林承友　邵曉紅　祁欣　戰(zhàn)可濤　王維

摘 要：本文闡述了光電子技術(shù)在光電子專業(yè)導(dǎo)論課程中的重要地位，并根據(jù)筆者自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，討論了光電子技術(shù)專業(yè)導(dǎo)論課程中光電子技術(shù)的教學(xué)思路、內(nèi)容及方法。根據(jù)對(duì)專業(yè)導(dǎo)論課程以及光電子技術(shù)知識(shí)的特征分析，提出了在進(jìn)行專業(yè)導(dǎo)論課程中光電子技術(shù)教學(xué)時(shí)宜采用的總-分-總教學(xué)思路；通過對(duì)光電子技術(shù)基本概念、特征與內(nèi)容，典型光電子技術(shù)，光電子技術(shù)各部分之間的聯(lián)系等教學(xué)內(nèi)容的分析，總結(jié)了教學(xué)內(nèi)容的選擇方案；最后，介紹了舉例與內(nèi)比等教學(xué)方法在導(dǎo)論課程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：專業(yè)導(dǎo)論；光電子技術(shù)；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（c）-0000-00

Study on the teaching method of optoelectronic technology in specialty introduction course

Chengyou Lin， Xiaohong Shao， Xin Qi， Ketao Zhan， Wei Wang

College of Science， Beijing University of Chemical Technology， Beijing 100029， China

Abstract： The importance of optoelectronic technology in specialty introduction course is elaborated in this paper， and then， according to authors teaching experience， the teaching concept， content， and method of optoelectronic technology in specialty introduction course are discussed in details. According to the analysis of the features of specialty introduction course and optoelectronic technology content， we propose a total-point-total teaching though for the teaching of optoelectronic technology in specialty introduction course. In addition， by analyzing the photoelectron technology basic concept， features and content， the typical optoelectronic technology， and the relationship among the contents of optoelectronic technology， we give a scheme for teaching contents choosing. Furthermore， we introduce the teaching methods of example and comparison in the teaching of specialty introduction course.

作為高校學(xué)生入學(xué)后的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，專業(yè)導(dǎo)論，亦稱為專業(yè)概論，是學(xué)生在進(jìn)行相關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)前應(yīng)接受的基本訓(xùn)練。專業(yè)導(dǎo)論通過對(duì)本專業(yè)性質(zhì)、特征與內(nèi)涵、知識(shí)體系、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法、課程設(shè)置、就業(yè)方向等介紹，使學(xué)生了解本專業(yè)的基本情況，明確在一定階段內(nèi)專業(yè)學(xué)習(xí)的主要任務(wù)，從而有助于學(xué)生提高學(xué)習(xí)的針對(duì)性與目的性。

近年來，光電子技術(shù)[1-3]在科學(xué)與技術(shù)方面發(fā)展迅猛，使其成為當(dāng)今信息技術(shù)的兩大支柱之一。為滿足國(guó)家科技與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)光電子技術(shù)人才的需求，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)許多高校都設(shè)置了光電子技術(shù)相關(guān)專業(yè)，如光電子技術(shù)科學(xué)、信息光電子技術(shù)與光電信息科學(xué)與工程等專業(yè)。與此同時(shí)，有些高校雖然沒有直接設(shè)置光電子技術(shù)專業(yè)，但也將光電子技術(shù)列為了該校某些專業(yè)的專業(yè)選修方向（例如北京化工大學(xué)理學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)等）。

而對(duì)于光電子技術(shù)專業(yè)的學(xué)生而言，在專業(yè)導(dǎo)論課程中向他們介紹光電子技術(shù)的全部?jī)?nèi)容，在學(xué)生認(rèn)識(shí)自身專業(yè)、構(gòu)建知識(shí)體系與理解課程設(shè)置方面都起著至關(guān)重要的作用。然而，由于光電子技術(shù)所包含的內(nèi)容十分豐富，各部分內(nèi)容之間的關(guān)系也是錯(cuò)綜復(fù)雜，因此，要在有限時(shí)間內(nèi)概括光電子技術(shù)的全部?jī)?nèi)容并理清各部分內(nèi)容之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)并非易事，這也為光電子技術(shù)專業(yè)導(dǎo)論課程中光電子技術(shù)內(nèi)容的教學(xué)帶來了困難。在本論文中，筆者總結(jié)多年來在專業(yè)導(dǎo)論與光電子技術(shù)等課程中的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從授課時(shí)間、授課內(nèi)容與授課方法等方面研討專業(yè)導(dǎo)論課程中光電子技術(shù)內(nèi)容的教學(xué)方法。

