物理光学课程教学改革

关键词：

物理光学课程教学改革（精选十篇）

物理光学课程教学改革 篇1

关键词：物理光学,双语教学,教学实践

语教学作为一种新的教育模式, 已成为当前我国高校教育改革中的热点话题, 通过双语教学模式培养出来的人才应当是全面发展的复合型、国际型的人才, 而不是只会参加外国语考试的尖子。随着世界融合的日益紧密和中国改革开放的不断深入, 既具备扎实的专业知识, 又拥有熟练的外语应用技能的复合型人才将成为中国参与国际竞争的重要前提[1,2]。

1 双语教学的概念

在我国双语教学指除使用汉语外, 还使用英语进行学科教学的一种体系, 即在教育过程中, 有计划、有系统地使用母语的同时, 还视不同情况、不同程度地使用另一种通用外语作为教学媒介语进行的教学, 从而使学生在整体学识、两种语言能力以及这两种语言所代表的文化学习及成长上均能达到顺利而自然的发展, 进而满足提高综合国力和国际竞争力的需要, 满足区域未来发展的需要, 满足学生未来发展的需要[3]。

2 物理光学课程双语教学的必要性

《物理光学》是电子科学与技术专业的一门重要的专业必修基础课, 对后续课程的学习作用很大。虽然传统的母语《物理光学》教学模式, 通俗易懂, 讲究缜密的推导和透彻的分析, 比较适合于专业基础理论课的教学, 但其无法培养学生阅读《物理光学》相关专业文献的兴趣, 严重阻碍了学生的国际交流能力的发展。而双语教学不但具有母语教学通俗易懂的优点又具有外语教学开放性等特点, 能根据《物理光学》的特点从人和社会的实际需要出发来培养学生的写作能力、计算能力、电脑处理信息能力、阅读能力及其必要的生存能力, 同时通过双语教学的探索还可以提高任课教师的外语水平, 在教与学的过程中形成良性循环[4]。因而在高校开展《物理光学》双语教学是十分迫切和必要的。

3 物理光学课程实施双语教学的实践

3.1 科学选择原版教材和参考书

实施双语教学, 首先要有合适的外文教材, 可以说外文原版教材是双语教学的一个必要条件, 它可以使教师和学生接触到“原滋原味”的英语。教材选取的原则, 一是实用性要强, 符合课程教学要求, 能够体现学科的经典内容和发展的最新内容, 最好是国外知名大学相关课程所用的优秀国外原版教材或影印版教材, 与国际接轨;二是要求语言规范, 简明易懂, 便于教学, 并且要充分考虑学生的学科基础水平与外语接受能力。

3.2 双语教学的形式

在双语教学中, 会出现由于教师不是很清楚学生的语言能力水平, 导致教学语言的输入量控制不当。语言的输入量必须切合于学生现有的语言能力, 否则将降低双语教学效果。根据实际情况, 我们遵循循序渐进的原则, 总体上采用平衡使用英汉两种语言进行教学的形式。即课前要求学生对相关内容, 特别是新的术语和生词进行预习。在每节课的开始, 用英语对上一节讲授的内容加以简单的回顾, 并对当节准备讲的内容进行介绍, 让学生对本节课有个全局性的把握。对于简单易懂的内容, 通常使用英语讲授, 学生也能听懂还以提高学习的积极性。如果学生能够完全理解, 就不用汉语进行解释, 可节省时间;对于一些较为复杂难懂的授课内容, 基本上采用英汉两种语言进行教学, 先用英语讲解一遍, 然后用汉语加以进一步的解释, 其目的就是让学生对难点内容能有很好的理解和掌握。

3.3 开发内容丰富的多媒体课件

双语教学由于使用两种语言教学, 使教学内容增多, 难度增大, 对教学进度会有一定的影响, 尤其是学生英语接受能力的限制, 仅凭口头讲授对学生的理解存在一定的困难, 要顺利地完成教学任务, 制作高效、生动的多媒体课件对双语教学具有特殊的意义和必要性。

制作双语教学课件时, 根据物理光学课程的特点 (图多、知识面广、数学推导复杂) , 并保证教学课件为全英文课件, 不但文字为英文, 还包括动画、图像、图解等。为此, 投入了相当多的精力通过互联网广泛收集国外大学的物理光学课件、相关的图片图解以及视频资料等素材, 编制了一套内容全面、图片清晰、光学原理图形象生动和体系完整的多媒体课件。

3.4 建立双语教学网络平台

为了提高学生自学能力及巩固教学效果, 除了课堂讲授外, 我们准备建设专门的学习网站, 把与课堂有关的资料收集整理后在网站上发布, 同学们可以在课后时间利用网络资源预习、自学、复习、提交作业、了解感兴趣的课外知识, 以及与老师进行网络上的互动等, 从而提高学习的自主性和主动性。此外, 为了提高听说能力, 还在网站中放置英语音、视频资料或其链接, 使学生的英语能力获得迅速的提升, 为双语教学向纵深发展创造条件。

4 对双语教学的几点讨论

对物理光学课程双语教学的初步实践, 总体上来讲初见成效, 如学生对学科专业英文词汇有了一定的掌握, 英文资料的阅读能力有了一定的提高, 但仍然存在一些问题, 这些都有待于在以后的教学实践中进一步解决和完善。首先是师资的培养问题。双语教学对师资的要求很高, 能否进行双语教学, 能否通过双语教学的开展达到教学目的, 最核心的因素是教师。为解决这个问题需要得到学校各级部门的重视, 并采取相应的措施加以扶持, 如让双语教学的教师到国外参加定期或不定期的学术交流、进修或考察, 借此提高双语教师的英语能力和综合素质。其次是学生的英语水平参差不齐的问题。可考虑在自愿或选拔的基础上, 将双语教学与中文教学分班进行, 鼓励英文水平较好、专业知识较扎实的同学进行双语教学。最后是双语教学的学科专业性问题。课程体系的建设是一系列课程链接而成, 进行双语教学势必要求从普通基础课到专业课程、到专业应用专题的课程建设保持完全一致的教学环境, 每门双语专业课都有其先修的双语基础课。因此, 双语教学要建立合理的、阶梯式的科学计划, 以免发生教学环节脱节问题。

5 结论

双语教学已成为我国教育改革研究中的一个热点问题, 它是推进学校素质教学的新举措。本文以“物理光学”双语课程为切入点, 以其在教学实践中采取的方式和发现的问题为契机, 结合办学目标和条件, 进行了双语教学的教材选择、多媒体课件制作、网络平台建设和教学方法改进等多方面实践, 在实际工作中取得了一定的教学效果。

参考文献

[1]JackC.Richards.朗文语言教学及应用语言学词典[M].北京:外语教学与研究出版社, 2002.

[2]杨月锋, 刘娜翠.“第三方物流”课程双语教学实践探讨[J].长春理工大学学报:社会科学版, 2011, (24) 1, 158-160.

[3]韦曙林.高校双语教学的课程定位研究[J].北京大学学报:哲学社会科学版, 2007, 8 (2) , 201-202.

物理光学课程总结(室友版)范文 篇2

这学期首次接触了几何光学和物理光学两门课，从一开始的课程展望到现在的课程总结，感觉物理光学这门课的时间好短，一下子就过去了。这门课程的总结，我问了一下，大多数同学都是在做课程内容的总结和梳理，我的想法比较多，就当和老师谈谈心，闲聊一下吧。

这学期学习完物理光学之后，我有以下两点深刻的感触：

1.科学理论的庞大体系总是建立在物理的根基上。对基础知识的学习能带来很多契机。

物理光学这门课从一开始就介绍了麦克斯韦方程组，然后后面的菲涅耳公式，平面电磁波波动方程……好多体系都是建立在了这个根基之上，让我非常惊叹。从的四个公式就能推导出这么多结论，真是非常的经典，这也难怪麦克斯韦这位物理学家能够有如此高的地位。接下来的电磁场连续性条件的引入深刻地解释了反射定律和折射定律这些初中学过的知识，并通过定量的计算更加完善了我对这些内容的理解，让我大有醍醐灌顶之感。以前对偏振现象浅尝辄止的学习让我对这些知识学得并不扎实，但通过这门课的学习，我算是对偏振现象有了更深入的认识。

