《光电检测技术》实验教学改革探讨

摘 要：实验教学是培养理工科学生实践与应用能力的关键环节，亦是培养学生创新思维、提升综合素质的重要方式。《光电检测技术》是仪器仪表、电子信息以及光电等相关专业较为重点的课程之一，因此，《光电检测技术》实验教学质量与学生综合素质的提高密切相关。为适应时代发展的要求，全面提高学生综合素养及创新能力，本文对《光电检测技术》实验的教学内容、教学方法以及相应的考核方式进行了初步的改革探讨，希望可以为相关课程负责教师提供一定的教学改革工作思路，也希望由此促进学生对光电领域知识的理解。

关键词：实验教学 创新思维 光电检测技术 教学改革

Discussion on Experimental Teaching Reform of Photoelectric Detection Technology

GAN Yongjin

（1.School of Physics and Telecommunication Engineering， Yulin Normal University， Yulin， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 537000 China;2.Optoelectronic Information Research Center， Yulin Normal University， Yulin， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 53700 China）

Abstract：Experimental teaching is a key link in cultivating the practical and application ability of science and engineering students， it is also an important way to cultivate students' innovative thinking and improve their overall quality.Photoelectric Detection Technologyis one of the more important courses in instrumentation， electronic information， and optoelectronics. So the experimental teaching quality ofPhotoelectric Detection Technologyis closely related to the improvement of students' comprehensive quality. In order to meet the requirements of the development of the times and comprehensively improve students' comprehensive literacy and innovation ability， this article discusses the preliminary reform of the teaching content， teaching methods and corresponding assessment methods of thePhotoelectric Detection Technologyexperiment. It aims to give teachers in charge of relevant courses some ideas for teaching reform， and hopes to promote students' understanding of knowledge in the field of optoelectronics.

Key Words： Experimental teaching; Innovative thinking; Photoelectric Detection Technology; Teaching reform

現代科技的快速发展，对各类检测技术都提出了更高的要求。光电检测技术因具有较高精度、非接触式测量、高速以及实时在线等优点，在工业、农业、军事以及日常生活等应用领域都引起了广泛关注。光电检测技术作为一门交叉学科，涵盖物理学、光电子学、电子信息以及仪器仪表等相关理工科涉及内容，该门课程基础性强、涉及面广、实践性强。《光电检测技术》课程作为仪器仪表、电子信息、光电以及通信工程等相关理工专业的核心课程之一，开设该门课程的目的是培养学生在光电相关领域的理论以及实践能力。作为一门实践性较强的课程，《光电检测技术》实验教学对学生动手能力以及应用能力有较高的要求。在信息化时代，传统的《光电检测技术》实验教学中存在一定的问题，如“灌输式”教学限制了学生的创新能力发展、教学内容过于陈旧、实验平台有限、教学方式老套、课时安排不合理、考核方式单一等，这些实际的教学过程中遇到的问题，不仅影响实验教学效果和质量，对学生综合素质的培养、创造力的开发以及应用能力的培养也有一定的限制。

因此，为激发学生的学习热情以及对新知识的求知欲，充分调动学生的积极性，提升实验教学质量，培养学生实践与应用及创新能力，本文对《光电检测技术》实验教学中遇到的问题进行分析和探讨，并相应地提出初步的改革措施，旨在改善该门实验课程的教学效果，希望可以为相关课程负责教师提供一定的教学改革工作思路，也希望由此促进学生对光电领域知识的理解。

1 实验教学现状分析

《光电检测技术》实验教学内容涵盖了HE-NE激光器搭建及调腔实验、基于迈克尔逊干涉光路的微形变测量、光敏电阻特性、光电二极管特性等实验环节，内容多且操作难易程度不同，针对目前这些实验教学中遇到的实际问题，本文将《光电检测技术》实验中普遍存在的问题做了归纳总结，并概述如下。

1.1实验内容的落后

《光电检测技术》实验教学内容大部分为验证性^[1]以及演示性实验，如光敏电阻特性、光电二极管特性等，而对于自主创新的设计性、综合性实验占比较少，尤其是可以促进学生就业的应用型实验更是缺乏^[2]。由此一来，相关的实验教学内容与信息化时代脱节，无法与科技前沿、社会热点以及最新的应用接轨，陈旧的实验教学内容使得学生产生疲态感，缺乏学习热情，也不利于学生创造性思维以及综合素质的培养，无法锻炼学生解决实际问题的能力。因此，对《光电检测技术》实验教学内容进行更新和变革是该门实验课程教学改革的关键一步。

