光学教程范文

光学教程范文第1篇

作者：邹林儿，范定环，傅继武，沈云

关键词：专业光学软件，光学工程类专业，课程教学，教学模式

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）12（c）-0127-02

光学工程类专业是以光学、应用光学、量子光学、非线性光学、激光技术和光电子学等为理论基础，结合物理电子与微电子学、固体物理学、计算机技术以及信息与通信工程等的一门综合性强专业[1]。近年来，随光电信息产业的迅速发展，该专业类的人才需求增多，就如何办好该类专业，以适应产业需求，是许多高校乃至整个国家需要解决的课题[2]。其中，专业光学软件课程是光学工程类专业教学的重要组成部分。学生掌握一至二门专业光学软件，利于提高专业知识与实际应用的综合运用水平，助于增强就业竞争力，更为重要的是将来相关专业工作的必备技能之一。专业光学软件依据应用领域大致可分为：以经典光学和现代光学为基本原理的应用在各种光学仪器或仪器系统的光学设计类软件[3]，目前它们主要有ZEMAX、CODEV、ASAP和OSLO等光学设计软件；以导波光学和光通信为理论的应用在光通信领域的器件或系统仿真设计的光通信类软件[4]，如OptiBPM、Beamprop等光波导设计软件，以及OptiSystem等光通信系统仿真软件；另外，其它一些计算软件也可以用在光学方面的，如Matlab在光信息处理中的应用[5]。

专业光学软件的教学相对光学专业实验教学（特别是涉及到昂贵专业实验设备），要求的技术起点低，且能更快地让学生接触到实际应用课题。我们在专业光学软件实践教学过程中，强调基于光学专业知识的是逻辑分析和编程训练的结合，提高了学生的光学设计能力。结合近几年的专业光学软件教学研究和实践，我们从专业课程体系设计、课程教学方法、学生学习要求以及考核等几方面进行探讨[6-9]。

1教学课程体系设计

1.1专业理论知识与专业软件教学有机衔接和融合

专业光学软件的运用需要很强专业理论知识，一般面向于光信息科学与技术本科专业（现归类为光电信息科学与工程）和光学、光学工程研究生专业。如ZEMAX光学设计软件，其理论基础为光学设计的基础知识和像差理论。软件中的专业名词如物面、像面、高斯面等，和计算方法如实际光线计算、近轴光线计算，以及设计时的整体思路和流程等知识点都需要在专业理论课中掌握。因此，专业理论知识和专业软件课程之间的衔接很重要。它们之间如缺乏有机联系，在专业软件课程教学时，学生学习效率和质量下降，同时教师教学辛苦，整个课程进展慢。在我们的课程体系安排中，《工程光学》、《几何光学》或《应用光学》之类课程放置在大学二年级第一学期，以之为基础的专业软件教学，如ZEMAX之类的光学设计软件课程，放在随后的大学二年级第二学期。作为更高级的专业理论课程《导波光学》、《光通信原理》、《光波导理论与技术》等之类课程设置在大学三年级第二学期，随后接下来的学期开设光波导设计或光通信系统仿真等相关专业软件教学课程（可选修），如OptiBPM、OptiSystem等软件。同时在学习专业软件期间还可以安排些系统仿真中涉及到知识点的课程，如涉及到电光调制、四波混频效应等的《非线性光学》课程，涉及到光学透过率或反射率的《薄膜光学》课程等，这样有利于这些特殊知识点和软件教学学习有机融合。采用这样的安排和紧密的时间间隔，使得学生在软件学习中，不至于忘记前面学习过的理论知识。同时在软件教学中，结合实例，将专业理论知识和软件应用联系起来，提高了学生的综合运用能力，学会如何分析问题和解决问题，加深对专业知识的理解和认识，从而更好地实现应用软件解决问题。

1.2强化专业训练

现在许多学校施行三学期制，我们试点把专业光学软件学习作为实践设计类集中放在暑假期间（第三学期）进行专业系统学习和培训，专门作为一项专业技能课程传授给学生。专业光学软件课程教学结束后，软件的实际运用也是实践环节重要的一步，可以在学生相关实习企业环节或教师指导的毕业论文设计环节中体现，例如让学生协助参与到实际光学系统产品设计或项目中，了解产品从产品设计或项目的一系列过程。这些将为学生今后在企业科研一线从事光学工程类专业工作起着积极作用，加快学生把专业知识转化为实际应用的过程。

2教学方法和学习方式的改进

2.1以实例为教学主线、结合实际应用的专业光学软件课程教学方法

传统软件教学方法一般是先介绍菜单的各项功能，然后逐步展开软件操作步骤等，这菜单式的教学方法已不适宜专业软件教学了。专业光学软件不是大众化软件，教学目的不应停留在软件操作熟练程度上，而是通过教学方法应把握学习软件的内涵“如何运用软件分析问题和解决问题”。在专业光学软件教学过程中，我们提出以实例教学为主体，从整体设计思路上把握，而对于少量的基本软件操作串插到实例中讲解。

以ZEMAX光学设计软件为例，需设计一双胶合透镜，对于632.8nm波长的光，其焦距为100mm，相对孔径为1：5，而波像差小于λ/4。在这个实例中，对于初学者来讲，这些内容基本上包括整个光学设计所需要的教学内容（如透镜模型或系统结构参数建立、光线追迹、波前分布、像质评价分析等）以及设计思路和流程。在教学过程中，教师应贯穿整个设计目标是一个等效焦距（总光焦度倒数）为定值的光组，着重把握如何合理分配两个透镜的光焦度为设计思路。当涉及到构建透镜模型时，教师引导学生如何在软件中操作如参数设置和模型显示，并改变不同结构参数观察模型变化。当实现光传输时，重点讲解光线密度概念和物理意义等，以及光线在软件中追迹算法，串插地讲如何设置光线密度和工作光波长等操作。当讲到成像质量分析时，讲解波前的物理意义，和衡量成像质量的标准或判据，以及一般有哪些评价函数等，重点应放在如何分析成像质量。最后，谈到软件自动优化设计时，主要讲解如何设计优化函数，了解像差自动平衡的方法和有关问题，来提高成像质量，对这个理解和领悟是学生以后逐步走向更高层次的光学设计关键。通过实例教学，一方面让学生体会到专业软件与应用紧密结合，激发学生学习兴趣，提高学生的课堂参与度。更重要的是培养学生的光学设计整体思路，结合专业知识训练如何分析问题和解决问题，提高综合应用专业软件能力。

同时，教师对实例的筛选，要具有经典性和适宜的难易度。我们知道专业光学软件功能强大，涉及面广，如ZEMAX光学设计软件大致包括照明和成像两个范围。在专业光学软件的学习训练中一般分为初级、中级、高级三个层次。在中、高级层次训练中是针对特定设计目标，比如照相镜头设计、光谱仪系统的设计等，在这里需要更高级光学专业知识，如《高等光学》、《傅里叶光学》等。因此，教师在教学过程中针对不同学生层次，要把握教学难度和深度。

2.2坚持课前专业知识巩固，课堂学习讨论，课后上机复习的学习方式

专业光学软件里面涉及到许多专业名词，对它们准确理解，利于参数设置时有清晰的物理意义。这些专业名词的知识来自前期专业理论课程，需要学生课前自主巩固、查阅资料，比如软件中的有效焦距、波前、像差、评价函数等专业名词。在课程上，以实例讨论为主，学会分析问题和解决问题。以ZEMAX光学设计软件为例，可以讨论影响像差的因素是哪些，如何通过调整孔径光阑位置改善像差，以及在设计中如何平衡和分配各类像差等问题。通过实例讲解和讨论的学习方式，除了在课堂上激发学生学习热情和兴趣外，还加强对专业知识综合理解和提高应用软件解决问题的能力。课后布置学生上机复习，一是让学生消化课程上的知识，进一步尝试解决实例中出现各种情形；二是提高学生对软件使用熟练程度。这种学习方式让学生从被动式的课堂听课、上机练习，改变为主动性的课堂学习讨论，课后自主复习和巩固光学软件应用思路，鼓励学生尝试新的设计方案。对教师而言，一是让学生认识到专业软件课程学习的重要性和优势，充分调动学生的积极性和学习兴趣，是主动性学习方法的前提；二是引导课程讨论由浅入深，抱砖引玉。近几年来实践教学反馈，低年级学生意识到专业光学软件学习是光学理论知识与实际应用结合的关键环节，以及在就业方面占据较大优势，这已经形成学生的共识，起着良性循环作用，提高了学生学习专业软件积极性。

3采用多样灵活有效的考核评价方式

专业光学软件课程有着自身的内容特点和教学规律，仅仅采用传统的笔试、上机考试的考核方式是不能很好适应专业光学软件教学考核要求。专业光学软件课程的教学目的是不仅仅让学生熟练使用软件，更为主要的是能结合专业知识应用软件进行光学项目分析和设计。因此，专业光学软件课程的考察就是评价学生的专业知识综合运用与分析能力，包括专业知识的理解、项目的分析和解决能力、计算编程水平等几方面综合素质表现。基于此，我们在教学过程中采取多样灵活有效的考核方式。

（1）小作业。平时主要考察学生对专业光学软件的操作能力和专业知识的理解与应用。这通过课后布置小作业来考察学生平时对知识点掌握情况，同时还兼顾知识小结的复习和巩固。

（2）小组课题。学期快结束时，提前三至四周时间，分小组布置不同课题（或项目），如设计光学镜头（广角、微焦距镜头等）、光波导器件等。在规定时间内，让小组学生自主讨论，查阅资料，最后形成项目文档，提交设计报告。这种考核方式，对个别基础差的学生实现起来有一定难度，但通过小组成员合理搭配（平常成绩好的带动成绩较差的），这不仅提高整体学生的专业水平，更重要的是培养学生个人能力，如沟通、管理、创新、团队协作与领导等。

还要强调的是，教师在最后考核结束时，给予学生提交的项目报告进行点评，应重点评价学生的思维过程，同时帮助学生得到合理的答案，使得对学生的考核成为课堂教学的延伸。

4实践教学中相关问题思考

目前专业光学软件实践教学表明，上述措施的实施，在教学质量和学生受欢迎度方面有很大提高。但仍存在一些更高层次的问题，值得思考与进一步完善。

光学教程范文第2篇

关键词：专业光学软件 光学工程类专业 课程教学 教学模式

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（c）-0127-02

光学工程类专业是以光学、应用光学、量子光学、非线性光学、激光技术和光电子学等为理论基础，结合物理电子与微电子学、固体物理学、计算机技术以及信息与通信工程等的一门综合性强专业[1]。近年来，随光电信息产业的迅速发展，该专业类的人才需求增多，就如何办好该类专业，以适应产业需求，是许多高校乃至整个国家需要解决的课题[2]。其中，专业光学软件课程是光学工程类专业教学的重要组成部分。学生掌握一至二门专业光学软件，利于提高专业知识与实际应用的综合运用水平，助于增强就业竞争力，更为重要的是将来相关专业工作的必备技能之一。专业光学软件依据应用领域大致可分为：以经典光学和现代光学为基本原理的应用在各种光学仪器或仪器系统的光学设计类软件[3]，目前它们主要有ZEMAX、CODE V、ASAP和 OSLO等光学设计软件；以导波光学和光通信为理论的应用在光通信领域的器件或系统仿真设计的光通信类软件[4]，如OptiBPM、 Beamprop等光波导设计软件，以及OptiSystem等光通信系统仿真软件；另外，其它一些计算软件也可以用在光学方面的，如Matlab在光信息处理中的应用[5]。

专业光学软件的教学相对光学专业实验教学（特别是涉及到昂贵专业实验设备），要求的技术起点低，且能更快地让学生接触到实际应用课题。我们在专业光学软件实践教学过程中，强调基于光学专业知识的是逻辑分析和编程训练的结合，提高了学生的光学设计能力。结合近几年的专业光学软件教学研究和实践，我们从专业课程体系设计、课程教学方法、学生学习要求以及考核等几方面进行探讨[6-9]。

1 教学课程体系设计

1.1 专业理论知识与专业软件教学有机衔接和融合

专业光学软件的运用需要很强专业理论知识，一般面向于光信息科学与技术本科专业（现归类为光电信息科学与工程）和光学、光学工程研究生专业。如ZEMAX光学设计软件，其理论基础为光学设计的基础知识和像差理论。软件中的专业名词如物面、像面、高斯面等，和计算方法如实际光线计算、近轴光线计算，以及设计时的整体思路和流程等知识点都需要在专业理论课中掌握。因此，专业理论知识和专业软件课程之间的衔接很重要。它们之间如缺乏有机联系，在专业软件课程教学时，学生学习效率和质量下降，同时教师教学辛苦，整个课程进展慢。在我们的课程体系安排中，《工程光学》、《几何光学》或《应用光学》之类课程放置在大学二年级第一学期，以之为基础的专业软件教学，如ZEMAX之类的光学设计软件课程，放在随后的大学二年级第二学期。作为更高级的专业理论课程《导波光学》、《光通信原理》、《光波导理论与技术》等之类课程设置在大学三年级第二学期，随后接下来的学期开设光波导设计或光通信系统仿真等相关专业软件教学课程（可选修），如OptiBPM、OptiSystem等软件。同时在学习专业软件期间还可以安排些系统仿真中涉及到知识点的课程，如涉及到电光调制、四波混频效应等的《非线性光学》课程，涉及到光学透过率或反射率的《薄膜光学》课程等，这样有利于这些特殊知识点和软件教学学习有机融合。采用这样的安排和紧密的时间间隔，使得学生在软件学习中，不至于忘记前面学习过的理论知识。同时在软件教学中，结合实例，将专业理论知识和软件应用联系起来，提高了学生的综合运用能力，学会如何分析问题和解决问题，加深对专业知识的理解和认识，从而更好地实现应用软件解决问题。

1.2 强化专业训练

现在许多学校施行三学期制，我们试点把专业光学软件学习作为实践设计类集中放在暑假期间（第三学期）进行专业系统学习和培训，专门作为一项专业技能课程传授给学生。专业光学软件课程教学结束后，软件的实际运用也是实践环节重要的一步，可以在学生相关实习企业环节或教师指导的毕业论文设计环节中体现，例如让学生协助参与到实际光学系统产品设计或项目中，了解产品从产品设计或项目的一系列过程。这些将为学生今后在企业科研一线从事光学工程类专业工作起着积极作用，加快学生把专业知识转化为实际应用的过程。

2 教学方法和学习方式的改进

2.1 以实例为教学主线、结合实际应用的专业光学软件课程教学方法

传统软件教学方法一般是先介绍菜单的各项功能，然后逐步展开软件操作步骤等，这菜单式的教学方法已不适宜专业软件教学了。专业光学软件不是大众化软件，教学目的不应停留在软件操作熟练程度上，而是通过教学方法应把握学习软件的内涵“如何运用软件分析问题和解决问题”。在专业光学软件教学过程中，我们提出以实例教学为主体，从整体设计思路上把握，而对于少量的基本软件操作串插到实例中讲解。

