農業院校工程光學實驗教學改革

羅 霞 羅 闊 李 震 劉洪山 謝家興 代秋芳

（華南農業大學 工程學院，廣東 廣州 510642）

1 引 言

我校對電子科學與技術專業人才培養方案進行了全面修訂，本專業是工程光學、光電子技術、激光原理與技術、光電子器件、微電子技術基礎、集成電路設計相互滲透而形成的高新技術學科。電子科學與技術專業學生應該具備較強工程實踐能力和跟蹤電子科學與技術領域發展動態，能夠在電子、通信、半導體技術與器件、光電測控與傳感、光電子信息等部門，從事研究、開發、教學、管理、具有創新精神的高素質應用型人才，成為科技興農的主力軍。從此次培養方案的調整來看，實驗教學也要做相應的改革。

工程光學是該專業的專業基礎必修課程，包括兩部分內容，一部分是從光線與幾何學的角度描述光的傳輸及其成像特征的幾何光學,另一部分是從電磁波角度描述光的本性和其傳播規律的物理光學[1]。通過實驗教學，不但能夠培養學生動手操作能力，而且能夠激發學生的創造性思維，因此如何有效地改革工程光學實驗教學方法，提高教學質量，顯得尤為重要。

2 改革實驗教學方法，激發學生自主學習興趣

傳統的實驗教學是以教學為中心，要求學生按照實驗指導書的要求，按部就班一步步地做實驗，就可以完成一個驗證型的實驗。這樣的實驗，只能讓學生熟悉基本的操作技能，沒有時間和空間來發揮學生的創新能力，收效甚微。因此，必須改變這樣的實驗教學方式，以學生為中心，在學習過程中充分發揮學生的主動性，體現學生的創新精神[2]。

為此，在制定實驗教材時，應淡化實驗原理、過程和實驗儀器的介紹，在安排具體的每一個實驗時，實驗指導老師給出實驗達到的結果，對于實驗具體方案，需要哪些實驗儀器，以及具體的實驗步驟都交給學生思考，按照實驗要求，學生就會提前利用課余時間進行實驗的準備，認真查閱相關資料，寫出實驗預習報告，充分消化理解，讓學生主動自主學習。通過這樣的安排實驗教材，能充分調動學生學習的積極性，豐富學生的專業理論知識的學習，激發學生的創新思維。

另外，在“以學生為中心，寬口徑，厚基礎”的培養模式下，我院對實驗室進行開放管理，并建立了學生創新實驗室，學生可以自己選擇做實驗的時間，可以一個人做也可以多人合做，做完實驗后由指導老師檢查合格后才算完成。同時，在實驗老師的指導下，可以充分利用實驗室資料，為優秀學生提供大型綜合創新實驗。在指導學生實驗的過程中，廣泛接觸學生，了解學生，有助于進一步提高實驗教學質量[3-4]。

3 增加綜合設計型實驗，培養學生創新能力

我校工程光學的教學是由兩個學期完成的，在第二學期末，增加工程光學綜合設計型實驗，目的是要求學生綜合運用光學知識完成相應的工程實踐項目。實驗的內容是選擇實驗方法、手段的重要依據，也是實現培養目標、提高實驗質量的重要環節。根據電子科學與技術專業培養模式和工程光學實驗教學大綱的要求，更新了實驗的內容，剔出了一些陳舊過時的題目，增加了一些代表新技術趨勢的題目，力求做到高起點，有創新，具有前瞻性。

3.1 運用激光干涉技術實現微位移的測量

以激光干涉技術實現微位移的測量為例，原理采用邁克爾遜白光干涉系統如圖1所示，激光通過擴束準直系統L1提供入射的平面波，此平面波經分光棱鏡BS分為二束，一束經參考鏡M1，反射后成為參考光束；另一束為透射光，經測量鏡M2反射，此二束光在BS上相遇，由于激光的相干性，因而產生干涉條紋，將干涉條紋通過成像透鏡成像在光電探測器上（COMS）,通過圖像采集卡，將光信息送到計算機處理，并編寫相應的圖像處理軟件，在計算機上實現微位移的測量。這是一個集光、電、信息技術于一體的綜合性的實驗，這樣的實驗我們要求學生自己設計實驗，用光學器件設計光路，調整光學器件的位置，組成邁克爾遜干涉儀的基本光路，將干涉的光信息通過數據線送到圖像采集卡進行數據處理與分析，最后通過編程由計算機顯示設備顯示位移量的測量。通過實驗，使同學們深刻地認識到不僅要掌握好光學知識，而且數字圖形圖像處理學和計算機技術也都要精通，才能夠完成一個完整的光學測量。

