淺談如何在光電信息工程專業的理論課程教學中聯系實際

耿滔+賈宏志

摘要：本文從兩個方面淺析了在光電信息工程專業的理論課程中，如何理論聯系實際，提升學生學習理論課程的主動性，變要我學為我要學。一是將理論知識與實際的光學儀器相結合，通過講解儀器的工作原理來學習理論知識；二是將教師的科研工作聯系到教學中，使得課堂教學能反映當前社會科學技術發展的最新水平，拓寬學生的視野。

關鍵詞：光電信息工程專業；理論課程教學；聯系實際

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）01-0092-02

光電信息工程專業最早起源于上世紀50年代初的“光學儀器”專業，其后為了適應國家加速信息化發展對人才培養的需要，專業名稱幾經變更，如1993年調整為“光學技術與光電專業”，1998年更名為“信息工程”和“光信息科學與技術”專業等。該專業幾經發展，成為光學、光電子學、電子信息技術科學的交叉學科，是與實際應用緊密聯系的專業。

我國的高等教育法將“培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才，發展科學技術文化，促進社會主義現代化建設”的目標以立法的形式對各高等院校提出了基本的要求。但目前光電信息工程專業的本科專業培養普遍存在與產業需求脫節的問題，使得畢業生在相關專業的就業比例不高。為了解決這一問題，不少高校引入了生產實習環節，且這一環節越來越受到重視，在培養計劃中占的比重逐漸提高。而另一些研究型高校將目標對準了高端應用，開始探討和培養光電信息工程專業的研究型本科人才。

一、將理論知識的講解與實際的光學儀器相結合

現今是科學技術飛速發展的時代，這使得本專業領域的科學研究成果日新月異，大量的前沿成果被持續不斷地應用到新系統、新產品中，這需要學生有扎實的基礎理論知識，并在此基礎上建立起良好的自習能力，能夠消化、了解本領域的前沿理論，把握當代光電信息技術的發展動態。但在實際授課過程中，往往會出現學生對理論課程學習熱情不足的現象，這是因為理論課程本身具有較抽象，數學概括程度較高的特點，對學生的自然科學基礎課程，如高等數學、線性代數、大學物理，甚至數學物理方法等，具有一定的要求。

比如在信息光學的課程中，需要學生掌握各種特殊函數及其相應的傅里葉變換，并要求能綜合應用傅里葉變換的相似性定理，位移定理等對成像系統進行分析和計算，這就對學生前期的數學課程提出了一定的要求。另一方面，又需要學生對前期物理光學課程中學習過的菲涅爾衍射和夫瑯禾費衍射等知識有較好的掌握，這樣才能全面理解空域的衍射理論和頻域的角譜傳播理論之間的區別和聯系，從而為信息光學處理的后續課程打下基礎，這又對學生前置的專業課程提出了一定的要求。而學生常常會因為前續課程沒有學好，或者前續課程已經遺忘，對這些課程產生即難學又無用的感覺，導致學習積極性下降，使得自身專業理論基礎薄弱，失去了發展的后勁。

所以，這些現實情況對本專業理論課程的教學提出了很高的要求，一是在授課過程中要將教材中的理論知識與實際應用緊密聯系在一起，將一些抽象問題具象化，不能讓學生產生我學了這些理論知識到底有什么用的疑問。例如在講解光柵的課程中，如果教師只是對光柵方程進行數學推導，并讓學生記住方程，這種教學明顯是枯燥無趣的。學生學完之后會產生我為什么要學這個的疑問，感覺背了一堆公式，除了能解幾個題以外毫無用處。但如果教師在教學時能結合光柵光譜儀等應用到光柵的實際儀器進行講解，向學生闡述儀器的基本原理，不僅能讓學生深入了解光柵這一光學器件的作用，更重要的是讓學生了解自己所學的知識可以實際應用于哪些領域，變要我學為我要學，大幅提升學習的主動性。