另外，我还注意到，物理光学这门课里运用了很多高等数学的知识，如双重积分，矢量运算，椭球性质等等，我同时觉得数学的基础对后续课程的学习的确是非常重要。

2.对工科生来说，边学边思边用才是最理想的学习状态。学习了双光束干涉，就可以基于这个原理来制作各种干涉仪器：如非索干涉仪，用来检查光学零件的表面质量；迈克尔逊干涉仪，用来准确确定光程差，进行长度的精确测量；马赫-曾德干涉仪，用于测量相位物体引起的相位变化……仅仅是一个双光束干涉的性质，就可以衍生出这么多有用的产品，更不用说还学了衍射，偏振，空间滤波的内容了，这正印证了老师的“知识改变命运”这句话。其实双光束干涉这个内容并不是在物理光学这门课里面第一次接触，但是在以前学习了这些内容之后并没去深入地想：我学了这些知识能够做什么？我能不能利用这些性质做点东西出来？每次在看到有诸如srtp，国创之类的参赛项目，自己都是踌躇满志，想要去参加，积累经验，但是都苦于找不到课题，其实，如果在平日的学习过程中就能多去思考多去动手的话，既掌握了课程知识，又学以致用，那样的提高才是最大的了吧。

我记得在复习的过程中室友曾惊呼：“我靠，这个设计思想太巧妙了！”他说的就是书上的某一道课后习题，然后他又说了一句：“如果刚开始就认真听了的话肯定能利用这些性质做点东西出来，可惜时间紧迫啊，只有准备考试了。”听了这些话，我感触特别深。的确，不得不感叹，现在的大学生自学能力其实挺强的，尤其是在考试前夕，能在一两天里把一学期的内容学完，虽然效果肯定不如那些踏实的同学，但也算是比较好的了。换个角度来看，如果这些同学能在上这门课之前就花两天的时间根据教学大纲来把一学期要学的知识浏览一遍，再加上上课认真听讲的话，肯定效果更好了。对于老师来说，如何引导学生有这样的主动性和积极性，我觉得这算是一个值得思考的地方吧。

回到这个主题上来，这学期里我觉得最有收获的章节的学习估计就是傅里叶光学部分了吧。说实话，在上课的过程中，我学起来感觉最晦涩的就是夫琅禾费衍射的推导和傅里叶光学那部分的内容了，尤其是那一堆双重积分的公式，我到现在都不太会推导，但学了下来也确实感觉有种思路被打开了的感觉。尤其是空间频率的这些概念，它把许多通信理论中的经典方法移植到了光学系统的分析当中，让我感觉太神奇了。我们在信号与系统，数字信号处理等通信类课程中学到的东西居然运用到了光学系统中，还能用对信号处理的方式去处理光波，这对我来说，的确是非常新鲜的一件事。如果以后能深入地接触信息光学的知识想必是很令人期待的。

最后，说说对于这门课的看法和意见吧。通过一学期的学习，我挺喜欢陈老师的授课方式的。对学生来说，通过板书授课相比狂点ppt来得更实在，更容易接受。重要公式亲手推导一遍对学生来说印象也是很深刻，这点上来说陈老师做得很好。但是空间滤波那部分内容陈老师可以考虑用ppt的形式，因为我在复习过程中用了金老师的ppt，感觉这一章对我们来说积累一个感性认识比较好，可以播放一些ppt。另外，建议老师可以搞一个课程设计，这学期的两门光学课学下来，如果有时间，用课程设计的形式来巩固，应该效果不错。

谈初中物理光学教学中的误区 篇3

关键词：初中物理 光学教学 误区 分析

光学在初中物理阶段是属于比较简单的知识，许多学生都是通过学习光学中一些有趣的物理现象，而对物理学习产生了浓厚的兴趣。但在实际的物理教学过程中，发现也有许多学生在光学的学习过程中遇到了一些困难，如果这些知识点处理不够好，很可能会极大地打击学生对物理学习的积极。因此，应该有效地化解学生在初中物理光学学习过程中存在的几个误区。

一、老花眼和远视眼

许多人都对老花眼和远视眼有错误的认知，这些人往往认为老花眼和远视眼是一回事。而通过分析可以得出，老花眼是中老年人常见的一种眼疾，它常表现为头疼、眼疼、眉紧、看物模糊等一些视力疲劳症状。而远视眼可以发生在任何的年龄段，这两者在症状上会有相同的地方，所以很不容易区分。

1.发生的年龄段不同。老花眼，每个人到了一定的年龄都会或轻或重的发生老花眼，而这个年龄段一般是在40岁以上。而远视眼，它不分年龄段都会发生。

2.病因不同。老花眼是由于各种原因产生的，包括年龄增大，它可以导致晶状体硬化，弹性变弱，睫状肌收缩能力变差，从而导致调节减退，近点向远移动，所以会发生近距离的视物看起来会比较困难，这是因为眼内的肌肉变的衰退，晶状体变形，从而导致能力下降等综合的因素所造成。远视眼是因为眼轴比较短，平行光线在射入眼球内，在经过折射聚焦点落入视网膜后，使外界的图像不能够清晰的成像在视网膜上。

3.范畴不同。老花眼最开始的症状，常常是表现在感到看细小的字比较模糊不清楚，患者往往会不由自主的将阅读目标向远处移动，以求可以减轻调节的负担，消除看事物不清楚和眼睛的疲劳。远视眼是因为屈光不正中的一种类型，而所谓的屈光不正是近视、远视、散光的统称。而屈光不正并不是每个人都会有的。

4.两者共同特点。这两者都是利用凸透镜去弥补视物清晰度的缺陷。

二、镜面反射和漫反射

有些人往往会错误地认为，球面镜的反射是漫反射。当一束平面光射到平面镜上时，反射出的光扔是平行的，这种反射叫做镜面反射；而当一束平行光束射到反射面上时，反射光是射向不同的地方，这种反射叫做漫反射。这是初中物理教材给镜面反射和漫反射的定义，于是，我们的教师往往是这样告诉学生的：当一束平行光射到物体的表面时，若反射出的光线是平行光，那么则是镜面反射，反之，则是漫反射。所以，造成学生们认为球面镜的反射是漫反射。

在分析漫反射和镜面反射的根本差别是反射面的情况，而不是反射光线的情况会得到以下结论：光滑的表面发生的是镜面反射，而粗糙的表面发生的是漫反射。光线再照射到布和墙等表面上粗糙的物体上时，光线会向各个方向反射，而这种反射是漫反射。当光线照射到光滑镜面上时，则光线会按照某一个方向上进行反射，这种现象称为镜面反射。镜面反射分为两种，一种是平面镜，另外，一种是球面镜。平面镜顾名思义，其反射面为平面，从同一个方向入射到平面光会沿着同一个方向平行反射回去。而球面镜，其表面为球面，又可以分为两种，第一种是凹面镜，第二种则是凸面镜。凹面镜可以将平行光会集到一个点上，所以凹面镜具有会集作用。而凸面镜则是将平行光按照一定的规律发散出去，所以凸面镜具有发散的作用。根据以上的分析可以得出，我们往往把漫反射的概念范围进行了缩小。

三、针孔照相机

在空易拉罐的底部中央，用钉子扎一个小孔，然后将易拉罐的底部剪去后，蒙上一层塑料薄膜，这样就制作成了一个简单的针孔照相机，人们在观察蜡烛火焰的成像时，只能通过这个小孔才可以看到。它存在的错误之处，就是“只能透过小孔才能看到”这几个字。

而通过实践动手操作这个试验，就可以我发现人在侧面通过塑料薄膜看到的像和人通过小孔看到的像是相同的，两者之间仅仅是看到像的亮度不同而已。

四、发散光线和发散作用

有些人往往会错误地认为，发散光线和发散作用意思是相同的，因为光线都是发散的。而分析表明，当光线通过透镜后，如果折射光线相对于入射光线远离主光轴，这个是发散作用。如果向主光轴靠拢的就是会聚作用。而发散光线是相对于入射光线来讲的，也就是相对于入射光线发散了，就是发散光线。反之，则是会聚光线。发散光线是一种现象，而发散作用是一种功能。日常生活中的凸透镜具有会聚作用，但折射光线是发散光线。

五、放大的像和像变大

有些教师通常会认为，放大的像和像变大意思是相同的，因为这两者都是像变大。

在分析过程中得出：“放大”“缩小”是指像和物相对比后得出的结果，像比物大，则成为“放大”，像比物小，则称为“缩小”；“变小”是指像本身变化后的情况，后一次形成的像比前一次形成的像大，则称为“变大”，后一次形成的像比前一次形成的像小，则称为“变小”，这两者之间比较的对象显然是不同的。

六、结语

对于初中物理光学教学的学习而言，如果一旦教师和学生陷入了教学误区，会直接影响学生对这一学科的认知和学习水平，甚至会造成学生对此知识产生比较大的理解偏差。通过本文分析不难发现，初中物理光学教学的误区，根本原因在于教师对新课程标准的掌握能力不足，因此，要想减小现有的误区带来的负面效应，就应该提高物理教师整体的教学素质。

参考文献：

[1]秦坤哲.初中物理教学存在的问题及改进建议[J].现代农村科技，2014，（06）.

