苏丽娟，袁艳
摘要：光电成像原理课程覆盖了多个学科知识，其理论知识点多、技术性强，单纯的课堂讲授的模式不利于学生掌握知识要点和理论联系实际。针对专业体系、课程要点和学生特点，提出了一种结合课堂讲授与设计实践的教学模式，引导学生自主梳理课程知识点、熟悉专业知识，激发学生主观能动性开展自由探索，使学生充分体会理论联系实际的含义，获得了良好的教学效果。
关键词：光电成像原理；实践教学；教学模式
中图分类号： G61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00
一、引言
光电成像技术是适应信息社会对图像信息的需求而发展的新兴分支学科[1]，主要研究图像传输及获取、光电转换及存储、系统设计及分析等多个方面。针对仪器学科光电类专业开设的《光电成像原理》课程内容涉及多门学科知识，其中包括光学、辐射度量学、图像探测理论、光电转换技术等。课程教学的目的是使学生学习并掌握光电成像技术的相关知识和应用技术，进而获取本专业视野，训练个人专业的知识能力，为其在相关领域工作和发展打下基础。
二、当前的教学问题
目前，光电成像原理这门课程采用的课本为2006年出版的《光电成像原理与技术》（白廷柱等编著），覆盖光电成像技术领域的基本原理、公式推导、器件特性参数以及技术应用等知识，旨在培养学生“理论联系实际的能力”。但是，实际教学中，由于课程内容理论性很强且包含非常多的公式、概念、繁复的应用器件及系统，本科生在学习过程中感觉难度大、理解困难、枯燥乏味。此外，由于绝大多数学生在学习过程中被动接受教师课堂讲授的知识，缺乏主观能动性，对课程涉及的知识割裂式学习，无法融会贯通知识体系，对课程内容停留在了书本层面的各个独立章节，不能与实际应用联系起来。
因此，教学过程中需要教师开展实践教学[2，3]，训练学生思维逻辑能力，引导学生将所学各个体系知识串联起来并积累理论联系实际的经验，使学生具备学科专业背景下的知识技能。
三、设计实践教学模式探索与实践
针对《光电成像原理》中包括了详细的知识体系和丰富的实践案例，可作为理论和实践应用结合时的借鉴，我们探索一套带设计性的教学模式应用于实际教学过程中。设计教学是指在教学过程中，针对光电成像技术某一类应用系统给学生布置设计问题，指导学生在课后通过完成设计实践任务完成对知识体系的梳理。在设计题目中留出探索、思考和发挥的空间，使学生可以自由的探索、自我调研学习，实现学生思辨能力的培养。在实践该教学方法时，需要注意以下几个方面。
（一）实践问题的设计
首先，实践教学的终极目的是培养学生获取具备高深的专业素质能力，掌握专业知识与技能结构，因此实践问题应达到学科专业技能的综合性训练效果。在设计实践问题时，应覆盖更广泛的知识技能应用需求，使学生能将在本学科不同专业课程中所学的知识结合起来。在此基础上，帮助学生建立一个本学科专业体系应用的背景意识，使学生摆脱常见的“不知所学为何用”的茫然状态，有助于学生日后选择专业深造方向。在实际教学过程中，我们布置了两个设计实践问题，分别为“微光夜视成像系统设计”和“遥感光电成像系统设计”。这两个设计内容，都涉及了光学系统设计部分，涉及仪器专业中学生必修的工程光学部分知识。学生在完成设计任务后，会理解为什么专业课程要学习各个课程，明白各个专业课之间存在的有机联系，从而发出“让我知道了现实需求中对于知识储备的需求”的感慨。
其次，实践教学要使学生梳理所学内容，回顾各个知识要点，从而巩固其对课程知识体系结构的认识，因此实践问题应包含光电成像原理中不同的知识要点。以“微光夜视成像系统设计”为例，学生要完成设计实践，需贯穿课本中目标识别准则、辐射源、大气辐射传输理论、像管原理选型、系统设计及验证等诸多知识要点。在解决设计问题后，学生会“意识到自己知识学习的不连贯性，知识与知识之间的联系过于稀少”，深入的了解所学知识的联系，理解理论知识在与实践相结合时涉及多个方面，明白“一个参数需要符合的常常不止一个条件”。
