華文深 陳玉丹 毛少娟 李剛 王元鉑

摘要：光電技術(shù)是光電裝備的核心技術(shù)和理論基礎(chǔ)，是軍用光學(xué)工程專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。光電裝備的先進(jìn)程度直接影響著武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，隨著各種新技術(shù)尤其是信息技術(shù)的應(yīng)用，不僅使光電裝備的性能得到大幅度的提升，而且為光電技術(shù)課程的教學(xué)改革提供了豐富的素材。將光電裝備發(fā)展中涌現(xiàn)出的新技術(shù)新思想納入到課堂教學(xué)，不僅能夠充實(shí)和豐富教學(xué)內(nèi)容，而且能夠增強(qiáng)教學(xué)的時(shí)代感和針對(duì)性，為學(xué)生的創(chuàng)新和后續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：光電技術(shù)；教學(xué)改革；光電裝備；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）29-0099-03

一、引言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)日新月異的特點(diǎn)，新技術(shù)總是最先應(yīng)用在與國(guó)家安全密切相關(guān)的領(lǐng)域和裝備上，院校教學(xué)如果過(guò)于注重裝備本身的使用和維護(hù)層面，那么幾年之后學(xué)生走出校門，必然造成所學(xué)技術(shù)的滯后，面對(duì)工作崗位上的新裝備，學(xué)生就會(huì)感到無(wú)所適從，產(chǎn)生畏難情緒，這對(duì)提高部隊(duì)的戰(zhàn)斗力以及學(xué)生的后續(xù)發(fā)展都將產(chǎn)生不利影響。系統(tǒng)的部隊(duì)院校教學(xué)和教學(xué)改革，既要依托現(xiàn)有裝備打牢學(xué)生的理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的基本專業(yè)技能，同時(shí)又必須重視培養(yǎng)學(xué)生思想和思維的前瞻性，才能為學(xué)生的后續(xù)發(fā)展以及裝備的創(chuàng)新提供持久動(dòng)力。

二、光電技術(shù)課程教學(xué)改革的必要性

近年來(lái)發(fā)生的多次高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)反復(fù)證明，光電裝備在軍事上的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)對(duì)作戰(zhàn)方式和作戰(zhàn)效能產(chǎn)生了重大影響，成為現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上軍事高技術(shù)對(duì)抗的制高點(diǎn)之一。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中，光電裝備的發(fā)展水平，在一定程度上決定著武器系統(tǒng)的先進(jìn)程度，是衡量武器系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的重要標(biāo)志，是贏得高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的重要保證。院校作為人才培養(yǎng)的主陣地，應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)信息化條件下人才培養(yǎng)的需求和新變化，以培養(yǎng)學(xué)員裝備保障指揮能力為目標(biāo)，不斷提高培養(yǎng)人才的全面素質(zhì)和技術(shù)水平。

“光電技術(shù)”課程是軍用光電工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程是激光測(cè)距、激光制導(dǎo)、微光夜視和紅外熱像等后續(xù)光電裝備課程的必備基礎(chǔ)?！肮怆娂夹g(shù)”課程涉及面非常廣，本課程中所學(xué)到的知識(shí)將貫穿光電類專業(yè)學(xué)生本科乃至研究生培養(yǎng)階段的全過(guò)程，課程教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響后續(xù)裝備課的教學(xué)，最終將影響所培養(yǎng)軍事技術(shù)人才的質(zhì)量，所以深化光電技術(shù)課程的教學(xué)改革，對(duì)于提高課程建設(shè)水平和提高教學(xué)質(zhì)量具有非常重要的意義。

三、“光電技術(shù)”課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

“光電技術(shù)”課程內(nèi)容覆蓋面廣，是涉及應(yīng)用光學(xué)、物理光學(xué)、微電子技術(shù)、模擬和數(shù)字電路技術(shù)等多門類的交叉學(xué)科，需要掌握的知識(shí)點(diǎn)和內(nèi)容繁雜[1]。若教學(xué)內(nèi)容組織不夠合理，邏輯主線不夠清晰，理論聯(lián)系實(shí)際不夠緊密，很容易讓學(xué)員產(chǎn)生內(nèi)容復(fù)雜、零散、科普化的感覺(jué)，勢(shì)必影響教學(xué)效果。在教學(xué)實(shí)踐中我們就發(fā)現(xiàn)了這樣的問(wèn)題：許多學(xué)員在學(xué)完光電技術(shù)課進(jìn)入光電類裝備課學(xué)習(xí)時(shí)，或者畢業(yè)到了部隊(duì)接觸新的裝備時(shí)，仍感到有一定困難，在一定程度上缺乏解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為什么學(xué)員已經(jīng)學(xué)習(xí)了專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)，甚至學(xué)習(xí)了多種不同型號(hào)的裝備課程，但在實(shí)際工作中卻不能很好地發(fā)揮作用呢？因此，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，研究在信息化條件下，如何在光電技術(shù)課程的教學(xué)過(guò)程中融入光電裝備的新理論、新技術(shù)，使學(xué)員意識(shí)到光電技術(shù)課程的重要作用，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，是一項(xiàng)重要而有意義的課題。