[2]陈晓斌.初中物理光学教学中的误区[J].中学物理，2014，（02）.

物理光学课程教学改革 篇4

早在2004 年, 我们就开始将Matlab软件引入到物理光学课程的教学中, 建立了很多程序模块。本文将对以往我们在这方面的研究成果进行一个总结, 并分析存在的问题和不足。

一Matlab在物理光学中的应用价值

物理光学是基于光的电磁场理论研究光在空间的传播特性, 主要内容包括光在媒质表面的反射与透射、光的干涉与衍射以及光在晶体等各向异性媒质中的传播等。其中有很多概念对应着较为复杂的理论推导和数学公式, 通过分析这些数学公式可以较好地理解对应的物理概念。但是这些公式往往比较复杂, 包含多个变量, 通过直观分析是无法全面获取这些公式所代表的物理意义的。利用计算机编程的方法将这些数学公式转换为不同条件下的物理图像, 可以更好地帮助学生理解这些公式所代表的物理含义。Matlab是一种记事本式的编程语言, 基于矩阵概念, 可以完成很多数值计算。

某些较为简单的公式, 可以直接在Matlab命令窗口直接设定x自变量和常量的数值和变化范围, 给出x自变量和应变量y之间的数学关系, 再利用plot的命令就可以轻松地画出自变量变化时应变量的变化情况。对于稍微一些复杂的公式, 可以通过编写程序的方式来实现模拟。Matlab提供了M-file的功能, 可以让使用者在其中编写函数, 使用function命令, 而且Matlab提供了while、if、else等循环控制语言, 类似于VC或C语言, 可以编写一个函数来模拟数学公式的物理图像;在编写程序的过程中, 可以任意选择不同变量的变化范围, 以获得不同条件下的物理图像。

在过去几年中, 我们编写了很多应用于物理光学的数值模拟模块, 例如光在媒质界面的反射和折射、杨氏双缝干涉、等厚干涉、等倾干涉、多光束干涉、光学镀膜、多缝衍射、圆孔衍射、波带片等。在课程教学的过程中, 我们通过在课堂上实时演示这些模拟模块的运行结果, 可以非常形象生动地反映复杂公式对应的物理含义, 学生也非常容易理解不同的变量和参数是如何影响这些物理现象变化的。而且这些模拟模块还为师生互动提供了条件, 教师可以根据学生的要求选择不同的参量变化范围, 来演示不同条件的物理图像。反过来, 老师也可以激发学生去思考不同条件下的物理图像, 基于这些物理图像总结变化规律。

二教学实例展示

下面以“光在介质界面的反射和折射特性”这一数值模拟模块为例简要展示一下Matlab在课程教学中的应用。

1.背景介绍

光束从一种介质入射到另外一种介质时, 在介质界面因为折射率的差异会发生反射和透射, 这是一种非常常见的光学现象。基于Snell定律和Fresnel公式可以计算反射光束和透射光束的传播方向、振幅、相位及强度。将入射光束、反射光束和透射光束都分解为s分量和p分量, 则可以计算s分量和p分量的反射系数和透射系数:

以及对应的反射率和透射率:

根据上面的公式可以知道, 光束在介质界面的反射特性是由两种介质的折射率n1和n2, 以及入射角三个基本的物理量决定的。直接通过观察上面的这些公式, 是无法明显地看到反射光束和透射光束随着这几个物理量的变化规律的, 因此需要借助数值模拟计算来得到一些物理图像以了解这些规律。

2.Matlab数值模拟程序

上面这一组公式并不是非常简单的, 它有三个变量, 因此我们可以利用Matlab编写一个M函数来模拟这些公式在不同条件下的变化。

编写的程序如下:

在这个程序里, 我们可以自由地选择两种介质的折射率, 由介质的折射率就可确定入射角的范围, 如果没有发生全反射, 即光束从一个光密介质进入一种光疏介质, 入射角可以从0~90 度变化, 但如果光束从光密介质进入光疏介质, 则存在全反射, 入射角就从0 到临界角变化了。程序第一部分就可以完成这个判断及入射角范围的确定。而后面的计算则是入射角从0 到最大入射角连续变化时, 对应的反射系数、透射系数以及反射率和透射率的变化了。

3.数值模拟结果

当n1=1.0 以及n2=1.5 时, 图1 为反射系数、透射系数的变化曲线, 图2 为反射率和透射率的变化曲线。

首先, 我们数值计算了n1=1.0 和n2=1.5 的情况下, 反射系数、透射系数、反射率和透射率的变化曲线, 如图1、图2 所示。从给出的物理图像可以总结出一些基本的变化规律, 例如: (1) 反射光束的s分量总是小于零的, 即意味着反射光束的s分量与入射光束的s分量振动方向相反; (2) 反射光束的p分量的振动方向则与入射角有关, 特别地, 当入射角等于某一个特定的值时, p分量的反射系数为零, 这个角被定义为步儒斯特角; (3) 透射光束的s分量和p分量的反射系数和透射系数都是正的; (4) 反射光束的反射率随着入射角度增加而增加, 透射光束的透射率则随着入射角度增加而减小。进一步, 我们可以改变n2的数值, 以验证以上规律的普遍性。类似的, 我们也可以计算n1=1.5、n2=1.0 的情况。这里不再详述。

通过上面这个教学实例的展示, 我们可以看到, 利用Matlab的数值模拟计算可以让一些复杂的公式以非常形象生动的物理图像形式展示出来, 基于这些物理图像就很容易总结出一些基本的变化规律。这样的教学可以极大地提高学生的学习积极性, 教学效果也有很大提升。

三存在的问题和不足

在不断的教学改革实践过程中, 我们取得了很多的教学成果, 教学质量也得到了提升, 但我们也看到了一些不足, 还有一些需要改进提高的地方, 例如:

第一, 学生参与度还不够, 需要鼓励学生主动编写一些数值模拟的模块, 这样对于他们分析问题和解决问题能力的提升会有更多帮助;目前来说, 这些数值模拟的模块都是老师编写的, 接下来需要鼓励、引导学生去写一些模块。

第二, 平台建设还需要完善。尽管目前初步建立了数值模拟的平台, 但是这个平台的功能还难以充分满足教学需求, 接下来需要进一步完善这个平台。

四总结

在过去几年, 我们在物理光学的教学过程中使用了Matlab软件来辅助教学, 取得了很好的效果, 教学质量有了明显提升, 学生学习积极性也有了很大提高, 这坚定了我们继续深入改革的信心。我们相信, 通过更多的鼓励学生参与课程教学, 并建立一个更为完备的教学平台, 该课程的教学质量会进一步得到提高。

摘要：将Matlab引入到物理光学的课程教学中, 通过计算机数值模拟, 可以将一些复杂抽象的公式转化为生动形象直观的物理图像, 帮助学生更好地理解物理概念, 总结变化规律, 是提高教学质量的有效手段。本文总结了过去几年我们在物理光学课程教学中利用Matlab辅助教学的一些成果、经验和教训, 分享得失, 以求共同进步。

