周正仙，阮麗麗，余瑞蘭，杜友武，張法保

（1.安徽師范大學物理與電子信息學院，安徽蕪湖 241002；2.光電材料科學與技術(shù)安徽省重點實驗室，安徽蕪湖 241002）

在新工科背景下，各高校圍繞工科教育的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系開展了課程改革和實踐工作[1-2]?！肮怆姍z測技術(shù)”課程是高校光電信息科學與工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程[3-4]。我國光電檢測技術(shù)課程的教學工作仍存在著重教不重學的問題，教師教授方法單一，沒有調(diào)動學生學習的積極性，結(jié)果造成教學質(zhì)量普遍不高。傳統(tǒng)的教學理念、教學方法和知識結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應當前新工科理念下的人才培養(yǎng)模式。針對光電檢測技術(shù)課程教學現(xiàn)狀，高等教育工作者做了一些有益的探索，也積累了一些寶貴的經(jīng)驗。通過改變教學方法，采用案例教學來實現(xiàn)教學目標，這些理論探討在一定程度上提高了學生學習的興趣、增強了教學過程的互動性、培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造力。但是，由于光電檢測技術(shù)是一門偏應用的專業(yè)課程，若教學方式不能將理論與實踐相結(jié)合，將教與學充分融合，將很難達到好的效果。

1 教學方法研究

根據(jù)我校及國內(nèi)同類院校光電檢測技術(shù)課程的現(xiàn)狀，以新工科理念為指導思想，從教學模式、教學方法、考核體系等方面對光電檢測技術(shù)課程教學進行研究，并以具體的知識點教學為案列，將理論與實踐相結(jié)合的教學方法貫穿于整個教學過程。

（1）教學模式研究。結(jié)合新工科理念，研究以學生學為主導和教師指導為輔的教學模式，以應用案例為驅(qū)動，充分調(diào)動學生學習的積極性，逆向驅(qū)動學生學習光電檢測技術(shù)課程相關(guān)內(nèi)容。教學過程中，結(jié)合實驗室科研項目，講解理論知識在實際中的應用，從而進一步加固學生對理論知識的理解，形成以學生為中心的講授、學習、思考多維一體化教學模式。

（2）教學方法研究。采用理論知識講解、案例講解、討論思考相結(jié)合的新教學方法。對基礎(chǔ)的技術(shù)內(nèi)容采用課堂講解的方法，并結(jié)合實際案例講解，讓學生明白所學知識的實際應用價值。同時設(shè)置光電檢測項目設(shè)計，逆向驅(qū)動學生對光電檢測技術(shù)相關(guān)知識的學習，提升課程教學質(zhì)量。項目設(shè)置是雙向的，可以由教師設(shè)置題目，也可以由學生主動提出設(shè)計項目，培養(yǎng)學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。

（3）考核體系研究?？傮w思路是以課程考核為杠桿，調(diào)動學生主動學習的積極性。最終成績的計算包括方案設(shè)計、案例討論、期中考試、平時成績、期末考試等幾個部分。此外，我們計劃將平時成績分成作業(yè)成績和提問成績。對于學生主動提出好的案例或好的設(shè)計題目給予肯定（加分），并將這些好的案例和設(shè)計題目加入到期中和期末考試的命題庫中，以此來激發(fā)學生主動思考。

2 教學實踐

以光電檢測信號處理為例，采用理論與實踐相結(jié)合的思路來實施教學，將教學模式、教學方法和考核方法充分融合到具體的教學過程中。教學流程是：先講理論，再安排學生實踐，讓學生思考提出問題以鞏固理論。

首先，講授滑動平均[5]和滑動相減[6]處理算法，讓學生掌握信號降噪和信號提取的理論知識。

（1）滑動平均理論。信號會攜帶噪聲，噪聲信號波動大連續(xù)性差，通過滑動平均的方法濾除高頻噪聲來增加信號的連續(xù)性。假設(shè)有N條信號曲線，每條信號曲線有Q個數(shù)據(jù)點，則可以表示為r={r1,r2,r3,…,ri,…,rN}，這里ri表示第i條信號曲線。若滑動平均的數(shù)據(jù)點數(shù)設(shè)置為M，則滑動平均曲線可表示為

（2）滑動相減理論。通常信號集合中相鄰數(shù)據(jù)點都非常接近，無法用相鄰差分法提取有用信號，因此需要采用一定間隔的曲線相減提取有用信號。先計算滑動相減間隔r，再利用相減間隔得到差值曲線。計算r時需要考慮到脈沖持續(xù)時間和振動的衰減時間，選擇Rr=Rint(i/2M)×M+1作為滑動相減間隔計算公式，通過ΔRi=Ri-Rr得到差值曲線集ΔR={ΔR1,ΔR2,ΔR3,…,ΔRi,…,ΔRN-M}。這種方法即使在平均數(shù)M很大的情況下，曲線條數(shù)從N減少到N-M，可測量的最大頻率與分離平均法相比變化也不大。

其次，給合本實驗科研項目，讓學生利用所學的滑動平均和滑動相減理論對光纖傳感器采集到的原始后向散射數(shù)據(jù)進行處理，提取有效的振動信號，使其充分理解滑動平均和滑動相減理論在實際中是如何應用的，加深對理論知識的理解。

圖1為原始光纖后向散射信號，從圖1可以看出，末端位置為振動信號位置，如紅框所示。原始的后向散射曲線含有高頻噪聲，整條曲線波動性大、連續(xù)性差。通過對原始后向散射曲線振動位置信號進行滑動平均處理，過濾高頻噪聲，提高信號的連續(xù)性，處理后的信號如圖2所示。

圖1 原始后向散射信號

圖2 振動位置的后向散射信號

對后向散射原始信號進行解調(diào)，提取有效振動信號。由于相鄰原始曲線間的數(shù)值變化非常小，很難通過相鄰曲線來解調(diào)振動信號，因此采用滑動相減理論方法對原始后向散射數(shù)據(jù)進行處理，提取有效的振動信號。根據(jù)振動信號特征，調(diào)整滑動相減算法參數(shù)，優(yōu)化振動信號的提取效果。經(jīng)過滑動相減處理后提取的振動信號如圖3所示。

圖3 滑動相減處理后的信號

最后，在實踐教學過程中融入問題討論和互動提問，引導學生進行更深入的思考。根據(jù)光纖振動信號的特點，提出問題讓學生思考：1）進行滑動平均處理后會降低信號的哪個參數(shù)，哪些信號不能使用滑動平均算法；2）如何調(diào)整參數(shù)提高振動信號的提取質(zhì)量和信噪比。同時，舉一反三，調(diào)動學生思考滑動平均和滑動相減方法還可以用在哪些信號的處理中，問題討論和互動提問結(jié)果記入考核體系中。

3 結(jié)論

本文分析了國內(nèi)光電檢測技術(shù)課程的教學現(xiàn)狀，對光電檢測技術(shù)課程中的教學模式、教學方法和考核體系進行了研究。以光電檢測課程中信號處理知識點作為教學案例，理論與實踐相結(jié)合充分調(diào)動了學生對理論知識學習的興趣，促進了學生主動對所學知識點的思考，培養(yǎng)了學生提出問題、分析問題、解決問題的能力，有效提升了教學質(zhì)量和學習效果。