光电检测技术课程泛教材化的探讨与尝试

郭 婧 刘义亭 黄家才

南京工程学院自动化学院 江苏南京 211167

所谓泛教材化是指在教学过程中，突破传统教学中固定教材的桎梏，不再指定学生固定的学习教材，而是给学生指出学习目标和学习方向，由学生自主选择教材学习，提高学习效率，巩固学习成果。光电检测技术是测控技术与仪器专业基础课程，南京工程学院(以下简称“我院”)的测控技术与仪器专业设置在自动化学院，大的应用背景是工业自动化，为新兴的机器人专业提供较好的测量与控制服务。控制为主，测量为辅，以培养宽口径、综合实践型人才为目标。本文指出了在工业自动化大背景下光电检测技术课程的泛教材化的必要性，并指出了实施的可行性。

在传统的测控技术与仪器专业的培养计划中，光电检测技术的先修课程为工程光学，工程光学课程给出了光电测量当中的光学基本知识和光路系统，但是在自动化学院的测控技术与仪器专业，其应用背景为以控制为主，测量为辅，培养计划中将工程光学课程合并至光电检测技术课程中进行综合教学，并且学时仅为32，给光电检测技术课程的教学提出了新的难题。

1 光电检测技术发展及教材使用现状

1.1 光电检测技术教材使用情况分析

目前光电检测技术的经典教材有中国计量出版社出版的《光电检测技术》[1]。这本教材在光电检测领域是很经典的教材，优点在于立足于半导体器件的知识，对光电检测器件的原理性内容讲解得比较清楚，并且涵盖内容较广，对典型的光电检测元件和测量电路都有涉及，并且有配套的光电检测习题册，方便学生课后复习和巩固。但对于一个二本院校的学生来讲，也有不足的地方，最明显的就是教材过于侧重原理的讲解，且涉及了过多的半导体知识，学生很难在短短的32学时内掌握，且根据我院设置的培养计划和教学大纲，在光电检测的课程中还应该把典型光学系统的内容糅合进去，这本教材在这方面介绍较少。

另一本经典教材为机械工业出版社出版的《光电测试技术》[2]。这本教材在编著上面的显著特点是将光学基础部分的内容放在了第一、二章，并在第三章中强调了光源。对于光电检测而言，区别于其他传感器之处就在于它的光谱匹配性，光源的讲解必不可少，同时也符合培养计划中关于光学基础部分内容的讲解。但是在上课过程中，同学普遍反映教材没有配套的习题册可供参详。教学过程中尝试指导学生采用雷玉堂版本的习题册，但由于雷玉堂版本教材较难，习题难度也较大，学生难以适应。

所以指定教材在使用过程中，学生对教材的依赖性较大，脱离了固定教材就变得无所适从。

1.2 光电检测技术发展现状

上面我们分析了在教学过程中所采用的两本经典教材各有利弊，而从光电检测技术的发展现状来看，泛教材化也是一个必然趋势。光电检测技术的发展趋势主要表现为高精度、智能化、数字化和多元化[3]。智能化和数字化主要体现在：电检测的前端设备不再是一个纯粹的光电检测元件，而是光电传感器，测量电路和模数转换集合在一起形成了智能模块，其输出信号为数字信号。同时光电检测仪器的检测功能向综合性、多参数、多维测量等多元化方向发展，并向人们无法触及的领域发展，如微空间三维测量技术和大空间三维测量技术[3]。

2 泛教材化的必要性和选择

2.1 目前所采用单一教材的劣势

通过上面的分析，我们总结得知，在前面的教学中主要存在以下几个问题：

第一，对于应用型二本院校，经典教材普遍存在知识点偏原理性内容的现象；

第二，知识点较难，理论性强，很难和实际应用相结合，不能突出光电检测在应用中的地位；

第三，根据教学大纲的要求，教材需要融合基础光学内容和光电检测，没有适合二本院校使用的这一方面的教材；

第四，在这个信息爆炸的时代，光电检测技术的发展是日新月异的，可以说教材一出来就已经落后于现有的发展速度了，所以，单一教材的选择也满足不了教学的要求。

2.2 光电检测泛教材化教材的选择

如前所述，所谓的泛教材化，是不给学生指定单一教材，而是给学生列出参考书单，鼓励学生充分利用图书馆电子资源，结合网络上及时推送的新发现、新技术增进对课堂内容的理解，达到教学的目的。那么对于现在这个知识和信息爆炸的时代，网络上的信息量是非常大的。如果仅仅是一句泛教材化就把学生推到信息化的洪流当中去，显然这样的教学是不负责任的。所以在教学过程中教师应该对课程的教材和相关电子资源有一个整体的认识，给学生列出几本推荐教材，给出几个经典网站，让学生做到有纲可循、有例可查。教师在备课时，也不再以一本教材为主，而是根据学生学习的情况，选用经典教材的经典章节，并从相关的网络资源中，选择合适的、先进的例子结合讲解。具体到每一个章节，在上课的过程中，应该明确指出这一章节的内容主要是以那本教材为基础，同时建议学生可以从哪一方面入手去网络查找相关资料，即以教材为基础，以网络为拓展，提高学生学习的自主性和积极性。