以ZEMAX光学设计软件为例，需设计一双胶合透镜，对于632.8 nm波长的光，其焦距为100 mm，相对孔径为1：5，而波像差小于λ/4。在这个实例中，对于初学者来讲，这些内容基本上包括整个光学设计所需要的教学内容（如透镜模型或系统结构参数建立、光线追迹、波前分布、像质评价分析等）以及设计思路和流程。在教学过程中，教师应贯穿整个设计目标是一个等效焦距（总光焦度倒数）为定值的光组，着重把握如何合理分配两个透镜的光焦度为设计思路。当涉及到构建透镜模型时，教师引导学生如何在软件中操作如参数设置和模型显示，并改变不同结构参数观察模型变化。当实现光传输时，重点讲解光线密度概念和物理意义等，以及光线在软件中追迹算法，串插地讲如何设置光线密度和工作光波长等操作。当讲到成像质量分析时，讲解波前的物理意义，和衡量成像质量的标准或判据，以及一般有哪些评价函数等，重点应放在如何分析成像质量。最后，谈到软件自动优化设计时，主要讲解如何设计优化函数，了解像差自动平衡的方法和有关问题，来提高成像质量，对这个理解和领悟是学生以后逐步走向更高层次的光学设计关键。

通过实例教学，一方面让学生体会到专业软件与应用紧密结合，激发学生学习兴趣，提高学生的课堂参与度。更重要的是培养学生的光学设计整体思路，结合专业知识训练如何分析问题和解决问题，提高综合应用专业软件能力。

同时，教师对实例的筛选，要具有经典性和适宜的难易度。我们知道专业光学软件功能强大，涉及面广，如ZEMAX光学设计软件大致包括照明和成像两个范围。在专业光学软件的学习训练中一般分为初级、中级、高级三个层次。在中、高级层次训练中是针对特定设计目标，比如照相镜头设计、光谱仪系统的设计等，在这里需要更高级光学专业知识，如《高等光学》、《傅里叶光学》等。因此，教师在教学过程中针对不同学生层次，要把握教学难度和深度。

2.2 坚持课前专业知识巩固，课堂学习讨论，课后上机复习的学习方式

专业光学软件里面涉及到许多专业名词，对它们准确理解，利于参数设置时有清晰的物理意义。这些专业名词的知识来自前期专业理论课程，需要学生课前自主巩固、查阅资料，比如软件中的有效焦距、波前、像差、评价函数等专业名词。在课程上，以实例讨论为主，学会分析问题和解决问题。以ZEMAX光学设计软件为例，可以讨论影响像差的因素是哪些，如何通过调整孔径光阑位置改善像差，以及在设计中如何平衡和分配各类像差等问题。通过实例讲解和讨论的学习方式，除了在课堂上激发学生学习热情和兴趣外，还加强对专业知识综合理解和提高应用软件解决问题的能力。课后布置学生上机复习，一是让学生消化课程上的知识，进一步尝试解决实例中出现各种情形；二是提高学生对软件使用熟练程度。这种学习方式让学生从被动式的课堂听课、上机练习，改变为主动性的课堂学习讨论，课后自主复习和巩固光学软件应用思路，鼓励学生尝试新的设计方案。对教师而言，一是让学生认识到专业软件课程学习的重要性和优势，充分调动学生的积极性和学习兴趣，是主动性学习方法的前提；二是引导课程讨论由浅入深，抱砖引玉。近几年来实践教学反馈，低年级学生意识到专业光学软件学习是光学理论知识与实际应用结合的关键环节，以及在就业方面占据较大优势，这已经形成学生的共识，起着良性循环作用，提高了学生学习专业软件积极性。

3 采用多样灵活有效的考核评价方式

专业光学软件课程有着自身的内容特点和教学规律，仅仅采用传统的笔试、上机考试的考核方式是不能很好适应专业光学软件教学考核要求。专业光学软件课程的教学目的是不仅仅让学生熟练使用软件，更为主要的是能结合专业知识应用软件进行光学项目分析和设计。因此，专业光学软件课程的考察就是评价学生的专业知识综合运用与分析能力，包括专业知识的理解、项目的分析和解决能力、计算编程水平等几方面综合素质表现。基于此，我们在教学过程中采取多样灵活有效的考核方式。

（1） 小作业。平时主要考察学生对专业光学软件的操作能力和专业知识的理解与应用。这通过课后布置小作业来考察学生平时对知识点掌握情况，同时还兼顾知识小结的复习和巩固。

（2） 小组课题。学期快结束时，提前三至四周时间，分小组布置不同课题（或项目），如设计光学镜头（广角、微焦距镜头等）、光波导器件等。在规定时间内，让小组学生自主讨论，查阅资料，最后形成项目文档，提交设计报告。这种考核方式，对个别基础差的学生实现起来有一定难度，但通过小组成员合理搭配（平常成绩好的带动成绩较差的），这不仅提高整体学生的专业水平，更重要的是培养学生个人能力，如沟通、管理、创新、团队协作与领导等。

还要强调的是，教师在最后考核结束时，给予学生提交的项目报告进行点评，应重点评价学生的思维过程，同时帮助学生得到合理的答案，使得对学生的考核成为课堂教学的延伸。

4 实践教学中相关问题思考

目前专业光学软件实践教学表明，上述措施的实施，在教学质量和学生受欢迎度方面有很大提高。但仍存在一些更高层次的问题，值得思考与进一步完善。

（1）研究性教学的融合。这主要体现在分小组讨论中，如在专业光学软件教学实践过程中融合研究性教学，这将进一步提高教学质量，更为重要的是增强学生个人能力和素质修养，如创新能力、科学精神和科学态度以及团队精神。

（2）专业光学软件实现创新能力的培养。目前我们使用的基本是国外专业光学软件，拥有自主知识产权的专业光学软件很少，其根本原因是在人才培养过程中缺少相关创新能力培养环节。因此，在专业光学软件教学过程，以此为契机如何培养能实现具有自主知识产权软件研发、创新能力人才，这也是我们面临一个重要课题。

参考文献

[1] 孔伟金，云茂金，黄家寅，等.光信息科学与技术专业实践教学创新体系的研究[J].实验技术与管理，2010，27（3）：19-21.

[2] 郁道银，蔡怀宇，葛宝臻，等.光电信息工程专业建设的探索与实践[J].光学技术，2007（33）：293294.

[3] 戴斌飞，武文远，任建锋.用ZEMAX软件辅助迈克耳孙干涉仪实验教学[J].大学物理，2008，27（7）：28-33.

[4] 孙一翎，黄昌清.基于BeamPROP软件的集成光学虚拟实验室构建[J].电气电子教学学报，2010，32（1）：82-83.

[5] 秦怡，巩琼，李根全，等.基于Matlab的光学信息安全教学实践[J].实验室研究与探索，2013，32（5）：134-136.

[6] 李翠梅，张兄武，徐宗宁.专业软件支持下的工科研究性教学探究[J].黑龙江高教研究，2012（1）：157-159.

[7] 刘立月，曹义亲，黄兆华.“软件+应用背景”专业软件模块实践教学探索[J].实验技术与管理，2011，28（11）：148-149.

光学教程范文第3篇

本课程内容分为：光通信基本理论、光纤通信基本原理、光纤通信新技术特征等三大部分.主要内容为：绪论、光纤发展、光波导理论与光纤特性、光缆及工程应用、光发送与接收、光无源器件、光放大器、光纤通信系统与设计等.采用的教学方法以课堂教学为主，辅以实习实训等.授课对象为我校本科专业自动化、通信工程、电子信息工程等专业，授课理论学时54，实习实训18，各教学环节学时分配从近4年的教学看，大家普遍认为该课程理论较难、实训操作难、而且理论与实训结合较少.导致大学生们对该课程缺乏学习的主动性、积极性，不利于专业技能人才的培养.作者根据近4年的经验和学生获取该课程的知识、技能的效果，从课程的教学内容、教学方法、手段及见习实训等几个方面提出教研教改的意见.

2光纤通信课程理论教学

针对同学们反映本课程中难懂的理论知识、课前我补充了一些基础知识.比如光波导理论、高等数学、光电子技术、电磁学等知识在该课程中要用到的重要理论.列出一些参考书目供学有余力的同学选读，比如杨祥林编著的《光纤通信系统》，北京邮电大学出版社出版的顾畹仪编著《光纤通信系统》教材.我们采用多种方法分析一些抽象概念，逐步阐述.例如，光纤传输的波动理论是光纤通信理论中的一个重要内容，通常采用的方法就是波动方程和电磁场表达式求解，其过程繁杂，同学们很难将推导出的理论结果和实际上的物理意义对应.因此在该部分的教学中采用先引入并重点讲解波导、导波等概念的方法，然后解释传输模式，不同的模式对应不同的传播角，产生不同的离散模式是由于光波在芯区和包层分界面上发生反射时产生相位移动引起的，在理解概念的基础上，再运用特征方程理论推导出结论.充分利用多媒体的优势，多媒体PPT教学与传统教学模式相结合，以便提高教学质量.结合该学科的实际，作者制作了适合实际情况的PPT课件，课件的教学效果良好，比如在讲解数字光纤通信系统组成的时候，结合PPT课件图，直观、形象生动的看出了系统由光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机等基本单元组成.此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM等.

3光纤通信实训教学环节

本课程的实训环节除了安排常规的8个实验，模拟信号电—光、光—电转换传输实验、数字信号电—光、光—电转换传输实验、光发送、接收模块实验、光纤无源器件特性测试实验、数字光发送接口指标测试实验、光纤传输特性测量实验波分复用（WDM）光纤通信系统实验等.另外，笔者引入了OpticSimu仿真实训软件，该软件恰好可以克服以上硬件实验平台的不足，可以方便地配置各种光纤通信系统和网络，形象地得到仿真实验结果，配置各种光纤通信系统和光网络，仿真其传输性能，方便、形象地获得系统和网络中各点的光谱、波形、眼图、光信噪比和接收灵敏度.软件界面如图2所示.图3是利用原子功能器件搭建的光分插复用器（OADM）和光交叉连接（OXC）结构.运用OADM和OXC，构建WDM光网络，并对其进行传输性能仿真，为光网络的设计和规划提供参考.

4结束语

光学教程范文第4篇

光纤通信课程是一门多学科交叉渗透的专业课，其内容综合了通信、光波导和半导体光电子等相关的理论知识。本课程对本科生的培养要求是：通过对光纤通信的基本原理、光端机、光无源器件以及光网络进行阐述和讲解，使学生掌握光纤通信的基本概念，熟悉光有源器件、光无源器件的工作原理、特性以及光纤通信网基本设计方法，了解光纤通信技术实际应用和最新研究进展。经研究表明目前各专业光纤通信课程在授课过程中，普遍存在一下几个方面的问题：

1.课程设置有一定缺陷。

针对通信工程专业的学生，由于数学、物理基础相对薄弱，对课程的学习存在一定的难度。而且光纤通信课程本身与物理、材料、半导体光电子、光刻等技术知识联系密切，很多的知识点都是建立在大量理论物理和数学模型的基础上。如果学生对这些课程没有一定的涉猎，对一些基本器件，如半导体器件、光检测器等没有一定的物理概念的理解或者接触。那学生对光纤通信这门课程的学习将会比较困难。此外，对于通信、电子类专业，对于物理学科不重视，只学过普通物理的课程，导致学生对物理概念的理解以及物理模型的分析能力相对薄弱，造成学生在听课或学习时感觉内容过于抽象，对一些概念和公式理解很模糊，难以真正理解理论知识，往往知其然不知其所以然。

2.教学形式以及教学模式陈旧。

光纤通信是一门应用十分广泛的应用学科。但是在目前的教学过程中，教师更多的照本宣科，按书上的内容进行每一章节的讲解，在不自觉中，学生就以为光纤通信就是一门理论课程和讲解器件原理的课程，而忘记了光纤通信课程的实际应用，导致学生更多地认为这是一门与物理、数学相关的课程，特别是对于光纤传导模式内容，学生更多的认为学习的重点是如何求解方程，而不是一门应用类的课程，导致学生认为本课程对于实践指导的意义不大。同时，教材的更新无法和光纤通信发展的实际情况吻合，造成教材的内容过于老化，使得学生对整门课程的学习感觉乏味、枯燥，无法提高对课程的学习兴趣。

3.教学内容设置有缺陷。

光纤通信课程是一门交叉学科，涉及的内容很广泛。一般来讲，由于课程教学学时的限制，不可能把所有关于光纤通信的内容以及光纤器件全部囊括。这就导致在教学内容的选择方面存在一定的随意性和盲目性，教师往往根据自身对课程的理解来讲解，或完全依附于所选教材，导致教学的片面性、重点不突出。而对于学生来说，感觉课程的知识点过于零散和繁琐，没有连贯性。

4.教学方法不科学。

由于光纤通信课程涉及内容广泛，信息量大，使得教师在授课时主要将注意力放在课堂讲授和板书上。学生在上课过程中的普遍反应是缺乏课堂活力，感觉课程比较枯燥。由于课堂讲授的理论性很强，使得学生不能将所学理论知识和实际应用结合起来，虽然学到了一些理论知识，但不知道这些知识用在何处、如何运用。另外，光纤通信的考试方法比较传统，无法全面涵盖课程的核心内容。针对教学中出现的上述问题，本文针对教学中出现的上述问题进行了系统深入的研究，提出一个比较合理的课程设置方案，而且提出一个教学模式的改革方案。

二、光纤通信课程教学改革的探索

针对目前光纤通信课程教学过程中出现的问题，结合通信工程专业的学生以及光纤通信这门学科本身的特点，我们主要从优化课程设置、优化教学方法、科研促进课程深化改革以及改进考核体系这四个方面进行考虑，具体的讨论内容如下：

1.优化课程设置。

光纤通信课程的应用范围非常广泛，很多专业都开设了光纤通信课程，但不同专业对光纤通信的要求是不一样的，同时各专业掌握的基础知识也差别很大。考虑到光纤通信对材料、物理、数学的要求相对较高，而光纤通信又是一门与通信息息相关的学科，因此学生在学习光纤通信课程之前，应具备一定程度的数学物理通讯基础，使得学生在学习光纤通信课程是有一定通信背景以及数理知识。此外，由于通信工程专业是一门实用性很强的专业，我们培养的学生应该从事通信、电子类的工作，因此也需要开设一些专业课程（如移动通信、现代通信网概论、光网络技术等）来强化光纤通信的运用。

