光电测试技术与系统教学改革实践
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作者:刘震
摘要：针对本科生专业必修课光电测试技术与系统教学中存在理论与实践脱离的问题，从教学方法、教学内容、开放式实验、考核方式等方面进行了教学改革尝试，该课程将理论讲授与科研实践结合起来，取得了较好的教学效果。
关键词：光电测试技术与系统;教学改革;科研实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）16-0170-02
高水平的高校教学工作是保证人才培养质量的关键，教学工作又是一项涉及面广、影响因素多的系统工程，而影响教学质量的三个核心要素是教师、学生和课程。因此，课程建设是确保人才培养质量的最重要的教育教学基本建设任务之一，是教学改革的核心，对教学质量的提高，具有十分重要的战略意义。
本科生专业必修课是大学生获取本专业知识的重要途径，是本科生培养的重要环节。光电探测器件及利用光电探测器件实现的测试技术及系统是从事仪器仪表、光电工程、精密仪器、自动控制等领域工程技术人员必须需要学习的基础内容之一。尤其是随着CCD和CMOS图像传感器的日益普及和应用，光电测试技术已经变得越来越重要。让本科生更好、更早地学习光电探测器件、光电测试技术及系统对提高大学本科教学质量具有重要意义，也有很多学者在类似课程教学中进行了教学改革的尝试[1-4]。
光电测试技术与系统是本科三年级专业必修课，主要旨在从光电测试用光源、光电探测器件、光电测试基本原理及技术、典型光电测试系统，以及在工程实际中的具体应用等方面，使学生全方面了解和掌握设计一个完整的光电测试系统所需要的各个层面的知识。
目前光电测试技术与系统课程的讲解主要通过板书和PPT形式让学生们学习基本理论和基本应用实例，学生理解各种光电探测器件和光电测试技术的基本原理和实际应用不深刻，且实验内容相对老旧，已经无法反映目前光电测试技术的最新水平。针对以上问题，本文从教学方法、教学内容、开放式实验、考核方式方面进行了教学改革与实践，并提出以下几点建议。
一、采用理论讲授与科研实践相结合的教学方法，提高学生学习兴趣
传统的光电测试技术与系统教学中以板书结合PPT讲授为主。但光电测试技术与系统不但包括一些基础光电探测器件工作原理的介绍，而且包括一些测试技术与系统工作原理的介绍，包括大量的公式、电路图和系统结构图。仅通过板书和PPT很难让学生更直观地了解这些器件及系统。为此，我们在与课程相关的科研成果中选取部分实例，例如，可编程智能相机、线结构光视觉传感器、三维扫描传感器等最新的科研成果。将这部分科研成果实例与课本中的公式、原理和图示等有机地结合起来，以视频、动画、图片和实物的方式带入课堂，并设计相关讨论与科研实践题目，让学生能够参与到教学中。在使用这些设备进行教学实践时，设备是已有的设备，软件已经进行了模块化设计，学生可以根据兴趣选择不同设备，结合课堂讲授的理论知识可以很快了解设备工作原理和软件基本框架，然后操作设备进行实践，并将结果进行分析处理，最后通过课堂讨论形式介绍科研实践的收获和体会。这个环节不但可以增加学生们的参与程度，也让学生从设计者的角度重新考虑所学知识，知道为什么要这样设计，怎么设计才最好。激发了学生们的科研热情，为学生以后参加科技活动及研究生阶段学习打下良好基础。
另外，在课堂上提出开放性的问题，结合科研实践让学生学会主动思考并尝试运用相关知识解决问题，提高学生的主观能动性。
二、采用理论讲授与科研实践相结合的教学内容，让学生更好更多地掌握相关的知识
传统的光电测试技术与系统课本中多以理论为主，且缺少最新的研究成果。为此我们将最新的科研成果带入教学当中，丰富了教学内容，可以让学生更好、更多地掌握所学知识。
第一，跟踪国内外关于光电测试技术与系统的最新研究成果，将最新的研究成果（主要包括了最新的光电成像方法、光电测试方法、光电测试系统等内容）与课程中光电测试技术的基本工作原理的理论讲述结合在一起，让学生了解这些基础器件和技术可以应用的领域及方法原理，可以使学生在多个方面加深理解这些光电探测器件和测试技术。
第二，从科研成果中挑选部分可以携带的光电探测器件或光电测试装置引入到在课堂教学中，例如，线结构光视觉传感器、三维扫描传感器等，在讲述课堂内容时展示这些光电探测器件及装置的工作过程及结果，让学生可以亲眼看到、亲手操作这些器件及装置，这样可以让教学更加生动，更加激发学生的学习热情。
第三，在教学中，通过课堂讨论和课后实践形式介绍科研实践的收获和体会。这部分重点要提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，重点培养学生的科研精神。我们也鼓励学生参加学院的仪器光电杯和学校冯如杯比赛，让学生们将课本上学到的知识得到具体应用，并在科研活动中锻炼培养他们的科研精神。这个环节不但可以提高学生们的参与程度，同时也激发了学生们的科研热情。