1 光電子技術(shù)簡(jiǎn)介

光電子技術(shù)是電子技術(shù)與光子技術(shù)相結(jié)合而形成的一門新興的綜合性的交叉學(xué)科，主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)。其中電子技術(shù)包括真空電子技術(shù)、氣體電子技術(shù)、固體電子技術(shù)等，主要研究電子的特性與行為及其在真空或物質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)與控制；而光子技術(shù)研究光子的特性與行為及其與物質(zhì)的相互作用以及光子在自由空間或物質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)和控制。光電子技術(shù)主要內(nèi)容包括光的產(chǎn)生、調(diào)制、傳輸、探測(cè)、成像、顯示及存儲(chǔ)七大方面。其特征是光源激光化、傳輸波導(dǎo)化、手段電子化、電子學(xué)中的理論模式光學(xué)化。光電子技術(shù)是21世紀(jì)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)之一，在現(xiàn)代社會(huì)中起著舉足輕重的作用，它的發(fā)展對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防建設(shè)有著巨大的推動(dòng)作用。

2專業(yè)導(dǎo)論課程中光電子技術(shù)內(nèi)容的教學(xué)研究

2.1 教學(xué)思路

不同于普通的光電子技術(shù)課程，在專業(yè)導(dǎo)論課程中一般需要授課教師在2-4學(xué)時(shí)內(nèi)完成對(duì)光電子技術(shù)所有內(nèi)容的概括及各部分內(nèi)容之間關(guān)聯(lián)的總結(jié)。因此，光電子技術(shù)內(nèi)容的教學(xué)思路就顯得尤為重要。所選教學(xué)內(nèi)容太詳盡，無法按要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)；而所選教學(xué)內(nèi)容太粗略，體現(xiàn)不出光電子技術(shù)應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，也不利于闡明光電子技術(shù)各部分內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系。對(duì)學(xué)生的知識(shí)體系構(gòu)建以及學(xué)科興趣培養(yǎng)都不利。因此，在專業(yè)導(dǎo)論課程中光電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容一定要滿足又“全”又“精”的要求。這里的“全”是指在專業(yè)導(dǎo)論中介紹的光電子技術(shù)的內(nèi)容要全面，也就是要全面覆蓋光電子技術(shù)的七大領(lǐng)域，即光的產(chǎn)生、調(diào)制、傳輸、探測(cè)、成像、顯示及存儲(chǔ)，從而為介紹各領(lǐng)域之間的內(nèi)在聯(lián)系奠定基礎(chǔ)?！熬敝傅氖窃谡归_各部分內(nèi)容的過程中，一定要選擇各部分中最有代表性的原理與技術(shù)來進(jìn)行討論，從而讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)領(lǐng)略光電子技術(shù)各部分精髓，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

綜上所述，在進(jìn)行專業(yè)導(dǎo)論課程中光電子技術(shù)內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，授課教師宜采用總-分-總的教學(xué)思路，即先概括光電子技術(shù)的基本概念、特征與所包含內(nèi)容；然后再一一介紹各部分光電子技術(shù)中最具代表性的原理與技術(shù)；最后闡明光電子技術(shù)各部分內(nèi)容之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容

2.2.1 光電子技術(shù)基本概念、特征與內(nèi)容

根據(jù)之前的教學(xué)思路，在教學(xué)內(nèi)容中首先介紹光電子技術(shù)的基本概念、特征與內(nèi)容。這部分內(nèi)容雖然簡(jiǎn)單，但卻是光電子技術(shù)各部分內(nèi)容教學(xué)的前提，也為最后總結(jié)各部分內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 典型光電子技術(shù)

在該部分內(nèi)容中，需要詳盡且精煉的介紹光電子技術(shù)所涵蓋的所有方面的知識(shí)，即光產(chǎn)生、光調(diào)制、光傳輸、光探測(cè)、光成像、光顯示及光存儲(chǔ)。由于時(shí)間有限，不可能面面俱到，因此，在介紹每一類光電子技術(shù)時(shí)，可選擇該方向最具代表性的原理、技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)行闡述，下面逐一介紹。

在光產(chǎn)生方面，首先需要介紹光產(chǎn)生的原理：熱輻射與光輻射，然后，以光輻射中的激光為例，介紹激光的定義、特征、原理與應(yīng)用。最后，以紅寶石激光器為例，介紹激光器件的原理、特征與應(yīng)用。

