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光电检测技术论文

2017-11-02 16:38:47  字体:   打印 收藏 

摘 要:光电检测技术课程的教学体会 摘 要:光电检测技术课程的内容多,知识涉及面广,在工业、农业、军事、航空航天以及日常生活中皆有着非常广泛的应用,是现代工科学生必须掌握的一门知识。为了提高教学质量、提升教学效果,使学生能够更好地了解相关知识、掌握基本

关键词:光电检测技术论文


  “光电检测技术”课程的教学体会

  摘 要:“光电检测技术”课程的内容多,知识涉及面广,在工业、农业、军事、航空航天以及日常生活中皆有着非常广泛的应用,是现代工科学生必须掌握的一门知识。为了提高教学质量、提升教学效果,使学生能够更好地了解相关知识、掌握基本原理、灵活运用所学知识、理论与实际相结合,笔者从本科生培养要求出发,根据自身教学实践,就内容组织、安排和教学方法,谈一些教学体会。

  推荐期刊:《桂林电子科技大学学报》

  目前,“光电检测技术”课程的教学方法主要采用讲授法,结合多媒体课件及板书,把教学内容灌输给学生,由于这种方法忽视了学生的主动性和创造性,学生常会感觉教学内容过于抽象和杂乱,最终失去学习兴趣。①因“光电检测技术”应用性较强,在培养学生过程中应不仅要求学生掌握理论知识,还应培养学生的综合应用能力,使学生做到学以致用。为了提高教学质量、提升教学效果,笔者根据自身教学实践,对“光电检测技术”课程教学方法进行了探讨。

  1 呈现法

  在授课过程中,可通过多媒体课件,列举大量光电检测技术在生产、生活领域的应用实例,如工业生产过程中的光电自动检测,校园里路灯的自动控制,检测技术在汽车、家电、医疗卫生中的应用等,这将有利于学生了解光电检测技术的应用,激发学生对这门课的兴趣。

  在讲解光电检测器件时,除了介绍器件的工作原理、特点,还可以通过多媒体课件展示器件的应用,如空调、冰箱、电饭煲等,可利用热敏电阻、热电偶等检测器件实现温度检测,电视机遥控器可利用光敏二极管、光敏三极管实现红外检测;办公用品中的扫描仪可利用线阵CCD实现文档扫描;医疗方面使用的电子血压计可利用压力传感器实现血压检测等。此外,还可以利用课件呈现部分检测电路,使学生了解怎样使用这些器件,以及使用过程中需要注意哪些问题,这样,学生才会对器件有更深刻的认识,而且学生也将明白根据自己所学的知识可以实现实际的检测目标。

  2 启发法

  采用启发式教学能充分调动学生的主观能动性。②在授课过程中要引导学生自主思考,如在讲解光生伏特器件比光电导器件有更快的响应速度时,可从半导体理论出发,引导学生理解光电导器件与光照有关的是多数载流子的行为,而光生伏特器件与光照相联系的是少数载流子的行为,且少数载流子的寿命通常很短。在分析光子检测器件与热电检测器件的响应时间时,可以引导学生从光与物质相互作用的过程出发,光热效应中物质吸收了光能导致自身温度变化,需要时间较长,因此导致热电检测器件的响应时间比光子检测器件的响应时间长。

  在介绍检测器件的特性时,应从器件的工作原理出发,引导学生理解器件的特性。如在介绍光敏电阻时,其伏安特性表现为过原点的直线。这是因光敏电阻是基于光电导效应做成的器件,在一定的光照度条件下,光生载流子的数量一定,此时光敏电阻相当于一个纯电阻,因此符合欧姆定律。

  在介绍检测器件的特性时,还可以引导学生对各种器件进行横向比较,以巩固以前的知识。因光敏二极管和光敏三极管同是基于光生伏特效应做成的器件,在介绍特性时可引导学生进行对比。如在介绍光敏三极管的特性时,可以引导学生回顾光敏二极管的特性。光敏二极管在正向电压条件下与普通二极管一样,只有单向导电性,仅在反向偏压条件下表现出光电效应。其伏安特性表现出一定的入射光功率条件下,在较低反向电压作用时光电流随反向偏压的变化较明显,当反向偏压进一步增加时,光生载流子的收集接近极限,光电流趋于饱和,此时可视作恒流源。光敏三极管因为有光电流放大的功能,所以光敏三极管的伏安特性曲线向上偏斜,间距增大。③与光敏二极管伏安特性的不同还表现在偏置电压很低时,无论光照有多强,光敏三极管的集电极因偏压太低,导致收集能力低,造成三极管饱和,伏安特性表现出此时电流都趋于零,而光敏二极管则因光照原因有反向电流流过。

