光学课程论文范文1
Abstract： Engineering optics， which has strongly technology and practice， is a major curriculum for optical information science and technology. In this paper， the problems arising during the teaching process of engineering optics in college of science in CTGU are analyzed. We discuss the optimization of the contents and the transformation of teaching method. Furthermore， we propose the methods for virtual practical education， which require students to take into practice to improve their ability of practical and also to train their scientific thinking.
关键词： 工程光学；理论教学体系；虚拟实践教学
Key words： engineering optics；theoretical teaching system；virtual practical education
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）06-0240-03
0 引言
“工程光学”是光信息科学与技术专业一门十分重要的专业课，要求学生不仅从理论上掌握几何光学和物理光学的基本概念、基本理论和基本思想[1][2]。更重要的是掌握一些相关的实践技术，为后续的光学检测，光纤通讯等课程的教学打下基础。
目前在国内的高校中，浙江大学[3]，天津大学[4]等重点院校在工程光学的教学上积累了丰富的经验，在以下几个方面值得学习和借鉴，一是注重科学思想的培养；二是注重课堂教学和网络教学相结合；三是注重动手能力的培养。
从我院该课程的教学现状来看，目前存在两方面的问题，其一是将理论和应用两门课程分开教学，一定程度上割裂了其内在的联系；其二是限于经济条件，在实验室建设上还存在很大的困难，导致学生动手能力缺失，与我校培养“应用型”学生的目标不符合。本文为解决这一问题，探索了课程的优化和教学方式的转变与虚拟实践教学，加入仿真实验相结合的教学方法，加强学生的科学思维的培养，提高学生的动手能力。
1 理论教学体系优化
1.1 《物理光学》和《应用光学》的理论课教学的优化
“工程光学”课程主要讲授几何光学和物理光学方面的基础理论、基本方法和典型光学系统的实例和应用。因此，该课程不但是学习专业基础理论必不可少的，更是培养学生工程应用和实践能力的重要课程。[5][6]
我院对“工程光学”课程的讲授主要是《物理光学》和《应用光学》这两门课。这两门课程特点各异，因此，有必要优化《应用光学》和《物理光学》的理论课教学，找出它们的逻辑联系和知识延续性，加强其内在联系，使之成为一个体系，从而在学习上具有连续性，提高教学效果；另外，通过合理的选择教学章节以及安排教学课时，从而在教学中做到有的放矢，加强学生科学思想的形成。比如：对于全反射这部分内容的教学，在应用光学和物理光学的教学中都有涉及，在应用光学中偏重于其条件与结果，在物理光学的中重点讲授其物理本质，这样做到前后结合，由浅入深，逐步推进。做到能懂、会用。
1.2 课堂教学方式的优化 现代教学理念主张教学活动以学生为主体，以培养学生的创新思维和科研能力为目标，突破以知识传授为主的传统教学模式，教师的主要作用是启发与引导学生去自主学习和探索研究。[8]
