唐　磊

(合肥師范學院 電子信息工程學院,安徽 合肥 230601 )

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模塊化研討式教學在“光電成像原理與技術”課程中的應用探討

唐磊

(合肥師范學院 電子信息工程學院,安徽 合肥 230601 )

[摘要]光電成像技術是現(xiàn)代光電圖像信息獲取的主要技術手段。學習和掌握光電成像原理與技術對現(xiàn)代光電信息類學生具有重要意義。通過分析光電成像原理與技術課程的特點及不足，以“圖像探測方程”模塊教學為例探索模塊化研討式教學模式在課程教學中的應用。模塊化研討式教學模式可以提高學生的參與度，變被動為主動，激發(fā)學習興趣，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新意識，有利于實現(xiàn)應用型本科人才培養(yǎng)目標。

[關鍵詞]光電成像；研討式教學；圖像探測方程

1引言

光電成像技術是適應信息社會需要而迅速發(fā)展起來的新興分支學科，是現(xiàn)代光電圖像信息獲取的主要技術手段和光電技術的最高階段。隨著當代科學技術的進步，光電技術與系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，許多新技術、新材料、新器件、新系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，通過教學使學生掌握現(xiàn)代光電成像原理與技術的基礎理論和基本技術，了解各種光電成像系統(tǒng)的設計思想、結構和性能。同時，還可以培養(yǎng)學生運用所學的數(shù)理知識和思想方法分析和認識光電成像的物理過程，分析各種光電成像器件的工作機理以及構成光電成像系統(tǒng)的技術途徑，掌握光電成像系統(tǒng)的應用設計方法和應用光電成像技術解決實際問題的能力[1,2]。

2課程特點與存在的問題

光電成像原理與技術課程的教學是圍繞著光電成像的基礎理論、基本技術及工程應用展開的，課程涉及的學科領域非常廣, 主要包括幾何光學、物理光學、輻射度量學、光電子技術、電子技術、機械設計等。對于這樣一門應用性、技術性、工程性都很強的課程, 傳統(tǒng)的教學模式存在明顯的不足。

首先，課程是知識積累和更新的基礎，對于以培養(yǎng)實踐能力為主的應用型本科人才而言尤其重要。然而, 目前沒有專門針對應用型本科教學編寫的光電成像技術教材, 一般使用理工類教材，教材理論性太強, 內(nèi)容太多, 缺乏工程應用和技術更新。目前各高校普遍采用《光電成像原理與技術》(白延柱、金偉其主編，北京理工大學出版社)，該教材對于應用型本科教學主要存在以下問題：(1)理論性太強，過多的數(shù)學公式和理論推導會使學生沉浸在傳統(tǒng)的理科教學模式中，對于技術轉化和工程應用沒有興趣，部分數(shù)理基礎不好的學生則會完全失去學習的興趣和動力，成為后進生和班級的不安定分子，給管理和教學帶來較大困難。(2)課程內(nèi)容多且交叉、雷同內(nèi)容多,緒論、人眼的視覺特性與圖像探測是課程學習的必要基礎；輻射度量學基礎、輻射在大氣中的傳輸兩章內(nèi)容與光電子技術課程內(nèi)容交叉過多，講則課時不夠，不講則有部分內(nèi)容缺失；直視型光電成像器件與系統(tǒng)和電視型光電成像器件與系統(tǒng)兩部分內(nèi)容基本原理相同、結構與技術特點不同，若面面俱到則容易陷入平鋪直敘，難以把握重點，若選擇某一部分則技術特點不能完全覆蓋。(3)各種光電成像器件的工作原理看似簡單, 但要深入掌握卻難度較大,尤其是固體成像器件與系統(tǒng)和紅外熱成像器件與系統(tǒng)兩部分內(nèi)容，且課程內(nèi)容與實際工程應用聯(lián)系不夠緊密,使得學生難以加深對理論知識的理解,難以激發(fā)學習興趣。此外, 隨著電子科技水平和光電材料技術的快速發(fā)展,新技術、新工藝不斷涌現(xiàn)，遠遠超前于教材的內(nèi)容更新，因此,教學中必須引入相關領域的先進技術和系統(tǒng),加深對光電成像原理與技術的理解, 幫助學生掌握最新的理論與技術[1-5]。

