“光电技术”课堂教学实践与体会

摘要：“光电技术”课程具有应用性强、知识更新快等特点，如何在课堂教学中培养学生的创新意识、提高学生对知识的综合运用能力非常重要。文章从辅助教材建设、课程知识体系安排以及实验项目设计几方面进行了探索和实践。

关键词：光电技术；辅助教材；光波波形

作者简介：李亚捷（1980-），女，山西太原人，长沙理工大学物理与电子科学学院，副教授；唐立军（1964-），男，湖南邵阳人，长沙理工大学物理与电子科学学院，教授。（湖南 长沙 410004）

基金项目：本文系长沙理工大学教改项目（项目编号：JG1062与JG1063）、长沙理工大学重点学科建设项目的研究成果。

中图分类号：G642.3     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）10-0066-01

“光电技术”是光信息类专业一门重要的技术基础课，其特点在于知识更新快，应用领域广。[1]在课堂教学中培养学生的学习兴趣和创新意识，提高学生动手能力和社会实践能力，使其扎实掌握光电技术基础知识尤为重要。本文以精品课程建设为契机，结合教学方法的研究，[2]在辅助教材建设、课程知识体系安排以及实验项目的设计等方面进行了探索。

一、辅助教材建设

在满足教学大纲和学时要求的基础上，选择与主讲教材各章节理论内容密切相关的实验数据、科研成果及新兴产业发展动态等加以整理，编写成辅助教材，并添加了主讲教材未涉及的光存储内容，讲课内容是主讲教材和辅助教材内容的有机结合。该辅助教材共分五个章节，分别是光纤器件、光存储技术、光束的调制、光探测器件的性能分析、显示器件。其中在掺铒光纤激光器、光纤拉曼放大器、光纤温度传感器、半导体激光器阈值特性和温度特性、晶体电光强度调制以及液晶电光特性等内容中添加了实际测量的实验数据并整理绘制成表格曲线图，同时得出相关结论。教师实际测量的数据及实验结果具有较强的说服力，可加深学生对主讲教材中相关理论知识点的理解，并将理论和实际应用快速对接。

此外，在教学过程中根据产业最新发展动态实时更新辅助教材的内容。使学生深切体会到所学知识和实际应用的紧密联系，技术的发展离不开理论的基石。这样不仅在有限的学时内延伸了课堂教学，而且极大地激发了学生学习的积极性和主动性。

二、教学知识点的扩充

综合主讲教材和辅助教材确定教学内容后，在具体的课堂教学过程中对各知识点的适度扩充有助于学生更好地理解和掌握知识。但扩充知识点需要有学时保障，如何在不增加学时的情况下有效扩充知识点，是教好该课程的关键因素。例如在讲“光束的调制原理”这一节内容时，主讲教材中提到了“调幅系数ma”、“调频系数mf”、“调相系数mφ”和“强度调制系数mp”的概念，在给出上述各系数的定义表达式后，可引导学生提出这样的疑问：该系数仅是为化简光波表达式而定义？这些系数在实际的调制过程中是否起作用？教材对此并未给出答案。为了更直观地说明调制系数的含义，可采用布置课后作业的方式让学生绘制调制系数取不同值时调制光波的波形图。例如假设光载波为余弦信号，其光场表达式为：

（1）

调制电信号的表达式为：

（2）

图1给出了当ma分别取1和3时调制后的光波波形图，由波形图可明显观察到当ma＞1时会出现过调失真；ma越大，过调失真越明显。通过两图形的对比，学生不仅体会到了ma对调制波形的影响，而且对过调失真现象有了更直观的了解。同理，图2给出了mf分别取50/π和25/π時调频波的波形图，图3给出了mp分别取1和0.5时强度调制的波形图。通过一系列波形图的对比，学生对“调制系数在调制过程中的影响和作用”这一问题有了更深刻的理解，比教师在课堂单纯讲解给出答案教学效果要好很多。

该方法可同样运用于教材的多个知识点，如电光强度调制中直流偏压工作点对外调制器输出特性的影响等。

三、实验和理论教学有机结合

实验课程的设置是教学实践中的重要环节，实验内容的安排应和课堂理论教学很好地结合起来，根据自身课堂教学特点科学安排实验内容。例如针对“光束调制”这块内容，开设了“LiNbo3晶体横向电光强度调制”实验，内容包括电光调制特性数据测量、观察直流偏置电压以及四分之一波片对外调制器输出特性的影响。主讲教材第三章提出了“外调制”和“内调制”的概念及其主要区别，但在课堂教学过程中发现仅通过文字的讲解，学生对这两种调制方式的认识和理解还不够清晰。所以在该实验原有内容的基础上，增加了“半导体激光器的直接调制”这一内容。图4和图5分别是外调制和内调制方式采集的实验波形图。调制电信号均采用频率和幅值都很接近的正弦波，但调制后光波波形却存在巨大差异，直接调制后光波已经不再是正弦波，波形的下半部分出现了截止，让学生独立思考并分析出现该现象的原因。除了波形上的差异外，外调制和内调制方式相比，还存在较大的时间延迟。为何存在这一延时也是实验后的思考题之一。

通过该实验内容的扩展可使学生对两种调制方式的理解更加深刻和直观。如果实验时间较充分，还可增加半导体激光器直接调制过程中“阈值和温度对输出光谱特性影响”的实验内容，这样学生对直接调制就有了更为全面的认识和理解。

如教材在讲到TN-LCD驱动这块内容时提到了“驱动电源频率低于数千赫兹时，在很宽的频率范围内LCD的透光率只与驱动电压有效值有关而与电压波形无关”。为验证此结论，在实验“液晶电光特性曲线测量”原有内容的基础上添加了TN-LCD驱动的频率和波形特性研究这一内容，在50Hz～10MHz范围内改变驱动信号频率，并将频率固定后改变驱动信号的波形，研究TN-LCD透光率与驱动信号频率和波形之间的关系。通过该实验内容的扩展，学生对上述知识点的理解会更加深刻。充分利用实验室资源配合自行开发的实验器材进行实验内容扩展，从而和理论教学有机结合，通过实验使学生巩固理论知识点，有效提高课堂教学质量。

此外，在实验教学过程中可尝试让学生利用课堂所学知识自行设计方案并搭建实验系统。这可以锻炼学生独立思考、自主创新的能力，同时体会对同一问题的不同研究途径，拓宽思维广度。

四、结束语

“光电技术”课程是一门实践性很强的课程，也是发展速度、知识更新较快的课程。要准确把握课程知识体系的更新，不断改进教学方法和手段，激发学生学习热情，培养学生创新意识和知识应用能力，就需要在教学过程中不断进行探索和实践。在今后的工作中，还必须加强产、学、研基地建设，以促进课程建设和教学工作。

参考文献：

[1] 何文瑶.光电子技术发展态势分析[J].科技进步与对策,2008,25(9):194-196.

[2] 李亚捷.“光电技术”课堂教学方法的研究[J].中国电力教育,2010,(3):81-82.

（责任编辑：刘辉）

推荐访问:光电 教学实践 课堂 体会 技术