1.2“灌输式”的实验教学方法限制学生创造力的培养

《光电检测技术》实验教学过程中，大部分实验教师依旧采用陈旧的教学方法^[3]，即实验教师在实验前给学生提供实验指导书，学生根据实验指导书进行预习。实验时，由实验教师根据实验指导书，对实验的原理、内容、步骤以及相关仪器设备的使用进行讲解，然后学生再结合指导书的说明一步一步地进行实验。这种“灌输式”的教学方法使得学生不需要对实验的原理进行太多的思考和探究便可以完成相关的实验，学生一直处于被动学习的状态，忽略了学生主动质疑以及主动思考的能力培养，脱离以学生为中心的教学观念，不利于调动学生的积极性和主动性，限制了学生创新能力和创新思维的培养，背离了培养创新型、应用型人才的教学目的。

1.3实验设备的缺乏

由于光电检测技术相关的实验设备以及耗材较为昂贵，因此对于一般高校而言，光电检测技术相关的实验室中实验平台数量配套较少，而学生数量逐年增多，实验配套设备数量与学生人数间的矛盾日益凸显^[4]，难以满足每个学生在课上都可以单独使用一套设备进行实验的需求，这必然对教学效果产生不利影响，对学生动手能力、实践能力的培养也有一定阻礙。另外，光电检测技术相关的精密仪器普遍价格昂贵且却极易损耗，每年更新耗材也是一笔很大的开销。

1.4学生难以理解抽象性的实验

《光电检测技术》实验内容大多较为抽象，单纯依靠实验教师在实验课程上一边进行实验原理及仪器操作等相关讲解，一边同时演示实验操作的方式进行教学，学生无法有直观感受，导致学生对知识点以及实验现象模棱两可^[5]。比如，由于光电测量技术中必须用到精确的相关光路或光学系统来体现和保证最终光电测量技术的精度，而这些光路和光学系统的精确度，需要有相当复杂的调试过程：一方面需要人眼非常细致地观察光路中一些只能容纳一只人眼来看的小孔径内部的情况来保证调试的精度，这使得实验教师的讲解和学生的理解都有相当的抽象性，通常双方都需要花费大量的实验课时间来互相理解基本的现象，造成实际实践操作时间减少;另一方面鉴于激光对人眼和人体有一定的伤害性，调试过程又不能全程都用人眼直接观察激光的传输过程，这使得光路的调试更多时候需要花费更多的时间和精力来获得足够的调试经验，才能更好地获得实验效果，也直接造成了实际实践操作时间的减少。

抽象性的实验导致学生在短时间内无法充分理解实验内容，这必然会造成实验课堂教学效果不佳，学生理解不透彻，打击学生的学习信心。因此，如何将抽象性的实验内容以更直观、更生动的形式展示给学生，亦是值得深思的主题。

1.5考核方式单一

《光电检测技术》实验的考核方式大多以学生完成各个实验报告的质量作为评分依据，这种考核方式过于单一^[6]，单纯通过实验报告的情况不能全面地反映学生的实际操作能力，缺乏对学生实践能力和创新能力科学、合理的评估，可能会出现学生实验完成质量一般但为获得高分而抄袭实验报告的情况，造成不良影响，实质性的教学效果并未达到。因此，更为合理、科学、有效的考核方式仍待进一步的探讨。

针对以上阐述的问题，本文初步探讨了《光电检测技术》实验教学的改革方法，希望可以对该门课程的实验教学质量的提升有一定的促进作用。

2 实验教学改革措施

2.1增设开放性、综合性实验

通过在传统的实验教学内容的前提下保留关键的实验内容，对部分过于老旧的实验内容进行删减，增加开放性、综合性实验^[7，8]，优化实验内容，从多方位提升学生的素质与能力。根据实验室现有的设备和仪器，结合工业领域及相关行业的热点应用拟定实验题目，由学生独立设计实验方案并完成实验操作、分析数据以及总结、归纳。在开放性、综合性的实验中，学生作为主导角色，教师负责引导及答疑。

综合性、开放性的实验开设，更能体现以学生为中心的教学观念，学生在教学环节中从被动角色转换为了主动角色，可以极大程度地发挥学生的主观能动性，学生自主提出疑问，并自主分析、解决问题，最后总结、归纳，注重技术实践探索与应用^[9]。这一过程很大程度上提升了学生的综合素质，锻炼学生的分析能力、创造思维等。