傳統(tǒng)的光電技術(shù)課程教學(xué)，雖然理論性和系統(tǒng)性比較完善，包括了輻射度學(xué)和光度學(xué)基礎(chǔ)、光電轉(zhuǎn)換的基本理論、光電器件的基本工作原理、光電探測(cè)的基本方法和光電系統(tǒng)構(gòu)成和設(shè)計(jì)等多方面的內(nèi)容，但是作為教材，其課程內(nèi)容體系的形成需要有個(gè)過(guò)程，很難做到與光電裝備的更新?lián)Q代同步更新，教材中所采用的案例素材比較經(jīng)典。作為一門技術(shù)基礎(chǔ)類課程，從技術(shù)層面和應(yīng)用層面看，案例素材的時(shí)代感和創(chuàng)新性稍顯不足，主要是沒(méi)有充分體現(xiàn)出現(xiàn)代新型光電裝備發(fā)展中的新技術(shù)和新方法，或者說(shuō)在教材內(nèi)容中能夠體現(xiàn)現(xiàn)代光電裝備中新思想的案例素材比較少，時(shí)代感不強(qiáng)?？傊瑐鹘y(tǒng)光電技術(shù)課程在教材的選題上缺乏針對(duì)性和時(shí)效性，與新型光電裝備的結(jié)合點(diǎn)不夠突出，從而在一定程度上導(dǎo)致學(xué)生缺乏興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，進(jìn)而影響學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題能力的鍛煉培養(yǎng)。

四、新型光電裝備及其發(fā)展趨勢(shì)

立足軍用光電工程專業(yè)的特點(diǎn)，以培養(yǎng)適應(yīng)信息化軍隊(duì)建設(shè)、打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)需要的從事軍用光電裝備技術(shù)保障的高素質(zhì)新型裝備人才為目標(biāo)，依據(jù)“緊扣教學(xué)重點(diǎn)、瞄準(zhǔn)發(fā)展前沿、突出軍事特色”的原則，緊貼光電裝備的發(fā)展，結(jié)合當(dāng)前軍用光電裝備所涉及的新型光電器件、光電探測(cè)方法以及光電信息處理方法，旨在將光電技術(shù)課程與光電裝備發(fā)展的核心理論、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行多角度的融合，深化光電技術(shù)課程改革，使光電技術(shù)課程與光電裝備教學(xué)相輔相成，提高學(xué)員對(duì)光電裝備的理解深度和應(yīng)用光電技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)解決武器裝備問(wèn)題的工程實(shí)踐能力，全面提升學(xué)員的專業(yè)綜合素質(zhì)。

信息化時(shí)代，軍用光電技術(shù)與光電裝備呈現(xiàn)出多波段、多模式、一體化、網(wǎng)絡(luò)化、高精度的發(fā)展趨勢(shì)。工作波段涵蓋紫外、可見(jiàn)光、近紅外、中長(zhǎng)波紅外、毫米波與厘米波等多波段頻譜范圍；探測(cè)模式從能量探測(cè)向能量與光譜探測(cè)結(jié)合的多模式方向發(fā)展；實(shí)現(xiàn)警戒—跟蹤、偵察—跟蹤、跟蹤—制導(dǎo)、跟蹤—通信、跟蹤—火控等多功能一體化；實(shí)現(xiàn)單機(jī)單控設(shè)備向單平臺(tái)多傳感器、單平臺(tái)多系統(tǒng)、多平臺(tái)多傳感器以及多平臺(tái)多系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；系統(tǒng)定位、定向、測(cè)距的精度大幅度提高[2]。這些采用先進(jìn)光電技術(shù)的裝備和武器系統(tǒng)在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了重要作用。當(dāng)前世界各國(guó)尤其是軍事大國(guó)，都非常重視光電技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究。例如，美國(guó)投入數(shù)億美元研制生產(chǎn)第三代凝視型焦平面陣列紅外探測(cè)器。洛克希德·馬丁公司同休斯公司合作研制艦載紅外點(diǎn)源探測(cè)（IRST）系統(tǒng)，以對(duì)付來(lái)襲的巡導(dǎo)導(dǎo)彈，項(xiàng)目耗資1500萬(wàn)美元，兩年完成。航天與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心還同洛克希德·馬丁公司導(dǎo)彈與航天部門簽訂了159億美元合同，進(jìn)行空間的紅外系統(tǒng)（SBIRS）高級(jí)組件的設(shè)計(jì)與制造研究[3]。