再次，实践教学要培养学生自主学习分析的能力，因此实践问题应尽量让学生自主参与问题内容的发掘。同样以“微光夜视成像系统设计”为例，问题为“在无月晴朗夜晚，大气质量优良条件下，能够识别距离500m开外置于山林背景中的卡车”。该问题中，只有500m为明确给出的参数，其他的参数需要学生通过分析问题并查阅相关资料获取。例如，学生需要根据“无月晴朗夜晚”确定光源照度，依据“大气质量优良”估计能见度距离，参照“识别”分析探测理论的约翰逊准则，根据生活常识估计“卡车”的高度，计算大气辐射传输系数时考虑到“山林背景”的影响。经过这一研究过程，调动学生的自主完成各个参数的选择和确认，从而达到知识梳理和巩固的效果。
最后，实践教学要培养学生自由探索问题、发散思维的能力，因此实践问题应给学生留有发挥的空间。因此，设计题目没有限定设计哪一类型的光学系统、选择哪种型号的像管或者CCD元件等。只是在布置任务时，要求学生完成的设计报告应该主要包括设计依据、设计参数及过程、设计结果分析讨论等主要内容。在实际过程教学实践中，学生发挥了主观能动性，自主调研并分析了成像系统的主要组成部分、光学系统设计的多种方案及优缺点、像管的发展历程和选型依据、各个分系统的可行性和特点、光电器件的原理和特性参数、影响系统性能的因素。
（二）发挥教师引导作用
实践教学虽然以学生为主体，但是教师在教学过程中应该发挥引导作用，对相关知识的教学要有条理，对关键知识点穿针引线，对于生疏知识还要做出相关的教学示范。这是因为设计实验涉及的内容较多、学生学习时间和精力有限，教师将知识进行讲解，可指导学生在有限的时间内积累有效的知识，避免走过多的弯路，使学生可将更多的精力发挥到发散思维上。
例如，在布置“微光夜视成像系统设计”任务前，布置学生完成课后关于大气传输相关习题的计算、系统探测目标能力计算等习题。在课堂上，示范某个微光夜视仪的物镜、目镜的光学设计过程，使学生有参考和模仿的依据。这类示范会使学生掌握一部分设计程序、设计方法等基本知识，使学生在开始设计前具有部分参考经验，从而避免学生因为拿到一个全新的题目，感觉无从下手，进而产生畏惧心理放弃学习研究和拓展思维，导致无法达到培养实践和探索能力的教学目的。
教师的引导作用还包括对学生的设计结果进行分析和设计报告评判上。学生在完成第一个设计题目时，会暴露出一些问题，因此需要及时指出报告中存在的问题，如提炼信息能力有待加强、调研查找资料的能力不足等。此外，目前的本科生在整个大学阶段，绝大多数只在毕业设计环节接受论文撰写方面的培训，因此本课程应针对学生完成的报告分析学生在总结、撰写报告中存在的问题，鼓励他们在下一个报告中进行改进，从而达到培养学生综合素质的目的。
（三）鼓励学生积极互动
学生在完成实践任务时，个人思维容易受限，因此需要鼓励学生之间开展互动讨论。每个学生都有自己独到的思路，因此教师在要求学生保证实践报告的独立性前提下，还应鼓励学生相互讨论。此外，教师还可在课后提供固定的答疑时间，鼓励学生就相关的疑问向老师提出问题，学生也可提出自己对问题的不同见解，教师与学生就相关问题进行分析和讨论，并将结果分享给全班同学，从而达到鼓励自主学习、主动思考的教学目的。
（四）教学效果
我们在已经连续两个学期依据上述方法开展了设计教学实践，绝大多数的学生都完成了实践任务的基本要求，达到了的知识点梳理和巩固的目的，反映在考试上就是相关知识要点的掌握效果超过了未实施该教学方法的学期。此外，部分学生更被激发了积极主动性，针对系统的各个部分开展了充分的调研、分析和讨论，每个学生的探索结果不尽相同，但是各有亮点，达到了开阔学生思路、培养学生自主能力的教学目的。
四、结束语
针对仪器光电学科本科课程《光电成像原理》的课程内容和教学目标，我们摸索并实践了一套结合应用系统设计的教学方法，可以引导学生自主梳理课程知识体系、培养学生的专业素养、调动学生主动学习知识、锻炼学生发散思维和调研分析的能力。这样的教学方法可随着课程知识的变革进行改进和完善，可以提高学生的专业能力，有助于课程教学质量的提高。
参考文献：
[1]白廷柱.光电成像原理与技术[M].北京：北京理工大学出版社，2006.
[2]时伟. 论大学时间教学体系[J].高等教育研究， 2013， 34（7）， 61-64.
[3]王源远， 王丽萍， 高校实践教学的理论认识和实践研究[J]， 2013， 30（1）， 11-14.