1.2.1 开展启发讨论式教学 教师采取由问题带动教学的方法。从问题的引出、分析到寻找解决的方案，努力引导学生去积极思考与讨论，培养他们自主分析问题和解决问题的能力。
教师在介绍一个知识点之前，针对部分重点内容灵活采取课堂小讨论和专题研讨的教学模式[8]，发挥教师的主导地位，提高学生的主体地位，体现以教师为主导，学生为主体，媒体为核心的教学原则，进而有效的提高教学效果。比如：在对应用光学像差理论进行教学时，由于像差的种类很多，条件不同，现象各异，学生容易混淆概念且对产生各种像差的条件以及现象思路不清晰。因此，在课堂教学时，可以让学生讨论各种像差产生的条件及现象。
1.2.2 归纳总结法 教学过程中突出重点和难点，并根据教学大纲课时数及其前导与后继课程的关系，合理安排各章节内容。每学完一章后引导学生对所学的内容及时进行总结、归纳，让学生对本章有一个总体的把握，以便学生复习[9]。比如：对于平行平板的干涉中关于定域的概念，对于初学者而言，这个概念较为晦涩难懂，因此，可以引导学生对于平行平板干涉的定域，楔形平板的定域进行画图分析，这样可以加深学生对定域的理解，并使学生更深入的理解平行平板干涉和楔形平板干涉的区别。
1.2.3 理论和实践相结合 工程光学与技术课程理论性较强，概念较为抽象，公式推导繁杂。传统的“填鸭式”教学方式难以取得良好的教学效果。这是因为一方面，学生对于抽象的光学概念没有一个具体的认识，对复杂的数学公式推导容易产生畏惧心理，从而降低了学习的兴趣；另一方面，在教师授课过程中过于重视课本上的理论知识讲解，大多采用灌输式教学方式。虽然课堂信息量较大，但是学生对于光学知识的理解仍然停留在表面，无法应用理论知识去解决实际的问题，最终，导致理论教学与实际应用存在严重的脱离现象[10]。因此教师在课堂教学中，向学生传授基础理论和实际应用两者之间的联系，培养学生具有理论联系实际的本领，明确教学的目的，锻炼学生的动手能力。
1.2.4 传统教学与多媒体课件相结合使用 “工程光学”课程图多、知识面广、公式推导复杂且具有一定抽象性[11]。应用多媒体课件借助颜色、图像、动画等多种技术将授课内容图文并茂的展示给学生，将抽象的教学内容形象化，从而使学生加深了对关键知识点的理解和记忆，在感性认识的基础上，水到渠成地上升到理性认识，极大程度的避免对知识“生吞硬咽”现象的产生[12]；同时还可以节约课堂板书、推算和复杂的做图的时间，能够大幅度扩展单位学时的授课信息量，从而有效提高了课堂效率和教学质量，并解决了课程容量大与有限学时的矛盾。
优化《应用光学》和《物理光学》的理论课教学，优化课堂教学的方式，利用课程的特色将学生从被动的学习状态中解放出来，留一部分章节让学生自由学习并进行讨论，教师在过程中起到监考和组织引导的作用，在一定程度上改变传统的教学模式，避免“满堂灌”。例如通过采用让学生阅读英文文献的方式等；始终坚持启发式教学，施行教师教学和学生自学并行的方法。
2 虚拟实践教学
2.1 虚拟光学实验平台的创建 光学实验是学习光学知识的重要环节，但是我院限于经济条件，在实验室建设上还存在很大的困难，导致学生动手能力缺失，使教学效果受到很大的限制，而虚拟实验教学作为传统实验教学的辅助手段，可以克服传统实验的制约和弊端，可有效地解决传统实验教学中存在的诸多问题，提高实验教学的效果。目前有的高校基于虚拟技术展开了虚拟实验的研究[13]，但对于光学实验系统建设来说，效果并不理想。
基于以上的分析，本文采用MATLAB软件技术，结合光学实验的特点，对光学虚拟实验系统进行了设计和研究，并实现了系统的构建，创建虚拟光学实验平台，通过该虚拟实验平台的使用，学生可以加深对光学知识的理解，启发学习的兴趣，可为学生在实际实验中建立良好的实验习惯，为获取实验技能打好基础，同时也为相关实验系统的设计研发提供了一条新的途径。
2.2 MATLAB与“工程光学”课程教学的结合 MATLAB是一种演算纸式科学算法语言[14]， 由于它编写简单，编程效率高，易学易懂而被广泛应用。[15]