2.优化教学方法，激发学习热情。

光纤通信是一门交叉学科，涉及学科知识比较多。因此，教学方法的优化要从理论教学和实践教学两方面来考虑。理论是学好一门课的基础，对学生充分掌握理解系统、器件本身的特性以及应用具有重要作用。对于学生反映比较难懂的理论，有计划地复习和补充一些前导知识进行理论铺垫。例如信息光学、高等数学、导波光学等知识都是本课程中要用到的重要理论。同时课堂内容的讲授要特别注重思路，对于难以理解的概念采用不同的分析方法，由浅入深，由宏观到微观，先通过介绍器件的理论模型架构，再用严格的理论分析推导，说明器件工作原理、特性以及应用。由于课时的限制，想要把所有的理论内容都讲深讲透是不切实际的。因此，根据专业需要在课堂讲授时，要抓住重点、突破难点，做到主次分明，以点盖面，每次课只讲一个重点内容。不需要所有内容都要面面俱到，在有限的时间内让学生获得最有价值、最重要的信息。在课堂教学中主要采用板书和多媒体相结合的授课方式。传统的板书教学模式使得教学内容框架清晰、重点突出，方便理解，学生有充分的时间整理笔记，思路清晰。其缺点是信息量小、形式古板，内容缺乏生动性和形象性。因此可适时、适当、适度地引入多媒体辅助教学，其优点是有利于提高教学质量和效果，增加上课的趣味性，而且能加快教学速度，减少教学难度，加深理解教材的深度。例如在课件中，插入一些图片、动画、影音等多媒体文件，除了可以帮助学生能够形象直观地理解专业知识、增强教学效果外，还可以增加上课的趣味性，活跃课堂气氛，提高学生学习的兴趣。实践教学主要从课堂实践、课后团体实践等方面进行加强。通过课堂演示、课堂讨论，强化学习效果，激发学生的思考和探索。例如借助光学仿真软件，在课堂上直接演示光纤色散对光传输线路的影响，通过改变光纤长度来说明光纤色散对光信号传输特性的影响。另外开设实验课，可以借助光学模拟软件以及光纤通信实验设备来进行光纤连接以及光学传输系统特性的操作实验，加深学生对光纤通信系统的理解，提高学生学习的积极性，让学生知道所学知识有什么用，怎么用。

3科研促进课程的深化改革。

光纤通信技术由于发展迅速快，专业知识更新快，新技术更新快，导致教材内容相对滞后。教材中现有的新技术主要包括光波分复用技术、光交换技术、光孤子技术和相干光通信、光接入网等，这些技术中有的已经相当的成熟，而且很多技术还在不断更新，同时很多新出现的技术还没有涉及到。为了让学生了解光纤通信技术发展的最近前沿，可以尝试将将最近的科技进展融入到教学方法和教学环节中，课堂上针对不同的教学内容引入最新的研究成果，一方面可以以丰富教学形式，加深学生对相关教学内容的理解，另一方面可以为学生打开一扇科研的窗口，充分发挥学生的创新能力，鼓励和引导探索式、研究式的学习，相应的以科研推动光纤通信精品课程建设。

4改革考核体系。

闭卷考试一直是考察学生对所学知识的掌握程度的唯一方式。而这种方式往往易造成学生死记硬背，扼杀学生学习的主动性以及创造性。光纤通信课程的考核方式应当根据课程本身的特点以及教学要求加以重新设置，既要体现学生对基本知识的掌握能力，还要突出学生的实践能力与创新能力。因此在成绩考核方面应当包括基础知识考核、实践能力考核、创新能力考核等方面。基础知识考核可通过学生对每堂课课后习题作业的完成情况来考察；实践能力主要考核学生对光纤系统组建、光纤熔接、光纤损耗测量等实验情况的考察；创新能力考核可通过只提出对于光纤系统的总体要求（传输容量、带宽、响应度等），要求学生通过模拟软件以及试验箱进行相关的仿真实验，同时对仿真过程中出现的问题进行分析，提出改进问题的方法，解决问题。

三、结论

光学教程范文第5篇

关键词：光电信息工程专业；教学改革；物理光学；计算机仿真

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）36-0036-02

随着信息技术与信息产业的蓬勃发展，光电子产业已成为全球战略产业。加快建设我国的光电子产业和培养高层次光电子人才，是现代社会信息技术发展的需要，也是未来光电子产业的需要。为了适应光电子产业日益增长的人才需求，国内越来越多的高校开设了光电信息工程专业（简称光电专业）。光电信息工程作为教育部本科专业目录中的重点学科，涉及光学、光电子、微电子、通信等高新核心技术。光电专业与其他专业一样，侧重于培养理论基础扎实，实践能力较强，具有人文精神和创新意识的应用型、复合型人才，为我国经济建设和社会发展服务。

一、物理光学的课程特点与教学现状

物理光学是光电信息工程、电子科学与技术等本科专业的一门重要的专业必修课，起着承上启下的衔接作用。其先修课程主要为高等数学、大学物理、应用光学、电磁理论等基础课程。后续的专业课程则包括激光原理与技术、激光加工、光电检测技术、光纤光学、信息光学、光纤通信等。该课程以光的电磁理论为理论基础，讲述光在各向同性和异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性以及光的吸收、色散和散射等内容。专业的物理光学在大三第一学期开设，总学时为96学时，其中理论为72学时，实验为24学时。该课程内容概念繁多，物理规律较为抽象，光学现象与规律讲授难以生动形象。物理光学内容包含大量的原理推导和数学公式，学生往往容易记住公式却忘记了公式背后的物理意义和分析方法，无法举一反三、学以致用。课堂中，如果采用填鸭式的方法将传播条件与规律告诉学生，显然没有明显的说服力。该教学方法既影响学生对课程内容的理解掌握，也会影响学生的学习和探索兴趣，阻碍学生创新能力和探究能力的培养。

二、课程建设改革的实践与探索

针对物理光学在光电专业课程体系中的特殊地位，近几年我校光电系对该课程的课堂教学内容、教学方法和教学手段等方面进行了一系列的实践和探索，取得了积极的效果。

1.一条红线，现象。学生在经历了高中物理基础和大学物理课程学习之后，对光的认识上升到了一个新的科学高度。对于光的波动现象等理论，学生开始接受并有似懂非懂之感。物理光学的课程中，则是采用数学的方法描述光波的传播特性。因此，在授课过程中可删繁就简，遇到重复的内容可一带而过。物理光学课程内容繁多，在学习该课程时，需谨记一条红线，即光波的传播。光波在同性或异性介质，自由或半自由空间传播时呈现的传播现象，即反射、折射、干涉、衍射、偏振、吸收、色散与散射现象。在进行课堂讲述时，先由光波的传播现象，引出光波发生此现象的条件，进而总结光波的传播规律。为了理论知识与实际问题密切联系，着重介绍光波理论的理论和所涉及的行业领域，通过丰富的课程内容让学生真实地感触知识的应用。

2.问题导入式的教学方法。物理光学作为一门专业基础课，具有抽象性强、枯燥乏味等特点。同时，物理光学也具有较强的专业性，该学科的创建均来源于对实际光学问题的解释。在介绍一个知识点之前，为了理论联系实际，我们首先要有目的地设置问题。通过一步一步地启发学生，让学生带着问题思考解决的方法与思路，进而解决问题。例如，我们讲授光波的衍射时，首先从白光通过指缝的衍射现象出发，提出产生衍射的条件。如果采用单色光源，指缝转变为圆孔、矩形孔或不规则孔，衍射条纹如何变化？引导学生思考如果采用多缝或透射光栅，衍射条纹又将如何变化？从而引出影响衍射现象的因素和采用数学模型描述衍射现象的问题。实践证明，这种以实际问题为先导的模式，激发学生的思考和学习兴趣，培养学生分析和解决问题的能力，得到了良好的教学效果。

3.充分利用多媒体教学。多媒体教学在许多方面是传统教学模式所无法比拟的，具有直观性强、图文声像并茂、信息量大、生动活泼等特点。但运用不当，也会适得其反。为了弥补两方面的不足，我们采用了多媒体课件与传统板书相结合的教学方法。在物理光学课程中，采用PPT课件形式与FLASH动画结合，生动描述光波的传播现象与规律。多媒体课件重点介绍物理概念及方法，而大量的公式推导可在课后参考教材或其他课本。制作这种多媒体课件的教学方法不仅给学生留下深刻的印象，而且还给教师留下充足的时间来强调重点、难点和核心内容。

4.利用计算机虚拟仿真技术提高教学效果。在课堂教学之余，训练学生利用计算机仿真技术处理物理光学相关问题。利用现代计算机辅助手段，加深学生对光学现象的理解，发现学习中的盲区和误区，提高教学的针对性。计算机虚拟仿真技术将抽象难懂的光学规律和概念形象直观展现给学生，激发学生的求知欲。光学仿真设计软件有很多种，MATLAB、TracePro、Zemax、Fred、OptiSystem，分别应用于不同的光学领域。MATLAB是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，具有数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示等功能，是工程界最流行的软件工具，在大学理工课程教学中的应用亦渐成热点。目前，已有众多文献采用MATLAB软件模拟光波发生干涉、衍射现象后光强度的分布。MATLAB软件中的图形用户界面（Graphical User Interfaces，GUI），可以实现交互式模拟。采用交互式滚动条动态地展现各物理量对衍射结果的影响，有利于加深学生对物理规律的理解和认识。TracePro是一款基于蒙特卡罗法的非序列光线追迹软件，为美国Lambda Research公司开发。TracePro以实体对象来构建光路系统，通过计算反射、折射、散热、吸收和衍射等行为来模拟光线与实体表面的作用，对真实场景进行计算和显示。TracePro图形使用界面简单，且具有强大的仿真功能，能对光学镜头、背光板、照明灯具、投影显示器、医疗仪器等进行光学模拟及分析。目前，在校学生已采用TracePro仿真软件成功对偏振棱镜、衍射光栅进行了模拟仿真，采用光线追迹方法形象直观地展现光波传播过程及特性的变化，加深对光波传播规律的认识和理解。

当然，计算机虚拟仿真技术只是物理光学教学的辅助，不能代替理论教学。学生应该在认真掌握基本物理知识的基础上，逐步学会运用计算机仿真软件，才能达到促进学习的效果。计算机虚拟仿真的实际操作，培养了学生将理论知识应用于分析实际问题的能力，检验了学生专业知识的掌握程度，也为下一阶段的课程教学提供了指导方向。

三、总结

在物理光学课程教学改革实践中，针对课程内容理论性与专业较强，数学公式与物理概念较多等特点，我们对教学内容、教学方法和教学手段等进行了积极探索和实践。在学习过程中，始终围绕光波的传播这条红线，介绍光波的传播规律与现象。采用问题导入式的教学方法，充分利用多媒体教学和计算机虚拟仿真技术的教学手段，加深专业课程的抽象理论形象化。在教学中注重基础理论和知识的应用性，培养学生的独立思考能力和创新意识，促进了学生学习兴趣的提高和发展，增强学习效果，实现学以致用。

参考文献：

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[3]刘海洲.关于物理光学的教学设计与研究[J].高职教育，2012，（8）.

[4]曾涛.高校多媒体教学中的互动性探析[J].科技信息，2010，（5）.

[5]王秀芳，郑家树，陈世涛，王续宇.Matlab-GUI在偏振光实验中的应用[J].大学物理实验，2013，（1）.

[6]王诩，王银河，姚春龙.基于TracePro软件的组合反光镜设计与分析[J].灯与照明，2010，34（3）.

[7]龙全喜.论“物理光学”教学方法和考试方法的改革[J].广东科技，2013，（14）.

光学教程范文第6篇

教材的选择应符合我院专业培养的要求并且应具有光电工程的专业特色，针对后续专业课程如“光电检测技术”、“光学测量”、“自动控制原理”等要求学生具备一定的检测技术方面的知识，再加上我院学生整体上电路方面的知识相对薄弱的特点，经过更换几次教材，最后我们选定的是自编的《传感与检测原理》。根据教学大纲32个课时的要求，我们对教学内容做了如下调整：适当控制光电传感器的学时，避免与光电检测技术课程重复的内容（如光电导、光生伏特器件等），结合专业特色，增加一些新型的传感器的介绍比如红外探测器、图像传感器、智能传感器等。一方面使光电学院的学生能够及时了解当下热门传感器的发展动态，其能达到的性能指标，以及一些新型的传感器的发展，紧跟时展，为学生在以后的毕业设计奠定一定的检测技术方面的基础，对专业知识的完善起到一定的辅助作用。结合专业特点，突出知识体系的重点和难点，特别是针对光电学院的学生以后做毕业论文或工作中可能会遇到的传感器（如光纤传感器、霍尔传感器等）做重点详细的介绍。

二、教学方法的改革探索

按照课程大纲的要求，在讲授过程中，分别介绍了应变式、电容式、电感式、压电式、霍尔式、光纤、CCD、温度传感器等一些经典传感器的基本原理、特性、测量电路及其应用。各种传感器章节相对独立，可以适当地调整讲授的顺序。传感器的讲授基本遵循从组成结构、工作原理、分类、等效电路、特性参数到应用这一思路。另外结合较常见的被测量，教师适当地总结归纳常用的传感器的使用要点及其选择依据，如都是测量位移的传感器，应变式传感器、电容式传感器或电感式传感器在使用的时候区别在哪；又比如都是做开关，电容式传感器和电感式传感器在原理上是否有区别，等等。以前我校的教学模式是以课堂讲授为主，根据教学内容开设少量的验证性试验。这种教学模式过于注重原理的分析，学生只是机械化地记住了传感器的一些基本概念和工作原理，但是当要解决实际问题时却感觉无从下手，缺乏对传感器的直观认识，甚至有学生体会不到传感器的实际应用价值。鉴于此，我们有必要对传统的教学模式进行探讨，通过教学方法、教学模式的改革让学生切身感受到将“传感与检测技术”的知识学以致用的快乐，实现传统教学方法所未能达到的效果。

1.调动学生的积极性，激发学生学习的兴趣。

教学方法改革的一个关键问题就是如何吸引学生的注意力，培养学生对课程的学习兴趣。在《传感器与检测原理》课程的教学过程中，我们通过平时生活中比较常见的现象来引出相应的教学内容，如通过对吊扇和空调的对比，举出温度传感器的作用；又如教室里的自动感应灯、审讯室的监听设备、家用的电磁炉都是怎样工作的；又如医学上的进步：X照影技术、内窥镜手术等如何实施；机器人如何识别周围环境；最新研制的无人驾驶汽车怎么实现在高速路上的行驶；等等。通过分析吊扇和空调工作原理的区别，引出传感器的重要性。这些实例大大激发了学生的学习兴趣，使学生认识到了学习该课程的重要性，为学生学习该课程后续内容作了准备。

2.充分运用现代教学手段合理使用教具。

传感与检测技术课程的特点是原理多，公式复杂，推理较多。在传统以往的教学中，教师在黑板画原理图或组成图时，一方面图形较为复杂占用很多时间，另一方面图形缺乏立体感，无法形象地描述检测过程，无法激发学生的学习热情。因此在教学过程中，我们通过运用多媒体，让传感器参与的控制/检测系统的过程和结果比较形象化、立体化，让学生对其工作原理有了感性的认识；通过PPT，学生了解了各种不同类型传感器的形状，对传感器有了比较直观的印象。多媒体课件的引入充分激发了学生的学习兴趣，活跃了课堂气氛，使学生对检测系统有了比较全面的认识。

3.教学与实验相结合。

为加强学生的动手能力、创新意识并促进学生对课堂知识的消化吸收，我们设置了相应的实验环节。通过实验学生自己动手接触各种不同类型传感器并搭建其相应的检测系统，一方面通过实验来验证原理，加强对基本定义的理解，另一方面增强了学生的测试技能、动手能力及实际问题的分析能力。

