光信息科學與技術專業軟件教學方法探索

摘要：針對光信息專業的相關專業軟件教學方法進行了探討，分析了不同教學體系、課程教學方法、考核方式的教學效果，提出了基于實踐與綜合教學的軟件教學體系與方法，并對實踐環節和考核方式等方面進行了改革和實踐，提高了學生的學習興趣、分析和解決問題的能力，效果良好。

關鍵詞：光學軟件；仿真；教學改革

作者簡介：陳明陽（1976-），男，浙江衢州人，江蘇大學機械工程學院，副教授。（江蘇 鎮江 212013）

基金項目：本文系江蘇大學工業中心2012年國家級實驗教學示范中心實踐（工程訓練）教學改革研究項目（項目編號：ZXJG201201）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）22-0102-01

光信息科學與技術是光學和信息科學與技術相結合而形成的交叉學科，它主要研究光信息的產生、獲取、轉換、傳播、存儲等過程中的普遍規律及其應用。[1-2]近年來，以軟件設計和分析為特色的光學系統與器件設計在實際中應用日益廣泛。例如，基于光學系統設計的成像光學設計和非成像光學設計、基于光纖和光波導技術的波導設計和光纖技術、基于光纖通信網絡的通信系統設計、基于激光器的激光器設計等，這些都需要以軟件設計和分析為基礎。

近年來，本專業開設了為數不少的光信息專業軟件課程，如光學系統設計、CODEV軟件及應用、光通信器件設計、光通信系統設計、虛擬實驗室技術、Matlab在光信息處理中的應用等課程。這些設計類的課程已經成為光信息科學與技術專業的重要專業課程，它有效地連接了本專業的基礎專業知識和工程實踐應用。例如，光學系統設計是光學工程基礎理論知識的主要應用之一。[3]光學系統設計廣泛應用于以經典光學和現代光學為基本原理的各種儀器或儀器部件中，如LED照明燈的燈具的設計，相機鏡頭、手機鏡頭以及顯微鏡等鏡頭設計等等。光學系統設計應用幾何光學和波動光學的理論分析和處理工程中遇到的與光學系統相關的實際問題。光學系統設計課程強調邏輯分析的理論方法和編程處理的工程方法的訓練，強調算符方法、數值模擬和系統設計的訓練，目的在于提高學生分析問題、解決問題的能力。光學系統設計技術與軟件的應用已經成為光信息科學與技術專業學生需具備的重要的能力之一。

科學技術的發展促進了企業和社會對這方面人才需求的增加，相比于大型實驗設備，軟件設計起點低，使學生能夠更快地與實際課題接軌。因此，也成為本專業近年來發展的重點之一。本專業教師在專業軟件教學中不斷摸索，總結出了一些經驗，也形成了一定的特色。下面從教學體系、課程教學方法、學生學習要求、考核方面幾個方面對光學專業軟件的教學進行探討。

一、課程教學體系改革

傳統的專業課程教學前后課程之間往往缺乏有機聯系和有效的交叉。這樣的結果是學生對理論課程缺少興趣，而當學習設計類課程需要用到這些理論知識時，學生又感覺迷茫，無法將以前的課程聯系起來，在一定程度上也導致課程學習質量的下降。因此，學生學習積極性和效率較低。為此，本專業教師有意識地將先修的理論課程中加入部分軟件實例，即在理論教學過程中引入一些專業軟件分析得到的結果。一方面可以使課程教學更為直觀、形象，教學內容更多樣，豐富了教學素材，有利于學生理解課程內容；另一方面，無形中也激發了學生學習專業軟件的興趣。而在軟件設計課程教學中，結合實例，運用專業知識來分析問題和解決問題，使得學生能夠將專業知識和軟件運用聯系起來，加深了學生對選修課程和知識的認識，也促進了他們對軟件的認識。

同時，在設計類課程教學結束后，增加了后續課程，即專門的課程設計。在課程設計中，要求學生完成指導教師提供的設計任務，在教師指導下，獨立完成設計工作，通過課程設計，使學生能夠真正全面地應用專業軟件的設計和分析功能，并將專業知識融合到具體的設計和分析中。既使學生能夠獲得全面的鍛煉，也鞏固了選修的專業知識。

在最后一學期，除了常規的畢業設計任務外，教師們通過前期與企業的溝通與聯絡，積極為學生落實有關實習企業。學生在畢業設計期間可以到企業實習，并直接參與具體產品的設計任務，通過與企業導師和本專業指導教師的聯合指導，完成從機械結構設計、光學系統設計與性能分析、優化，到產品樣品制作一個系列的設計與制作過程。實踐表明，這個過程大大增強了學生綜合運用專業知識和專業軟件的能力，也增強了學生走向社會的自信心。經過這個環節鍛煉的學生畢業后都能夠很快融入企業，并在企業科研一線發揮積極作用。