三、设计开放式实验内容、提高学生们的动手能力
我们根据科研工作中研究出的科研成果重新进行实验内容和实验方法设计，编写对应的教学实验大纲。实验包括了两大部分，一部分是常规的实验课，有明确的实验步骤和仪器;另外一部分是一个开放式的實验内容：通过视觉传感器测量球的直径。开放性实验内容不对设计方法进行硬性规定，而是给学生一个自由选择的机会。学生们可以根据自己的理解选择实验方法完成球直径的测量。为什么选用球直径测量进行开放性实验呢？主要是因为在科研实践中我们发现，球直径测量与本课程直接相关，并具有测量方法多样化且各有优势的特点，没有一个最好的测量方案。因此学生可以根据各自理解选用各自实验方法，通过发现问题、分析问题、解决问题来更好地理解课堂所学内容，并通过PPT形势报告自己的实验结果，说明设计方案、实验过程和实验结果及分析，全面锻炼了学生的动手能力。 四、改进教学效果的评估方法
通过课堂互动、借助网络平台，对教学效果信息进行收集，了解学生对教学改革效果的意见和建议，进行多次迭代改进，达到提高教学质量的最终目标。在考核方面，采用期末考试+实验+平时成绩的考核方法。期末考试重点考核学生综合运用所学知识的能力。期末考试成绩占总分的80%，实验成绩占总分的15%，平时成绩占总分的5%。
五、小结
光电测试技术与系统教学中的理论多、概念多，还有很多仪器的原理和应用介绍。如果仅采用板书和PPT结合是无法达到满意的教学效果。学生不爱学，学不会，并且容易忘。为此，我们将科研项目中的部分内容通过视频、图片和动画的形式展示给学生，帮助学生更好地理解学习内容。同时在课堂上引入科研成果实物，提出开放性问题，引导学生发现问题、分析问题、解决问题，提高学生们的科研热情。另外我们也设计了灵活开放的实验课内容，让学生们可以灵活地决定实验内容，并对实验结果进行分析比对，最后学生们在课堂上展示实验结果。这一系列的教学改革尝试就是为了提高学生们的学习兴趣，让他们更加深入地理解所学知识，并通过实验进行实践和验证。通过实验教学发现该方法教学效果显著提升。
参考文献：
[1]张戈，胡冬梅，黄大勇，郭建昌，孙树平，尉乔南.光电检测技术及应用课程实践教学改革探索[J].教育教学论坛，2019，（11）：160-161.
[2]冯国强，童爱红，吉紫娟.“光电技术”课程理论与实践教学改革的探索[J].湖北第二师范学院学报，2019，（02）：64-67.
[3]师树，恒张涛.“光电测试技术”课程教学体会[J].中国电力教育，2011，（24）：176-177.
[4]温宏愿，窦如凤.应用型本科光电检测技术课程教学改革的探讨[J].大学教育，2018，（07）：36-38.
"Optoelectronic Measurement Technology and System" Teaching Reforms Investigation
LIU Zhen
（School of Instrumentation and Optoelectronic Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China）
Abstract：In order to solve the problem of separation of theory and practice in teaching the undergraduate professional compulsory course "Optoelectronic Measurement Technology and System"，teaching reforms have been tried in ways of reforming teaching methods and teaching content，conducting open experiments，and changing assessment strategy.This course combines theory teaching with scientific research practice and achieves good teaching effect.
Key words：optoelectronic measurement technology and system;teaching reforms;research practice
收稿日期：2019-07-22
基金項目：北京航空航天大学教学改革项目“理论与实践相结合在‘光电测试技术与系统’教学中的探索与实践”资助
作者简介：刘震（1975-），男（汉族），辽宁沈阳人，副教授，博士，研究方向：智能光电系统开发。
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