本文尝试将其作为辅助手段应用在教学中，一方面教师可利用MATLAB仿真光学现象制作多媒体课件，另一方面课后可让学生利用该软件模拟学习中遇到的光学问题，以此巩固已学知识。在光学仿真与教学过程中，通过下列方式将MATLAB与光学课程教学有机地结合起来：一是以MATLAB为平台，开发制作了光波导和激光等高等光学现象仿真程序，并运用于计算机所支持的课堂教学中，以其作为演示实验配合光学理论的讲授，很好地解决了真实实验因环境限制而不能进入课堂的难题。二是利用的仿真与计算功能，鼓励学生通过自主探索去研究光学课程中的一些更深入的问题。在掌握理论知识的前提下，让学生建立相应的物理模型和数学模型，然后利用MATLAB编写程序，去完成对知识的巩固与拓宽。这是一种探索过程，也是为学生以后的研究工作奠定基础。三是利用MATLAB的计算绘图与优化功能，启发学生对数学模型中的参数进行改变，根据实际物理条件选择符合要求的最优值，并获得最优条件下的参数值，最终通过理论仿真来指导实践。[16]
完成实践（参数获取）—理论（物理模型建立）—仿真（MATLAB数值计算及绘图）——优化（MATLAB参数改变及优化）——实践（最优参数选取）的过程，让学生真切感受科学技术是第一生产力。
3 结束语
该课程体系的整合，将有利于光信息专业学生的专业素质的提高，加强专业课程的学习和考核，学生的专业实习及就业。课程体系的整合及建设是任重而道远的系统工程，只有进一步改进和完善两课整合教学工作，从课程体系、学时分配、实验建设、教学手段和教学方法等各个环节总体规划、协调建设和深化改革后，才能取得更好的教学效果。
参考文献：
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光学课程论文范文2
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.
光学课程论文范文3
一、光纤通信课程特点分析
《光纤通信》是高等学校通信专业的必修课，是一门理论与实践结合性较强的课程。理论部分主要介绍光纤通信系统的组成、光纤光缆的结构、通信用光器件的结构及特性，光端机的构成及工作原理等。除了繁杂的理论教学，该门课程还需要配上相应的实验课，让学生多接触光纤通信领域中的先进仪器和设备，多动手操作，才能达到好的教学效果。实验教学主要包括常用光纤通信设备的使用、光纤衰减及光纤长度的测试、光纤的熔接与冷接、接收灵敏度和动态范围的测试，光纤通信系统误码性能的测试等。从上面论述的课程内容中可以发现，该课程的研究对象和性质决定了其课程具有如下特点：第一，内容复杂，主要表现为理论多、公式多、表格多、图形多；第二，涉及的科目、知识较多，如场论、光学原理、模电、数电等；第三，与工程实际联系较为紧密；第四，应用定性理论的场合较多。此外，光纤通信还是一门飞速发展的学科。因此，该课程的教学还应该介绍该领域的新技术，同时注重教学的基础性、系统性。
二、光纤通信课程教学存在的问题
（一）教学过于理论化，启发性不足
受传统教学观念的影响，在《光纤通信》的授课上，许多教师采用的教学方式依然是单纯的书本教学法。课堂上，教师大多只是解释原理，讲解题目，演示现象，根据课本照本宣科地将知识讲授给学生，而没有让学生进行举一反三的发散思考，使学生完全处于一种被动接受前人研究成果的状态，严重遏制了学生的自主意识、创新能力和学习兴趣。
（二）教学形式单一，课堂气氛单调、沉闷
《光纤通信》课程包含大量的理论，如光的波导理论、激光器的激发原理、光电检测器工作原理、光放大器的放大原理等，对这些理论的讲解需要做大量的数学分析推导。因此，在授课过程中，许多教师进入了理论教学的误区，将整堂的光纤通信课程演变成了在黑板上做数学分析、定理证明、公式推导、手工绘图的过程，导致了课堂气氛沉闷。
（三）教学设备陈旧，难以激发学生学习兴趣
