课程教学中的应用。模块化研讨式教学模式可以提高学生的参与度，变被动为主动，激发学习兴趣，培养探索精神和创新意识，有利于实现应用型本科人才培养目标。

[关键词]光电成像；研讨式教学；图像探测方程

1引言

光电成像技术是适应信息社会需要而迅速发展起来的新兴分支学科，是现代光电图像信息获取的主要技术手段和光电技术的最高阶段。随着当代科学技术的进步，光电技术与系统的发展日新月异，许多新技术、新材料、新器件、新系统不断涌现，通过教学使学生掌握现代光电成像原理与技术的基础理论和基本技术，了解各种光电成像系统的设计思想、结构和性能。同时，还可以培养学生运用所学的数理知识和思想方法分析和认识光电成像的物理过程，分析各种光电成像器件的工作机理以及构成光电成像系统的技术途径，掌握光电成像系统的应用设计方法和应用光电成像技术解决实际问题的能力[1,2]。

2课程特点与存在的问题

光电成像原理与技术课程的教学是围绕着光电成像的基础理论、基本技术及工程应用展开的，课程涉及的学科领域非常广, 主要包括几何光学、物理光学、辐射度量学、光电子技术、电子技术、机械设计等。对于这样一门应用性、技术性、工程性都很强的课程, 传统的教学模式存在明显的不足。

首先，课程是知识积累和更新的基础，对于以培养实践能力为主的应用型本科人才而言尤其重要。然而, 目前没有专门针对应用型本科教学编写的光电成像技术教材, 一般使用理工类教材，教材理论性太强, 内容太多, 缺乏工程应用和技术更新。目前各高校普遍采用《光电成像原理与技术》(白延柱、金伟其主编，北京理工大学出版社)，该教材对于应用型本科教学主要存在以下问题：(1)理论性太强，过多的数学公式和理论推导会使学生沉浸在传统的理科教学模式中，对于技术转化和工程应用没有兴趣，部分数理基础不好的学生则会完全失去学习的兴趣和动力，成为后进生和班级的不安定分子，给管理和教学带来较大困难。(2)课程内容多且交叉、雷同内容多,绪论、人眼的视觉特性与图像探测是课程学习的必要基础；辐射度量学基础、辐射在大气中的传输两章内容与光电子技术课程内容交叉过多，讲则课时不够，不讲则有部分内容缺失；直视型光电成像器件与系统和电视型光电成像器件与系统两部分内容基本原理相同、结构与技术特点不同，若面面俱到则容易陷入平铺直叙，难以把握重点，若选择某一部分则技术特点不能完全覆盖。(3)各种光电成像器件的工作原理看似简单, 但要深入掌握却难度较大,尤其是固体成像器件与系统和红外热成像器件与系统两部分内容，且课程内容与实际工程应用联系不够紧密,使得学生难以加深对理论知识的理解,难以激发学习兴趣。此外, 随着电子科技水平和光电材料技术的快速发展,新技术、新工艺不断涌现，远远超前于教材的内容更新，因此,教学中必须引入相关领域的先进技术和系统,加深对光电成像原理与技术的理解, 帮助学生掌握最新的理论与技术[1-5]。

其次，现有的教学方式大多以讲授为主，学生被动接受，对于光电成像原理与技术这样一门以技术和工程应用为主的课程来说，不能满足学生对技术和应用的兴趣与渴求，忽略了学生的创新意识和创新能力。长期处于被动学习状态，不利于培养学生运用所学的数理知识和思想方法分析和认识光电成像的物理过程，不利于培养学生利用理论知识指导和分析各种光电成像器件的工作机理以及构成光电成像系统的技术途径，不利于培养学生掌握光电成像系统的应用设计方法和应用光电成像技术解决实际问题的能力，无法满足我校应用型人才培养目标的要求。

3模块化研讨式教学模式的应用与探索

针对光电成像原理与技术课程的特点与现存不足，尝试采用模块化研讨式教学方式，以适应应用型人才培养目标需要。首先，根据课程知识结构和培养目标将教学内容分为多个模块，每个模块侧重点不同，主要分为基本理论、器件结构与功能实现、技术特点和工程应用等；其次，应用研讨式教学模式，鼓励学生积极发言，提高学生参与程度，激发学习兴趣和求知欲，培养探索精神和创新意识。以图像探测方程模块教学为例探索研讨式教学模式的应用。图像探测方程是光电成像原理与技术课程教学的第一个重要知识点，是整个课程学习的基础，可以加深对成像原理、关键器件和主要技术指标的深入理解，且在工业、农业和国防上具有广泛的和前沿的应用。因此，图像探测方程教学效果的好坏不仅仅关系到该知识点的深入理解与掌握，而且会对整个课程的教学产生积极的影响。研讨式教学模式主要分为以下几个步骤：内容调研与文献资料查询；知识点学习讨论与总结；先进技术与应用探讨。