我軍在先進(jìn)光電裝備的研發(fā)方面也投入了大量精力。例如APD光電探測(cè)器和鎖相放大技術(shù)用于激光告警和光電探測(cè)；小型化的半導(dǎo)體激光器及其高頻調(diào)制特性用于研制新型激光駕束制導(dǎo)儀；新型拉曼頻移激光測(cè)距機(jī)中利用非線性光學(xué)理論對(duì)1.064μm激光頻移，產(chǎn)生人眼安全的1.54um激光；激光末端制導(dǎo)武器系統(tǒng)激光照射指示器采用電光調(diào)制和預(yù)燃電弧源產(chǎn)生高重頻脈沖序列，指示和導(dǎo)引炮彈命中目標(biāo)；光電聯(lián)合相關(guān)處理技術(shù)用于目標(biāo)的快速識(shí)別、跟蹤探測(cè)和火力指揮與控制等等。同時(shí)，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電裝備的性能得以迅速提升。隨著光電陰極激活工藝和制備工藝的改進(jìn)，促使微光夜視裝備朝著靈敏度更高、響應(yīng)波段更大的方向發(fā)展。四代微光器件不僅可以直接利用微光夜視的光電轉(zhuǎn)換、電子聚焦、倍增、顯示等，而且具有直接平面列陣凝視、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。隨著新型紅外探測(cè)器的發(fā)展，紅外熱成像儀將從單波段探測(cè)向多波段探測(cè)發(fā)展，并且逐步實(shí)現(xiàn)小型化，特別是在單兵光電系統(tǒng)中[4]，小型化輕量級(jí)光電裝備的發(fā)展非常迅速。就激光裝備而言，發(fā)展人眼安全、大氣傳輸性能好的激光裝備是未來(lái)的發(fā)展方向。

五、光電技術(shù)課程教學(xué)改革實(shí)踐的具體做法

將現(xiàn)代光電裝備研究中的新思想融入到光電技術(shù)課程教學(xué)中，要取得良好的教學(xué)改革效果，必須從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩個(gè)方面著眼進(jìn)行改革，教學(xué)內(nèi)容是核心，教學(xué)方法是關(guān)鍵。

（一）教學(xué)內(nèi)容的選擇上，注重與新型軍用光電裝備的結(jié)合

軍用光電裝備的種類非常多，應(yīng)用面非常廣[5，6]，從光波段上分為白光裝備、激光裝備、微光裝備、紅外裝備等類型。從使用功能上，光電裝備包括觀察、瞄準(zhǔn)、測(cè)量、探測(cè)、跟蹤、打擊等不同使用功能。具體形式上可分為激光測(cè)距、激光制導(dǎo)、激光告警、激光防護(hù)、激光武器；微光觀察、微光瞄準(zhǔn)；紅外熱像、電視跟蹤、光電對(duì)抗、光電火控等等。就現(xiàn)代新型光電裝備的發(fā)展，分門別類地去歸納和提煉出其中所蘊(yùn)含的光電技術(shù)的新思想、新技術(shù)和新方法，這是引入和充實(shí)光電技術(shù)課程教學(xué)的生動(dòng)案例，是開(kāi)展課程教學(xué)改革最鮮活的素材。

在課程教學(xué)改革研究工作中，課程組成員發(fā)揮集體智慧，從教學(xué)素材的梳理和選擇入手，重組教學(xué)內(nèi)容，從新型光電裝備中提煉出帶有普遍性的模型化內(nèi)容，尋求和挖掘光電技術(shù)的基礎(chǔ)理論與新型光電裝備技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵與結(jié)合點(diǎn)，如表一所示。我們將經(jīng)典教材只是作為綱目，在現(xiàn)有教材體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，用大量新型光電裝備的鮮活素材豐富和重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，將特殊性與普遍性有機(jī)結(jié)合起來(lái)，體現(xiàn)和彰顯本專業(yè)的特色，引導(dǎo)學(xué)生從最核心的理論和最深層的技術(shù)中去理解新裝備，提高學(xué)生分析和認(rèn)識(shí)問(wèn)題的深度。

