工程光學實驗教學的研究與探討

江旻珊

摘要：作為光電信息專業本科生必修的專業基礎實驗課，工程光學實驗的教學對后續專業課程的學習影響較大。本文針對光學實驗教學模式及考核方法等方面進行了研究與探討，希望可以在工程光學實驗的教學實踐中有效地培養學生的實踐能力和科學思維方法，從而培養學生的創新能力，進一步提高光學實驗教學質量。

關鍵詞：工程光學；實驗教學；教學實踐

中圖分類號：G424.31 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）03-0219-02

一、引言

工程光學是光電信息專業本科生的必修課。作為物理學中的一門經典學科，工程光學在注重論述光學基本原理的同時，結合工程實際，使學生在學習過程中較全面掌握光學基本理論和實際應用技術。[1，2]學生通過學習工程光學，可在掌握經典光學理論的基礎上，對光學設計的理論與專業知識有更進一步的認識，了解光學零件的制造方法與基本工藝，將傳統光學理論與工程實踐相結合，為進一步研究開發光學儀器打下基礎。

工程光學實驗與工程光學理論課相配合，著重于培養學生研究型的學習能力和創新能力，使學生具備科學實驗的素質和實驗技能，促進學生綜合素質的全面提升，使之成為理論與實踐創新相結合的復合型人才。本文結合教學實踐，對工程光學實驗教學作了一定的探討，以期可以通過實驗教學內容和教學方式的研究進一步提高光學實驗的教學質量。[3，4]

二、實驗課程教學模式及與理論課程的銜接

作為應用光學專業課的配套實驗課，工程光學實驗依賴于應用光學課程的教學，主要包括七個實驗：平行光管調校、放大率法測量透鏡焦距、望遠系統參數的測定、單透鏡的球差和色差、近視遠視及其校正、畸變及其校正、照相機的景深。授課學時為16學時。通過這些實驗，可以讓學生進一步鞏固應用光學的理論知識。通過實驗的準備和光學系統的搭建，可以培養學生的動手能力。實驗規定學生必須在課堂時間內完成相應的實驗內容，并熟悉相應的儀器如平行光管、經緯儀等設備的使用方法，掌握實驗的基本思想和設計方法，進一步加深對理論知識的掌握。[5，6]

掌握理論知識是成功進行實驗研究的基礎。傳統的實驗指導書基本按照實驗目的、實驗內容、實驗步驟的順序排列，很多學生容易在不理解實驗原理的基礎上，僅僅照指導書按部就班地操作，這樣雖然也有可能得出正確的結論，但是對提高學生的知識水平并沒有作用。引導學生理解相關的專業理論是做好實驗的首要條件，需要老師和學生的共同努力。除了需要老師增強專業知識，提高教學質量以外，還需要學生端正實驗態度，掌握光學類知識的學習方法，認真學習理論知識，將課堂中所學的知識有效地與實驗相結合。這就需要在專業課和實驗課的教學中，克服理論教學和實驗教學不同步的情況。理論課的老師需要了解實驗課指導書的具體內容，熟悉實驗設備，而實驗課的老師則需要了解理論課的進度及課本內容，以及在理論課堂教學時，學生是否有一些不能掌握的難點會對實驗教學造成影響，要經過教學實踐不斷完善實驗指導書。這樣理論教學與實驗教學才能相輔相成，達到事半功倍的教學效果。

三、實驗報告的撰寫

要想成功地完成實驗指導書上的實驗，預習是至關重要的。很多學生在完成實驗報告時往往是把實驗指導書照抄一遍，不求甚解。其實，實驗報告的完成首先應該先預習相關原理，進行闡述和理解，如有疑問可以帶到實驗課上討論，并通過實驗過程中觀察到的現象解答自己在實驗預習時遇到的相關問題。

在預習過程中，可以針對實驗所圍繞的知識點查閱教材和各種有關的資料，思考除實驗指導書中所述步驟之外，有沒有其他方法可以驗證相關原理。撰寫實驗報告的原理及實驗步驟部分，可以將實驗指導書中的相關文字采用較精練的語言來闡述，而不是按部就班地照抄。老師要鼓勵學生將自己思考設計的與書中不同的實驗方法撰寫下來，與現有方法做對比。如果實驗條件允許，可以安排相關實驗，以激發學生的創新能力。

光學實驗的主要內容主要是首先進行儀器的調節，然后觀察并分析實驗現象，學生通過數據記錄和表格處理分析實驗結果。整個過程環環相扣，密不可分。如望遠系統參數的測定實驗，采用經緯儀作為實驗主要儀器，掌握望遠系統出射瞳孔的形狀和位置、視場角、放大倍數、目鏡視度和系統視差等基本參數的測量方法。在這個實驗中，首先需要學生掌握經緯儀的使用方法。經緯儀是測量任務中用于測量角度的精密測量儀器，可測量水平角，根據測角原理設計，可以用于測量角度以及粗略的距離測取。整套儀器由儀器、腳架部兩部分組成。經緯儀根據度盤刻度和讀數方式的不同，分為電子經緯儀和光學經緯儀，目前工程光學實驗中主要使用光學經緯儀。作為一種測量儀器，經緯儀的使用在應用光學的理論課程上并不會做重點的介紹，因此在做實驗的時候，學生對該種儀器還是比較陌生。這就需要學生在課前對該種測量儀器做一個初步的了解，教師在實驗課堂上也應著重講述經緯儀各部件的功能以及調節使用方法，在學生對該儀器有了一個初步的了解和接觸之后再進行正式的實驗。值得一提的是，實驗器具有時候型號并不完全相同，操作部件的位置也有區別，這就需要教師在課前檢查并熟悉所有的實驗裝置，有針對性地向學生講解各臺儀器有可能存在的區別。