其次，現(xiàn)有的教學方式大多以講授為主，學生被動接受，對于光電成像原理與技術這樣一門以技術和工程應用為主的課程來說，不能滿足學生對技術和應用的興趣與渴求，忽略了學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。長期處于被動學習狀態(tài)，不利于培養(yǎng)學生運用所學的數(shù)理知識和思想方法分析和認識光電成像的物理過程，不利于培養(yǎng)學生利用理論知識指導和分析各種光電成像器件的工作機理以及構成光電成像系統(tǒng)的技術途徑，不利于培養(yǎng)學生掌握光電成像系統(tǒng)的應用設計方法和應用光電成像技術解決實際問題的能力，無法滿足我校應用型人才培養(yǎng)目標的要求。

3模塊化研討式教學模式的應用與探索

針對光電成像原理與技術課程的特點與現(xiàn)存不足，嘗試采用模塊化研討式教學方式，以適應應用型人才培養(yǎng)目標需要。首先，根據(jù)課程知識結構和培養(yǎng)目標將教學內(nèi)容分為多個模塊，每個模塊側重點不同，主要分為基本理論、器件結構與功能實現(xiàn)、技術特點和工程應用等；其次，應用研討式教學模式，鼓勵學生積極發(fā)言，提高學生參與程度，激發(fā)學習興趣和求知欲，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新意識。以圖像探測方程模塊教學為例探索研討式教學模式的應用。圖像探測方程是光電成像原理與技術課程教學的第一個重要知識點，是整個課程學習的基礎，可以加深對成像原理、關鍵器件和主要技術指標的深入理解，且在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防上具有廣泛的和前沿的應用。因此，圖像探測方程教學效果的好壞不僅僅關系到該知識點的深入理解與掌握，而且會對整個課程的教學產(chǎn)生積極的影響。研討式教學模式主要分為以下幾個步驟：內(nèi)容調(diào)研與文獻資料查詢；知識點學習討論與總結；先進技術與應用探討。

3.1內(nèi)容調(diào)研與文獻資料查詢

進行模塊化研討式教學嘗試就是要充分調(diào)動學生的主動性、積極性，激發(fā)學習興趣，改變以往被動接受的學習狀態(tài)。因此，內(nèi)容調(diào)研和文獻資料查詢就顯得尤為重要，是積極研討的前提和基礎，更是拓展知識范圍激發(fā)學習興趣的關鍵。光電成像過程對于學生來說是一個既有非常熟悉的感性認識基礎，但又覺得神齊和深奧的技術，具有極大的探索欲和認知欲，非常適合研討式教學模式的應用。圖像探測方程是其中最基本的成像規(guī)律和圖像探測極限，可在課前將其劃分為成像條件、噪聲特性、探測極限、探測方程和技術應用幾個基本知識點讓學生去調(diào)研，利用豐富的網(wǎng)絡資源搜集相關內(nèi)容，同寢室同學相互協(xié)作和討論，總結歸納基本知識點，得出最終討論稿以備課堂討論，并選出其中口齒伶俐、表述清楚的同學準備發(fā)言。

3.2知識點學習討論與總結

課堂討論是對調(diào)研和文獻查詢結果的總結與歸納，是把各種不同意見和觀點歸一化和規(guī)范化的過程。首先，要求能夠各抒己見，不管正確與否盡管大膽表述自己的觀點與見解，并鼓勵學生相互討論與評價，做好記錄工作；其次，老師總結歸納，梳理各條意見，做出合理評價，以鼓勵和激勵為主，突出亮點，即使有明顯錯誤或敷衍了事之嫌也不可打擊學生的積極性；最后，將各知識點串聯(lián)，形成完整的圖像探測方程知識鏈。即由成像條件的極限過渡到圖像可探測極限，由探測極限的數(shù)學表述導出圖像探測方程，整理圖像探測方程的形式可將圖像探測方程的關鍵參數(shù)分為圖像表征參數(shù)和光電成像系統(tǒng)參數(shù)，突出圖像探測方程的物理意義和內(nèi)涵，進一步加深對知識點的理解和掌握，為知識點的技術應用和拓展奠定良好的基礎。