3.1内容调研与文献资料查询

进行模块化研讨式教学尝试就是要充分调动学生的主动性、积极性，激发学习兴趣，改变以往被动接受的学习状态。因此，内容调研和文献资料查询就显得尤为重要，是积极研讨的前提和基础，更是拓展知识范围激发学习兴趣的关键。光电成像过程对于学生来说是一个既有非常熟悉的感性认识基础，但又觉得神齐和深奥的技术，具有极大的探索欲和认知欲，非常适合研讨式教学模式的应用。图像探测方程是其中最基本的成像规律和图像探测极限，可在课前将其划分为成像条件、噪声特性、探测极限、探测方程和技术应用几个基本知识点让学生去调研，利用丰富的网络资源搜集相关内容，同寝室同学相互协作和讨论，总结归纳基本知识点，得出最终讨论稿以备课堂讨论，并选出其中口齿伶俐、表述清楚的同学准备发言。

3.2知识点学习讨论与总结

课堂讨论是对调研和文献查询结果的总结与归纳，是把各种不同意见和观点归一化和规范化的过程。首先，要求能够各抒己见，不管正确与否尽管大胆表述自己的观点与见解，并鼓励学生相互讨论与评价，做好记录工作；其次，老师总结归纳，梳理各条意见，做出合理评价，以鼓励和激励为主，突出亮点，即使有明显错误或敷衍了事之嫌也不可打击学生的积极性；最后，将各知识点串联，形成完整的图像探测方程知识链。即由成像条件的极限过渡到图像可探测极限，由探测极限的数学表述导出图像探测方程，整理图像探测方程的形式可将图像探测方程的关键参数分为图像表征参数和光电成像系统参数，突出图像探测方程的物理意义和内涵，进一步加深对知识点的理解和掌握，为知识点的技术应用和拓展奠定良好的基础。

3.3先进技术与应用探讨

先进技术与工程应用的探讨是应用型本科教学的重点与难点，传统的教学方式容易照本宣科，流于形式，导致原理学生不愿意听，技术细节讲不清，教学效果很差。通过研讨式教学使学生在明确图像探测机理及图像探测极限物理意义的基础上，对图像探测方程所表征的理论内涵及工程实践进行深入的理解，逐步解析应用细节。首先，根据图像探测方程可以进行目标的探测与识别；其次，在对目标进行探测、定向、识别和辨别过程中存在人为的主观判断，与光电成像相关的唯一定量参量就是系统的分辨力；第三，要探测、定向、识别、辨别一个目标首先就要确定分辨力参数，然后再确定量化的探测概率；第四，在一定的探测概率下，根据分辨力所能达到的量化标准来确定某个目标处于什么样的状态，即是可探测的，还是可定向、可识别或可辨别的；最后，再结合目标与周围景物的亮度对比程度进行对比度探测，根据对比度形成的目标外形轮廓进行识别，最终形成目标探测-识别模型。目标探测-识别模型的建立，使光电成像系统的应用得到进一步的扩展，广泛应用于工农业生产、科学研究和国防建设中，尤其是军事应用领域，发展极其迅速。

4总结

模块化研讨式教学模式是从实践中发展起来的一种新的课程形态，变原来组织教学为讨论讲解，目的在于为学生提供思考问题和讨论问题的机会，在学习过程中创设一种有助于探索研究的开放的情景和途径，使学生围绕某一主题主动地搜索、选择、加工处理信息，并应用知识解决问题。它不仅能使学生增长知识、开阔视野，有助于学生综合能力的提高，还有助于师生共同探索、发现和研究，进而密切师生关系，促进教学相长。通过文献查询和调研可以使学生首先了解技术的应用方向、主要技术功能、关键技术指标、技术应用环境等，在丰富的感性认识基础上带着强烈的好奇心和求知欲去逐步解析技术细节，通过相互讨论进一步加深对技术细节的理解和掌握，对实现我校应用型本科人才的培养目标可以起到事半功倍的效果。

[参考文献]

[1]白廷柱, 金伟其.光电成像原理与技术实验[M].北京理工大学出版社，2014.

[2]雷玉堂,等.光电信息技术[M].电子工业出版社，2011.

[3]王晓曼,等.光电系统与信息处理[M].电子工业出版社，2013.

[4]涨进贤，李玉丹，金伟其.微光与红外成像技术[M].北京理工大学出版社，2012.

[5]王清正，胡瑜，林崇杰.光电探测技术[M].电子工业出版社，1989.

Application of Research-Discussion-based Teaching Mode in Principle and Technology of Photoelectric Imaging

TANG Lei

(SchoolofElectronicandInformationEngineering,HefeiNormalUniversity,Hefei230601,China)

Abstract：Optical imaging technology is the highest stage and the main technical means of modern photoelectric image information acquisition and photoelectric technology.To learn and master the principle and technology of photoelectric imaging is an important specialty course of modern photoelectric information professional students.Application of module teaching mode of research and discussion can improve the participation of students, and change students from the passive to the active, to stimulate their interest in learning,and help students cultivate the spirit of exploration and innovation.

Key words：photoelectric imaging; research-discussion-based teaching; image detecting equation

[收稿日期]2016-01-05

[作者简介]唐磊(1972-)，男，安徽明光人，博士，副教授，主要从事光电探测与信号处理方面研究。

[中图分类号]G61

[文献标识码]B

[文章编号]1674-2273(2016)03-0066-03