4.教学与科研相结合。

重视教学和科研的结合提高了学生的学习兴趣并拓展了学生的知识面，比如在讲霍尔传感器时，结合实际科研，采用霍尔传感器来定位，通过实际检测系统，对霍尔传感器的应用，包括霍尔元件的电路处理等进行介绍说明，加深学生对霍尔效应和对霍尔传感器工作原理的理解。又比方说，要设计一个测温系统，我们根据不同的测量温度和精度要求会选用不同的温度传感器。又比方结合我校光学工程的特色，在他们比较熟悉的光学类的科研项目中，通过具体的项目介绍各种不同光电类传感器的选取依据，包括不同类型的光源的选取。通过传感与检测原理知识在实际科研中的应用，学生可以更了解传感与检测原理课程学习的重要性。这种模式使学生认识到了传感与检测技术在科研中的重要性，并激发了学生学习的热情。

5.教学与生活、社会需求相结合。

目前，部分同学缺乏对课程学习的兴趣，不了解对本课程学习的意思，光学工程专业部分同学甚至认为跟他们以后的工作、研究方向没有关系，缺乏上课的积极性，不能很好地集中注意力。再加上枯燥理论的学习让他们很难集中精神听课，因此，在课程的讲授中最为重要的就是如何培养学生的学习兴趣，激发他们对本课程的学习热情。在知识点的讲授过程中，根据专业方向的不同，要有侧重点，通过一些热门的话题或他们比较感兴趣的话题引出知识点，如在介绍一种传感器的时候，通过列举一些现实生活中较常见的现象或者仪器，比如在介绍应变式传感器的时候，首先向学生介绍他们较为熟悉的电子秤重计的工作原理等，在介绍电感式传感器时可以先给大家介绍窃听器、拾音器等他们比较感兴趣的设备和比较感兴趣的话题。让学生比较直观地了解不同传感器的工作原理以及它的应用，让学生认识到，传感器在我们平时生活中随处可见，提高其学习的积极性。

三、结语

光学教程范文第7篇

光纤通信正在日益改变着人们的生活，是国家“十二五”期间的重点工程，未来社会对光纤通信专业技术人才会有非常大的需求。住建部已要求住宅建设、电信运营、工程设计、施工图审查、施工、监理等单位执行光纤到户的国家标准[1-2]。

在光纤通信方向的通信工程人才培养中，要求学生具备扎实的理论基础，满足专业应用需要，又要具有与现场实际应用相适应的动手力，使学生在校期间就具有现场操作实践的能达到光纤通信工程师的理论和操作水平。当前，电子科技大学精品课“光纤通信”，华北电力大学电子与通信工程省级精品课程“光纤通信原理”，山东理工大学精品课程“光纤通信”，燕山大学精品课程“光纤通信”也都非常重视理论与实验的结合[3-5]。

结合本校情况，《光纤通信》课程是通信工程专业的一门专业必修课，电子科学与技术专业、物理学专业的选修课，同时也是全校的公共通识选修课程。该课程的具体培养要求是：通过本课程对光纤通信基本原理、光收发信机、通信网络进行阐述和讲解，使学生掌握光纤通信的基本概念，熟悉光发信机、中继器、光收信机及光器件的工作原理，掌握光纤通信网络工作原理和通信网设计基本方法。另外，光纤通信技术涉及的知识面广，如数字通信、电磁场和物理光学等概念较多，故在学习本课程之前，学生应先修物理、电磁场与电磁波和数字通信等课程，为本课程的学习打下基础。

由此可见，《光纤通信》课程既需要非常注重理论课程的讲授，又需要注重实验教学。采用精准有效的理论教学和实验教学相结合的教学方式，进一步系统地设计《光纤通信》课程教学与教法研究，对提高本校学生的相关知识储备，跟上光纤通信技术的发展步伐，具有重要意义。本论文正是基于这一思想，在教学与教法研究上提出了四点新的方法和建议，为我校的精品课程建设打好基础。

一、讲授内容的实时更新，与最新的理论发展和应用前沿相结合

光纤通信技术承载的信息量巨大，传输的业务种类繁多。无论是其相关理论，还是使用设备，都发展迅速、更新很快。《光纤通信》课程也要在理论和与现场应用方面进行不断跟进前沿。这个可以从三个方面进行提高跟进：第一，在理论方面，及时跟进当前的发展状况，针对当前国内的光纤通信相关的专业学术会议，例如参加亚洲光纤通信与光电国际会议及博览会以及中国电子学会通信学分会、中国通信学会光通信专业委员会和中国光学学会联合主办的全国第四次光纤通信学术会议，进行学术交流，对较为前沿的理论突破进行了解，并适当让学生收集和了解这方面的信息。第二，在实践方面，紧跟形势，掌握当前进行的较为典型的工程动态，了解光纤通信国际/国家行业标准的修订及更新。要求学生能了解光纤通信网络现状、光缆路由和逻辑拓扑结构，建立初步的感性认识。第三，尤为重要的是，让学生定期查阅光纤通信有源器件、无源器件以及光网络的相关文献;培养学生能够自己动手查阅相关书籍和自主学习科研方面的能力，以期学生在以后的生涯中能够自我前行。

二、内容的表达方法的改进：用多媒体表达原理的动态过程

《光纤通信》课程的学习中首先要求学生对光纤通信链路有全面的认识，如图1所示。

光纤通信链路中各个组成部分信息量大，并与实际结合紧密，经常需要大量的细节图片来显示现场情况和课程内容的内在逻辑，甚至要提供通信运行中的动态过程。也因此，在传统的教学中，也必须更多地利用多媒体手段。并且表现形式也不能仅仅将多媒体的工具简单罗列，还必须针对课程的内容采取恰当的表达方式，究竟是图片，还是音频或者视频，而是根据具体的内容，采用合适的方法表达内容的本质。比如光纤通信链路中，光波能够作为高频信号的载波这一特性的讲解，首先要了解光波是一种高频振荡的电磁波，需要借助动画来描述，然后再讨论载波的调制，需要画图解释，这些均是传统板书教学难以完成或者说需要花费过多时间叙述、描写的，借助多媒体动画可以生动、形象、快速地完成讲解，并且学生可以获得直观的感受;再如构成光纤通信链路的中继器其中必不可少的掺铒光纤放大器，其工作原理涉及激光原理、掺铒光纤最佳长度的计算，这时如果仍然采用传统的方式，或者简单的多媒体罗列教学，对学生而言视觉冲击效果太弱，因此在教学中可以采用板书教学，对公式讲解、结合多媒体动画，展现掺铒光纤放大器工作的原理。板书时给学生一定的思考空间，多媒体给出具体直观的动态工作过程，起到强化记忆、增强理解的作用。

三、结合记忆心理学，改进教法

一直以来，尤其是最近一段时间，我们都在思考一个问题，是什么导致学生对知识点完成了记忆、理解、掌握、能够运用的呢？教师能帮助学生记忆什么吗？答案是不能，很无奈但是很真实！我们能做的是讲一堂课、若干知识点呈现在学生面前！针对这种呈现我们与一本书、一段视频的作用类似，那么我们真的无能为力吗（在帮助学生记忆方面）？当然不是，我们在呈现课程过程中与学生是有交流、有互动的，那么正是这种互动，可以加深学生的记忆，能够将被动的听或者看，转换成积极的思考，这才是教与学中的关键！根据记忆的类型[6]，针对知识传授记忆有形象记忆型、抽象记忆型、情绪记忆型，课堂教学以抽象记忆为主，但是形象记忆，情绪记忆是不容忽视的，而且是非常重要的辅助手段，因此生动的例子、新鲜的实事都是与学生互动，帮助抽象记忆的好方法。如何能够将学生的思路不着痕迹地带着进入思考，这里给出了一种教法的尝试――重点提问，团队讨论。

所有课堂内容，围绕提问为重点，进行提现。具体做法是每节课提前5分钟将上一节讲授的需掌握的重点内容在黑板上列出，上课铃声响起，学生自由选择问题回答，板书作答，其余同学共同批改每道题。学生在短时间内（上课之前的5分钟）对上一节课讲授内容有所回顾，板书作答加强抽象记忆，同时在批改其他同学的回答时纠正自己的理解错误（形象记忆）。全班同学对其进行批改（全班同学在共同纠错的同时完成了团队讨论），作答的学生感受情绪记忆，知识内化过程加强，能够将转化过程中可能出现的理解错误加以纠正。每节课之前板书提问，直接解决学生理解过程中的偏差，及时发现，及时解决，发动学生参与批改问题，从多角度鼓励学生思考，加深知识的理解。课前提问与平时成绩挂钩，学生参与非常积极，其强化记忆的效果在试卷考题中有明显的体现！

四、实际动手应用与理论教学相结合

当前针对实际动手应用存在三方面的不足，一是设备价格高，更新快，没有足够的设备;二是实际动手的内容太简单，不能反映或者提高水平。三是实际操作时间较长，进程把控较难，且容易出现问题。也正是因此，很多专业学生存在理论的夸夸其谈，实践侏儒的现象。即便现有的通信工程专业、电子科学与技术专业已开设专业实验，但是存在的问题是理论课与实验课脱节，有的同学是没上理论课，先做完了实验，有的同学是理论课学习完成很长时间才上实验课。

光学教程范文第8篇

【关键词】光学CAD；教学手段；Zemax

【Abstract】In the teaching courses of Engineering Optics， “Optical CAD” is an important practical course. The theory knowledge of the course can impart can strengthen students’ optical professional foundation， and the practical operation of optical design software can enhance students' practical ability and innovation ability. In this paper， the main characteristics of the course and teaching content are presented. The means of strengthening the combination of theory and practice teaching is discussed. Through the student group and targeted tasks， guide students to cooperate to complete the tasks， master the basic ideas of optical design， and the students’ employability and the ability to further study are improved.

【Key words】Optical CAD；Teaching Means；Zemax

0 引言

《光学CAD》课程是南京邮电大学光电工程学院光信息科学与技术等相关专业的一门专业选修课，是光电信息工程专业的特色课程，是一门重要的实践性课程，所有内容都是基于前期学习过的《应用光学》和《物理光学》的理论知识，该课程与先修的理论基础构成一个完整的体系，完成了由理论学习到工程实践的过渡[1]。其相关知识和工具的使用是该专业本科生今后就业和继续深造经常需要的基本必备能力。南京邮电大学光电工程学院早在2010年就进行了将光学设计软件Zemax应用于《应用光学》双语课程的教学改革[2]，为《光学CAD》课程做好了前期学习的基本铺垫。

1 课程及其教学内容的特点

现代光学仪器的研发离不开成熟的光学设计思想[3]。在工程光学学科中，光学设计是光学发展中关键的一步，对光学发展以及教育有着重要的影响[4]。《光学CAD》课程的目的就是基于先修课程的理论知识，应用于实际的光学软件设计中，使学生能够掌握光学设计的基本思路，对基本光学系统能够进行分析与优化设计。该课程安排在本科生学习的第7个学期进行，共32个学时，一方面，先修课程《应用光学》和《物理光学》早已完成；另一方面，这个学期的学生正面临今后就业和继续深造的抉择期，所以，该课程的学习对学生的影响意义深远。

《光学CAD》课程的主要内容有：光学系统的基本参数建立、光学系统的像质评价、光学系统的优化和建立和基本光学系统的设计（包括双胶合透镜、简单的扩束系统设计等）。为了更好的体现课程的实践性，课程的所有学时都安排在学校的计算机辅助实验室进行，所有的教学内容都是基于先修课程的理论知识，结合光学设计软件Zemax，一边讲解理论知识，一边在软件中进行演示操作或设计，学生和老师同步进行软件的具体操作，基本做到“手把手”的教学效果。

在该课程中选择Zemax软件作为教学中光学设计工具是完全根据目前的实际应用情况来决定的：由于其优越的性价比，近几年来Zemax光学设计软件在光学设计领域所占份额越来越大，在全球已经成为最广泛应用的软件之一，2013年Zemax公司还在上海成立了中国子公司。基本上所有的有关光学工程师的应聘单位已将是否会使用Zemax软件作为招聘的基本条件。所以，该课程的学习，可以使学生在就业中提高竞争力，而且走上工作岗位后，可以少走弯路，直接发挥自己的专业特长。

2 理论与实践教学内容的结合

由于学生对先修课程中有关理论知识可能有些遗忘，在该课程的教学过程中还包含了一部分的理论讲解，结合教育心理学，上课的前几分钟不太适宜新知识的教学，所以，每次上课的刚开始，都是通过一些含有知识点问题的提问，启发学生去思考问题，回顾前面所学的知识，再根据学生的具体反映情况，来对理论知识进行适度的回顾与讲解。在具体的理论知识教学中，例如，像差理论的学习，一边和学生一起回顾课本上的各种像差的概念，一边通过Zemax软件的具体操作学习，分别把各种像差的直观图形和分析功能在Zemax中显示或演示出来，从而既可以加深学生对有关像差理论知识的掌握，又可以让学生熟练软件的具体操作。

该课程的培养目标，是夯实学生的光学专业基础，培养学生灵活运用基础知识的能力，培养学生的分析、发现和解决问题的能力，培养学生的实践动手能力与创新能力，是理论与实践相结合的要求体现。现代科技任务要求人们既具有独立工作能力，又具有团队协作能力，例如，光学设计者要与其他相近领域（如光学机械、制造与检测）人员能成功沟通与相互促进。为此培养目标，老师对学生的光学设计任务的下达既要体现个人对理论知识的运用能力，又要体现实团队的光学设计实践能力。

因此，学生可以2～3人一组、分工协作，老师下达至每一组的任务书都不同，即每个学生的设计任务不同，如光学特性参数要求不同或像差要求不同，这部分任务可巩固学生理解光学系统像质与视场、孔径、焦距等参数之间的关系等等。而且，在技术要求上，模拟工程领域设计实务要求，如必须对曲率半径按国标（如GB3158-82）要求进行规整。通过这些教学方法，避免学生懒惰或相互抄袭，在成绩评定上，将设计结果的创新性程度、对工程设计实务的考虑周全程度等方面作为评分点，并且同设计任务一起，详尽地发到学生手中，引导学生主动设计有用、可制造、成本低的光学系统，培养学生设计中主动考虑工程实践的意识，培养学生的创新设计意识，避免学生仅为完成任务而设计、或仅为创新而设计虚拟无用的光学系统。

在具体的任务完成过程中，每一组学生可以通过讨论协商根据不同的要求来选择初始结构，然后再按照光学设计的基本流程，设置变量、评价函数，对初始结构进行优化设计，每一步具体的操作设计中，都需要学生的合作来完成。在实际的教学过程中，老师通过引导学生，如果在具体是设计过程中出现了设计问题，那么组员间就要相互讨论先从理论知识方面查找原因，再根据光学设计流程查找实践操作上的原因，最后让学生自己找到解决问题的方法，让学生在该课程的学习中得到成就感，积极调动他们学习的主观能动性。

3 结束语

光学设计是光学发展中关键的一步，对光学发展以及教育有着重要的影响。以光学设计为主要教学内容的《光学CAD》课程，在光学专业人才的培养方面具有重要的作用，可增强学生未来的就业竞争力，可为后续光学专业的继续深造学习打下基础。在教学过程中，加强实践设计与理论结合，不仅能够夯实学生对基础知识的理解，真正体会到先修课程中理论知识的应用性，而且能够激发学生的学习兴趣，培养学生的实践设计能力。因此，《光学CAD》课程的学习对学生的影响意义深远，有关的课程教学探讨对老师提高教学水平具有重要的参考价值。

【参考文献】

[1]张继艳，熊飞兵.以工程素质为导向的光学设计CAD教学方法探讨[J].中国电力教育，2013（31）：93-94.