3.3先進技術與應用探討

先進技術與工程應用的探討是應用型本科教學的重點與難點，傳統(tǒng)的教學方式容易照本宣科，流于形式，導致原理學生不愿意聽，技術細節(jié)講不清，教學效果很差。通過研討式教學使學生在明確圖像探測機理及圖像探測極限物理意義的基礎上，對圖像探測方程所表征的理論內(nèi)涵及工程實踐進行深入的理解，逐步解析應用細節(jié)。首先，根據(jù)圖像探測方程可以進行目標的探測與識別；其次，在對目標進行探測、定向、識別和辨別過程中存在人為的主觀判斷，與光電成像相關的唯一定量參量就是系統(tǒng)的分辨力；第三，要探測、定向、識別、辨別一個目標首先就要確定分辨力參數(shù)，然后再確定量化的探測概率；第四，在一定的探測概率下，根據(jù)分辨力所能達到的量化標準來確定某個目標處于什么樣的狀態(tài)，即是可探測的，還是可定向、可識別或可辨別的；最后，再結合目標與周圍景物的亮度對比程度進行對比度探測，根據(jù)對比度形成的目標外形輪廓進行識別，最終形成目標探測-識別模型。目標探測-識別模型的建立，使光電成像系統(tǒng)的應用得到進一步的擴展，廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究和國防建設中，尤其是軍事應用領域，發(fā)展極其迅速。

4總結

模塊化研討式教學模式是從實踐中發(fā)展起來的一種新的課程形態(tài)，變原來組織教學為討論講解，目的在于為學生提供思考問題和討論問題的機會，在學習過程中創(chuàng)設一種有助于探索研究的開放的情景和途徑，使學生圍繞某一主題主動地搜索、選擇、加工處理信息，并應用知識解決問題。它不僅能使學生增長知識、開闊視野，有助于學生綜合能力的提高，還有助于師生共同探索、發(fā)現(xiàn)和研究，進而密切師生關系，促進教學相長。通過文獻查詢和調(diào)研可以使學生首先了解技術的應用方向、主要技術功能、關鍵技術指標、技術應用環(huán)境等，在豐富的感性認識基礎上帶著強烈的好奇心和求知欲去逐步解析技術細節(jié)，通過相互討論進一步加深對技術細節(jié)的理解和掌握，對實現(xiàn)我校應用型本科人才的培養(yǎng)目標可以起到事半功倍的效果。

[參考文獻]

[1]白廷柱, 金偉其.光電成像原理與技術實驗[M].北京理工大學出版社，2014.

[2]雷玉堂,等.光電信息技術[M].電子工業(yè)出版社，2011.

[3]王曉曼,等.光電系統(tǒng)與信息處理[M].電子工業(yè)出版社，2013.

[4]漲進賢，李玉丹，金偉其.微光與紅外成像技術[M].北京理工大學出版社，2012.

[5]王清正，胡瑜，林崇杰.光電探測技術[M].電子工業(yè)出版社，1989.

Application of Research-Discussion-based Teaching Mode in Principle and Technology of Photoelectric Imaging

TANG Lei

(SchoolofElectronicandInformationEngineering,HefeiNormalUniversity,Hefei230601,China)

Abstract：Optical imaging technology is the highest stage and the main technical means of modern photoelectric image information acquisition and photoelectric technology.To learn and master the principle and technology of photoelectric imaging is an important specialty course of modern photoelectric information professional students.Application of module teaching mode of research and discussion can improve the participation of students, and change students from the passive to the active, to stimulate their interest in learning,and help students cultivate the spirit of exploration and innovation.

Key words：photoelectric imaging; research-discussion-based teaching; image detecting equation

[收稿日期]2016-01-05

[作者簡介]唐磊(1972-)，男，安徽明光人，博士，副教授，主要從事光電探測與信號處理方面研究。

[中圖分類號]G61

[文獻標識碼]B

[文章編號]1674-2273(2016)03-0066-03