在实验教学环节中，由于条件制约，实验设备大多过于老旧，功能单一，实验室仅能做些简单的理论验证实验，这对学生自学能力的培养及设计能力的提高产生了很大的阻碍，也导致学生接触不到光纤通信的技术前沿，难以激发学生的学习兴趣。
三、光纤通信课程的教学改革思路
（一）引入新的教学方式，丰富教学形式
传统的教学方式主要有板书和多媒体PPT。板书的内容详尽、排版灵活，但形式单调、寡味枯燥；PPT的内容丰富、形式多样，但教学节奏过快，不利于学生理解。引入更多形式的教学方式有利于提高课程的趣味性。近年兴起的“微课”是一种新的教学方式，它能对二者作良好的补充[2]。在光纤通信的教学中，教师可以充分发挥“微课”的优势，将生涩难懂的重要理论以生动活泼的形式展示出来；将步骤繁杂的实验操作也以微课形式录制出来，一来增加学生的学习兴趣，二来可以让学生在课后反复观看，温习提高，既有利于理论知识的掌握，也能节约资源，促进实验教学的提高。
（二）理论结合实际，提高学生的创新能力
光学课程论文范文4
【关键词】课程体系 教学内容 优化研究
【中图分类号】O43；O56 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）08-0181-02
光学与原子物理学是物理类专业的重要的基础课，其前与力学、电磁学、热学课程相衔接，其后承载着理论物理以及专业方向课程。由于这两门课程在课程设置中具体的位置，再考虑课程本身的学术特色，这两门课程的教学对学生创新能力和理论应用能力的培养有其特殊的作用。工科院校有注重实践、技术培养的传统及其较完备的设施，客观上为这两门课程的能力培养提供了条件。我们要充分认识工科院校的这种客观优势和课程的学术特色，优化课程体系和教学内容，将课程的学术特色、学校的客观优势转化为能力培养的特色和优势。
一、光学的课程体系及教学内容的设计
光学既是一门重要的基础性学科，又是一门应用性十分活跃、交叉渗透极其广泛的物理课程。“在长期的发展过程中，光学形成了一套行之有效的特殊方法和仪器设备”【1】，即数理解析与几何图形相结合的理论研究方法、精密测量的设计与应用特征。光学的这种学术特色对学生素质能力的培养有其独到之处。因此，通过对光学课程体系和教学内容的优化，突出课程的理论研究方法及其实践性、渗透性【2】，有利于培养学生的交叉综合性分析能力和依据理论的实验设计、精密检测能力，提高学生的创新性思维意识。
1.课程体系的架构
以折射率和位相为核心概念，以费马原理和惠更斯-菲涅尔原理为基本原理，按照几何光学、波动光学和量子光学的顺序，研究光的传播特性（波动性）及其粒子性，展示其数理解析与几何图像相结合的理论研究方法，突出课程在工程技术中的应用以及与现代光学的渗透【1，3】。
体系框图：
2.教学内容的组织思路
以体现课程体系为原则，按48课时选取并组织、安排教学内容思路如下【1，2】。
第一章 绪论：突出光学与其他学科的交叉渗透与应用。（2学时）
第二章 几何光学：以费马原理为基础，以常见的光学仪器（单球面、薄透镜、放大镜等）成像为载体，展示数理解析与几何图像相结合的研究方法、突出光学仪器的设计思。（10学时）
第三章 光的干涉：以波的相干叠加为理论基础，以等倾和等厚干涉为载体，展示数理解析与几何图像相结合的研究方法、突出相干理论在精密测量技术领域的应用。（12学时）
第四章 光的衍射：以惠更斯-菲涅尔原理为基础，以菲涅尔衍射、夫琅和费衍射、光栅衍射为载体，展示数理解析与几何图像相结合的研究方法、突出其分光特性在现代科学技术中的应用。（10学时）
第五章 光的偏振：以光的偏振理论为基础，以偏振器件为载体，展示数理解析与几何图像相结合的研究方法、注重向磁至旋光及磁光盘渗透。（10学时）
第六章 量子光学：以光的量子论为基础，以光的辐射和激光为载体，注重向量子光学以及非线性光学渗透。（4学时） 二、原子物理学的课程体系和教学内容的设计