关键词：物理光学,Matlab,教学改革,数值模拟

参考文献

[1]王洋.多媒体课件在工程光学教学中的应用[J].黑龙江教育 (高教研究与评估) , 2010 (3) :82~83

[2]陈宝玉、刘正国、冯荣达等.关于《工程光学》课程教学的几点探索与实践[J].科技资讯, 2011 (20) :212~213

[3]蔡建文.工程光学课程教学探讨[J].中国科教创新导刊, 2011 (5) :58

物理光学课程教学改革 篇5

关键词:光纤通信;光学模拟;教学模式;能力培养

为适应信息化时代的需求，国内高校通信类专业基本上开设了光纤通信这门主干专业课程。光纤通信课程涉及的知识面非常广，学习这门课程之前，需要先修电磁场与波、光学、半导体材料与物理、通信原理、计算机网络、电子技术等课程。因此，该课程具有理论深度大、概念抽象、数学推导复杂、不易理解等特点，这就给该课程教学带来许多困难［1－3］。目前，光纤通信课程教学主要采用“理论+实验”的教学模式。对于理论教学，通常是采取课堂讲授的传统教学方法，主要讲解光纤通信技术的原理、概念、方法以及相关的数学推导等，教学过程中通常只涉及到纯理论讲授，这使得学生学习起来感觉很枯燥，对理论知识理解不透彻，并逐渐失去学习兴趣，从而导致理论教学效果不佳。对于实验教学，除少部分条件好的高校外，大部分高校受经费限制，仅仅按照课程教材在定制的光纤实验箱上开设少许验证性实验，缺乏设计、应用和创新性等实践环节，这不利于培养学生专业技能。基于此，本文探索性地将OptiWave的光学模拟软件引入到光纤通信课程的理论和实践教学中。在讲授理论知识的同时，利用OptiWave中的各种模拟仿真使复杂抽象的理论形象化、具体化，从而激发学生学习兴趣，帮助其理解和掌握光纤通信课程的相关理论知识;在实践环节教学中，利用OptiWave中的OptiSystem搭建各种光纤器件或系统，能有效地弥补固定实验箱或定制硬件实验中存在的不足，从而提高学生分析和解决问题的能力，进一步培养学生的实践创新能力。

1OptiWave光学模拟软件组成OptiWave光学模拟软件主要包括OptiSystem(光通信系统与放大器设计软件)、OptiFiber(光纤设计软件)、OptiFDTD(时域光子学仿真软件)、OptiBPM(光学波导设计软件)、OptiGrating(集成光纤光栅设计软件)和OptiSPICE(光电子线路设计软件)等。OptiWave光学模拟软件最显著的特点是界面友好、操作方便、功能强大。用OptiSystem搭建的间接光调制激光器模型如图1所示。

2理论教学模式

光纤通信课程理论教学内容主要涉及到光纤通信导论、光纤的结构与导波特性、光器件及光波系统互联技术、光端机、模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统、光纤通信新技术和光纤通信网络等，知识面非常广泛，包含较深的理论基础，整个理论体系中的公式或定理伴随着复杂抽象的概念和严格的数学推导证明，这给课程教学带来许多困难。鉴于这种情况，可以将“光学模拟”教学方法引入到课程理论教学中来。也就是说，在课程理论教学中，除了强调数学推导和物理概念描述相结合之外，对于复杂、抽象、理解困难的理论知识，利用光学模拟方法进一步解读。简单起见，关于数学推导和物理概念相结合的教学方法不再赘述，下面主要针对理论教学中的若干难点来说明如何在光纤通信理论教学中引入光学模拟。

2．1光器件模拟

在光纤通信理论教学中，无论是有源还是无源光器件，其宏观结构及原理不难讲解，学生也容易理解。然而，分析或测试光器件中的波传播、反射、散射、衍射、偏振以及非线性现象，将涉及非常复杂的数学推导和电磁场求解问题，如果仅仅通过理论讲解很难取得好的教学效果。对于这类问题，可以利用OptiWave的光学模拟软件OptiFDTD来加以解决。

2．2光波导模拟

众所周知，光波导是光纤通信的理论基础。也就是说，要学好光纤通信，必须掌握并理解光波导理论。然而，光波导理论涉及到许多复杂问题，如光场沿波导截面的分布规律，光场沿波导的传播规律，信号沿光波导传播时的衰减、畸变，光波导模式间的耦合，光纤中的非线性效应，光场偏振态沿光波导的演变规律，以及复矢量法解模式问题等。在理论教学中，对于这些复杂的问题，通常采用的分析方法有几何光学法、本地平面波法和波动光学法，其中，几何光学法为近似分析法，比较容易理解，但后两种方法，特别是波动光学分析法非常复杂，难以理解和掌握。为了帮助学生更好地理解光波导理论和波动光学分析法，可以将OptiBPM光波导模拟引入理论教学中。理论教学中，可用OptiBPM来模拟复杂的光波导以及这些波导中的光信号定向、耦合、开关、分波和复用/解复用。

2．3光纤和集成光栅模拟

光纤和集成光栅为光信号传输组件，是光纤通信系统组成的三大部分之一。从宏观角度，光纤的基本概念、结构及导光原理比较容易理解，但是，光纤的参数如截面尺寸、材料成分和折射率分布如何影响光纤的线性和非线性效应等光学性能问题则比较复杂，单纯从理论上讲解，学生难以理解透彻。对于光纤和集成光栅的理论教学，可以引入OptiFiber和OptiGrating来模拟，利用OptiFiber模拟各种常用光纤并分析其光学性能，利用OptiGrating来模拟复杂的集成光纤光栅或波导光栅。

2．4光纤通信系统模拟

在光纤通信课程理论教学中，在讲授光纤通信系统时，通常按照“系统框架→系统模块→组件功能→光电子线路→光器件”这一线索进行讲解，基本上是通用光纤通信系统功能性描述，学生掌握系统及模块大体功能没有多大问题。然而，在系统规划、设计、应用及性能评估等方面的讲解，不能只依赖于理论讲授，还需要针对具体应用的光纤通信系统实例进行讲解。为解决这个困惑，可以引入OptiSystem帮助学生模拟具体应用的光纤通信系统。

3实践教学模式

专业主干课程的实践教学应是多层次实践教学，包括验证性实验、系统测试实验、综合性实验、自主开发研究性实验和应用性实验等。然而，在光纤通信课程实践教学过程中，由于受实验或实训条件的限制，国内大部分高校采用定制好的“光纤通信实验平台”或“光纤通信实验箱”进行实践教学。这种实践教学模式虽然能满足光纤通信基本原理的验证、部分光纤通信器件参数的测试和常规光纤通信系统的测试等，但对于复杂光器件测量、自主开发研究性和应用性等实验来说，这种教学模式就存在一定的缺陷。此外，采用定制的“光纤通信实验平台”或“光纤通信实验箱”，学生只需按照指导书的实验步骤简单操作，开发设计性环节非常有限，这很难激发学生做实验的兴趣，从而限制了学生创新能力的培养。为节省教学经费并弥补常规实验教学中的不足，可以将光学模拟实践方法引入到光纤通信课程实践教学中来，采用“常规实验+光学模拟”的实践教学模式。也就是说，对于原理性验证、简单参数测量等实验，在“光纤通信实验平台”或“光纤通信实验箱”上进行，而对于复杂光器件设计及测量、自主开发研究性和典型应用性等实验，采用OptiSystem软件进行模拟仿真。常规性实验在此不再赘述，下面主要通过实例来说明如何使用OptiSystem搭建及模拟典型的光纤通信系统。图2为基于OptiSystem搭建的一个10G单模光纤通信系统仿真模型。在搭建该模型时，首先要根据实验要求确定系统的功能框图，接着按照功能框图选取OptiSystem组件，如比特序列发生器、非归零脉冲发生器、直接调制激光器、复用器、光纤信道、掺铒光纤放大器(EDFA)、解复用器、光检测器和滤波器等，然后根据它们的关系将其关联起来，就可以完成仿真模型的搭建。接下来就是各个组件的参数设置→仿真执行→参数观测分析→参数调整→组件调整等，直到满足实验要求。限于篇幅，系统仿真结果不再给出。此外，在搭建系统模型过程中，当实验所需的组件在OptiSystem自带组件库里找不到时，可以用Matlab创建所需组件，然后进行OptiSystem与Matlab联合仿真。

4结语

光纤通信是通信类专业的主干必修课程，其理论性和实践性都很强。在该课程教学过程中，既要注重理论教学方法，也要强调实践教学方法，也就是说要两者并重。本文针对光纤通信传统教学模式存在的缺陷，将光学模拟方法引入理论教学和实际教学中，能够进一步激发学生的学习兴趣，培养学生的实践和创新能力，取得较好的教学效果。当然，光纤通信课程教学模式的改革与探索是一个长期的过程，只有把提高教学效果和培养学生综合能力作为衡量课程改革和探索的标准，才能把握其正确方向。

参考文献:

［1］黄永清，陈雪，李蔚，等．“光纤通信”课程的教学改革［J］．电气电子教学学报，2010，32(6):12－13．

［2］李永倩，张淑娥．“光纤通信原理”课程实验教学内容研究［J］．中国电力教育，2010(6):129－130．

也议中学物理光学教学中的一处盲区 篇6

(a) 中教师将像点画在了物点的正上方。

(b) 中教师将像点画在了物点的右上方。

(c) 中教师将像点画在了物点的左上方。

对于这三种情况, 只有第三种图像的画法是正确的。对于第三种情况中的物点和像点之间的位置关系, 我们可以用数学方法加以论证。

(图中, 三角形DMA和三角形DNB为直角三角形)

运用折射定律有,

sinβ=nsinα

对两边求微分,

ndsinα=dsinβ

ncosαdα=cosβdβ

所以有,

在三角形BND和三角形AMD中有,

(BC+CN) tandα=DN

(AC+CM) tandβ=DM

由dα, dβ趋向于无穷小, 故有,

(BC+CN) dα=DN

(AC+CM) dβ=DM

将上面两式展开,

BCdα+CNdα=DN

ACdβ+CMdβ=DM

CNdα和CMdβ很小, 所以可以省略。因此有,

将 (1) (2) 两式联立有,

在三角形DMC和DNC中有,

所以有,

由于α<β, 那么cosα>cosβ, 因此.

