光电探测技术及应用课程的教学改革探索

杨明珠

摘要：光电探测技术及应用课程被广泛地应用在现代光学产业和光电子产业等领域，是光学工程相关学科学生必须掌握的一门专业课程。为了使学生能够更扎实地掌握基本知识和原理，教师要把握教学内容的重难点，找出教学内容之间的关联，丰富教学内容，并恰当实施翻转课堂，做到理论与实际相结合、教学与科研相结合，才能达到良好的教学效果。

关键词：光电探测技术及应用；教学内容；教学方法；教学改革

一、引言

光电探测技术及应用课程作为一门主要专业方向课程，是从事光学工程、光学设计、高精密光学仪器的研究人员必须学习的基础知识，也是一门衍生于古老光学又与现代科技发展紧密联系的课程。通过本课程的学习，使学生了解和掌握点探测器和像探测器的基本原理及光电检测技术所必需的各种基础知识，具备进行低噪声光电探测设计的能力。为了提高教学质量、提升教学效果，笔者根据自己的教学实践，从教学内容和教学方式的改革上浅谈几点看法。

二、教学内容改革

（一）删繁就简，把握教学内容重难点

课程安排在硕士研究生第二学期进行，共32个学时，之前采用西安电子科技大学出版社出版的安毓英编写的《光电探测技术及应用》一书。该版教材内容量大，很难在32个学时内完成，且下篇的内容数学性很强，公式推导繁冗复杂，不适合某些相关专业的研究生进行选修。因此现将教材改为同样由西安电子科技大学安毓英编写的由科学出版社出版的《光电探测与信号处理》，该教材共有五章内容，且这几章的内容很多与学生在本科阶段学习的专业课有重复，但也不完全相同，是本科教学内容的深入与延展，因此讲授中需做到把握清楚重点难点。在第一章光电探测基础的讲授中，应将光电探测器的物理效应、光电探测器的性能参数以及噪声作为讲课重点，因为这三节是学习第二章和第三章的基础，其中光电探测器的物理效应与第二章的点探测器具有一一对应的关系，而第三章的直接探测和外差探测全部是围绕如何降低探测器的噪声来展开。而对幅度学与光度学的内容，学生在本科阶段已经学习过三度学的相关内容，只需简单地复习与回顾即可，不应占用过多时间进行大面积深入的讲授。

（二）环环相扣，找出教学内容的关联

把握清楚教学的重难点是搞好教学的重要一步，在此基础上还应该把握教材内容之间的联系。例如：在教学过程中将第3.4节阈值探测的光电探测统计与5.1节信号检测的基本问题结合起来讲，因为它们都是以概率与统计学中的条件概率为基础，讲授阈值条件和虚报概率与漏报概率之间的关系。

（三）查漏补缺，丰富关键教学内容

任何教材都不是完美的，尤其针对不同的授课对象及教学需求，因此教师作为教材和学生之间的纽带，需要对教材的内容进行合理删减与增添。例如，在3.5节锁定放大器的教学中，待测信号是参考信号的奇次谐波和偶次谐波时的情况，教材上没有做交代，因此，笔者参考北京理工大学胡士凌编写的《光电子线路》一书对内容进行了增加補充。为了开拓学生的眼界，使学生不拘泥于课本所学，在4.6节CMOS图像传感器的讲授中，笔者将中科院长春光机所官网公布的关于CMOS图像传感器的历史和最新研究进展现状与学生分享，使他们紧跟时代的潮流，同时了解我国的光学类研究所的发展现状和主要研究方向等，引导他们养成关注前沿科学的良好习惯。

三、教学方法的改革

（一）进行翻转课堂

不同于本科生的学习主要依赖教师讲授，研究生的主要工作在于自己对课题进行研究探讨，并将自己的研究思路与成果表达出来。因此自发查阅文献，总结问题，提出解决方案，制作幻灯片做出汇报是研究生培养的重要环节。在本门课程的学习中，有许多设计类的问题，如1.9节探测器的主要性能参数设置一节中，采取学生自己设计并讲授然后进行师生讨论的方法进行教学。在光谱响应率的测试中，学生通过自己绘图讲授，明白了设计原理，扩展了思路。作为教师，此时进一步地进行引导和启发，提出问题“还有什么其他方法进行测试”，学生进行讨论思考，最终得出还可以采用参考光源的方法进行测试。在这样的翻转课堂教学过程中，学生拥有了课堂责任感，因此更加积极主动，而且自己设计出的方案一定是比被动接受教师的方案更加记忆深刻，理解也更透彻。

（二）理论与实际相结合

光电探测与我们的日常生活息息相关，在讲述光电池的时候，将近年我国太阳能光伏产业的发展现状与前景，以及在发展与环境的冲突日益加剧的今天，太阳能发电有环保和安全性高的特点等向学生做相关介绍，激发学生的学习兴趣，使他们明白所学知识是和日常生活紧密联系的。太阳能利用主要有光热发电和光伏发电两种形式。光伏发电以太阳能电池技术为核心，技术相对成熟，目前太阳能电池主要分为：以晶硅电池为代表的第一代太阳能电池，以硅基薄膜、CdTe、CIGS电池等为代表的第二代薄膜电池和以GaAs叠层电池为代表的第三代太阳能电池。硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件，它的核心是PN结。通过这样的讲述，学生自然地把光生伏特效应、PN结以及光电池的相关概念全部联系了起来。

（三）教学与科研相结合

学生的学习诉求不仅仅局限于本门课程的知识，他们对于任课教师的科研工作也有着浓厚的兴趣。教师将自己的最新科研进展与学生分享，并介绍自己的科研工作与本门课程中存在的联系，不仅能缩小师生之间的距离感，更能使学生完成一个本科生到研究生的蜕变。研究生课程的教学，不只是“授之以鱼”，更应该“授之以渔”，不只是传授教材知识，更重要的是拓宽学生眼界，培养他们的科研调研能力，分析解决问题的能力以及表达自己科研思路的能力。

四、结语

对光学工程专业的研究生来说，光电探测技术及应用是一门非常重要的专业基础课。在过去的教学实践中，笔者通过调研各种教材资料、期刊文献以及相关的网络报道以期给学生呈现一门全方位的、立体的、生动的课程，激发学生对光电探测的兴趣，对从事光学研究与光学设计的兴趣，拓展学生的视野，使学生时刻走在科技前沿，引导学生自主思考、自发学习，培养学生主动解决问题的能力。作为研究生课程的主讲教师，应重视教学，不断思考学习以丰富完善教学内容，优化教学方法，深化教学改革，为学生今后的科研工作打下扎实基础。

参考文献：

[1]安毓英，曾晓东.光电探测原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.

[2]安毓英，曾晓东，冯喆珺.光电探测与信号处理[M].北京：科学出版社，2010.