原子物理学是用近似的、不完整的量子力学理论和方法研究原子的运动及其构成的课程。其学术特色是完全以实验（观察）事实为依据建立或选取理论模型，对问题做出恰当的解释。该课程研究对象抽象，理论的系统性、完整性不强。但原子物理学是基础物理课程中蕴含了创新性思维最多的课程，其研究手段和方法为其它相关领域所通用【4】。因此，通过原子物理课程的教学，主要是培养学生依据研究客体进行理论建模的能力，提高学生创新理论框架、简化理论处理、取舍运算结果的意识和水平。
1.课程体系的架构
以光谱和德布罗意波为核心概念，采用近似的量子力学方法（经典理论+量子力学）研究原子（氢原子、碱金属、多电子原子、外场中的原子）与原子核的结构及其运动规律，展示课程的理论创新特色以及在现代科学技术、工程实践中的多层次应用。
体系框图：
2.教学内容的组织思路
以体现课程体系为原则，按48课时选取并组织教学内容，思路如下。
序论：突出课程特点与学习中应注意的问题。（2学时）
第一章 原子的结构：以α粒子散射实验和原子核式结构为载体，突出卢瑟福散射技术在材料分析中的应用。（5学时）
第二章 量子力学基础：以三个实验为基础，依托量子力学的基本原理，突出理论创新的特色、思路和方法。（8学时）
第三章 氢原子：以半经典半量子论为理论基础，以氢原子为载体，突出理论建模以及光谱分析在科学研究、工程实践中的应用。（8学时）
第四章 碱金属原子：以电子的轨道贯穿、极化理论为基础，以碱金属原子为载体，展示理论修正方法以及光谱分析在科学研究和精密检测中的应用。（8学时）
第五章 多电子原子：以泡利不相容原理及Hunt定则为理论基础，以多电子原子为载体，突出量子规律以及光谱分析在科学研究中的应用。（6学时）
第六章 外场中的原子：以磁场和原子的相互作用为基础，以Zeeman效应为载体，展示磁效应在材料磁性，磁共振技术中的应用。（5学时）
第七章 原子核物理学：以核结合能为基础，以核裂变和聚变为载体，突出原子能、核技术的利用以及放射线的探测、防护。（6学时）
参考文献：
[1]赵凯华.新概念物理教程——光学[M].北京：高等教育出版社，2004：6
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光学课程论文范文5
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
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光学课程论文范文6
关键词：项目教学；光电探测；分组实践；课程设计
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2012）35-0079-02
一、引言
《光电探测与处理技术》课程是光电子技术专业的传统职业核心课程，围绕各种光电探测器件的工作原理，介绍各种器件的特性参数和使用方法。以往在讲授这门课程时，任课教师会着重讲解理论知识，并以课内实践项目辅助教学。但这种教学方式无法适应如今高职教学的需要，无法较好地与企业对接，满足生产实践需要。因此，笔者在承担这门课程教学时，加大实践课程比例，以项目驱动，分组教学完成，取得了较好的效果。
二、选取典型项目，寓教于实践
《光电探测与处理技术》共54课时。为达到更好的教学效果，任课教师在课程教学过程中简化枯燥的理论知识讲解，增加实践课程的比例，以期学生在实践过程中验证书本所学。但是在实际教学中，由于班级人数多，实验设备台位数少，实验课上一般都是一位教师管理30多位学生，因此只能够保证部分学生得到了充分的锻炼，还有一部分学生并没有按照教师的要求完成实验项目，浑水摸鱼，蒙混过关。因此在承担这门课程教学时，笔者一直在思考如何进行课程改革，对课程教学的各个环节重新进行设计重组，来达到更好的教学效果。
