光學教學的實用化探索

陳道群 熊 飛 熊少華 周向陽

1.華中科技大學(武昌分校) 湖北武漢 430064 2.通信指揮學院 湖北武漢 430010

光學教學的實用化探索

陳道群1熊 飛2熊少華1周向陽1

1.華中科技大學(武昌分校) 湖北武漢 430064 2.通信指揮學院 湖北武漢 430010

為提高學生利用光學知識解決實際問題的能力及在未來求職中的競爭力，簡析當今光電產業的專業技術覆蓋情況，針對光電企業需求的特點，在過去3年期間，對大學教育中光學教學內容進行了的相應實用化調整，取得了成效，可為理工科教授基礎光學提供借鑒。

光學；課堂教學；教學改革；實用化

華中科技大學武昌分校的光信息科學與技術專業最初幾乎完全復制華中科技大學的光信息科學與技術專業的課程體制。后來，不斷探索實踐、進行教學改革，根據培養對象，光信息科學與技術專業定下了培養掌握光信息科學與技術及光電技術的高級工程技術應用型人才的目標。

自2007年9月講授應用光學、物理光學，并助教光學設計課程設計、激光原理與技術，至今已經授課3輪。在3年中不斷摸索如何提高學生利用所學知識解決實際問題的能力，也是提高學生的在光學領域的就業率。

本文先分析光學的重要性，再結合3年的實踐探索，闡述在光學課堂內外對光學教學內容所采取的多種實用化調整措施，來加強靈活應用光學知識解決實際問題的能力。

1 光學教學的地位

在市場經濟條件下，高校的職能就是向市場輸送合格人才，高校的一切教學活動，其終極目標應該是市場。市場是高等教育的源動力，是高校輸出人才質量高低的試金石。當前，光電產業的學科專業技術覆蓋，大體分為光電信息技術和光電能量技術。光電信息技術包括光電圖像傳感在內的光電傳感、光纖通信、光電制導與控制、光電顯示、光電測量（含光電圖像測量）和光電辦公自動化器件與系統等。光電能量技術包括激光加工、激光醫療、激光能量武器、光電池等應用。顯然光電產業已滲透到國民經濟和人民生活的每一個角落，光學技術在當前的光電產業，乃至國計民生中的重要性或地位是不言而喻的。

而企業要求高校畢業生能將自己所學知識實用化、產品化，那么如何使所講授內容更好地促進學生應用光學理論知識解決實際問題，直至找到一份自己夢想的工作，就成了教授光學的教師的追求。

在此，我們嘗試了一條途徑，在光學課堂教學中，引入學生熟知的、或感興趣的光電產品實例,來激活傳統的光學課堂教學內容。當學生近距離接觸他們未來將要從事的工作中可能碰及的產品，學生被激發出興趣甚至熱情的可能性是非常大的，進而會主動關注、研究、解決他們感興趣的光學現象、儀器、產品，最終達到教師的教學目的。

2 光學課堂教學內容的實用化調整實例

在講授應用光學、物理光學及助教光學設計、激光原理與技術的3年中我們進行了較多實用化調整探索，有課堂內的，投課堂外的，有單一門課程內的，也有跨多門課程的。

2.1 積極引導學生對光學知識實用化的激情

在學習光學課程之前，讓學生現場了解光學在很多行業的實際應用，會讓學生渴望學習光學知識、渴望應用光學理論知識解決自己遇到的或觀察到的問題。在上2009年秋季光學課程之前，利用2009年6月的認知實習，組織學生到了武漢光谷的6家企業參觀，其中有主攻大型激光器高功率軸快流CO2激光器的科威晶激光技術有限公司，有主攻激光內雕、面雕的武漢華泰激光公司，有主攻醫療激光設備的武漢光福公司等。在認知實習中，我們遇到了我校往屆畢業生，學生們與他們進行了熱烈的交談。從學生們的日志看，他們非常渴望光學成為自己手中一把征服未來的利器，達到了課前的教學目的——了解光學知識應用實例，了解光學知識應用后的威力，渴望掌握光學，渴望使用光學。

2.2 引入圖像傳感器鏡頭實例

圖像傳感器如攝像機、數碼相機、內窺鏡成像系統等,是滲入科研生產、工農業、氣象、醫療、遙感測量、軍事制導和人類生活最大量的光電產品之一,它們的光學鏡頭功能模塊,是再典型不過的光學系統。它的結構設計、性能指標諸如精度之類的計算、調整和使用,能將光學課堂教學內容中的許多概念、知識囊括進來；如焦點、焦距、物距、像距、光闌、視場角、透過率、放大率、抗干擾等，都會在其中反映出來。例如,曾把一部小區紅外監控CMOS攝像機和一部模擬攝像機帶進了課堂,通過CMOS攝像機鏡頭，講授光學中的相關知識，課堂氣氛非常熱烈。這樣的課堂教學內容，相信大部分學生都熱情投入，且興趣會經久不衰。本堂課不利之處在于留下了太多的疑問，使得部分學生感到困難，未能在課后積極去解決那些疑問，所以作為講授者要用較高的教學藝術引導學生到主要問題上，并給學生指出課后參考資料。