[2]孔梅梅，徐宁，万静，等.Zemax软件在《应用光学》双语课程教学中的应用[J].科技创新导报，2011（1）：185.

光学教程范文第9篇

关键词：光电子学；教学方法；教学改革；实践环节

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）11-0138-02

一、介绍

光电子技术是由光信息技术和电子技术的相互结合而形成的新的光电子技术，涉及光信息处理、光纤通信、激光技术等领域，是未来社会发展和进步的核心技术。光电子技术不仅研究内容非常广泛，而且也是未来信息技术中的重要推动力量，它包含光信号的产生、光信息的传递、光电信号的转换和处理和光电功能材料相关的内容，如：光电功能材料的发光机理、制备方法和工艺应用范围、光电器件的加工与制作和光电系统的集成等一系列从基础理论到实际工程应用等各个领域的研究。涉及光子学、光信息科学、电子学、材料科学、计算机技术等前沿学科理论，它是由多个学科之间的交叉而形成的一门高新技术学科。

光电子技术在经历上述学科之间的交叉渗透后，其技术水平和工程应用技术取得了很多突破，在社会发展中以及社会信息化中起着越来越重要的作用，光电子技术的相关产品也越来越多地影响我们的生活。目前，国内外正掀起一股光电子技术和光电子产业的研究和发展的热潮。一些国家把大量资金投入光电子学和光电子技术的研究和开发中，许多以光电子技术为研究方向的研究中心、实验室和公司越来越多的建立起来。光电子技术的发展决定了未来产业的发展方向，将给工业和社会带来比电子技术更大的技术冲击。光电子技术和产业在国家经济建设和科学持续发展中起到至关重要的作用。

因此，光电子学基础是光电子专业学生必备的基础知识，也是未来光电子产业需求的人才中需要掌握的重要基础知识。

二、课程特点及专业培养目标

光电子学基础是整个专业中的基础专业课程，在学生专业思想和未来培养目标及要求的实现上发挥重要的作用，也是未来该专业研究生必需的基础课程储备。该课程注重理论联系实际，注重对学习者能力的培养，重点培养学生综合分析、解决问题能力，为将来从事光电技术领域的科研、开发和应用工作奠定基础。

我们的培养目标为：培养在光电子技术科学领域具有深厚的理论基础、扎实的专业知识和熟练的实验技能，德、智、体全面发展的高级光电子技术科学人才，使学生具有在光学、光电子学、光通信技术、激光科学、光波导与光电集成技术、光信息处理技术、计算机应用技术等领域开展创新性基础理论研究以及从事设计、开发应用和管理等工作应具备的理论和技术基础。因此，基于我们的专业培养目标和光电子学基础课程的自身特点，我们在教学过程中进行了改革探索。

三、教学改革探索

1.教学内容改革。①授课体系和讲授重点。该课程根据学生培养需要，从光电子器件和光电子技术在未来工程应用的需要的角度出发，研究原理及系统构成在光电检测技术、光纤通讯领域中的常用光电器件的技术。重点讲述光学基础、光纤通讯的构成、半导体物理、光纤器件、光电子现象和光电转换器件，重点讲解光电子器件的结构、工作机理、工作特性和在工程技术上的具体应用。为了更好地将所学应用到未来的技术发展上，对各类光电器件的系统集成、信号的调制、解调技术也作了详细的讲解，同时给出在工程中的实际例子。②课堂教学内容紧跟科学发展的步伐。光电子课程的教材对于快速发展的光电子技术来说，既是基本的原理内容，但又是滞后的技术，若授课时只是按照教材内容讲解，往往会带来知识不新、内容与技术发展脱节的后果，易使学生对该课程的学习积极性和兴趣下降。因此，在教学过程中补充和及时更新教学内容，增加一部分现代光电子技术的发展前沿、新出现的技术及需求，从而能给学生提供更多的学习探索和求真的空间。③加强该课程与应用技术之间的联系。专业基础课程的基本功能是让学生了解和掌握所学专业的发展方向，培养的学生能在以后的学习中、工作中涉及光电子技术方面上进行继续学习和钻研。因此在给同学们讲解课程中的内容时，要与现代信息技术的发展紧密结合。针对在光电检测技术、激光应用技术、光纤通讯技术等内容进行重点讲解，结合当前社会已有的需求的技术发展进行讲解，使该专业的学生明确所学课程内容在技术应用、研究发展及市场前景，对未来的从事的专业充满信心。④为了更加与国际接轨，尝试了双语教学。在平时提供给学生光电子相关的外文读物和论文，指导学生学习专业词汇，在课堂中进行讲解，开阔同学们的视野，引导学生进行初步科研潜力的培养和学习，调动学生的积极性，引导他们进行文献学习，进一步了解国外光电子技术的发展现状，激发兴趣。⑤教学内容与市场技术应用及需求的结合。结合本校本地区特点，系统规划、组织，实施产、学、研一体化模式。针对光电子技术和光电子产业市场密切联系的特点，在课程内容上跟上市场技术需求，结合本地区经济发展的实际情况，培养既有专业知识和跨学科知识，又有极强的实际操作能力、适应性强的学生，全面提升学生的理论素养和实践能力，增强学生在未来光电子产业上的竞争力。

2.教学方法探索。①充分利用多媒体技术进行教学，利用多媒体课件在表达上形象直观、方便，在效率上和容量上很大的特点和优势。既能使课程中的各种图片资料得到清晰展示，还能节约课程上的时间，从而能在课堂教学中讲解更多的课程内容，较大地提升了授课中课堂的信息量。因此我们认真积极地制作教学课件，充分利用网络上丰富的信息资源，并与兄弟院校的老师展开课程教学交流，共享多媒体课件。极大地激发学生对该门课程的学习兴趣。②采用课堂教学和专题讲座结合的教学方法。在进行课堂理论教学的同时，利用其他时间安排、组织团队教师举办《光电子技术专题讲座》，开展光电子技术专题研究，如液晶显示、光电转换及系统集成、光纤传感及应用和近场光学中的探测技术等，既能强化学生所学的基础理论，又能激发学习兴趣，培养学生的科研意识。吸引学生参与到大学生训练计划和参与到老师研究的课题中，提前打下科学研究基础。③在方法改革中，在富有开放性的问题情境中进行实验探究。对参与到老师研究的课题或参加大学生训练计划的老师，帮助学生制定合理的研究计划，选择合适的研究方案和方法，积极发动研究光电子技术的老师，为这些同学们提供必要的实验条件，由学生自己动手去实验，考证研究方法和方案，来寻求实验结果中的答案。这时，教师起到的是一个组织者的角色，指导、规范学生的探索过程。这样的过程，不仅仅是要让学生学量的知识，更重要的是要学习科学研究的过程或方法。

3.教学实践环节探索。在光电子学基础课程中，本来并没有设置时间环节，而且多数放置在大三或大四学习，实验环节很少开始。我们为了能够更好地提升学生实践技能和掌握技术设备的结合，先在原有课程体系中安排三分之一的时间来安排实践环节，开设具体的、有针对性的实验内容，让同学们能更有效地了解、认识和掌握知识和技能。在普通物理实验、电子实验和光学实验的基础上，开设如固体光电子耦合器件、热电耦器件、发光器件及光子器件。对光通讯系统的传输和光电子器件的作用有了直观的认识和理解。在此基础上，结合地方实际，联系相关光电子产业中的企业，组织学生进行参观学习，从而让学生自己体会从书本上理论到实验实际，再从实验实际再到光电子技术，从光电子技术再到光电子商品的过程，能一下子把整个知识到技术到效益的过程展现在同学们的内心中，从而更能培养和激发学生兴趣，也能将培养目标中的产业式人才完成，弥补普通高等教育中最缺失的人才与市场的不对接的不足。

4.教学目标实现探索。在光电子学基础课程改革中，把教学目标从以知识教育为主转变为实现人才培养和科学人才需求的融合，培养具有创新、探索精神的新时代新型人才。长时间以来，我们在教学过程和专业培养中，存在着理论与实际技术需求的相脱离的现象，造成理工科学生对于市场技术需求常识缺乏。我们把教学内容、教学方法和教学实践环节都做了有意义的初步探索。进一步增强了理论学习到实践环节、实践环节到市场技术发展的学习过程，极大地激发和培养学生的学习兴趣，为将来从事该专业打下坚实的基础和牢固的信心。在近三年中，我们培养的本科毕业生就业率95%以上，该专业毕业生考研成功率30%以上，使光信息科学与工程专业的学生形成了良好的学习氛围，形成了争赶超的局面。同时，针对光信息科学和工程专业的学生，我们注意在进行科学知识教育的同时注重培养市场技术需求方面的培养，增加了企业参观及动手实践等环节，同时讲授在科学研究中人文素养培养的重要性，从而使之潜移默化地对学生进行自然的而不是勉强的人文教育。

参考文献：

[1]陶然，王越，单涛.信息对抗技术专业人才培养模式研究[J].中国电子教育，2008，（4）3：9-43.

[2]张向华.专业课教学应遵循的教学规律[J].辽宁教育学院学报，2014，（4）：71.

[3]陈小刚，陈俊风，林善明.《光电子技术》课程设计改革的探索[A].光电技术与系统文选[C].2005.

[4]梁红兵.提速光电子技术与产业[N].中国电子报，2001.

[5]柴金华.《光电子学基础》课程“两结合”与“三要素”教学内容的研究与实践[A].中国光学学会，2010年光学大会论文集[C].2010.

光学教程范文第10篇

关键词：生物医学光电检测；交叉学科；教学模式；原理概念；创新思维

一教学体系的构建和优化

生物医学光电检测是应目前学校教学改革的需求，结合现今生物学、医学及光学等多门学科交叉融合发展的现状，而面向大学本科三年级学生开设的专业课程。该门课程涉及的内容相当广泛：综合了一般医学与生物学的检测技术——光学显微技术、电子显微技术、X射线影像检测技术、超声检测技术、核磁检测技术和太赫兹检测技术等；所呈现的内容新，处于自然科学研究领域的前沿：涵盖了包括近代物理学、化学、数学、生物学、医学和生物化学领域等的多项研究成果和最新进展；相关的参考资料如专业书籍、杂志和相关文章数量众多，内容丰富；与多种检测技术相关的检测仪器种类多，发展迅速，相应的教学内容具有一定的工程化技术化的特点；相比本系开设的其他专业课程如《波动光学》、《激光原理》、《信息光学》和《光通信技术》等，该门课程的开设时间较短。因此如何根据本门课程的特点，合理有效地开展教学工作，达到开阔学生的视野，加强学生对基本原理、概念的认知能力，提高学生对相关问题的思考能力和理解能力，培养学生工程化能力、多学科综合能力和创新思维能力的目的，就成为了本门课程的教学目标和重中之重。为此，笔者根据拟定的教学大纲和教学内容，进行了教学体系的构建和优化，内容包括教材的选取、教学内容的调整、教案的准备和教学要求的制定等。笔者首先进行了教材的筛选。在众多教材和参考书中，笔者选取了2014年清华大学出版社出版的，由黄国亮等主编的《生物医学检测技术与临床检验》[1](清华大学985名优教材)一书作为教材，另考虑到近年来激光技术与生物学技术的紧密结合，将1995年由湖南科学技术出版社出版的，由向洋编写的《激光生物学》[2]和2010年由中国农业科学技术出版社出版的，由段智英等编写的《激光生物学效应研究》[3]两本书中的部分章节选入作为补充教材。之后在教材内容的选取上，以生物医学检测技术和激光生物学技术为两大板块，进行了教学内容的调整和取舍：生物医学检测技术的主要教学内容包括多种成像检测技术和光谱检测技术；激光生物学技术的主要教学内容包括了激光工作原理及特性、激光生物学作用原理和激光的安全防护等。以这些内容为教学重点，做到教学体系的完整性和合理性。在此基础上，结合教材内容和相关的参考资料[4-13]准备手写教案，并同时进行多媒体教学课件的准备，完成教学前的准备工作。值得一提的是，在准备多媒体课件的过程中，笔者在网上搜集了大量的与该课程有关的图片、视频和PPT等，并对这些资料进行了分析、整理和整合，融入到自己所制作的课件中，力争做到课件信息量大、形象直观，让学生记忆深刻。在教学过程中，举出丰富的事例对学生进行知识点的讲解，并遵循知识点随机提问，进行课堂讨论，增加与学生的互动；向学生提出合理的学习要求：上课之前预习教材内相关章节内容，课堂记笔记，课后复习；积极思考课堂提问，认真完成课堂作业、课后作业，学有余力且对相关知识感兴趣的学生可参考笔者提供的参考资料收集相关内容进行学习。另外参考国外的教学方式，为了让学生了解平时学习的重要性，相应设计出了多元化的考查方式，将平时成绩在总成绩中所占的比例提高到了50%，平时成绩为上课点名、课堂提问、课堂测验和平时作业等成绩的加权平均，而期末考试成绩只占总成绩的50%，这从另外一方面也减轻了学生的考试压力，有助于增强学生学习的兴趣，提高学生学习的能动性。除此而外，笔者在课后收集学生对每堂课的教学反馈意见，实时调整教学中的部分内容，根据学生感兴趣的内容，查阅该领域该部分内容的最新进展，增加相应的教学量，提高教学质量，优化教学体系。总之，教学体系的构建和优化涵盖了教学活动中的所有环节，对于有效开展课堂教学非常重要。

二教学内容的选择和系统化

在教学体系的构建和优化中，教学内容的选择、教学内容的系统化是一个非常重要的部分。该门课程的内容广泛，参考资料丰富，如何有侧重地选取教学内容，保证教学内容的系统化有一定的难度，因此笔者在备课和教学的过程中，对该门课程的教学内容进行了精心的选择和安排，力争做到以教材为蓝本，突出教学重点，注重基本概念和基本原理的理解，注重光、机、电、软件的结合，注重检测技术和仪器运用的结合，注重工程化与技术化的结合，注重理论和实践的结合，实现教学内容完整性和系统性的统一。以显微技术一章为例，自从1665年胡克发表了用显微镜观察软木塞组织的微观结构以后，显微镜就与生物医学观察和检测密不可分了。以光学显微技术为代表的显微技术成为了生物医学光电检测技术的基础与核心内容，之后产生和应用的检测技术如电子显微技术，虽然在技术手段和方案上有所创新，但依然在重复利用或借鉴显微技术的基本原理和基本思想，因此笔者以显微技术为基础和切入点，向学生展示相关检测技术的原理。而在阐述显微镜的成像原理时，又着重介绍了显微镜性能评价参数如视角放大率、分辨率、有效放大率、光束限制和线视场，并从光学知识出发，分别对这几个参数进行了理论推导；通过数学推导让学生理解和掌握有关显微镜的基本问题，如为何高倍物镜比低倍物镜能观察到的物面范围要小；显微镜的分辨率与波长，与数值孔径有何关系；为何数值孔径要与放大倍率合理匹配，才能充分发挥显微镜的分辨能力等。对这些问题的理解都有助于学生今后正确地选取和使用显微镜，也有助于引导学生思考实验仪器的选择和其性能的关系，提高他们的分析能力和实践应用能力。在此基础上，笔者介绍了显微镜的制片技术和使用；之后，笔者对多种显微镜如荧光显微镜、暗视野显微镜、激光扫描共焦显微镜、相衬显微镜、金相显微镜、偏光显微镜、倒置显微镜及新型显微镜的原理进行了描述，并与普通显微镜原理的异同进行了比较。对于显微技术的发展历史、国内外主要显微镜生产厂家介绍等趣味性强和难度较低的内容则不作教学要求，留给学生自学，给予他们一定的空间开拓视野。这样的内容安排使学生轻松容易地掌握相关的知识，且对仪器的使用产生浓厚的兴趣，达到较好的教学效果。而后面章节的内容也正是基于同样的思路进行选择和安排的。正是由于对教学重点和难点的选择和合理安排，让笔者做到了课程内容的完整性和统一性，为之后教学方法的实施和教学手段的运用作了铺垫。