综上所述, 有, 所以A点在B点的左上方, 即像点在物点的左上方。

参考文献

《晶体光学》课程教学改革与思考 篇7

一、《晶体光学》课程的基本特点

《晶体光学》是研究光对透明矿物晶体作用所引起的一系列光学现象及其规律的一门科学, 其基本理论是光率体, 应用的仪器是偏光显微镜, 主要是将矿物或岩石磨制成薄片, 在镜下测定矿物的光学性质等[1,2]。该课程中的立体概念和实践性强, 它既是一门方法课, 又是一门理论联系实际很强的学科。在有限的学时范围内, 依传统的教学方式难于掌握教学大纲内容;又由于《晶体光学》是地学中较成熟的一门专业基础学科, 也难于对内容方面进行大量的修改。为顺利完成本课程的教学任务, 提高教学质量, 应具备两点: (1) 充分调动学生的学习积极性, 发挥其主观能动性, 引起求知欲望, 善于思考, 并做到课前预习、课后复习; (2) 要求教师做到精选内容, 精讲重点、难点, 启发思维及教学方法多元化, 避免传统灌入式的教学方法, 提倡教与学的双向互动。

二、改进教学手段, 提高教学效率

针对《晶体光学》课程具有抽象性、空间性和实践性强的特点, 为了在有限学时内达到较好的教学效果, 对教学方法、内容进行了改革和实践。教学改革的一个重要方面就是引入辅助教学多媒体, 打破了传统的叙述性讲授。由于该课程涉及的立体抽象概念较多, 镜下矿物的光性特征多样化, 对于想象力弱或缺少实践经验的学生来说, 理解上存在一定难度, 如不同矿物具有不同的光学性质, 其光率体类型也不同, 锥光镜下的干涉图特征各异等。笔者将多媒体技术与教学内容相结合, 制作了一套多媒体课件, 将岩石矿物照片、视频及课堂板书有机结合。课堂教学内容丰富、形象、直观, 扩大了教学信息量, 适应课时缩减的需要, 如:可用三维动画生动地把不同晶体的光率体的立体几何图形呈现出来, 还可以展示镜下的岩石矿物微观照片、视频等, 从而提高了教学质量和学习效率。实验内容在偏光显微镜下完成, 教师在黑板上难于形象地把各矿物的光学性质表述清楚, 如相邻两矿物相对折射率有关的光学性质:贝克线、糙面、突起等级等。在地学类国家级实验教学创新项目的支撑下, 于2010年笔者制作了与晶体光学理论教学同步的《晶体光学实验教程》多媒体CAI软件, 并获全国地球科学类国家级实验教学创新性实验竞赛二等奖, 它美观、简洁、易操作, 集文字、岩石矿物照片、动画和视频于一体, 具有教学目的明确、教学内容直观、交互性强等优势[3]。此外, 另配有晶体光学实习教程[4]。该软件充分考虑了教学需要和课程特点, 以示教型和自学型为主, 兼有资料型的特点, 可对实验教学内容进行任意地反复浏览和操作, 让学生了解实验课所观察的矿物光学性质, 增强学生的直观感性认识、独立分析和解决问题的能力, 有助于提高学习效率。

三、加强和完善实验室建设

随着科技的发展, 传统的一人一镜观察, 教师逐一指导的实验教学模式严重滞后于课程改革要求。为实现创建“省内一流、全国知名、部分学科达到国际领先水平”的办学目标, 应加大力度改建实验室。当前, 进行创新教育, 培养学生创造性思维, 并引导其进行研究性学习是目前教学的趋势, 但由于偏光显微镜使用的特殊性和个体性, 传统的镜下观察使学生很难得到教师的有效指导。随着数码显微镜和数码互动教室的引入和应用, 使传统灌入式的教学方法变为师生互动的、图像共享的、高效率的教学体系。在教与学的过程中, 实现了师生在同一视域中达成相互理解和自我理解, 将双方的视野和见解相互融合。多年来, 在实验标本和薄片库的建立方面, 地质系全体教师投入了巨大的精力并做出了重大贡献。实验教学要求学生肉眼观察岩石矿物标本与显微镜下薄片鉴定同步进行。由于岩石矿物标本、薄片使用频繁, 耗损特别大, 尤其是岩石薄片。随之后来对岩石矿物薄片进行了补充, 但同一类岩石毕竟不是出自同一块或同一地区的岩石, 其矿物成分、含量和次生变化等肯定存在一定的差异, 给学生做实验造成一定的困惑。针对该情况, 我校对实验室加大力度投资建设, 确保每个学生使用的实验岩石标本和薄片完全配套。采用示教系统直观教学, 学生可独立操作, 通过本环节的实施, 学生既巩固深化了理论知识, 又掌握了基本技能, 从而为推进实验室建设和提高教学质量提供了物质基础上的保障。

四、完善考核办法

考核对教育活动具有很强的指导作用, 既是评价和改进教学, 使之有利于培养创新人才的基本途径, 也是引导学生主动、创造性地学习的重要手段。完善考核办法是检验和提高学生创新思维和创新能力, 也是教学改革的一项重要环节。该课程侧重考核学生对基本理论、基本概念等的掌握程度以及综合运用知识的能力。为达到检验教学质量和全面掌握知识的目的, 应采用综合考核办法: (1) 理论课堂表现情况和操作能力, 各占总评成绩的10%; (2) 平时作业、实验鉴定报告, 占总评成绩的8%; (3) 理论考试, 占总评成绩的42%; (4) 未知透明矿物的系统鉴定考试, 占总评成绩的30%。为了能更好地检验教师授课质量和学生对知识的掌握情况, 建议实行教考分离, 避免考试过程中的倾向性、暗示性或可能出现的不规范操作。

五、结语

高校教学改革的重要环节之一是教学模式的探索和创新。《晶体光学》是一门方法性课程, 其基本理论知识和概念比较抽象, 内容连贯性和实践性很强。教学方法的优化是教师长期的课题, 是一个优秀教师永远的追求。要坚定不移地推进教学方式, 应用多种教学手段, 激发学生的学习兴趣, 培养学生的科学思维能力和创新意识。

参考文献

[1]林培英.晶体光学与造岩矿物[M].北京:地质出版社, 2005.

[2]曾光策.晶体光学与光性矿物学[M].武汉:南京师范大学出版社, 2003.

[3]杜后发, 江琴, 刘军港, 等.《晶体光学实验教程》多媒体CAI软件的设计和制作[J].中国地质教育, 2010, (3) :74-77.