2.3 引入光電測量系統的光學子系統實例

光電測量系統比之傳統的機械測量、電子測量甚至光學測量的優勢，使它在科學試驗、工業過程控制、新產品開發等應用領域，越來越獲得人們的青睞，它已經成為當今測量行業的標志性產品。和圖像傳感器系統不同，除了少數業內專家、相關企業主以外，它們不為人知。不過，只要教師努力向學生講明這一學科發展前沿或發展趨勢，并和學生日后就業掛鉤，多數學生會對它們關注并投入時間和精力。因此，將光電測量系統中的光學子系統，作為光學課堂教學中的實例，教學效果是可期的。

2.4 引入背投、液晶和等離子體顯示系統的光學子系統實例

教學中，努力分析普通光學與現代光學系統、產品的聯系尋找突破口。以背投電視機為例，圖像從投影儀投影到大屏幕，中間經過一套嚴格的反射鏡光組，利用它可以生動地講解光學系統的圖解求像。還有光束限制、光路計算、像差和色差、光譜分析系統、像質評價等內容。利用液晶顯示原理，可以講解偏振、旋光等物理光學內容。

2.5 組織課外光電科技創新活動

在開設光學課程的同時，組織學生進行課外科技創新活動。希望通過實踐環節教學提高學生的實際動手能力及創新意識。對于低年級學生來說，專業課中的任何問題，包括哪些最簡單的實驗內容，對他們都具有創新性質，都可以培養學生的動手能力和創新意識。例如，我校2008級光信學生在2009年的課外科技創新活動，學生在教師的指導下，做出了不少看似不可能做出的光電小系統。

2.6 利用仿真軟件來演示、設計教學內容

現代的光學領域有很多光學仿真軟件，它們是現代光學設計的重要工具，學生渴望掌握它們中的一種或幾種，教師針對他們的興趣，要扮好引導、示范角色。例如：我們在學習完應用光學的常見光學系統后，在學生已經比較熟悉Zemax的情況下，把文獻[5]介紹給學生，學生在第二周就拿出了喜人的結果，從而為后續的課程設計光路設計打下了較好基礎。同時，用Zemax講授、演示應用光學中的光闌、像差等光學難懂內容，非常受學生歡迎。在物理光學中，我們介紹學生使用TFC軟件，激光原理中則使用LasCAD來分析激光光腔的設計。

3 成效

在這最近三年的探索實踐中，學生對光學課程是越來越感興趣，在經濟情況不是很好的情況下，學生在光學領域的就業也有所提高，探索、改革的成效較好。例如，2007年的學生對應用光學與物理光學的平均評分為83.3分，2008年的平均評分為89.0分，2009年的平均評分為95.6分，物理光學課程被評為華中科技大學武昌分校2009年教學質量二等獎。就業方面，2009屆54名光信專業畢業生有7名在光學領域就業，5名考上光學專業研究生；畢業時，2010屆52名光信專業有10名同學在光學領域就業，3名考上研究生（大約有6名學生是因數學、英語未能過線），出國留學就讀光電專業1名。

4 結束語

教師可以在光學教學中引入現代的光電產品來講授光學知識，利用認知實習或其他活動來讓學生提前認識光學在實際中的應用及應用的重要性，在課程中利用現代的光學系統、光學子系統及多種光學仿真軟件配合所講授內容。總之，注重培養學生對光學知識的實際應用，從而學生將來可以利用光學知識創新生活、創造財富。

[1] 王慶有.圖像傳感器應用技術[M].北京：電子工業出版社,2002

[2] 楊吉平,張建民．CMOS攝像機的原理與應用[J].天津工程師范學院學報,2008,18(3):36～39

[3] 林建平.光學教學滲透現代光學內容的探討[J].寧德師專學報(自然科學版), 2002,14(3):222～223

[4] 郁道銀,談恒英.工程光學(第二版）[M].北京：機械工業出版社,2006

[5] 李麗,劉曉波.工程光學教學改革探索[J].實驗技術與管理,2009, 28(6)：129～131

Exploration of practical optics teaching

Chen daoqun1, Xiong Fei2, Xiong Shaohua1, Zhou Xiangyang1
1. Huazhong university of science and technology Wuchang branch, Wuhan,430064, China 2.Commanding communications academy ,Wuhan, 430010, China

In order to improve college students’ ability to solve problems by using opical knowledge and improve the competitiveness of them in job hunting, this paper briefl y analyzes the coverage in professional technology of photoelectronic industry and subscribes the demand characteristic of photoelectric enterprise. On basis of this, corresponding adjustment measures within optics teaching content in university education have been adopted to the demand during the past three years, achieving remarkable success. It is helpful to the teaching of similar courses courses of science and engineering.

optics; optics teaching; reform in education; practical teaching method

2010-08-06 稿件編號：1008015

陳道群，碩士，助教。熊飛，碩士，講師。熊少華，教授，碩士生導師。周向陽，碩士，講師。