圖1.邁克爾遜干涉系統

3.2 偏振光的產生與檢測

光的偏振尤其是光波在晶體中的行為鮮明地表現出光波是橫波這樣一個特性，在光學工程和科學技術的各個領域有著廣泛的應用[5]。對偏振光的產生和檢測，我們進行了改革，光通過起偏器、LN電光晶體的同時，給電光晶體上加一個音頻信號，該信號通過電光晶體后就變成了調制的光信號，通過1/4波片，檢偏器后，在傳播方向上用光電探測器接收信號，然后進行光電轉換、解調、檢波、放大，最后送到揚聲器將信號還原。實驗不僅讓學生懂得了光的偏振現象，同時使學生掌握電光晶體的雙折射現象，如何測量LN電光晶體的半波電壓，以及1/4波片的性質，并驗證了光通信。這樣的實驗綜合運用光學、電子技術、通信技術等知識，同學們通過完成實驗，深深地感受到不但能夠深刻理解和鞏固所學的知識，而且能夠激發創新思維和獨立思考問題的能力，使學有所用，受益匪淺[6-8]。

4 利用學科優勢培養高素質人才

我校工程學院的“南方農業機械與裝備關鍵技術” 實驗室是教育部、農業部重點開放實驗室和廣東省高等學校重點實驗室，該實驗室的各類基礎設備（例如多光譜成像儀、高光譜農產品檢測裝置、拉曼光柵光譜儀等）、研究課題離不開光學的基本理論和研究方法，教師在教學、實驗教學以及研究型實驗教學工程中，充分利用實驗室設備，并結合科研課題讓學生了解與工程光學相關的一些研究項目和具體應用，極大地提高了學生的學習熱情，培養了學生科研型學習能力，并鼓勵一些優秀學生參與到科研活動中，發揮學生的才華，為實驗室建設提供學生力量[9-11]。

5 結 論

工程光學作為專業基礎必修課程，在培養學生工程能力和提高素質教育方面發揮重要作用。工程光學的實驗教學是工程光學教學過程中的重要組成部分，是樹立學生實踐觀念，培養分析解決實際問題能力，啟迪學生創新思維，提高學生綜合素質的重要環節。文中為了提高實驗教學水平，通過不斷的改革實驗教學方法，激發學生自主學習的興趣，增加工程實踐的新內容，利用學科優勢培養高素質人才，結合科研型實驗教學理念，以“學生為中心”探索和總結出一套適合實驗教學的教學方法，有效地培養出適合社會需要的合格人才。

[1]張軍,陳哲,鐘金鋼.光電信息工程專業基礎課工程光學的教學方法研究[J].科技信息,2008,(22):90-91.

[2]黃宇紅,嚴高師.改革工程光學實驗教學,培養學生創新能力[J].實驗科學與技術,2005,(4):83-85.

[3]雷麗巧.光信息專業基礎課波動光學的教學方法研究[J].科技創新導報, 2007, 33, 232, 235.

[4]孫愛民.深化高校實驗教學改革的實踐與思考[J].實驗室研究與探索, 2002, (2): 9-11.

[5]蕭澤新.工程光學設計（第2版）[M].北京:電子工業出版社,2008.

[6]陳斌·改革實驗內容,培養創新能力[J].實驗室研究與探索,1999, (2): 24-25.

[7]劉建民.深化實驗教學改革培養創新人才的思考與實踐[J].實驗技術與管理, 2001, 23 (1): 62-64.

[8]巫建坤,趙雙琦,鄧文怡.工程光學基礎課程的實驗教學改革[J].實驗室研究與探索,2001,20(4):29-30.

[9]岑兆豐,李曉彤,劉向東.浙江大學應用光學課程的發展和改革[J].光學技術,2007,33(11):268-271.

[10]嚴薇,袁云松.加強實驗室開放為培養創新人才提供良好支撐[J].實驗室研究與探索,2009,28(5):16-17.

[11]羅志勇,陳昌國,鄭澤根.在實驗教學中實施創新教育[J].實驗技術與管理,2005,22(5):17-19.