工程光学课程教学改革的探索与实践 篇8

作为北京市属普通高校, 学校始终将培养应用型专门人才作为学校人才培养的主要目标。在这样的人才培养定位的基础上, 各个专业的培养方案进行了调整和完善, 在课程体系中增加了较多的实践环节, 同时对于一些理论性较强的基础课程, 也有更多的实践环节来支撑课程教学, 将理论与实践有效结合起来, 使学生学以致用。在这样的指导方针下, 对工程光学课程在教学内容、教学方法、教材等多个方面进行了一些卓有成效的改革, 并取得了一定的成果, 教学质量得到了很大的提升, 教学效果得到了学生的普遍好评。

一探索与实践成果

1.修订教学大纲

教学大纲是课程教学的纲领性文件, 决定了课程以何种形式开展。我们依据人才培养的定位和专业培养目标, 对课程的教学大纲进行了修订。首先, 我们综合考虑课程之间的知识衔接, 对课程内容进行了增删, 对于在大学物理等课程中已经讲到的基础知识, 在本课程中将减少教学学时或不再讲, 一些比较抽象难懂的知识点也不再讲, 而是改为课外阅读和自学内容, 学习有余力的学生可以自行学习, 重点讲基础知识和典型应用, 注重传统和现代的结合, 注重前沿知识的介绍。其次, 我们在光电信息科学与工程这个专业培养方案的制订过程中, 将工程光学 (96 学时) 拆分为应用光学 (56 学时) 和物理光学 (40 学时) , 内容也增加了, 为本专业学生的后续课程学习提供了更多的支持。我们还开设了一门专门的光学实验课程现代光学实验, 在这个实验课程中, 设计了多个综合性的实验项目, 将课程中的多个知识点融合在一起, 放在某些特定的实验项目里进行验证分析, 效果非常好。而且我们进一步注重在课程教学中增加更多技术应用的内容, 让学生更多地了解知识的实际应用现状, 以及存在的问题和不足。我们也鼓励学生通过课外阅读资料, 总结某些应用技术的发展现状, 并提出自己理解的技术改进方案。

2.建设教学队伍

教学质量的提高很大程度上取决于教学队伍的建设水平。对此, 我们非常重视教学队伍的建设。首先, 我们组成一个5 人教学小组, 包括3 名副教授、1 名讲师和1 名高级实验师, 共同承担课程教学。在教学过程中, 大家相互合作, 参与每个教学环节, 但各自有所侧重, 有人重点负责课程实验, 有人重点负责课堂教学, 还有人重点负责与本课程相关的课外实践项目。在这样的相互合作过程中, 每个人的教学能力都得到了提升。其次, 我们还创造一些条件, 支持教学队伍里的老师参加各种培训和交流活动, 让老师与国内一些知名院校的老师进行探讨, 了解一些最新的教育教学理念和方法, 并用于本课程的教学改革与实践。近5 年, 本课程小组参加相关教学培训和交流活动20 余次, 与国内很多教学团队建立了合作关系, 为我们的发展和提高创造了非常好的外部环境。

3.改进教学方法

我们坚持与时俱进, 不断改善教学方法, 以适应新的教学需求。首先, 更多地发挥多媒体教学的优势, 在课堂教学过程中展示更多丰富的内容, 通过精美图片、精彩动态视频等形式展示课程的基本概念和应用, 吸引学生的注意力, 提高学生听课的兴趣, 同时让一些晦涩难懂的概念理解变得轻松。其次, 注重课外教学, 建设网络教学平台, 让学生能在课外时间利用这个平台进行自我学习, 这是课堂教学非常有效的延伸, 得到了学生的普遍欢迎。

4.加强教材建设

目前, 有很多工程光学的教材, 这些教材的侧重点都有所不同, 但还没有比较好的面向应用型人才培养的教材。我们一直在探索自己编写教案和讲义, 并尝试在将来出版有自己特色的教材。这个工作涉及的内容较多, 需要查阅很多的文献资料, 并要对这些资料进行甄别挑选, 然后编写到讲义里去, 虽然花费了很多时间, 但使用的效果还不错。我们还要继续完善讲义的内容, 力争早一些完成教材的初稿, 让更多的学生受益。

5.开展课外科技活动

课程学习不应该局限于课堂和实验室, 还应该有更广阔的空间, 特别是工程光学这种具有很强实践性的课程, 应该创造一些机会让学生深入工厂、深入市场, 理解技术的发展和应用。一方面, 我们鼓励学生利用网络资源, 更多地了解典型的光学技术的发展历史、现状和应用潜力, 培养他们的兴趣;另一方面, 我们组织学生参观一些展览, 例如每年都举办的国际光电展、医疗仪器展览等, 让学生在与厂家的沟通交流中, 了解技术的应用和发展潜力, 拓展学生的视野。与此同时, 我们还组织学生申报大学生科技创新项目, 3~5 人组成一个小组, 自拟题目, 提出研究内容和研究目标, 在导师的指导下, 自行开展项目研究。这样的形式有利于学生提出问题、分析问题和解决问题能力的培养, 也能培养他们与人沟通协作的能力。这样的科技活动已经开展了4~5年, 效果很好, 在项目研究过程中, 激发了学生学习知识的动力, 对工程光学课程的开展也提供了很多支持。我们也定期组织学生参观本行业有影响力的一些工厂, 让他们实地了解技术的发展。

6.完善考核体系

在进行一系列教学改革的过程中, 我们也对课程考核进行了一些改革。课程考核是评价学生课程学习效果的重要环节和关键指标, 因此需要给予足够重视。过去, 我们对课程考核的处理过于简单, 考核成绩主要分为平时成绩30%和期末考试成绩70%。考试成绩很大程度上取决于最后的期末考试, 依靠试卷来评价学生的学习成绩是不充分的, 也是不全面的。因此, 需要建立一个更为科学、系统、全面的课程考核体系, 我们为此做了一些尝试。将课程成绩分为三大部分:课程参与度成绩、课外学习成绩和期末试卷考试成绩。课程参与度成绩主要考核学生参与课堂学习、参与课外科技项目以及在这些活动中的积极性和参与贡献, 占总考核成绩的30%;课外学习成绩主要包括课后作业和思考题的完成情况, 课外科技项目的完成情况以及网络教学的自我学习情况, 占总考核成绩的40%;期末试卷考试成绩就是传统的期末考试, 占总考核成绩的30%。基于这样的考核体系, 学生的成绩主要取决于平时的努力程度, 而不是期末考试, 这样更有利于学生能在整个学习过程中保持注意力, 将心思放在平时的教学过程, 而不是考试前几天的突击冲刺。这样的考核体系还处于初步的试验阶段, 最终的效果还有待于进一步的观察分析。但从目前实施的效果来看, 学生比较欢迎, 学习的投入也较以往有很大的变化。目前, 我们正在尝试将期末考试拆分为期中考试和期末考试两个部分, 进一步体现“平时学习, 平时考核”的这一考核体系思路。

总之, 我们在过去几年以学生为本, 大胆创新, 在工程光学的教学上进行了很多改革与实践, 教学质量有了较大的提升, 学生的学习成绩也有了明显的提高, 教学效果令人满意。

二问题与不足

当然, 在改革实践的过程中我们也发现了一些问题, 还有很多需要改进和提高的地方。

首先, 要进一步加强师生互动。不论是在课堂教学过程中, 还是课外的科技活动和网络教学过程中, 师生互动都是非常重要的。但是目前来看, 师生互动的程度还不够, 也没有创造一些机会来加强师生互动。教师平时的事情比较多, 学生平时也有很繁重的学习任务, 彼此很难有足够的时间进行面对面的沟通和交流, 这在一定程度上影响了教学效果。

其次, 可适度开展双语教学。全球化的背景下, 在教学的过程中应该培养学生的全球视野, 进行双语教学是实现这一目标的有效手段。通过双语教学, 可以掌握本课程相关的专业术语和表达方式, 增强阅读英文文献资料和经典专著的能力。

再次, 将课堂教学和课外实践活动有机地结合起来。课堂上讲了很多基础理论和基础知识, 甚至做了很多推导运算, 也介绍了一些技术应用。但是这些知识如何用于指导具体的课外科技项目呢?这是需要认真思考的一个问题。

最后, 在教材、考核体系、教学内容等方面仍有需要完善的地方。

三总结

经过几年的教学改革, 我们取得了很多成绩, 也获得了一些经验和教训, 总的结果是令人满意的, 这坚定了我们继续进行教学改革的信心。我们会继续努力, 在实践中不断摸索, 以学生为本, 将工程光学课程建设得更好, 为专业建设和人才培养做出更大的贡献。

摘要：工程光学是我校测控技术及仪器和光电信息科学与工程两个专业共同开设的一门专业基础课, 该课程知识涉及面广、结构复杂, 既具有理论性, 又具有技术性和实践性。基于我校的人才培养定位和专业培养目标, 对课程教学进行一系列改革与实践, 包括课程教学内容、教学手段、教学队伍、教材及考核体系等。本文对这些教学改革的成果进行总结, 并分析存在的问题及不足。