經過初步的儀器接觸后，學生可以進入到正式的實驗過程，該實驗以遠處的標尺作為觀察對象，這就需要學生可以互相配合，及時反饋測量位置做出正確的標記。該實驗不僅可以鍛煉學生的實際操作能力，也可以培養學生的團隊合作精神，對于學生來說是一個很好的鍛煉。在實驗報告的撰寫中，學生不僅需要記錄實驗數據，也需要闡述實驗中曾經遇到的問題和解決方法，并且思考放大率和物體位置無關的原因，及如何檢驗用角度表示的視差值等問題，進一步提高對該實驗的認識。

四、實驗課程的考核

實驗課程的主要教學目標是使學生在掌握理論知識的基礎上，學習基本的實驗方法和專業實驗技能，因此在該門課程的考核上需要與理論課程有所區別，可采取平時成績占70%，期末成績占30%的做法。

平時成績的考核主要包括對學生預習情況的掌握，對學生實驗過程的觀察兩方面。前文中提到，學生對即將要做的實驗項目預習的深入程度會直接影響到實驗的進展情況。把實驗預習情況作為一項評估內容，可以督促學生做好實驗預習，以便他們更好地完成實驗，鼓勵學生通過其他渠道查閱相關的實驗資料，擴展對實驗的認識。

實驗過程的考核主要是針對學生的實驗習慣和操作方法等方面。從實驗習慣方面來說，由于工程光學的實驗設備一般比較貴重，且對于精度的保持要求很高，因此除了對實驗設備的存放環境有要求之外，還需要叮囑學生愛護實驗設備，不能將與實驗無關的物品，特別是水杯等，隨意放置在實驗平臺上。光學實驗最重要的就是培養學生細心和認真的實驗態度，養成嚴謹的實驗習慣，這不僅有助于部分學生在研究生深造時更快地進入專業實驗操作的狀態，也有助于培養學生對工作謹慎認真的態度。學生按批次教學，每一批次不超過20人，可以確保大家都有動手的機會。在實驗過程中，教師必須仔細觀察學生的操作情況，及時糾正不規范的實驗習慣。特別是在碰到儀器故障時，教師應該教導學生如何排查故障情況，沉著冷靜地解決問題。在記錄實驗數據時，有的小組可能和其他小組相比誤差較大，此時應仔細分析排查誤差產生的原因是由于客觀誤差還是主觀誤差引起。可以讓學生重復幾次實驗步驟，或者同一小組的學生輪流讀數，再觀察實驗結果。

期末成績的考核主要包括對學生實驗報告的評定，考查學生對已做實驗的掌握度兩方面。實驗報告的評定除了看版面是否整潔，實驗原理、目的、步驟是否清楚等，主要考察學生對數據的表達方式和處理方法，思考題的回答等。同時，要排查實驗報告的數據是否有雷同的現象。此外，鼓勵學生撰寫實驗體會和實驗過程中問題排查的經驗等，有助于學生實驗知識的積累。

在考查學生對已做實驗的掌握度方面，可逐組考察，采用搶答的形式，每組考核時間約為10～15分鐘，可將部分實驗裝置帶到現場，針對實驗中的操作和原理等方面提出有針對性的問題，并可以適當地提出一些具有設計性的問題，考察學生是否在完成書本上的實驗同時，能夠提出自己的實驗方案，考慮實驗方案在細節上是否可行等。這樣有助于培養學生的創新精神，培養良好的科研思維習慣。

五、總結

作為光電信息專業本科生必修的專業基礎實驗課，工程光學實驗的教學在整個光學專業課的教學中起著至關重要的作用。本文針對光學實驗教學模式及考核方法等方面進行了研究與探討，主要從實驗課程教學模式及與理論課程的銜接、實驗報告的撰寫及實驗課程的考核等方面做了一系列的闡述。希望可以有助于在工程光學實驗的教學實踐中有效地培養學生實踐能力、科學思維方法及創新能力，這樣不僅有益于學生的下一步深造，也有助于學生培養良好的工作習慣。通過相關實驗教學方法的討論，也可以進一步提高光學實驗的教學質量。

參考文獻：

[1]肖焱山.大學光學實驗教學中的問題分析與建議[J].科教導刊，2013，（32）：70-70.

[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，2005，3（4）：83-85.

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[4]王德龍.光學實驗教學探索研究[J].赤峰學院學報：自然科學版，2014，（10）：186-188.

[5]彭小蘭，王紅成，張紹強.光學實驗考核方法的探索[J].當代教育理論與實踐，2012，（7）：113-116.

[6]任占梅，王德秋.光學實驗課程的教學改革與實踐[J].贛南師范學院學報，2005，26（3）：87-89.