2.2提高实验教学的信息化程度

通过互联网信息化手段^[10]，建立学生与实验教师的网络互动平台，令实验教学具有更高的信息化程度，使得学生不受时间、地点的限制，方便了解课程的最新动态，学生可以自主下载实验操作相关视频以及相关实验的指导书等操作资料，使师生交流实时性得到提高，便于师生信息交互。信息化技术融入实验教学，搭建网络互动平台，使得实验教学手段更为多样化，实验教师的工作量也在一定程度上得以减轻。

新颖的、先进的信息化技术可以优化课堂结构，使知识点可以更多层次、更多角度、更为直观形象地展示给学生，利用信息化手段将实验教学和网络教学有机结合^[11]，使實验教学紧跟信息化技术发展的步伐，可以加深学生对学科知识的理解，激发学生学习兴趣，使得教学过程更为有效，对取得良好的教学效果具有良好的促进作用。

2.3“以赛促学”，将理论应用于实际

《光电检测技术》实验教学的内容可以适当与社会热点、学科竞赛主题相结合，由此一来，学生可以在平时的实验中将理论知识点与实际应用问题结合起来，加深对相关知识点的理解，并且在平时的实验中结合全国机器人人大赛、蓝桥杯、人工智能大赛、电子设计大赛、无人机大赛、全国大学生物联网设计大赛等相关学科竞赛，不仅可以使得实验教学内容丰富多彩，也可以给学生指引学习以及就业方向，提高学生的学习兴趣，刺激学生的探索和求知欲望，使学生对所学专业有更全面、更深刻的认识。另外，学生根据社会热点、学科竞赛主题等制定实验方案，并且通过搭建实际光路、电路以及编写代码去解决实际问题，再根据平时接触的实验内容申报大学生创新创业项目，由此锻炼学生的科研能力，丰富实验课程内容，拉近教学与科研的距离，促进两者的有机融合。

2.4虚拟仿真技术应用于实验教学过程

针对实验平台及相关设备数量远少于学生数量的问题，为了使每个学生都能参与到实验中，提高实验设备的有效使用率，可以借助虚拟仿真技术构建光电检测虚拟仿真实验平台，使得学生不受时间、空间的限制，可以自由、自主地通过虚拟仿真实验平台进行实验搭建。学生通过虚拟仿真实验平台进行了相关实验的操作后，对实验有了较为直观的体验后，可以加深对实验的理解与体悟，促进学生对实验的熟练程度，学生到实验室进行实际实验时，可以一定程度上提高实验完成的效率，使得实验设备在一节课内的使用率更高，更多的学生可以在课堂时间内参与进来并有效地完成相关实验。另外，虚拟仿真技术融入实验课程中，可以将抽象的理论知识动画化，便于学生对理论知识的理解，可以很大程度上提升学生的学习热情，促进学生学习的自主性，刺激学生的创造性，对取得良好的实验教学效果有很大的帮助。另外，虚拟仿真技术的融入，一定程度上可以减少对光学检测相关较为精密、昂贵的仪器和设备的不必要的损耗。

2.5采用综合评价考核方式

传统实验考核评价方式以实验报告为主要依据，存在片面性^[12]。为了使得《光电检测技术》实验教学更为科学、合理，本文提出通过丰富实验教学考核方式，以多样化的考核方式进行评价，使得评价结果更为客观合理，具体简述为：评价结果由预习报告、实验操作及实验报告3个部分的评分组成^[2]，这3个部分分别占总分比重的20%、40%、40%。其中，预习报告要求学生根据自选的开放性实验内容，自行调查该实验的实际应用背景，撰写调研报告，理解实验原理并由此制定实验方案及开展的具体步骤;实验操作由实验教师根据学生的操作规范程度以及所得实验结果，结合实验的新颖性、实用性、实验完成程度对学生进行评价;实验报告是实验教师根据学生对实验数据的整理、分析以及学生对该次实验的总结进行评分。通过综合性的评价方式，可以更全面、更科学、更合理地评定学生的学习成果。

3 结语

《光电检测技术》实验是一门实践性较强的课程，该门课程的实验教学对学生的动手能力以及应用能力有较高的要求，实验教学质量的好坏直接关系到学生动手能力、创新思维以及相关综合素质的培养。

传统的《光电检测技术》实验教学存在一定的弊端，本文分析、总结教学内容、教学方法、实验设备以及考核方式上存在的一些问题，并提出了相应的改革措施，包括增设开放性、综合性实验，提高教学信息化程度，结合虚拟仿真技术，采用综合评价的考核方式等，希望通过这些改革措施，可以有效地改善《光电检测技术》实验教学中存在的现实问题，提高实际的教学质量，调动学生的积极性，使得学生的综合素质得到全面提高，为培养应用型人才提供助力。

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