二、課程教學內容改革

課程教學方面，傳統軟件教學方法是首先介紹菜單、工具欄、命令等操作內容，再介紹詳細的軟件原理、操作步驟等。教學中發現，這種介紹方式內容單一、枯燥，教學內容前后往往沒有直接的聯系，事實上，軟件也普遍存在不少不常用的命令。這樣，一方面學生對教學內容不感興趣，另一方面教師教學也缺少激情。同時，由于軟件教學的特點，一般是以多媒體教學為主的教學方式，這種方式由于與實際的軟件操作有差別，缺少連貫性和直觀性。這些都容易導致學生思想不集中和對課程失去興趣。為此，探討逐步減少命令、操作等軟件細節方面的單一教學，改為以實例為目的的目標教學。在課堂上只進行少量的基本操作教學，開始以實例為主進行教學。對于個別容易自學的軟件，要求學生課前自學，而不在課堂上對軟件基本操作做系統介紹。在課堂上以某一具體研究對象或任務為目標，通過結合專業知識對問題進行分析，明確需要設計和分析的內容，再通過軟件操作實例進行示范，直接在課堂上通過軟件進行演示。這樣，一方面，學生在聽課過程中需要調動思維，對問題進行分析和設計，調動了學生的積極性，增加了學生在課堂上的參與度。由于需要用專業知識去分析和設計，這樣也促進學生對已有專業知識的理解和運用；另一方面，由于有具體的分析對象和目標，學生也能夠更容易理解軟件的操作原理和原則。同時，通過直接的軟件演示教學，學生也更容易理解有關操作要求。當然，由于要求現場操作，對任課教師的要求也提高，要求任課教師對軟件的使用要非常熟悉并能夠靈活運用。

三、學生學習方式改革

學生學習方式從最初的被動式課堂聽課、上機練習，逐漸改變為以主動性的課堂學習討論，課后自主設計與分析，以及綜合性設計為主的主動式學習。值得注意的是，這種主動式學習的前提是需要充分地調動學生的積極性和學習興趣，使學生對課程學習的重要性和意義有足夠的認識。近幾年來，由于在就業方面已經形成一定的良性循環，低年級學生也較早地意識到有關專業軟件學習的重要性和優勢。總體上，學生對這類課程的興趣在逐年增加。

四、考核方式改革

課程考核方式不僅是對學生學習本課程情況的一種重要評價方式，客觀上也是激發學生學習積極性的一項重要因素。目前，比較常用的考核方式包括筆試、上機考試和大作業。幾種方法更有利弊，下面針對專業軟件課程考試對這幾種方法的優劣進行分析。采用筆試的方式進行考核，是最傳統也最簡單的考核形式。但實踐表明，這種側重軟件操作和實踐的課程，以筆試的方式更多的只是測試學生對知識點的掌握程度，而無法有效了解學生對軟件使用的熟練程度以及專業知識綜合運用與分析的能力。顯然，相比較而言，采用上機考試是更為合理的方式。比較常見的上機考試方法是出一些具體的設計任務，限定學生在規定時間完成整個設計任務。但這種方式也存在一些缺點，比如，由于針對具體實例的設計與分析往往需要的時間長，操作的關聯性強，很容易出現學生因為個別難點未掌握而后續分析完全錯誤的情況。同時，由于在常規的兩個小時左右的考核時間內，一般只能完成為數不多的幾個任務，考核的結果存在較大的隨機性。另一種比較合理的考核方式是采用任務式的大作業，即布置相關任務，由學生在課后規定時間內完成，并提交相關程序和報告。這種方式更接近于實際應用，還可以使學生在任務完成過程中得到鍛煉，是一種較為可行的方法。當然，這種方法也有一定的缺點，由于缺少有效的監管，部分主動性差的學生，容易出現偷懶和抄襲現象。綜合可見，上機和大作業相結合的方法是較合理的考核方式。

五、總結

實踐表明，通過以上措施，明顯地調動了學生學習的興趣與積極性，有效地提高了學生的設計與專業思維能力，也有效地促進了學生的就業和升學。近年來，隨著從事設計類工作學生在就業和發展上優勢日益明顯，學生在設計類課程學習中的主動性明顯增強，形成了良性循環的良好機制。

參考文獻：

[1]胡章芳，潘武.光信息科學與技術專業建設中創新人才培養的探索[J].科學咨詢（科技·管理），2012，（8）：160-161.

[2]劉雁，藍嵐翎，許云麗，等.地方高校光信息科學與技術專業產業人才培養初探[J].中國電力教育，2012，（31）：21-22.

[3]李曉艷，王樂，石巖.注重素質和實踐能力的現代光學系統設計課程教學方法研究[J].科技信息，2011，（2）：113.

（責任編輯：劉輝）