蘇麗娟，袁艷

摘要：光電成像原理課程覆蓋了多個學科知識，其理論知識點多、技術(shù)性強，單純的課堂講授的模式不利于學生掌握知識要點和理論聯(lián)系實際。針對專業(yè)體系、課程要點和學生特點，提出了一種結(jié)合課堂講授與設(shè)計實踐的教學模式，引導學生自主梳理課程知識點、熟悉專業(yè)知識，激發(fā)學生主觀能動性開展自由探索，使學生充分體會理論聯(lián)系實際的含義，獲得了良好的教學效果。

關(guān)鍵詞：光電成像原理；實踐教學；教學模式

中圖分類號： G61 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

一、引言

光電成像技術(shù)是適應(yīng)信息社會對圖像信息的需求而發(fā)展的新興分支學科[1]，主要研究圖像傳輸及獲取、光電轉(zhuǎn)換及存儲、系統(tǒng)設(shè)計及分析等多個方面。針對儀器學科光電類專業(yè)開設(shè)的《光電成像原理》課程內(nèi)容涉及多門學科知識，其中包括光學、輻射度量學、圖像探測理論、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)等。課程教學的目的是使學生學習并掌握光電成像技術(shù)的相關(guān)知識和應(yīng)用技術(shù)，進而獲取本專業(yè)視野，訓練個人專業(yè)的知識能力，為其在相關(guān)領(lǐng)域工作和發(fā)展打下基礎(chǔ)。

二、當前的教學問題

目前，光電成像原理這門課程采用的課本為2006年出版的《光電成像原理與技術(shù)》（白廷柱等編著），覆蓋光電成像技術(shù)領(lǐng)域的基本原理、公式推導、器件特性參數(shù)以及技術(shù)應(yīng)用等知識，旨在培養(yǎng)學生“理論聯(lián)系實際的能力”。但是，實際教學中，由于課程內(nèi)容理論性很強且包含非常多的公式、概念、繁復(fù)的應(yīng)用器件及系統(tǒng)，本科生在學習過程中感覺難度大、理解困難、枯燥乏味。此外，由于絕大多數(shù)學生在學習過程中被動接受教師課堂講授的知識，缺乏主觀能動性，對課程涉及的知識割裂式學習，無法融會貫通知識體系，對課程內(nèi)容停留在了書本層面的各個獨立章節(jié)，不能與實際應(yīng)用聯(lián)系起來。

因此，教學過程中需要教師開展實踐教學[2，3]，訓練學生思維邏輯能力，引導學生將所學各個體系知識串聯(lián)起來并積累理論聯(lián)系實際的經(jīng)驗，使學生具備學科專業(yè)背景下的知識技能。

三、設(shè)計實踐教學模式探索與實踐

針對《光電成像原理》中包括了詳細的知識體系和豐富的實踐案例，可作為理論和實踐應(yīng)用結(jié)合時的借鑒，我們探索一套帶設(shè)計性的教學模式應(yīng)用于實際教學過程中。設(shè)計教學是指在教學過程中，針對光電成像技術(shù)某一類應(yīng)用系統(tǒng)給學生布置設(shè)計問題，指導學生在課后通過完成設(shè)計實踐任務(wù)完成對知識體系的梳理。在設(shè)計題目中留出探索、思考和發(fā)揮的空間，使學生可以自由的探索、自我調(diào)研學習，實現(xiàn)學生思辨能力的培養(yǎng)。在實踐該教學方法時，需要注意以下幾個方面。