关键词：工程光学,教学改革,教学手段,教学队伍

参考文献

[1]蔡怀宇、郁道银、李清.“工程光学”国家精品课程的建设与改革[J].高等理科教育, 2006 (2) :38~40

[2]武旭华、肖韶荣、张仙玲.“工程光学”教学改革初探与实践[J].电气电子教学学报, 2009 (Z1) :35~37

[3]张建寰、颜黄苹、黄元庆.突出“实践”特色建设工程光学精品课程[J].高等理科教育, 2009 (2) :108~111

[4]柏俊杰、张小云、吴英.面向工程应用的工程光学教学改革与实践——以重庆科技学院工程光学课程为例[J].重庆科技学院学报 (社会科学版) , 2012 (13) :186~188

关于《光学CAD》课程教学的探讨 篇9

关键词：光学CAD,教学手段,Zemax

0 引言

《光学CAD》课程是南京邮电大学光电工程学院光信息科学与技术等相关专业的一门专业选修课, 是光电信息工程专业的特色课程, 是一门重要的实践性课程, 所有内容都是基于前期学习过的《应用光学》和《物理光学》的理论知识, 该课程与先修的理论基础构成一个完整的体系, 完成了由理论学习到工程实践的过渡[1]。其相关知识和工具的使用是该专业本科生今后就业和继续深造经常需要的基本必备能力。南京邮电大学光电工程学院早在2010年就进行了将光学设计软件Zemax应用于《应用光学》双语课程的教学改革[2], 为《光学CAD》课程做好了前期学习的基本铺垫。

1 课程及其教学内容的特点

现代光学仪器的研发离不开成熟的光学设计思想[3]。在工程光学学科中, 光学设计是光学发展中关键的一步, 对光学发展以及教育有着重要的影响[4]。《光学CAD》课程的目的就是基于先修课程的理论知识, 应用于实际的光学软件设计中, 使学生能够掌握光学设计的基本思路, 对基本光学系统能够进行分析与优化设计。该课程安排在本科生学习的第7个学期进行, 共32个学时, 一方面, 先修课程《应用光学》和《物理光学》早已完成;另一方面, 这个学期的学生正面临今后就业和继续深造的抉择期, 所以, 该课程的学习对学生的影响意义深远。

《光学CAD》课程的主要内容有:光学系统的基本参数建立、光学系统的像质评价、光学系统的优化和建立和基本光学系统的设计 (包括双胶合透镜、简单的扩束系统设计等) 。为了更好的体现课程的实践性, 课程的所有学时都安排在学校的计算机辅助实验室进行, 所有的教学内容都是基于先修课程的理论知识, 结合光学设计软件Zemax, 一边讲解理论知识, 一边在软件中进行演示操作或设计, 学生和老师同步进行软件的具体操作, 基本做到“手把手”的教学效果。

在该课程中选择Zemax软件作为教学中光学设计工具是完全根据目前的实际应用情况来决定的:由于其优越的性价比, 近几年来Zemax光学设计软件在光学设计领域所占份额越来越大, 在全球已经成为最广泛应用的软件之一, 2013年Zemax公司还在上海成立了中国子公司。基本上所有的有关光学工程师的应聘单位已将是否会使用Zemax软件作为招聘的基本条件。所以, 该课程的学习, 可以使学生在就业中提高竞争力, 而且走上工作岗位后, 可以少走弯路, 直接发挥自己的专业特长。

2 理论与实践教学内容的结合

由于学生对先修课程中有关理论知识可能有些遗忘, 在该课程的教学过程中还包含了一部分的理论讲解, 结合教育心理学, 上课的前几分钟不太适宜新知识的教学, 所以, 每次上课的刚开始, 都是通过一些含有知识点问题的提问, 启发学生去思考问题, 回顾前面所学的知识, 再根据学生的具体反映情况, 来对理论知识进行适度的回顾与讲解。在具体的理论知识教学中, 例如, 像差理论的学习, 一边和学生一起回顾课本上的各种像差的概念, 一边通过Zemax软件的具体操作学习, 分别把各种像差的直观图形和分析功能在Zemax中显示或演示出来, 从而既可以加深学生对有关像差理论知识的掌握, 又可以让学生熟练软件的具体操作。

该课程的培养目标, 是夯实学生的光学专业基础, 培养学生灵活运用基础知识的能力, 培养学生的分析、发现和解决问题的能力, 培养学生的实践动手能力与创新能力, 是理论与实践相结合的要求体现。现代科技任务要求人们既具有独立工作能力, 又具有团队协作能力, 例如, 光学设计者要与其他相近领域 (如光学机械、制造与检测) 人员能成功沟通与相互促进。为此培养目标, 老师对学生的光学设计任务的下达既要体现个人对理论知识的运用能力, 又要体现实团队的光学设计实践能力。

因此, 学生可以2~3人一组、分工协作, 老师下达至每一组的任务书都不同, 即每个学生的设计任务不同, 如光学特性参数要求不同或像差要求不同, 这部分任务可巩固学生理解光学系统像质与视场、孔径、焦距等参数之间的关系等等。而且, 在技术要求上, 模拟工程领域设计实务要求, 如必须对曲率半径按国标 (如GB3158-82) 要求进行规整。通过这些教学方法, 避免学生懒惰或相互抄袭, 在成绩评定上, 将设计结果的创新性程度、对工程设计实务的考虑周全程度等方面作为评分点, 并且同设计任务一起, 详尽地发到学生手中, 引导学生主动设计有用、可制造、成本低的光学系统, 培养学生设计中主动考虑工程实践的意识, 培养学生的创新设计意识, 避免学生仅为完成任务而设计、或仅为创新而设计虚拟无用的光学系统。

在具体的任务完成过程中, 每一组学生可以通过讨论协商根据不同的要求来选择初始结构, 然后再按照光学设计的基本流程, 设置变量、评价函数, 对初始结构进行优化设计, 每一步具体的操作设计中, 都需要学生的合作来完成。在实际的教学过程中, 老师通过引导学生, 如果在具体是设计过程中出现了设计问题, 那么组员间就要相互讨论先从理论知识方面查找原因, 再根据光学设计流程查找实践操作上的原因, 最后让学生自己找到解决问题的方法, 让学生在该课程的学习中得到成就感, 积极调动他们学习的主观能动性。

3 结束语

光学设计是光学发展中关键的一步, 对光学发展以及教育有着重要的影响。以光学设计为主要教学内容的《光学CAD》课程, 在光学专业人才的培养方面具有重要的作用, 可增强学生未来的就业竞争力, 可为后续光学专业的继续深造学习打下基础。在教学过程中, 加强实践设计与理论结合, 不仅能够夯实学生对基础知识的理解, 真正体会到先修课程中理论知识的应用性, 而且能够激发学生的学习兴趣, 培养学生的实践设计能力。因此, 《光学CAD》课程的学习对学生的影响意义深远, 有关的课程教学探讨对老师提高教学水平具有重要的参考价值。

参考文献

[1]张继艳, 熊飞兵.以工程素质为导向的光学设计CAD教学方法探讨[J].中国电力教育, 2013 (31) :93-94.

[2]孔梅梅, 徐宁, 万静, 等.Zemax软件在《应用光学》双语课程教学中的应用[J].科技创新导报, 2011 (1) :185.

[3]谢婧, 王晓峰.光学设计, 现代光学仪器的灵魂——资深光学设计专家王之江院士访谈[J].激光与光电子学进展, 2008, 45 (12) :68-70.

物理光学课程教学改革 篇10

1 开设现代光学技术专业选修课

专业选修课是目前重基础、宽口径培养光电技术人才的重要的组成部分, 课程的目的不仅是使学生掌握专业相关的必要知识, 更重要的是使学生在选修课的学习过程中激发对新技术、新知识、新应用的兴趣, 并得到创新能力的培养。专业选修课有别于专业必修课, 相对于必修课知识的系统学习, 专业选修课更注重于对学生兴趣的开发和能力的提升。在专业选修课中, 不能以简单采用传统讲授法授课方式, 必须树立创新教育观念为先导, 以加强学生的创新精神和实践能力培养。在教学的具体实施过程中, 要融入近现代光学发展的前沿、热点和难点, 逐步改革课程结构, 注意知识面的广度和深度, 加大信息容量, 提高速度、以开拓视野和知识面为主要目标。在考核方式上, 要从侧重力量知识考核转向过程考核, 注重考核学生的综合运用知识去分析、解决问题的能力和创新能力。可以理论联系实际的课题, 让学生写一份准研究论文, 朋友学生的思维方式和思维过程、锻炼他们的基本语言写作能力。然而, 遗憾的是, 就目前而言, 国内还缺少优秀的近现代光学技术知识的专业选修课教材, 这也在一定程度上制约了专业选修课的开设。但是, 同时也给我们提供了难得契机, 可在长期教学实践的基础上, 通过对教师讲稿的积累、整理、编辑, 升华后逐步形成校本教材, 并出版发行, 从而推动现代光学技术知识的普及和应用。