三教学方法的实施和教学手段的运用

好的教学方法和教学手段有助于推动教学工作的开展，有助于提高教学质量。2011年笔者进行了该门课程的申请和教学工作，由于当时缺乏经验，不知如何完成此项教学任务，故在一次偶然的机会中，向1996年诺贝尔物理学奖获得者、斯坦福大学物理系教授DouglasOsheroff请教了该门课程的教学问题，他告诉笔者一句话：“Startingtheclassfromthesimplethings.”他的这番话让笔者受益匪浅：教学就是要深入浅出，从简单的事物、事例出发，让学生对这门课程的内容有所了解，充满兴趣，借此引导学生进入该课程的学习。在之后的教学工作中，笔者始终秉持这种由浅入深，由简单到复杂的方式来帮助学生吸收知识，积极思考。以该门课程的引言部分为例，笔者首先向学生介绍此课程具有学科交叉、涉及专业广等特点，再将课程内容进行了归纳，课程的核心是“检测”二字，此课程着重解决两个问题：一是检测什么？二是如何检测？对于第一个问题，答案是物体形貌和特性表征；对于第二问题，答案是成像和成分分析。提纲挈领的表达让学生清晰地认识到课程的内容；之后从检测技术和激光生物学这两个板块，对课程的构架进行了框图表述，让学生直观地看出教学内容间的逻辑联系。在此之后，从学生最熟知的观察及成像出发，将课程内容引入。向学生提出一个看似简单却甚少有人思考的问题：“我们是如何观察到物体的？”学生经过思考后给出的答案不是非常全面，笔者就学生的回答做出了一定程度上的肯定，然后向学生抛出笔者自己总结出的观察物体的三个层次：看得到、看得清楚和看得舒服。言简意赅的答案引起了学生的热烈讨论，由此引出了学生对光特性探讨的热情。学生从光的波动性和粒子性回顾了他们的光学知识。之后，笔者又引导他们思考在物体太小和物体离人眼距离太远的情况下，如何观察物体的问题。认真思考的学生做出了回答：可用显微镜和望远镜来进行观察。在此基础上，引导学生根据透镜成像的规律分析对比放大镜、显微镜和望远镜成像的异同；然后顺利引出显微技术和其他生物医学检测技术的发展概况和应用实例，较好地完成了既定的教学任务。在整个教学过程中，笔者尽量做到由浅入深、循序渐进地引导学生对所学内容产生兴趣；在随机提问和自由讨论的轻松氛围中，让学生自然地做到了与教师的“教”与“学”的互动；通过图片、视频资料丰富的多媒体课件，让学生获取信息量大、直观生动的知识；结合在黑板上用粉笔推演公式的传统方式，以适中的速度让学生理清楚基本原理和相关公式的来龙去脉；根据学生感兴趣的知识点和目前的热点研究成果，实时调整部分教学内容，收集相关知识的最新进展，为学生补充知识，如教材中没有的太赫兹检测技术等，以达到扩展学生知识面，扩大学生视野的目的。总之，通过多样化的教学方法和有效的教学手段来培养学生的思考能力和理解能力，提高教学质量。

光学教程范文第11篇

关键词：工程光学 教学改革 形象化教学 实践

Exploration and practice of teaching reform of engineering optics

Zhou Muchun， Zhao Qi， Chen Yanru

Nanjing university of science and technology， Nanjing， 210094， China

Abstract： Engineering optics is an important course of photoelectric information engineering and measure and control technology and instrument specialty. There are problems such as formula being complex and content being abstract existed in the process of teaching. To solve these problems， measures including interesting teaching content， visualizing teaching means， and practical teaching methods are taken for reformation of the course system. The results show that the enthusiasm of students is increased obviously and good teaching effect is obtained.

Key words： engineering optics； teaching reform； imagery teaching； practicality

工程光学是当前高等院校光电信息科学与工程、光电子、测控技术与仪器等专业的必修基础课程[1，2]。也是光电科学技术、光学工程等方向从事相关科研工作的重要基础内容。因此，其教学质量影响着学生对后续专业课程的学习。工程光学主要有物理光学和几何光学两部分内容。几何光学主要内容有几何光学基本定律与成像概念、理想光学系统、平面棱镜系统、光束限制与光阑、像差理论与典型光学系统；物理光学主要内容有光的电磁理论基础、光的干涉、光的衍射、光的偏振及波导光学等[3]。

工程光学包含内容很多，教学中存在理论知识难以与实际应用结合，定义严格而又抽象的概念、符号较多，难以记忆；公式繁多，推导过程复杂，运用时易出现混淆和错误等难点[1，4]。导致学生对本课程的学习普遍感觉难度较大，较为抽象，进而学习主动性不高，兴趣较低，很多学生在完成本课程的学习后效果不好[5]。针对这些问题，尝试在教学内容上以趣味化问题为引导提高学生的学习兴趣，在教学手段上注重形象化促进学生的认知，在教学方法注重强调自主探索和实践增强学生的理解，通过以上几个方面的改革与试验，提高了学生学习的积极性，改进了工程光学的教学效果。

1 教学内容的趣味化

兴趣是最好的老师，在教学过程中，首先调动学生对所学课程的兴趣，使学生产生强烈的求知欲。在工程光学课堂上，如果能结合具体的教学内容，适当地引入趣味性问题，提起学生的兴趣，吸引学生的注意力，促进学生的思考，则能获得良好的效果。

1.1 自然现象中的趣味性问题

我们生活的这个世界五彩缤纷，自然界五彩斑斓的现象都是通过人眼感知的光学现象，光学知识在日常生活、科学技术和工程项目中有着越来越广泛的应用。把自然现象中很多新奇、有趣、奇特的现象在讲解相应章节之前作为问题提出来，利用人的好奇心提高学生的学习兴趣。如讲棱镜的色散时可以先用彩虹的产生原理做问题，讲薄膜干涉时可先用油膜呈彩色为引，其他如幻日现象、晕、华等成因都可作为问题。

1.2 科学研究中的前沿性问题

学生在学习中对所学内容的意义与应用不甚清楚，同时又希望对本专业的前沿问题及工程项目有所了解，在讲授相关知识时，可以把相关的前沿热点问题及应用加在其中介绍，如激光对原子的冷却与捕获，3D电影与立体视觉，“神光”项目，“嫦娥工程”中的光学系统等。前沿问题丰富了学生的知识，同时开阔了学生的视野，而且可以激发学生的学习兴趣、加强对光学专业的向往，促使学生更积极主动地学习。

1.3 光学发展历史中的人物故事

在工程光学教学过程中，可将部分章节内容回放到光学发展的历史背景中，针对性地选择一些光学发展史中的逸闻趣事，把科学家当时发现光学规律、解决相关问题过程中遇到的困难，采用的方法和思考方式以情景故事的方式呈现出来，也可以吸引学生的注意力，然后再放回到当前背景，指出不同时代对问题认识处理的差异。如在学习菲涅耳衍射时，可介绍泊松亮斑的由来。如果在教学中运用得好，能活跃课堂气氛，使课程生动活泼。把科学家分析问题、解决问题的思维过程展示给学生，不仅传授了知识，更重要的是对提高学生的分析概括能力和逻辑思维能力有很大帮助。

在问题的选择上，要注意问题的新颖性和趣味性，另外还需深度挖掘问题，如在讲授干涉原理之前，可以先用油膜、肥皂泡呈彩色的现象做引导，以干涉原理来解释。一般此类课程教学中都会发掘到这一步，在讨论到后面干涉系统的时间相干性或者光源单色性时，也可用此例子，白光下油膜呈彩色，但更厚的其他膜层却没有这种现象。学习楔形平板干涉时，讨论到条纹的定域面时，油膜干涉也是一个很好的例子。这些内容公式繁多，学生难有兴趣，但通过一个简单的生活案例，就可以把这些问题串在一些，引发学生的学习兴趣。最后还要引导学生自己发现问题，提出问题，追寻问题的答案，进而投身于创新活动之中。

2 教学手段的形象化

工程光学部分内容比较抽象，采用一般的讲授方法学生难以完全接受和理解。如复杂的衍射，公式推导很难形成直观的感受。人们对事物的认知规律是从感性到理性的渐进过程，可采用形象化的教学手段，如多媒体教学课件、视频录像、软件仿真等手段促进学生的认知。

2.1 应用多媒体课件

应用多媒体课件将工程光学内容图文并茂地展示给学生，教师易于讲授，学生易于理解，提高学习的效率。如几何光学中的光路图，采用PPT动态演示功能使教学内容形象地展示出来，以此为基础，可使学生更透彻地理解知识点。又如，在学习渐晕现象时，利用Flas演示不同光线在传播过程中受到的限制情况，清楚地在屏幕上显示出来，让学生较快地理解和接受。

2.2 应用仿真软件

在物理光学部分，尤其是讨论干涉、衍射等内容时，公式比较复杂，难以对公式中每个参量的作用有直观认识。利用仿真软件，可以把物理光学中各种光学实验的结果仿真出来，以一维或者多维图像的方式清晰直观地显示出来，同时在仿真程序中更改相应的实验参数，得到实时的仿真图像，体会不同参量的作用效果。通过这种方式进行工程光学教学，同样可以让学生形象直观地接受。

工程光学课程引入视频、仿真软件、PPT和Flas等，对物理公式进行形象直观的描述，从而使学生在感性认识的基础上逐渐上升到理性认识，加深对关键知识点的认识，避免对知识的死记硬背，进而有效地提高教学效果。

3 强调自主探索与实践

通过趣味化问题的引导，使学生提高了学习的兴趣，但工程光学知识点多，课程公式也较多且比较深奥，加上学生没有具体的工程实践经验，学习时易停留于表面，缺乏透彻深入的理解和思考。这时可以把工程光学课程中抽象复杂的公式用于科学研究或工程应用的相关子课题，作为实践案例，由学生自主探索。学生在解决具体课题或工程问题时，对课程内容有了深入的认识，理解也更容易一些，强化学生对工程光学课程知识的理解和应用，同时提高学生的科研实践能力。

在具体形式上，通过小课题制作、小论文设计加强学生对光学知识的熟练掌握和应用，提高学生自主探索和创新研究的能力。引导学生参加一些和光学相关的科研训练或创新竞赛，把课程知识和具体工程问题结合起来，实现多角度的人才培养。通过课题设计进行实践，深化了学生对知识的理解应用和对研究学习能力的培养。

4 结束语

通过对工程光学课堂教学方法与教学手段的探索与实践，改进了传统的教学方法，提高了教学内容的趣味性，调动了学生的课程学习积极性和主动性，把讲课的重点逐渐从公式、知识点的讲解传授转向培养学生利用知识分析解决问题的能力，使学生在学到具体知识的同时，学到获取、利用知识的方法，提高了学生的创新能力和科学素质。

参考文献

[1] 郭仁慧，高志山.谈《应用光学》教学的改进方法[J].高教论坛，2009（1）：90-93.

[2] 哈斯乌力吉，吕志伟，张爱红.“物理光学”教学方法和考试方法的改革[J].电气电子教学学报，2012（6）：88-89，109.

[3] 郁道银，谈恒英.工程光学[M].第二版.北京：机械工业出版社，2006.

光学教程范文第12篇

关键词　课程设计　光电子学　教学　实践

中图分类号：G642

文献标识码：A

光电子学是光信息科学与技术专业一门理论与实践并重的专业基础课，是后续专业课程学习和毕业后从事光电类研究和开发重要基础。围绕“厚基础、宽口径、高素质、强实践、重创新”的人才培养模式，除了开设光电技术实验外，我们还开设了光电子学课程设计。与光电技术实验相比，光电子学课程设计更能发挥学生的主动性和创造性，学生通过课程设计过程对教学内容进行综合应用，而且把已经学过的激光技术、工程光学、物理光学、数字电子技术等相关课程的理论知识综合应用于课程设计，加强了学生的综合实践训练，知识应用能力明显提高。

1 课程设计的教学组织及实施

1.1 课程设计题目的选定

课程设计一般教学时间较短（2周左右），在这么短的时间内，如何有效培养学生将理论知识运用到实践中去的能力是一个值得探讨的问题。尽管学生对光电子学、激光技术、物理光学等相关课程的理论知识有所掌握，缺乏应用于实际的训练，难以进行复杂的系统设计。因此，在突出课程重点内容的基础上将知识面适当拓宽，着重于学生基本技能的培养，设计的题目难易适中，不宜过大过于复杂，以便让学生有一个循序渐近的学习过程。另一方面，课程设计在选题上应考虑到与当前应用领域和产业的充分结合。设计题目具有一定的实用价值，激发学生学习的主动性、积极性。为保证每个学生都有一定的工作量，达到训练效果，根据学生人数拟定题目，每个题目最多三个学生。学生根据兴趣自由选题，题目选定之后，根据设计题目的内容和任务进行小组讨论，明确个人分工，以便于进行考核与检查。

1.2 课程设计的实施

根据课程设计题目的内容和任务，学生通过文献调研，运用相关理论知识对设计题目进行分析，经过组内讨论，提出相应的设计方案，说明设计原理，对设计方案进行理论、仿真或实验等相关分析，记录相关实验现象、实验数据、遇到的问题以及解决方式等详细资料，分析设计的可行性，对原来的设计方案进行优化或更改。

1.3 课程设计的考核

课程设计的成绩分为平时成绩、设计报告和答辩三部分。平时成绩主要考核学生出勤、进度、学习态度、资料占有量等总体表现，占总成绩的20%。设计报告主要考核学生的设计报告，如设计原理的论述，方案的论证，结果的分析，书写格式等方面，占总成绩的60%。答辩主要考核学生掌握知识的准确程度、熟练程度、口头表达能力，占总成绩的20%。在评定成绩时，我们还参照每个学生在小组内的具体分工，根据承担工作量的多少进行成绩划分。

2 目前存在的一些问题

我校光信息专业建设起步较晚，课程设计教学过程中还存在一些问题，需要借鉴其他院校的教学模式，结合自身特点进行教学改革。（1）课程设计是在理论课讲授结束后进行的，两者没有有效地衔接；（2）课程设计题目是老师制定，没有有效发挥学生的主动性和创新性；（3）制定更加详细的评分标准，完善考核体系；（4）师资力量薄弱。