在光調(diào)制方面，先介紹光調(diào)制的定義、功能、目的、分類，然后介紹光調(diào)制的物理效應(yīng)與調(diào)制過程，最后，通過對(duì)電光效應(yīng)的原理與應(yīng)用的介紹，加深學(xué)生對(duì)光調(diào)制內(nèi)涵的理解。

在光傳輸（光通信）方面，首先介紹光通信的含義，然后以光纖通信為例，從光纖入手，介紹光纖通信的基本過程以及所用到的光電子器件。

在光探測(cè)方面，重點(diǎn)介紹光電探測(cè)器的原理以及分類，并以光電二極管為例，通過對(duì)光電二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)光探測(cè)過程的認(rèn)識(shí)。

在光成像方面，首先介紹光電成像系統(tǒng)，并指明攝像器件在其中的核心功能，其次介紹攝像器件的種類，并以其中最典型的電荷耦合器件（CCD）為例，介紹攝像器件實(shí)現(xiàn)攝像功能的過程。

在光顯示方面，首先介紹顯示、光電顯示技術(shù)與光電顯示器件的定義，然后，以液晶顯示器（LCD）為例，通過液晶的顯示原理的描述，闡明光顯示的基本過程。

在光存儲(chǔ)方面，重點(diǎn)介紹光存儲(chǔ)的基本器件——光盤的結(jié)構(gòu)、分類與工作原理，從而闡明光存儲(chǔ)的基本方法。

總之，介紹光電子技術(shù)各部分內(nèi)容時(shí)，可通過介紹其中最典型的原理、技術(shù)及器件，以產(chǎn)生“管中窺豹”的教學(xué)效果。

2.2.3 光電子技術(shù)各部分之間的聯(lián)系

在該部分內(nèi)容中，重點(diǎn)闡述光電子技術(shù)七大方面之間的內(nèi)在聯(lián)系，以各種光電系統(tǒng)為平臺(tái)，說明系統(tǒng)中各光電子技術(shù)內(nèi)容之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生從整體上理解光電子技術(shù)內(nèi)涵，從而實(shí)現(xiàn)“以點(diǎn)帶面”的教學(xué)效果。

2.3 教學(xué)方法

2.3.1舉例法

由于在授課前學(xué)生對(duì)光電子技術(shù)了解并不多，而且光電子技術(shù)中的概念、原理與特征等內(nèi)容通常又比較抽象，因此，要學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)理解光電子技術(shù)內(nèi)涵并非易事。因此，為了將抽象的概念與生硬的理論知識(shí)變得淺顯易懂，結(jié)合光電子技術(shù)應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，可在教學(xué)時(shí)建議引入大量的實(shí)例，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

例如，在介紹光電子技術(shù)特征時(shí)，由于光電子技術(shù)的四大特征都非常抽象，對(duì)初次接觸的本科生而言很難理解，因此，可利用舉例方法解釋光電子技術(shù)的每一個(gè)特征。例如，在介紹光源激光化特征時(shí)，可比較激光光源與普通光源特性的差別，說明激光光源單色性好、方向性好、亮度高與相干性好的特點(diǎn)。證明激光光源的確優(yōu)于普通光源，是光電子技術(shù)中的理想光源；在介紹傳輸波導(dǎo)化特征時(shí)，可比較波導(dǎo)或光纖在導(dǎo)光性能方面與普通媒介，例如空氣、水等的差別。突出波導(dǎo)導(dǎo)光的低損耗、低色散等優(yōu)點(diǎn)，從而解釋光電子技術(shù)中傳輸波導(dǎo)化的原因；在手段電子化特征的講解中，可通過光電探測(cè)過程的實(shí)現(xiàn)，即將不容易測(cè)量的光輻射量轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀诇y(cè)量的電量的過程，說明光電子技術(shù)中手段電子化的重要性與必要性；在介紹電子學(xué)中的理論模式和處理方法光學(xué)化特征時(shí)，可以以分析光纖導(dǎo)光原理為例，介紹利用簡(jiǎn)單的光學(xué)分析方法代替復(fù)雜電磁學(xué)分析方法所取得的效果，從而闡述光電子技術(shù)中電子學(xué)中的理論模式和處理方法光學(xué)化的優(yōu)勢(shì)。