（一） 實踐問題的設(shè)計

首先，實踐教學的終極目的是培養(yǎng)學生獲取具備高深的專業(yè)素質(zhì)能力，掌握專業(yè)知識與技能結(jié)構(gòu)，因此實踐問題應(yīng)達到學科專業(yè)技能的綜合性訓練效果。在設(shè)計實踐問題時，應(yīng)覆蓋更廣泛的知識技能應(yīng)用需求，使學生能將在本學科不同專業(yè)課程中所學的知識結(jié)合起來。在此基礎(chǔ)上，幫助學生建立一個本學科專業(yè)體系應(yīng)用的背景意識，使學生擺脫常見的“不知所學為何用”的茫然狀態(tài)，有助于學生日后選擇專業(yè)深造方向。在實際教學過程中，我們布置了兩個設(shè)計實踐問題，分別為“微光夜視成像系統(tǒng)設(shè)計”和“遙感光電成像系統(tǒng)設(shè)計”。這兩個設(shè)計內(nèi)容，都涉及了光學系統(tǒng)設(shè)計部分，涉及儀器專業(yè)中學生必修的工程光學部分知識。學生在完成設(shè)計任務(wù)后，會理解為什么專業(yè)課程要學習各個課程，明白各個專業(yè)課之間存在的有機聯(lián)系，從而發(fā)出“讓我知道了現(xiàn)實需求中對于知識儲備的需求”的感慨。

其次，實踐教學要使學生梳理所學內(nèi)容，回顧各個知識要點，從而鞏固其對課程知識體系結(jié)構(gòu)的認識，因此實踐問題應(yīng)包含光電成像原理中不同的知識要點。以“微光夜視成像系統(tǒng)設(shè)計”為例，學生要完成設(shè)計實踐，需貫穿課本中目標識別準則、輻射源、大氣輻射傳輸理論、像管原理選型、系統(tǒng)設(shè)計及驗證等諸多知識要點。在解決設(shè)計問題后，學生會“意識到自己知識學習的不連貫性，知識與知識之間的聯(lián)系過于稀少”，深入的了解所學知識的聯(lián)系，理解理論知識在與實踐相結(jié)合時涉及多個方面，明白“一個參數(shù)需要符合的常常不止一個條件”。

再次，實踐教學要培養(yǎng)學生自主學習分析的能力，因此實踐問題應(yīng)盡量讓學生自主參與問題內(nèi)容的發(fā)掘。同樣以“微光夜視成像系統(tǒng)設(shè)計”為例，問題為“在無月晴朗夜晚，大氣質(zhì)量優(yōu)良條件下，能夠識別距離500m開外置于山林背景中的卡車”。該問題中，只有500m為明確給出的參數(shù)，其他的參數(shù)需要學生通過分析問題并查閱相關(guān)資料獲取。例如，學生需要根據(jù)“無月晴朗夜晚”確定光源照度，依據(jù)“大氣質(zhì)量優(yōu)良”估計能見度距離，參照“識別”分析探測理論的約翰遜準則，根據(jù)生活常識估計“卡車”的高度，計算大氣輻射傳輸系數(shù)時考慮到“山林背景”的影響。經(jīng)過這一研究過程，調(diào)動學生的自主完成各個參數(shù)的選擇和確認，從而達到知識梳理和鞏固的效果。

最后，實踐教學要培養(yǎng)學生自由探索問題、發(fā)散思維的能力，因此實踐問題應(yīng)給學生留有發(fā)揮的空間。因此，設(shè)計題目沒有限定設(shè)計哪一類型的光學系統(tǒng)、選擇哪種型號的像管或者CCD元件等。只是在布置任務(wù)時，要求學生完成的設(shè)計報告應(yīng)該主要包括設(shè)計依據(jù)、設(shè)計參數(shù)及過程、設(shè)計結(jié)果分析討論等主要內(nèi)容。在實際過程教學實踐中，學生發(fā)揮了主觀能動性，自主調(diào)研并分析了成像系統(tǒng)的主要組成部分、光學系統(tǒng)設(shè)計的多種方案及優(yōu)缺點、像管的發(fā)展歷程和選型依據(jù)、各個分系統(tǒng)的可行性和特點、光電器件的原理和特性參數(shù)、影響系統(tǒng)性能的因素。