3 课程设计教学改革的一些举措

3.1 加强专业课教学与课程设计的衔接

课程设计光电子学课程结束之后进行的，专业课教学与课程设计教学有意识地融合与衔接十分重要。在课堂理论知识教学过程中，广泛收集资料，结合光电技术的实际范例详细剖析光电子学基本原理的应用，使枯燥的专业课教学变成类似于“案例教学”，激发学生的学习兴趣，还可以启发和引导学生理论联系实际。在专业课理论教学阶段，把课程设计的题目、任务和设计要求等相关信息作为案例告诉学生，让学生带着问题去学习，加强理论教学与课程设计的联系。因此，课程设计不再是两周时间，而是贯穿于整个专业课学习阶段，学生在课堂教学中对课程设计已经具有初步的认识和准备，进入课程设计后，节省了课程设计时间，学生有更多的时间对设计题目进行思考，设计方案更加优化，有利于学生创造性的发挥。

3.2 发挥学生的创新性，进行自主选题

课程设计具有很强的实践性，是学生将理论应用于实践的一次训练。因此，在制定课程设计题目时应与实际应用相联系。在教师制定课程设计的同时，可以组织学生根据自己的兴趣爱好自主制定设计题目，鼓励学生利用教材、文献、专利等相关资料，进行独立思考，拿出自己设想与方案。

3.3 完善考核体系

课程设计不同于专业课教学，强调的是学生的实践能力。如何监控教学过程，客观反映学生的学习成果，成为教学质量保障的重要问题。我们将课程设计的成绩分为平时成绩、设计报告和答辩三部分，并制定了相应的评分标准。学生需认真填写考勤表，详细记录自己遇到的问题和解决过程，填写小组讨论记录表，每个学生在课程设计期间的表现被如实记录，尽可能消除个别学生完全不动手的情况，让每组所有的学生都参与到课程设计中来。综合设计题目之间的差异以及学生课程设计的学习过程对学生课程设计的成绩进行评价。既激发了学生学习的积极性和主动性，又规范了教师的教学活动，有效保障了教学质量。

3.4 加强师资团队建设，增强课程设计的指导

教师指导是保障课程设计教学质量，提高学生实践能力的关键环节。在课程设计教学过程中，教师应起到组织、引导、检查以及解决问题的作用。教师要及时掌握每组学生的课程设计状况，参与小组讨论，在鼓励学生发挥主动性的同时，给予正确的引导，帮助他们解决疑难问题，以保证课程设计教学质量。

4 结束语

光电子学课程设计是培养学生实践能力的重要环节。结合本校光信息科学与技术专业的教学体系现状，我们对光电子学课程设计的组织模式进行了初步的改革与实践。在课程设计中尽可能调动学生的主观能动性，从课程设计的选题、设计内容的实现与总结答辩，都由学生自己完成，取得了较好的实践效果，提高了学生理论联系实际的能力。但仍然存在一定问题，在今后的教学中还需不断探讨，进一步提高课程设计的质量。

参考文献

[1]　闫秋会,南晓红等.课程设计教学模式的研究[J].西安建筑科技大学学报,2008(4):94-97.

光学教程范文第13篇

[关键词]双语教学 光学 体验式教学

[中图分类号]G642.1

随着我国社会主义市场经济的蓬勃发展，改革开放的不断深入，迫切需要既精通专业、又通晓汉语和外语的复合型人才参与国际竞争。双语教学作为一种有效的教学模式，在国内许多高等院校中蓬勃开展起来，并取得了一定的成绩[1]。目前，双语教学尚处于探索阶段，在进行教学过程中还存在着诸多问题，需要行之有效的教学方法加以改进。本文将结合《光学》课程探讨多维体验式教学在双语课程中的应用。

一、《光学》双语教学的设置

《光学》是应用物理专业基础课之一，它是研究光的本性、光的传播和光与物质相互作用的基础学科。光学亦是近代物理学的生长点，例如量子力学就起源于光学。在物理专业中，它和原子物理、电动力学、量子力学等后继课有密切的关系。由于《光学》课程本身的逻辑性与系统性特点，使学生在学习光学基础知识的同时，受到科学研究方法论的初步训练。通过本门课程的学习，使学生系统地掌握有关光学的基本概念，基本规律和基本的计算方法，了解现代光学及光学与其他学科、技术相结合的发展状况，为学习后续课程以及将来从事科学研究，教学和其他工作打下良好的基础。

目前，教育部已把开展双语教学的情况作为高校评估的一项重要指标[2]。理学院物理系应用物理本科专业的《光学》双语教学也在此背景下应运而生。一般来说，自然科学学科比人文科学学科更容易实施双语教学，物理科学由于自身的一些特点性质，不会将双语教学变成纯粹的语言教学。《光学》历来是物理类专业的一门必修基础课，在开展双语教学方面，光学有其他学科无法比拟的优势：

1.经过中学的物理学习，学生对光学这门学科己经有了大致的了解。大学光学的内容多以高中光学为基础，借用数学工具，在研究的深度和广度上进行拓展。而数学知识涉及的英语较少，学生只需花部分精力在相应的数学演算过程，相对其他基础学科，《光学》的学习难度并不高。

2.双语教学给学生提供了一个良好的学习英语的环境，如果学生有强烈的学习欲望，自然会使教学效果事半功倍。从英语基础上来说，经过了初中高中六年的英语学习，学生的词汇和语法，以及英语阅读能力已经达到了一定程度，只是需要在光学的专业词汇上下点功夫。

3.光学虽然是一门历史悠久的经典学科，正不断开拓新的应用领域，在欧美等高等院校和研究机构，有关光学方面的研究成果不断涌现。因此，了解本领域内最新的科技成果和发展趋势并与国际上研究热点接轨，开展双语教学是当前教学改革的一个重要突破口。

二、体验式教学方法进行《光学》双语教学探索

1.充分的课前准备及学生自学能力的培养

为了克服双语教学中的语言障碍，课前准备尤为重要。我们在教材的选择上，不能盲目与优势学校攀比，而应脚踏实地根据本校教师和学生的水平，选择合适的教材来开展双语教学[3]。使用原版的经典光学教材对学生来说篇幅过长，阅读困难大，因此选用高等教育出版社出版由马文蔚等改编的《物理学》（英文版）教材。其文字通俗易懂，而且有配套的中文版本，便于学生中英文对照地进行学习。另外，为弥补该教材在几何光学，光量子性等内容的欠缺，我们在制作电子教案时以国外原版教材为重点参考书，在内容上对教材进行补充，并对个别章节顺序作了调整。增加了费马原理(Fermat’s Principle)的表述和光程(Optical Path)极值的应用，在介绍光学仪器前，首先对实像(Real Image)、虚像(Virtual Image)、实物(Real Object)、虚物(Virtual Object)的概念进行比较。根据衍射反比率，衍射角的半角宽度和研究对象的几何尺寸、波长之间满足比例关系 ，几何光学可以作为波动光学在b>>l极限情况下的近似，因此我们把几何光学的内容放在波动光学之后进行阐述。涉及到相关章节，给学生布置一些原版教材的内容进行阅读，提高他们对专业知识的阅读能力。

每次讲解新内容之前，教师先给出可能遇到的一些生词和词组。而很多词汇对学生而言并不陌生，譬如：Path，Half-wave lose，Wave train等，让他们猜测在物理光学中的含义，激发他们学习的兴趣，同时对本节课的内容有一个大概的了解，并做好专业词汇储备。在本节内容讲完之后，教师针对下节课内容，留一些预习思考题，并在下次课前进行提问(warm-up questions)。譬如在学习光的干涉（Interference of light）现象，可给出思考题：

(1)What’s the definition of Optical path?

(2)What’s the difference between the mechanic wave source and light wave source?

(3) How the interference phenomenon arise?

让学生在教师提示和指导下，带着问题去英文教材中寻找答案，减少因为英语带来的阅读障碍，培养学生的自我学习能力，同时在课堂学习中也会收到更好的教学效果。

2.循序渐进地创建一个丰富多彩的多媒体课堂

《光学》针对低年级学生开设，这些学生学习积极性较高，但是英语基础比较薄弱。因此，在课程的起步阶段，教师在课堂上大部分采用中文讲述，中、英文板书的形式，并适当放慢教学进度，留给学生适应的时间，克服学生的畏难情绪。利用多媒体课件信息丰富、形式多样的特点，充分调动学生口、眼、耳、脑多个器官的协同作用，实现光学知识、英语环境、多媒体课件间的沟通和渗透。每次出现专业词汇或者基本原理，先用英文版，加上适当的讲评，再用中文版并附上大量的实例加深印象。

学生学习过程中，会有习惯的惰性，在语言上更是如此[4]。在中英文同时存在的条件下，大脑会不自觉得选择自己熟悉的母语，而跳过英语部分的学习。在学生适应初级阶段的教学模式，并能在字典、插图、数学公式的帮助下大致了解教材主要内容的前提下，我们适当增加了课堂上使用英语的比例，逐步过渡到用全英文的课件和板书，给学生营造一个英语的环境，强迫大脑接受英文的结构和思维方式。在这个过程中，虽然减少了中文的出现，但是更多的运用现代多媒体教学技术和网络技术，一些光学仪器并与之相关的光路图(如迈克尔逊干涉仪Michelson Interferometer)，干涉、衍射图案的直观展示，结合一些动画，使授课内容变得生动、丰富，增大了课堂信息量，同时易调动学生的情绪，缓解学习者的语言思维压力，从而理解授课的内容。

在课堂的学习中，我们尽力打造一个宽松的学习氛围，鼓励学生参与到教学过程中，增强师生间的互动。鼓励学生大胆的使用英语，不必过多的考虑语法和句子结构的限制；鼓励学生在课堂上任何时间都能打断老师讲课来问问题；尝试多种教学方法的并用，比如采用练习(Exercise)――讨论(Discussion)――辅导(Review)方法的组合，布置一些小课题，组织学生形成团队学习，让学生作英文汇报等。这些强调学生参与意识的双语教学模式，使学生变被动为主动，更能提高学生的兴趣，提高学习效果。

3.利用互联网为学生提供丰富的学习资源和讨论平台

目前网络中有许多国外名校的公开课视频资料，譬如美国麻省理工大学的振动和波动教学录像中，就有涉及惠更斯原理与干涉、衍射现象的讲授。从他们的课堂教学中发现，为了证明一个简单的理论，会利用大量的时间去做演示实验。而国内的教学，由于课时和实验条件的限制，往往做不到这一点。这些视频资料恰好对我们的双语教学进行补充。一方面让学生体验国外名校全英文的授课模式，另一方面，通过实验演示，加深对物理概念的理解。同时，教师还利用网络平台与学生进行交流，教学的最新信息的同时，也能及时发现教学中的问题，解决学生学习中的困惑。在资料下载区将一些配套资料上传，让学生利用业余时间下载学习，在论坛的主题讨论区中结合教学内容，提出各种小问题，留给学生思考的空间，要求学生到网站上去寻找答案。通过这种自主学习的方式，不但锻炼了学生利用英语去获取专业信息的能力，还能让学生树立信心，获得学习的成就感。

4.将专业知识向日常生活渗透

光学是一门自然科学，它的许多知识来源于日常的观察和实验。在双语课堂教学中，教师应尽量利用生活情景组织教学，引导学生结合生活体验，在观察和思考身边的物理现象时，去深入理解光学的基本原理和概念。譬如在讲述“光的散射Scattering of Light”这一知识点时，让同学们观察吸烟者的烟雾经过口腔后的颜色变化，即为“瑞利散射Rayleigh scattering”向“米氏散射Mie Scattering”的过渡。让同学们体会中文“影”的描述，如做光学游戏时的手影，水中的倒影，出游时的摄影，实际上反映的是不同的光学规律，当然有不同的英文表述。学习光在连续几个球面上的折射时，让同学们思考门镜的组成。有同学提出如下的判断，物镜是由是一个凹透镜，对着门的外侧，来访者在门外通过凹透镜能成正立、缩小的虚像，目镜是一个平凸透镜，在门的里侧，主人通过目镜看到缩小的虚像，且落在两镜之间，所以室外人看不到室内的人。这种联系生活去探究物理知识的教学方式，激发学生学习热情，增强了课堂的生动性，学生从中轻松地获得了新的认知和体验。

三、结语

高校双语教学是一个复杂的系统工程，其教学方法还需要长期的探索和研究。我们必须坚持不懈地实践和总结，循序渐进, 创建出有自己特色的，行之有效的双语教学运行模式。我们相信随着双语教学改革的进一步深入，双语教育一定会有更加广阔的前景。

基金项目：中国计量学院2010高教研究课题项目（项目编号：HEX201053）

论文受到中国计量学院重点课程建设项目和浙江省物理实验教学示范中心建设项目支质

[参考文献]

[1]许宏晨.中国高校双语教学七年回顾[J],西安外国语大学学报,2008(4),84-88

[2]黄礼琳,赵炳炎.专业课双语教学的前期准备工作探析双语教学探析[J],湖南第一师范学报,2008(1),74-75

[3]陈有真.高等院校开展双语教学的实践与思考[J],北京大学学报（哲学社会科学版）,2007(2)，60-62

光学教程范文第14篇

【关键词】物理光学；课程教学；教学改革

物理光学是光信息科学与工程专业的重要专业基础课，主要是以光的电磁理论为基础研究光在各向同性和各向异性介质中的传播、光的干涉和衍射、光的吸收、色散和散射以及与之相关的一些典型应用，不仅是学生进一步认识、理解光的本质和特性重要课程，而且还是该专业很多后续专业课程，如信息光学、激光原理、光纤通信以及光电子技术等专业课程的基础[1]。由于物理光学在光信息科学与工程专业课程体系中的重要性，在湖北工程学院物理光学还被列为该专业的四门学位课程之一，总开课学时为80学时，其中理论64学时，实验16学时。虽然，开课学时充裕，学生对物理光学重要性的认识和重视程度也较好，但是在学习过程中大多仍感觉比较困难，不能很好把握其内涵和精髓，灵活运用物理光学理论去分析、处理问题，大多是机械地套用公式，学习效果不佳。对此我们物理光学教学组系统调研、分析了近4届学生在物理光学学习过程中存在的主要问题，并探索与之相应的教学改革，获得了较好的效果。

1物理光学教学中存在的问题

1.1数学和电磁理论基础薄弱，重结论轻过程，不能领会结论的物理内涵及思想

物理光学中很多重要结论都涉及到以电磁场理论为基础的比较复杂数学推导，如基尔霍夫衍射公式、晶体光学的菲涅尔方程以及光与介质相互作用的经典理论等[2]。很多学生面对复杂、枯燥的推理过程往往没有耐心，不能积极主动学习，采取只死记硬背公式和结论的消极学习方法，没有领会公式和结论所蕴含的物理意义，更没有从这些推理过程中获得物理思维的锻炼和培养。而且，过多的理论推导和复杂数学公式还使得一些数学基础较差的学生一开始产生畏难情绪，学习信心不足。