在課堂教學(xué)改革中，為了將最核心的、最基本的理論與光電裝備的最新發(fā)展融合起來(lái)，必須改變課程教學(xué)模式，我們采用前展后延的教學(xué)方法，將分析和歸納有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提高學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題的廣度。通過(guò)典型案例，從新型光電裝備的創(chuàng)新發(fā)展的角度引入問(wèn)題，按照問(wèn)題的提出、可行性必要性的分析、技術(shù)的實(shí)現(xiàn)、基礎(chǔ)理論的源泉等思路導(dǎo)入課堂，展開(kāi)問(wèn)題分析后，再進(jìn)一步啟發(fā)，作擴(kuò)展引導(dǎo)，將新技術(shù)延伸到其他相關(guān)領(lǐng)域，從而達(dá)到以點(diǎn)帶面，觸類旁通的目標(biāo)。

（二）教學(xué)方法上，注重與內(nèi)容相匹配采用不同的方法和組織形式

教學(xué)方法是為教學(xué)內(nèi)容服務(wù)的，目的是讓學(xué)生更深刻地理解基本原理、基本觀念和基本方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。光電技術(shù)課程的特點(diǎn)是原理性敘述比較多，學(xué)生學(xué)起來(lái)比較困難，不容易掌握。針對(duì)這種情況，課題組通過(guò)調(diào)研各類型光電裝備所采用的理論和技術(shù)及其最新發(fā)展，將其融入光電技術(shù)課程的教學(xué)中，開(kāi)展與之相關(guān)的案例式教學(xué)、研討式教學(xué)等方法的研究。例如，光電探測(cè)器知識(shí)模塊中，結(jié)合多個(gè)光譜區(qū)光信息的響應(yīng)，講授工程上在紅外區(qū)和紫外區(qū)獲得待測(cè)信息的應(yīng)用實(shí)例；信號(hào)變換與處理模塊中，通過(guò)強(qiáng)背景光提取飛行目標(biāo)信息的實(shí)例，生動(dòng)地介紹調(diào)制盤、背景噪聲抑制等重要的信息處理手段和方法。

在光電探測(cè)器部分的授課中，可以采用以現(xiàn)有的光電裝備為例，進(jìn)行啟發(fā)式和研討式教學(xué)。從兩種典型的紅外熱像儀入手，首先從外觀上進(jìn)行討論，一款較小而另外一款較大且有氣瓶，究其原因是熱像儀工作時(shí)是否需要制冷，那么問(wèn)題就出來(lái)了，同樣是熱像儀，為什么有的需要制冷，而有的則不需要呢？——二者所用的探測(cè)器不同——光子探測(cè)器和熱探測(cè)器——光子探測(cè)器為什么需要制冷？為什么還要使用光子型探測(cè)器？——引出光子型探測(cè)器的工作原理及特點(diǎn)；熱探測(cè)器為什么不需要制冷？——引出熱探測(cè)器的工作原理及特點(diǎn)。按照問(wèn)題本身的邏輯鏈展開(kāi)教學(xué)，學(xué)生普遍反映很具有啟發(fā)性，也容易理解。

通過(guò)調(diào)研各類型光電裝備所采用的理論和技術(shù)及其最新發(fā)展，將其融入光電技術(shù)課程的教學(xué)中，開(kāi)展與之相關(guān)的案例式教學(xué)、研討式教學(xué)等方法的研究。由于光電裝備的種類和型號(hào)非常多，在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施環(huán)節(jié)上，哪些章節(jié)需要采用案例式教學(xué)，具體的案列是什么？哪些章節(jié)需要采用研討式教學(xué)，研討的主題方向是什么？為什么這樣做，以及這樣設(shè)計(jì)的好處等，這些問(wèn)題都要經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，然后在課堂上大膽實(shí)踐。最終目標(biāo)是達(dá)到知識(shí)的融會(huì)貫通、夯實(shí)理論基礎(chǔ)，達(dá)到以點(diǎn)帶面、觸類旁通的效果。同時(shí)讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)從“學(xué)會(huì)”到“會(huì)學(xué)”的轉(zhuǎn)變，從而使學(xué)生的思維能力和素質(zhì)得以全面提升。

六、結(jié)論

光電技術(shù)課程的教學(xué)改革必須依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，緊貼光電裝備發(fā)展，提煉出其中的新思想和新方法，融入專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中。從充實(shí)教學(xué)內(nèi)容入手，提高教學(xué)的時(shí)效性和針對(duì)性，結(jié)合教學(xué)模式改革，從方法上引導(dǎo)學(xué)生分析認(rèn)識(shí)問(wèn)題的深度和高度，達(dá)到既夯實(shí)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)、掌握學(xué)習(xí)和研究方法，又可以掌握裝備創(chuàng)新研究的思路，提高學(xué)生創(chuàng)新的思維品質(zhì)和創(chuàng)新的持久動(dòng)力。

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