考虑到与目前光电检测技术课程大纲结合，选用了4本基本教材和一个网站，分别是：北京理工大学出版社出版的《应用光学》[5]、中国科技大学出版社出版的《应用光学》[6]、中国计量出版社出版的《光电检测技术》[1]、机械工业出版社出版的《光电测试技术》[2]和光行天下论坛(网址：http://www.opticsky.cn/)。

在教学过程中，光学基础部分包括典型光学系统和光度量，这部分内容主要参考文献[5]和[6]，内容比较通俗易懂，光电传感器部分原理性的内容主要参考文献[1]和[4]，紧随其后的光电检测电路部分的讲解是从应用实例着手，结合前面的光学基础和前端的光电传感器综合讲解，让学生不仅知道为什么，还能知道怎么用、用在哪。这一部分的应用实例主要来自于光行天下论坛。

3 泛教材化教学的尝试

3.1 教学内容的选择

在教学过程中已经对部分章节的教学的泛教材化进行了初步的尝试，由于前面尚未对大纲进行修改，所以大部分内容还是固定教材的，仅选择“发光与耦合器件”这一章进行了尝试。按照原固定教材，这一章内容包含光源和耦合器件两部分讲解，包含6小节，而只给了4个学时，2学时光源，2学时耦合器件。那么这4个学时内完成教学除了在内容上要做出适当的取舍，在教学的方式方法上还要有所改进。所以这一章光源部分教学时干脆摒弃了固定教材的想法，以举例子为契机，引导学生自主选择教材和学习内容，增加课前预习时间，课堂讲授时间进行压缩。

3.2 泛教材化的教学设计

这一部分的教学分成了3个步骤。第一步：举例现在比较热门的光源：智能灯具。在进行光源内容的教学之前，引导学生去想象究竟什么才叫智能，怎么样的光源才能称为智能。第二步：学生自主查找资料，他们将会发现在固定的课本上可以找到什么叫光源，光源有什么作用，但是无法找到智能光源的内容。由此他们将目光转向了网络，网络知识更新很快，对什么叫智能光源给出了比较多的范例。学生通过对固定教材的查找，能够大体了解光源的工作原理，而通过对其他教材和网络的查阅，可以了解其实际的应用，跟现在的光电检测工业应用水平相接轨。第三步：上课讲解。上课讲解时1学时完成原理性内容的讲解，还有1学时侧重应用。

3.3 泛教材化的实施效果

学生通过课前的泛教材化的预习了解到，光源不光是测量需求，也是照明需求。目前照明这一块跟智能家居相结合，称为智能照明。智能照明让照明灯具可以具有自主判断能力，可以根据时间、光线抑或是声控等方式来控制灯的开关、亮度以及颜色等。每天出门无须担心家里有灯没关，智能灯具会自动关闭。在亮度足够的时候，智能灯具也会自行降低亮度来节省能耗。那么这样一个照明就不仅是传统意义的照明还涵盖了光的检测。

所以课堂讲解的过程中，首先讲解传统光源，讲解传统光源的时候，重新巩固基础光学当中的光度量的问题。对传统光源了解过后，要求学生结合课前预习内容能够回答何为智能。学生会指出根据时间、光线抑或是声控方式来控制灯的开关、亮度及颜色称为智能。这里就能引入课程前面学习过的光电传感器的内容，有了光电传感器才能根据光线来控制光源，同时还能结合单片机和其他传感器实现时间和声控对光源的控制。所以泛教材化的学习使得光源的教学不仅仅是光源，而是一个模块化的教学方式，要求学生在知道如何用传统的光电检测仪器的基础上，要有宽阔的视角和敏锐的职业触感，不仅仅停留在书本和课堂的内容上。

从教学效果上来看，学生上课的积极性有所提高。主要因为原先的教学以教为主，学生负责被动的接收，而泛教材化教学的基础，是学生课前对课堂内容的准备，对于智能光源这个例子，实用性比较强，学生很容易看到所学知识都是如何应用的，所以很感兴趣，这就化被动学习为主动学习，学习效率得到了明显的提高。

4 结语

本文在光电检测课程多年教学基础上，结合二本院校对应用的需求，指出单一化教材在实际教学过程中存在的弊端，提出泛教材化的概念，即摈弃单一教材，给出多本教材和网站，针对每个教学单元，从实际例子入手，选择合适的教材。文中给出了光源部分的教学尝试，教学效果较好，可以针对整个课程的教学进行推广。