1.2注重知识的积累，忽视了知识的消化和内化

在物理光学教学过程中，学生往往只注重结论的简单记忆，忽视了结论的由来、物理内涵以及与其它结论之间关联性的分析和总结，从而将其消化和内化。例如，对光波的时间域频谱特性与空间域频谱特性而言，学生普遍能够很快很好地掌握前者，而对后者，由于以前接触较少，相对比较抽象，只有少数学生可以较快较好地掌握。由于知识只是在大脑中的简单堆积，并没有被消化和内化到自身知识体系和思维中，不仅自身分析、处理问题的方法和能力得不到锻炼，而且随着课程进度的不断推进，知识点越来越多而杂，学习困难越来大，甚至出现学习兴趣锐减和作业抄袭的现象。

1.3实验教学对理论教学促进作用不明显

物理光学课程中包括16学时的实验教学，目的是通过一些验证性实验进一步加深学生对物理光学重点知识的理解和掌握。但是，由于存在实验教学和理论教学进度不匹配，学生并没有带着疑问和怀疑的态度去做实验，实验兴趣不高。再加上物理光学实验一般实验操作比较复杂，学生往往疲于应付基本的实验操作和数据的测量，实验过程中对相应问题的思考不够，从而导致实验对理论的补充和拓展效果并不明显。

2物理光学教学改革的探索

2.1凝练基本理论的导出，锻炼学生思维

对较复杂的理论导出进行凝练，挖掘其内在的逻辑关系和导出过程中的关键环节，构建直观、清晰的物理图像，将学生先从繁杂的数学运算中解放出来，对理论的导出有一个直观、整体的认识。再针对其中的一些关键数学推导进行重点讲解，一方面使学生进一步认识其物理内涵，另一方还可以增进学生对数学之美的体会，增强学生对复杂理论导出学习的兴趣。例如在基尔霍夫衍射公式导出过程中，我们首先给学生明确这次课的主要目的，即获得夫琅和费衍射和菲涅尔衍射的基尔霍夫衍射积分公式，为后面学习做准备，以及基尔霍夫衍射公式导出的基本流程和各部分关键问题，让学生从整体上把握本次课的脉络、框架和物理图像。其次，针对理论导出中各个关键问题，例如由场论中的格林定理导出基尔霍夫积分定理、小孔衍射特点及其在基尔霍夫积分定理中的具体体现以及基尔霍夫衍射公式的几个关键近似处理进行详细地讲解和演算，使学生逐个掌握，并在此基础上感受严密的理论推演的内在美，激发学生的学习兴趣。最后再次结合理论导出的基本流程和关键问题对整个课程进行总结，进一步固化学生对物理图像和物理内涵的理解。经过几年的不断尝试，现在在讲授这些较复杂的理论导出时，学生积极性和接受程度都有了显著地提高。

2.2以典型物理模型为基础，引导学生主动拓展

归纳、总结能够反映物理光学各部分内容的典型物理模型，并以它们作为课堂教学切入点，进行重点讲解，不仅使学生能够掌握模型的物理内涵，而且还要使学生深刻领会模型所蕴含的分析问题、处理问题的思想和方法。引导学生利用模型的结论和分析方法去分析、探讨新的相关知识。例如，在光的干涉这部分内容中，只需要重点讲解双缝干涉、平行平板的干涉以及楔形平板的干涉三个基本物理模型的干涉情况及其中蕴含的物理思想和分析方法。对于其它干涉系统产生的干涉现象，如菲涅尔双棱镜、菲涅尔双面镜、渃埃镜、劈尖、薄膜、迈克尔孙干涉仪、马赫-泽德干涉仪以及法布里-珀罗干涉仪等产生的干涉，可以通过引导学生首先将其归纳到上面三个基本物理模型所代表的类型中，然后利用在典型模型中获得的物理思想和分析方法进行研究和学习。这样学生就可以以基本干涉模型为基础，积极主动地学习其它相关的光的干涉知识，不断地拓展和深化自己对光的干涉的认识和理解。采用这中尝试后，由于学生自己可以以基本物理模型为基础对新的知识进行分析和研判，在教学过程中师生之间互动比以前畅通多了，还有一些学生课堂上提出了一些非常好的问题和观点，说明学生学习主动性有了显著地改善。

2.3强化知识之间的关联性，促进知识的二次消化

物理光学中很多知识点之间都存在很强的关联性[3]。这既包括同一部分不同知识点之间，例如光波场的时间频率域和空间频率域表示，晶体各项异性的折射率椭球、折射率曲面、波失曲面和菲涅尔椭球表示法，自然双折射和感应双折射等；也包括不同部分知识点之间，例如光的干涉和衍射、各向同性介质界面的折反射与晶体界面的折反射等。挖掘并理清这些知识点之间的关联，一方面将极大地促进学生对各知识点物理内涵、外延及其相关应用的理解和把握，实现知识的二次消化，使其得到进一步升华，内化到学生知识体系之内及自身能力之中。另一方面，通过知识之间的内在关联可以通过类比等方式，从简单易懂的知识入手，逐步加学生深对相对复杂难懂的知识的理解和认识。例如，对各向同性介质界面的折反射，学生一般都很容易掌握，但对晶体界面的折反射就感觉难度较大。但是，若将二者对比起来，除了晶体界面折反射涉及到不同方向有不同折射率外，其它两者完全一样，这样有利于学生更好理解光波在晶体界面折射和反射。除了课堂上适当利用知识之间关联性促进、加深学生对知识的理解外，我们还尝试将一些知识之间的关联性作为课后练习，让学生自己挖掘、总结。例如，学术一般知道干涉和衍射实际上都是光波相干叠加引起的光强的重新分布，但对它们的具体差异感觉比较模糊。为此，我们以讨论双缝干涉和双缝衍射的异同作为一次课后讨论作业，让学生进行课后探讨。结果不仅进一步促进了学生对干涉衍射物理本质的认识和理解，而且很多同学由于在本次作业中表现突出，获得了一定的成就感，大大地增强了其学习的积极性。

2.4利用计算机辅助教学，引导学生主动求证和探索

物理光学的很多结论都是以数学公式的形式给出的。数学公式虽然表述简练，但表述并不直观，学生难以很快地建立直观的物理图像。有些教材中虽然给出了数学公式表述结论在特定条件下的图像，但由于不是学生自己做出来的，大多数学生都是被动地看看就过去了，难以留下深刻印象。若可以让学生自己根据结论作出他想看的直观的物理图像，则在其自身求知欲望的推动下，对结论的认识和理解程度就会显著提高[4]。在教学过程，以Matlab软件为平台，将一些数学公式表示的结论，如菲涅尔公式、干涉和衍射的光强分布公式等，编写成可以通过简单修改参数作出不同条件下直观物理图像的小程序，给学生演示数学公式描述的具体物理图像，并让学生自己课后利用这些小程序分析、总结不同条件下异同。显然，这种实时演示和自我验证相结合的方法，效果很明显，不仅促进了学生对结论的认识和理解，还激发了一些学生自己动手尝试的现象。在每一届的物理光学课程中，总有一些学生不满足于借助计算机简单地对数学公式所描述的直观物理图像进行验证，还尝试一些难度更大的验证，甚至探索，例如借助计算机开展光学多层膜反射率和透射率的计算、基于基尔霍夫衍射公式的衍射光强的数值计算等。这不仅进一步促进了学生对物理光学相关知识的掌握和拓展，而且对他们思维和能力的锻炼和培养有很大帮助。2.5强化实验对理论的补充和拓展针对实验教学中存在问题与不足，对实验教学过程进行了相关改革。首先，改变实验教学和理论教学单独开课的状况，将它们纳入一个整体，由同一名教师在同一学期承担。这样教师就可以根据理论教学的进度适时安排实验教学，将二者有机融入一体，增强实验对理论的补充和拓展。其次，强化实验教学各个环节的管理，避免学生过分注重实验操作，而忽视实验中必须的思考。为此，进一步提高了对学生实验规划、实验操作问询、实验数据处理与分析以及实验总结方面的要求，让学生带着问题、想着问题、找着问题做实验。这样虽然显著地增加了教师和学生的工作量，但实验效果提高更明显。一方面，由于实验对学生的理论知识产生了很好的补充和拓展，使得教师和学生在后续的理论教学和学习中更轻松，可以花费相对较少时间和精力。另一方面，通过撰写详细的实验规划和实验总结报告，不仅是对知识的一个分析、总结、凝练的过程，可以极大地促进学生知识的内化，而且也是锻炼和培养严密逻辑思维和谨科学态度的有效途径[5]。经过几届的尝试，目前我们课题组在物理光学实验的实验规划、实验问询问题以及实验总结方面积累了越来丰富和完善的资料，对实验教学的把握不断增强，实验教学效果和学生满意度也不断提高。

3结束语

针对物理光学涉及到较多复杂数学公式，理论性较强，概率较抽象，识点多而杂，容易混淆的特点，为了提高物理光学教学效果，我们物理光学教学组针对物理光学中的基本理论、典型物理模型、知识之间的关联等进行总结、归纳和凝练，并在教学过程中进行相关的教学尝试和改革。此外，我们还探讨了借助计算机辅助教学、改革实验教学以实现对理论教学的补充、拓展及深化的途径和方法。这些探讨和实践将学生从枯燥的理论中解脱出来，激发了学习的主动性和积极性，不仅促进了学生对知识物理内涵的理解和掌握，还锻炼和培养了学生分析问题、处理问题的思维和能力。

参考文献

[1]哈斯乌力吉,吕志伟,张爱红,等.物理光学教学改革的探索[J].电气电子教学学报,2007,(S1).

[2]王伟.物理光学课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2011.28(4):110-111.

[3]黄元申,李柏承,徐邦联,等.物理光学本科教学体会[J].上海理工大学学报(社会科学版),2014,(3):293-296.

[4]张晶,李建映,邓婷,等.基于Matlab的物理光学实验教学研究[J].广西师范学院学报(自然科学版),2014,(1):122-127.

光学教程范文第15篇

关键词： 《工程光学》 特色专业 教学改革

1.引言

《工程光学》是我校机电与信息工程学院测控技术与仪器专业单独开设的一门专业基础课。该专业主要研究信息的获取和处理，以及对相关要素进行控制的理论与技术；是电子、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。

《工程光学》课程教学内容分为几何光学和物理光学两部分[1]，其教学目的是培养学生运用相关理论分析和解决测控工程中“工程光学”问题的能力。该课程在测控技术与仪器学科中有重要地位，起承上启下的作用，是学好后续的专业课程的基础。

2.基于特色专业的教学内容的调整

2.1工程光学的基本内容

光学可分为几何光学、物理光学和量子光学。几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发，研究光的传播问题的学科。物理光学是从光的波动性出发研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。量子光学是从光子的性质出发，研究光与物质相互作用的学科即为量子光学。它的基础主要是量子力学和量子电动力学。

结合测控专业的需要，在工程光学课程主要内容几何光学与物理光学两部分，让学生掌握经典光学和现代光学的基本知识。

2.2教学内容的调整

对于本科教学而言教材的选择非常重要。我们面向的教学对象是测控技术与仪器专业，测控技术发展的趋势是光、机、电、计算机一体化，光学在信息获取、传输、处理、存储等四个重要环节中占据越来越重要的位置，高精度的测控仪器设备都具有光学系统，且后续专业课程如“光电检测技术”等要求学生具备坚实的光学基础。

经过教学实践，我深感该课程教学内容分布多，涉及面广，概念多、数学推导复杂，讲解完之后学生总觉得内容稍显陈旧且难以理解，有点脱离实际[2]。我们对该教材的内容做了如下调整：结合测控专业特点，突出知识体系的重点和难点，在保证基础内容的前提下，压缩经典光学的内容，删除与普通物理学课程重复的内容[3]，增加现代光学内容的同时结合矿业工程中的科技前沿。

2.1.1几何光学内容的调整

在几何光学部分，第一章中压缩几何光学基本定律的内容，以球面成像系统为重点。第二章理想光学系统是重点，第三章与第四章分别是结合实际对第二章的补充。删除教材中第五章光度学和色度学基础的部分内容，把光学量和光照度等内容结合第七章典型光学系统进行讲解。第七章补充光学系统的设计，并把现代光学系统放在课程最后重点讲解。把第六章与第八章整合。

2.2.2物理光学内容的调整

在物理光学部分，删除与普通物理重叠的第九章光的电磁理论基础，以光的干涉、光的衍射、光的偏振为教学重点，重视基本原理、定律的介绍，淡化公式推导，强调概念的物理意义及其应用。这样使学生既掌握理论的发展，了解各物理参量的影响规律，又结合工程实际，做到理论联系实际，学起来也相对轻松。例如光的衍射中，详细介绍衍射理论的发展过程，淡化公式推导，强调每一种理论的近似条件，重点介绍公式中影响衍射场上光的复振幅分布的每一项的物理意义。用圆孔衍射的结论分析光学成像系统的分辨本领，由单缝衍射引申到双缝衍射，推出多缝衍射得到光栅的衍射，如图1所示。

图1 光的衍射主要教学内容

2.2.3现代光学系统的补充

激光具有相干性好、方向性强、单色性好的特点，在测控技术及仪器中被广泛采用。重点讲解激光的传播特性，准直与聚焦的方法。补充介绍激光器的结构、种类，各类激光的特点、选用原则。介绍光电监测系统的组成及原理如图2所示[4]，以红外测温仪、液压油污染颗粒光电检测系统为例，用干涉原理开发的激光测距仪；利用光栅测量原理进行开发的用于煤矿井下顶板离层及两帮变形的监测系统；光的偏振原理研制的光弹仪，等等。

图2 光电监测系统原理框图

3.教学方法和教学手段的改革

3.1编制多媒体教学课件

由于“工程光学”课程知识面广、光路图多、数学推导复杂[5]，如果教师仅用传统教学方法在黑板画光路图，因图形缺乏立体感，则对一些抽象的光学名词，如渐晕光阑、入瞳与出瞳等，学生很难理解；繁琐的公式推导常使教学过程冗长、枯燥，学生失去兴趣。充分运用现代教学手段，投入了很多精力编制“工程光学”多媒体教学课件。课件重点突出、层次分明、目的明确、形象生动，使学生易于理解，强化学习效果。

3.2归纳总结与对比教学法法

在教学过程中突出重点和难点，每章结束时会对本章内容进行总结、归纳，让学生对本章有总体把握，以便学生复习。并把本章的重点和难点以选择题的方式呈现，与学生进行互动，促使学生对所学知识在系统归纳总结的基础上加以理解，培养学生独立思考和分析问题的能力。

4.结语

通过对“工程光学”课程教学内容进行大胆整合，补充现代光学科技前沿的内容，强调理论与实践相结合，并对教学方法和教学手段进行改革，使我校的“工程光学”课程教学不仅满足以矿业工程为背景的测控专业的需要，而且在较少的学时内圆满完成教学任务，取得良好的教学效果。以上改革方法均在多年教学中得以运用，实际教学效果证明这些改革措施有效可行。

参考文献：

[1]郁道银，谈恒英.工程光学基础教程[M].北京：机械工业出版社，2007.4.

[2]陈道群，熊飞，熊少华.光学教学的实用化探索[J].中国现代教育装备，2011（7）：132～133.

[3]陈国凡.测控专业工程光学课程改革刍议[J].科技经济市场，2009（4）：145.