另一方面，還需要教師能將學生學過的專業課程的知識相互串聯起來，讓學生做到溫故而知新，讓他們明白原來以前學過的知識可以應用的各種不同的場合，讓他們明白知識體系不是孤立存在的，而是一個有機整體，其中只要有一個地方脫節，就會影響到整個知識體系的掌握。例如在相關傳導波和倏逝波的教學課程中，可以與學生學過的瑞利判據和儀器的分辨本領結合起來講解，甚至可以擴展到我們對空間特性的認識，這樣學生不僅復習了原有的知識，還可以較好地掌握新學的知識。這樣學生才會主動地去復習前置課程，對自身的不足進行補充，同時知識體系相互串聯起來，不易遺忘。

二、將教師的科研工作聯系到教學中

專業理論課程的教學需要教師能夠活躍在本領域的科研第一線，在教學過程中將還沒有來得及寫進教材，但已經實際應用于各種新型光電器件的最新研究成果傳授給學生，讓學生的知識體系跟上科學技術的發展，不讓學生產生我們學的東西都停留在上世紀乃至上上世紀的感覺。例如目前課本中的衍射理論主要是基于傍軸近似的標量衍射理論，在授課過程中，教師可以從傍軸近似推廣介紹到離軸的標量衍射理論，并對比不同理論的優點和缺點，拓展學生的知識面，讓學生有繼續學下去的欲望。再比如說對于偏振這一問題的講解，除了書本上的線偏振、圓偏振和橢圓偏振以外，目前柱矢量光，即徑向偏振光和角向偏振光也得到了充分的研究，并逐漸被利用到超分辨成像、光學微操控等領域，教師應該結合當前的研究現狀，對書本知識進行補充和拓展，避免學生的知識與當前科技發展的最新水平相脫節。

再比如，在講解衍射公式時，通常會提到衍射極限問題。教師可以以此展開，向學生介紹目前科學界在突破衍射極限這一問題上所做的努力以及已取得的成果，同時闡述近場光學掃描顯微鏡、共聚焦顯微鏡和受激發射損耗熒光顯微鏡是分別應用什么原理來實現超分辨成像的，以及這些系統在不同領域的應用，這樣可以拓寬學生的視野，使得課堂教學能反映當前社會科學技術的發展，從而有效激發學生的學生熱情。

考慮到很多儀器特別是大型儀器，是系統工程的結合，綜合了光機電各學科的知識，因此在備課時需要跨學科的與其他專業的教師進行交流，互通有無，而很多高端儀器應用了最新的研究成果，這又需要教師不斷更新自己的專業知識，不能與當今的科技發展速度脫鉤。由此可見，想要在光電信息工程專業的理論課程教學中聯系實際，充分激發學生的學習熱情，對任課教師也提出了更高的要求。

三、結束語

為了達到上述目的，我們需要通過大范圍調研目前已實際應用于日常生活、工業生產、以及科學研究的各類光電儀器，聯合光學、電氣、機械和通訊等領域的專業教師聯合備課，了解其設計思想，掌握其工作原理，然后進行分類整理，利用科學軟件對部分儀器進行建模、仿真。在理論教學過程中，利用3D仿真等現代化教學手段，結合實際的儀器應用對專業理論知識進行講解，使學生覺得學能致用，從而大幅提升學生的學習主動性。另一方面，教師要做好自己的研究工作，積極申請國內科研項目，并能將研究成果聯系到教學中。

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Applying Theory to Practice in Theory Courses for Optical-Electrical Information Engineering

GENG Tao，JIA Hong-zhi

（School of Optical-Electrical and Computer Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

Abstract：In this paper，we discuss the problem of how to apply theory to practice in theory courses for optical-electrical information engineering from two aspects.The purpose is to improve students'learning initiative in theory courses and lead to student's idealistic change from"I am required"to"I require".First，it should combine theoretical knowledge and optical instrument in theory courses.The students can master theoretical knowledge by learning the working principle of the instruments.Second，teachers'scientific research work should be linked to teaching.Then，the students can touch the latest development of science and technology.It can broaden their vision and improve their learning initiative in theory courses.

Key words：optical-electrical information engineering；applying theory to practice；linking to practice