（二） 發(fā)揮教師引導作用

實踐教學雖然以學生為主體，但是教師在教學過程中應(yīng)該發(fā)揮引導作用，對相關(guān)知識的教學要有條理，對關(guān)鍵知識點穿針引線，對于生疏知識還要做出相關(guān)的教學示范。這是因為設(shè)計實驗涉及的內(nèi)容較多、學生學習時間和精力有限，教師將知識進行講解，可指導學生在有限的時間內(nèi)積累有效的知識，避免走過多的彎路，使學生可將更多的精力發(fā)揮到發(fā)散思維上。

例如，在布置“微光夜視成像系統(tǒng)設(shè)計”任務(wù)前，布置學生完成課后關(guān)于大氣傳輸相關(guān)習題的計算、系統(tǒng)探測目標能力計算等習題。在課堂上，示范某個微光夜視儀的物鏡、目鏡的光學設(shè)計過程，使學生有參考和模仿的依據(jù)。這類示范會使學生掌握一部分設(shè)計程序、設(shè)計方法等基本知識，使學生在開始設(shè)計前具有部分參考經(jīng)驗，從而避免學生因為拿到一個全新的題目，感覺無從下手，進而產(chǎn)生畏懼心理放棄學習研究和拓展思維，導致無法達到培養(yǎng)實踐和探索能力的教學目的。

教師的引導作用還包括對學生的設(shè)計結(jié)果進行分析和設(shè)計報告評判上。學生在完成第一個設(shè)計題目時，會暴露出一些問題，因此需要及時指出報告中存在的問題，如提煉信息能力有待加強、調(diào)研查找資料的能力不足等。此外，目前的本科生在整個大學階段，絕大多數(shù)只在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)接受論文撰寫方面的培訓，因此本課程應(yīng)針對學生完成的報告分析學生在總結(jié)、撰寫報告中存在的問題，鼓勵他們在下一個報告中進行改進，從而達到培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)的目的。

（三） 鼓勵學生積極互動

學生在完成實踐任務(wù)時，個人思維容易受限，因此需要鼓勵學生之間開展互動討論。每個學生都有自己獨到的思路，因此教師在要求學生保證實踐報告的獨立性前提下，還應(yīng)鼓勵學生相互討論。此外，教師還可在課后提供固定的答疑時間，鼓勵學生就相關(guān)的疑問向老師提出問題，學生也可提出自己對問題的不同見解，教師與學生就相關(guān)問題進行分析和討論，并將結(jié)果分享給全班同學，從而達到鼓勵自主學習、主動思考的教學目的。

（四） 教學效果

我們在已經(jīng)連續(xù)兩個學期依據(jù)上述方法開展了設(shè)計教學實踐，絕大多數(shù)的學生都完成了實踐任務(wù)的基本要求，達到了的知識點梳理和鞏固的目的，反映在考試上就是相關(guān)知識要點的掌握效果超過了未實施該教學方法的學期。此外，部分學生更被激發(fā)了積極主動性，針對系統(tǒng)的各個部分開展了充分的調(diào)研、分析和討論，每個學生的探索結(jié)果不盡相同，但是各有亮點，達到了開闊學生思路、培養(yǎng)學生自主能力的教學目的。

四、結(jié)束語

針對儀器光電學科本科課程《光電成像原理》的課程內(nèi)容和教學目標，我們摸索并實踐了一套結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的教學方法，可以引導學生自主梳理課程知識體系、培養(yǎng)學生的專業(yè)素養(yǎng)、調(diào)動學生主動學習知識、鍛煉學生發(fā)散思維和調(diào)研分析的能力。這樣的教學方法可隨著課程知識的變革進行改進和完善，可以提高學生的專業(yè)能力，有助于課程教學質(zhì)量的提高。

參考文獻：

[1]白廷柱.光電成像原理與技術(shù)[M].北京：北京理工大學出版社，2006.

[2]時偉. 論大學時間教學體系[J].高等教育研究， 2013， 34（7）， 61-64.

[3]王源遠， 王麗萍， 高校實踐教學的理論認識和實踐研究[J]， 2013， 30（1）， 11-14.