《光电探测与处理技术》课程本来就是研究各种光电探测器的实用性的，光控器件可以组成一些控制电路和测量电路。相关的企业大多以生产器件为主，而生产制造光控电路的企业则比较分散，因此并没有从企业中寻找到合适的实践项目。教师在教学过程中，设计并积累了一些实用性较强的光控电路，学生完成整个光控电路的制作，即可在实践的过程中来验证课堂中的理论知识，并要求他们根据电路实际需要自主选择合适参数的光电探测器件。表1列出笔者选择出的几组实践性和实用性都较强的八个实践项目，使用了常见的光电探测器，并完成光控、测量、控制、显示等实用的效果，学生对这些实践项目一般有较大的兴趣。课程初期，教师将学生进行分组，要求他们自主选取合适的选题，并自主完成选题。在实践的过程中，参考光电探测器的选取规则及特性参数，并加以应用。
教师在课上仅给出实践项目的要求以及需要达到的效果，不提供具体的电路图和器件参数，要求小组成员自己查找相关电路并进行设计。例如，第一个项目声光控夜明灯，较多的参考资料中都有类似的电路。教师仅提出电路的设计指标，要求使用光敏电阻，让电路能够达到天黑灯亮，天明灯灭，声控也只在天黑时有效。学生在自主设计电路的过程中，根据课上内容和相关资料中的光电探测器件特性参数的列表，选取合适的材料，实现电路功能。在完成实践项的过程，实际上就设计了一个小型光控电路，了解了光控电路的基本组成和功能。有的小组完成的项目还在教师要求的基础上再做出一些新的创新功能，如温度控制的功能，让学生由简单的项目中力求创新，从复杂的项目中领会新知。课堂理论教学中的枯燥乏味、难于理解的内容，都可以在实践项目中予以解决。
三、实践教学分组实施，小组互评
任何实践都应以理论作为基础，因此课堂的教学仍是必不可少的一个环节。但可以将这个环节进行压缩。比如只讲述器件的基本工作原理、器件的性能参数、使用方法及检测方法，其它的内容让学生在实践的过程中去领会。
由于现在仍然实行大班教学，笔者将班级划分成四到五个小组，每个小组七至八名成员。每个小组于每次理论课完成后要自行进行讨论，总结学到的知识和遇到的问题，并由组长负责总结。课堂实验时，也是以小组为单位，每次完成相应的实验项目，并记录数据。课程设计项目由小组成员讨论，选择自己所要完成的设计项目。小组长进行分工，安排成员负责采购器件、查阅相关资料、完成电路设计及制作、检测的工作，最后以小组为单位进行总结报告。实践项目的完成必须由小组的每位成员互相合作，每个成员必须按时完成自己份内的工作，才能够使所在小组的设计能够按时、按要求完成。
实践项目的最终结果作为小组各个成员的一个重要考核成绩。每个设计项目最终是否完成，或者是否实现全部的功能，并不能作为最重要的考核标准。学生选择的设计项目有难有易，关键要看学生能否从简单的项目中有所创新，从复杂的项目中领会新知。同时，团队协作的能力也非常重要。
课程设计项目完成后，最重要的一个环节是要求学生以小组为单位进行讨论，并对自己完成的项目成功与否、成败关键，在全班同学面前汇报总结。任课教师以及其它小组的学生，针对其汇报内容及设计项目完成情况为每个小组打分。每个小组的成员都要以背靠背的形式为本组成员评分。最终的评分成绩作为教师评定小组成员的平时成绩、实践成绩的一个参考依据。小组的每个成员对最终的设计项目的所做出的贡献多少，付出多少，都会在小组互评之中得到体现。在完成设计项目的同时，巩固了在课堂上学习的理论知识，也锻炼了学生的团队协作能力。
四、课程改革实施效果
在依照上述方法进行实践项目驱动、分组教学的过程中，收到了较好的效果。学生学习积极性高，而且完成的项目都达到了教师要求的效果，有的更有自己的特色与创新。笔者发现，由于课程实践项目需要学生花费较多的时间，仅仅依靠在课堂上有限的学时数是不可能达到目的的。各个小组的成员都利用大量的课下时间完成自己的设计项目。因此，还需加大课堂教学中实践教学比例，尽量压缩理论教学，让学生有足够的时间在课堂上进行实践、讨论、总结。要加大实践课时比例，在实践教学的过程中穿插理论教学。另外，考虑到学生的理论课程压缩，在最终的考核方式中也应该向实践环节倾斜，将实践项目、包括课堂实验和课程设计项目的评分比例加大到70%，将期末考试的成绩比例降低为30%。这样，可以降低学生的负担，将更多的精力投入到完成实践项目之中。
参考文献：