  3 理论和实验相结合法

  “光电检测技术”所涉及到的检测器件比较多,且每个器件的特性不同,单靠课堂讲解,学生很容易混淆。因学院在开设理论课的同时还开设了“光电技术综合实验”课,因此,在进行理论教学的过程中结合实验平台,能使学生更好地理解光电检测器件的特性。我们采用的是CSY-10G型和CSY-10E型光电特性综合实验系统,涉及到光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池、光纤传感器、PSD光电位置传感器、CCD电荷耦合图像传感器、热释电红外传感器、光栅传感器、光电耦合器、发光二极管、激光二极管、光电倍增管、雪崩光电二极管等器件的特性实验。在课堂讲授器件特性之前,可先进行检测器件特性测量的实验,授课过程中结合器件的工作原理,分析实验中器件所表现出的特性,有利于学生更好地理解并掌握器件的特性。   光电特性综合实验系统还提供了光电检测器件的应用系统,如光敏电阻的应用-暗灯控制,使发光二极管在实验时光照环境下不亮,改变光照条件,实现光照变暗到一定程度时发光管变亮。这些应用系统可以使学生了解检测器件的使用,使学生做到学以致用,从而激发学生学习这门课的兴趣。

  在完成课堂教学的同时,还可以结合实验室条件,鼓励学生对现有实验进行改进,改被动接收为主动学习,强化学生对所学知识的理解。如在利用光电耦合器测电机转速的实验中,除了要求学生观察实验装置,了解实验原理,学会测量电机的转速,还可以鼓励学生改变发光器件与接光器件的夹角,从而实现不同距离的探测。在光敏电阻的应用实验时,学生可根据暗通电路原理,试设计一个亮通控制电路,这样可以提高学生学习的热情,激发他们对某些事物变革的思路。

  4 任务驱动法

  因为“光电检测技术”具有较强的实用性,而且课程一般安排在电学相关课程学完之后进行,因此,学生在学完本门课之后,应该能独立解决一些生活中的实际问题。在整个课程学习过程中,教师可下达两次任务:(1)经过光电检测器件的学习,在遇到实际问题时,学生应该能够选择合适的检测器件,此时,教师可对学生提出任务,即根据实际生活中的某一个问题,选择合适的检测器件,实现检测目标。目的是使学生了解检测器件在实际生活中的应用。(2)在完成光电检测电路及光电检测系统的学习后,学生应该可以根据所学知识解决一些简单的实际问题,此时,教师可对学生提出自己设计并实现实际检测的要求。在设计完成时,每组可由一名同学主讲,其他同学补充的方式,将设计成果展现给全班同学,所做成果可计分在最终的考察成绩里。

  在学生学习的过程中,还应积极鼓励学生参加各种科技创新活动,④培养学生的创新意识、协作精神。因为“光电检测技术”在日常生产、生活中应用极其广泛,通过科技创新活动寻找生活中存在的问题,积极主动地解决,可提高学生的综合分析与设计能力。

  以上是笔者在教学过程中采用的一些方法,综上所述,笔者认为在光电检测技术教学中,教师应充分发挥自己的才智,吸引学生的注意力,提高教学效果,培养学生的综合应用能力。

  基金项目:江苏省高等教育教改研究课题(2013JSJG 155);十二五重点专业支持项目;江苏高校优势学科建设工程资助项目

  注释

  ① 李刚,曹浪舟.光电检测技术课程教学改革的探讨[J].高等函授学报(自然科学版),2010.23(4):43-45.

  ② 陈元枝.“光电检测技术”课程的教学体会[J].桂林电子科技大学学,2007.27(5):426-428.

  ③ 郭培源,付扬.光电检测技术与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

  ④ 张卫纯,王开圣.浅谈《光电检测技术》课程的课堂教学[J].甘肃科技,2009.25(18):170-171.

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