2 开设现代光学知识专题讲座

为了激发学生对现代光学知识的兴趣, 可以通过开设专题讲座的形式, 结合技术前沿和应用, 激发学生的求知欲和进取心。略作举例说明:如结合物理光学的全息光栅知识, 开设全息包装防伪专题。如通过最常见的身份证、驾照上的印刷的亚波长光栅光变防伪图像的原理、制备应用作为开端, 引起学生的兴趣。然后延伸到包装防伪, 接着以一个具体的防伪实例进行技术知识讲解:通过激光全息在玻璃基底的光刻胶上拍摄所需要表现的物体, 用电铸技术将拍摄的图像复制转移金属镍的模板上, 然后通过热压印将上述全息图像以光栅条纹的形式转移到柔性塑料薄膜上 (如OPP、PC、PET等) , 这一现代光学技术与实际生活密切相关, 烟、酒、衣服商标上的实例俯拾皆是, 因此能起到良好的教学效果。进一步地, 结合现代显示和能源热点, 可以请相关专业老师或者校外专家、教授、学者等开设有机发光器件 (OLED) 技术、量子点发光器件 (QLED) 、光电探测器、光敏传感器、有机太阳能电池、钙钛矿电池、超级电容、新型柔性电极等新兴前沿技术讲座, 在开拓学生视野的同时, 也可为他们将来进一步发展奠定基本知识储备。

3 引导学生参加到教师的研究课题

一般专业教师都有相应的研究方向, 并且会发表相关的学术研究论文。对于现代光学前沿技术相关的研究课题, 可以鼓励教师引导感兴趣的学生加入到研究中。通过对相关基础文献的查阅、基本材料购买、简单实验设备操作、实验室的基本表征测试和实验室的管理等基础科研素养的亲密接触, 锻炼他们的认知能力和学习兴趣。如:结合当前LED照明和背光技术, 制备基于LED的光扩散片的制备, 在这一课题中, 可以组织1-3 名学生参与其中。从柔性薄膜材料的选取 (PET) 、购买、加工到光扩散粒子 (微米二氧化硅) 的选取、购买, 再到涂覆层紫外胶的选取、购买, 再到最后的制备, 全程参与。再如:对于蓬勃发展的近现代光学的分支之一的微纳光子学, 可以结合最前沿的微纳结构光调控方向, 引导学生适度参与进来, 比如微透镜作为LED或OLED的出光效率的提升, 在这里, 可以让学生通过学习基本的几何光学的设计仿真软件Tracepro和Lighttools, 通过教师的指导, 学会建模仿真, 这样不仅仅增加了自身的知识储备和技术本领, 而且与当今科学研究的前沿和热点紧密结合, 不仅培养了学生的科研小助手的能力, 而且后期的毕业设计、挑战杯竞赛乃至于将来的择业等衔接, 在出学习知识、出成果的同时, 培养了学生对现代光学技术的实践认知能力和创新能力。

4 建立科技创新课外兴趣小组

目前高校实践教学主要包括课程实验、毕业设计 (课程设计) 、综合实训、企业实习等。但是上述实践教学环节受到教学大纲的学时数限制。与此形成鲜明对比, 课外兴趣小组教学不受学时数的限制, 而且方式灵活多样, 因此可以成为培养学生学习、认识、并初步掌握应用现代光学知识和技术的重要渠道。并可为大学生科技创新做技术储备。采用如下小组建设模式:a.在老师指导下, 以3-5 人为一组确立科技兴趣创新活动主题, 确立一个方向, 并定期召集学生研讨进展。例如:研究有机发光二极管作为液晶背光源的可行性和有效性, 教师与学生一起制定方案, 购买耗材等。b.以参加各种大赛和申请国家发明专利作为激励机制、鼓励学生按照相应格式撰写申请书等。通过申请书的撰写, 培训学生去阅读了解他人的工作, 从而潜移默化地培养学生的搜集、阅读文献能力。同时, 这一工作需要小组成员协调合作, 也能很好培养学生的团队组织协作互助能力, 对学生后期发展奠定基础。c.课题模拟答辩。在课题研究完成后, 指导老师组织学生进行模拟答辩, 通过在答辩过程的问题设计、思考等锻炼提高学生的思维能力、表达能力和应变能力。

5 引导学生赏鉴相关科幻电影

如何激发学生主动学习近现代光学知识的兴趣, 唤醒学生对科学的好奇心和热诚, 这是能否真正促使学生主动自主学习的关键之所在。随着科学技术水平和电影拍摄处理技术的迅猛发展, 科幻电影也越来越受到年轻人, 特别是大学生的关注, 从而为我们发展全新的教学手段提供了契机。科幻电影一般均是以建立在科学上的幻想或假设作为故事背景, 并在此基础上展开叙事情节, 在引人入胜、跌宕起伏的故事情节中引出光学问题, 再深入探讨, 这显然非常有利于激发学生学习近现代光学的兴趣。利用课外兴趣小组或者专题讲座时间, 精心选择经典的科幻电影作为素材, 或者预先布置学生课外观看有关科幻电影, 然后在课堂中讲解和讨论相关光学和物理现象。例如:今年最新科幻电影《星际穿越》中的说到“黑洞”和“虫洞”, 相信很多学生都不陌生。由此我们可以讲解“黑洞”知识[7], 并逐步深入, 引导学生思考光进入“黑洞”能否逃逸?接着再进一步讨论“虫洞”, 虫洞是一种穿梭用的“门”, 可以把平行宇宙链接起来, 并提供时间旅行的可能性。举例来说, 可以将一张纸条视作通常的空间, 那么从位于纸条一端的一点到位于另一端的一点需要跨过一段较长的距离;然而如果把纸条两端连接在一起, 那么两点间的距离就很短了。虫洞就类似于这种“接起来”的两端。由此激发了学生的极大兴趣, 并能得出“黑洞”既吸光又吸时间, “虫洞”不吸收时间, 不会造成时间的压缩。这样的训练有利于让学生养成随时思考、逻辑推理的能力和习惯, 感悟近现代光学与生活的关联和趣味, 感受知识的力量和震撼, 发自内心享受学习的过程和乐趣。

6 以企业为依托, 建立认知实习和就业平台

认知实习是教学立体化的一个重要组成部分, 灵活的运用认知实习可培养学生掌握生产基础知识和基本技能, 走出去学以致用, 能够解决生产中的实际问题, 把所学的知识转化为生产力, 同时反过来促进学习的兴趣。通过进企业, 企业的工程师把操作动作、规范要求等现在生动地演示给学生, 不仅能让学生看清操作的特点和关键, 还能潜移默化地将近现代光学知识融入到生产实践中去, 从而把传授知识、培养技能、提高素质有机地结合起来, 能达到事半功倍的教学目的。例如通过带领学生到LED背光模组生产企业, 通过实地认知LED背光模组, 从而与LED背光模组的课本知识:如背光模组分类、与导光板的耦合效率、导光板网点设计、光学软件Tracepro及Lighttools等自然衔接起来了。同时也为学生的毕业论文设计、学生科技创新活动、市场调查、自主创业、科技制作等有机衔接起来, 自然而然地实现了近现代光学知识的渗透。

摘要：结合现代光学技术发展趋势, 以应用物理专业 (光电方向) 为例, 讨论了现代光学技术知识渗透教学的必要性和实施途径, 并结合实际案例探讨了现代光学前沿技术知识渗透方式、实施措施、教学途径等面的教学实践和思考。

关键词：现代光学技术,应用物理,前沿,渗透教学

参考文献

[1]文学俊, 李兴邦.现代光学技术发展中值得关注的几个方向[J].云光技术, 2004:14-17.

[2]唐晋发.现代光学薄膜技术[M].杭州:浙江大学出版社, 2006.

[3]祝宁华.光纤光学前沿[M].北京:科学出版社, 2011.

[4]张斌, 陈士谦, 汪家升.光信息科学与技术专业实验教学改革与实践[J].实验技术与管理, 2006, 23:23-25.

[5]刘向东, 刘旭, 刘玉玲.从高等教育的发展到光学工程类专业研究型人才培养方案再调整的思考[J].光学技术, 2007, 33-36.

[6]陈志坚.基础光学教学和现代光学前沿[J].量子电子学报, 2004:688-688.