另外，在介紹光電子技術(shù)七大方面之間內(nèi)在聯(lián)系時(shí)，我們也可通過舉例的方法來加深學(xué)生對(duì)各部分內(nèi)容之間聯(lián)系的理解。例如，以光通信系統(tǒng)為例，在整個(gè)光通信系統(tǒng)中，其實(shí)包含多個(gè)方面的光電子技術(shù)。例如，如果光通信的信號(hào)源是一個(gè)視頻信號(hào)，即一串時(shí)序分布電信號(hào)，那么要產(chǎn)生一串這樣表征二維圖像信息的視頻信號(hào)，首先用到光成像的技術(shù)；其次，這樣一串時(shí)序分布的電信號(hào)要想利用光學(xué)的方法傳播，即光通信方式傳播，必須將視頻信號(hào)加載到一束光波上，而光電子技術(shù)中的理想光源是激光，因此，需要產(chǎn)生激光的技術(shù)，這是光產(chǎn)生范疇的內(nèi)容；同時(shí)，我們還需要相關(guān)的技術(shù)將電信號(hào)加載到激光上，這就要用到光調(diào)制技術(shù)；之后，攜帶信息的激光，稱之為光信息，需要通過良好的媒介傳輸?shù)浇邮芏?，在光電子技術(shù)中最理想的導(dǎo)光媒介就是光波導(dǎo)，更具體一點(diǎn)，就是光纖，利用光纖導(dǎo)光的方法，就是光通信技術(shù)的一種；隨后，在接收端，我們需要把激光載波中真正有用的信息提取出來，即提取出視頻信號(hào)，這是一個(gè)與調(diào)制正好相反的過程，稱之為解調(diào)，而在光電子技術(shù)中實(shí)現(xiàn)解調(diào)的技術(shù)，就是光探測(cè)技術(shù)；解調(diào)出的視頻信號(hào)，我們并不能直接解讀，因此需要將視頻信號(hào)還原成空間光場(chǎng)分布，這個(gè)過程需要光顯示技術(shù)來實(shí)現(xiàn)；最后，如果我們想要保存視頻信號(hào)，可以利用光存儲(chǔ)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

總之，利用舉例的方法，可以將原本抽象晦澀的光電子技術(shù)中的概念與原理變得簡(jiǎn)單易懂。尤其是對(duì)時(shí)間緊任務(wù)重的光電子技術(shù)教學(xué)而言，舉例方法的合理應(yīng)用會(huì)在縮短教學(xué)時(shí)間的同時(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.3.2 類比法

前面我們已經(jīng)詳細(xì)介紹了利用光通信系統(tǒng)說明光電子技術(shù)中各部分之間關(guān)聯(lián)的方法，除了舉例法外，還可通過類比法加深學(xué)生對(duì)光電子技術(shù)各方面內(nèi)在關(guān)聯(lián)的理解。例如，將光通信系統(tǒng)與當(dāng)下十分盛行的物流系統(tǒng)進(jìn)行類比。這樣，我們可以將物流系統(tǒng)中需要運(yùn)送的商品看成是光通信系統(tǒng)中需要傳遞的信息，將運(yùn)送貨物的貨車看成是承載信息的激光載波。如此一來，光成像產(chǎn)生視頻信號(hào)的過程可以類比成工廠生產(chǎn)商品的過程，信息加載的過程可以類比成裝貨的過程，光通信的過程可以類比成貨車送貨的過程，信號(hào)探測(cè)的過程可以類比成卸貨的過程，光顯示的過程可以類比成驗(yàn)貨的過程，光存儲(chǔ)可以類比成存貨的過程。這樣，就可以將復(fù)雜且抽象的關(guān)聯(lián)用日常生活中常見的物流過程來詮釋，大大降低了學(xué)生的理解難度。

3 結(jié)束語

本文通過對(duì)光電子技術(shù)與專業(yè)導(dǎo)論課程分析，討論了光電子技術(shù)內(nèi)容在光電子專業(yè)導(dǎo)論課程教學(xué)中的重要地位，并根據(jù)筆者自身的授課經(jīng)驗(yàn)，提出了光電子技術(shù)專業(yè)導(dǎo)論課程中光電子技術(shù)的教學(xué)思路、內(nèi)容及方法的一些意見與建議。

參考文獻(xiàn)

[1] 安毓英，劉繼芳，李慶輝.光電子技術(shù)：第三版[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2] 朱京平.光電子技術(shù)基礎(chǔ)：第二版[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[3] 侯宏錄，陳海濱，劉纏牢，劉蓉，張雄星.光電子材料與器件[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012.