光学教学的实用化探索

陈道群 熊 飞 熊少华 周向阳

1.华中科技大学(武昌分校) 湖北武汉 430064 2.通信指挥学院 湖北武汉 430010

光学教学的实用化探索

陈道群1熊 飞2熊少华1周向阳1

1.华中科技大学(武昌分校) 湖北武汉 430064 2.通信指挥学院 湖北武汉 430010

为提高学生利用光学知识解决实际问题的能力及在未来求职中的竞争力，简析当今光电产业的专业技术覆盖情况，针对光电企业需求的特点，在过去3年期间，对大学教育中光学教学内容进行了的相应实用化调整，取得了成效，可为理工科教授基础光学提供借鉴。

光学；课堂教学；教学改革；实用化

华中科技大学武昌分校的光信息科学与技术专业最初几乎完全复制华中科技大学的光信息科学与技术专业的课程体制。后来，不断探索实践、进行教学改革，根据培养对象，光信息科学与技术专业定下了培养掌握光信息科学与技术及光电技术的高级工程技术应用型人才的目标。

自2007年9月讲授应用光学、物理光学，并助教光学设计课程设计、激光原理与技术，至今已经授课3轮。在3年中不断摸索如何提高学生利用所学知识解决实际问题的能力，也是提高学生的在光学领域的就业率。

本文先分析光学的重要性，再结合3年的实践探索，阐述在光学课堂内外对光学教学内容所采取的多种实用化调整措施，来加强灵活应用光学知识解决实际问题的能力。

1 光学教学的地位

在市场经济条件下，高校的职能就是向市场输送合格人才，高校的一切教学活动，其终极目标应该是市场。市场是高等教育的源动力，是高校输出人才质量高低的试金石。当前，光电产业的学科专业技术覆盖，大体分为光电信息技术和光电能量技术。光电信息技术包括光电图像传感在内的光电传感、光纤通信、光电制导与控制、光电显示、光电测量（含光电图像测量）和光电办公自动化器件与系统等。光电能量技术包括激光加工、激光医疗、激光能量武器、光电池等应用。显然光电产业已渗透到国民经济和人民生活的每一个角落，光学技术在当前的光电产业，乃至国计民生中的重要性或地位是不言而喻的。

而企业要求高校毕业生能将自己所学知识实用化、产品化，那么如何使所讲授内容更好地促进学生应用光学理论知识解决实际问题，直至找到一份自己梦想的工作，就成了教授光学的教师的追求。

在此，我们尝试了一条途径，在光学课堂教学中，引入学生熟知的、或感兴趣的光电产品实例,来激活传统的光学课堂教学内容。当学生近距离接触他们未来将要从事的工作中可能碰及的产品，学生被激发出兴趣甚至热情的可能性是非常大的，进而会主动关注、研究、解决他们感兴趣的光学现象、仪器、产品，最终达到教师的教学目的。

2 光学课堂教学内容的实用化调整实例

在讲授应用光学、物理光学及助教光学设计、激光原理与技术的3年中我们进行了较多实用化调整探索，有课堂内的，投课堂外的，有单一门课程内的，也有跨多门课程的。

2.1 积极引导学生对光学知识实用化的激情

在学习光学课程之前，让学生现场了解光学在很多行业的实际应用，会让学生渴望学习光学知识、渴望应用光学理论知识解决自己遇到的或观察到的问题。在上2009年秋季光学课程之前，利用2009年6月的认知实习，组织学生到了武汉光谷的6家企业参观，其中有主攻大型激光器高功率轴快流CO2激光器的科威晶激光技术有限公司，有主攻激光内雕、面雕的武汉华泰激光公司，有主攻医疗激光设备的武汉光福公司等。在认知实习中，我们遇到了我校往届毕业生，学生们与他们进行了热烈的交谈。从学生们的日志看，他们非常渴望光学成为自己手中一把征服未来的利器，达到了课前的教学目的——了解光学知识应用实例，了解光学知识应用后的威力，渴望掌握光学，渴望使用光学。

2.2 引入图像传感器镜头实例

图像传感器如摄像机、数码相机、内窥镜成像系统等,是渗入科研生产、工农业、气象、医疗、遥感测量、军事制导和人类生活最大量的光电产品之一,它们的光学镜头功能模块,是再典型不过的光学系统。它的结构设计、性能指标诸如精度之类的计算、调整和使用,能将光学课堂教学内容中的许多概念、知识囊括进来；如焦点、焦距、物距、像距、光阑、视场角、透过率、放大率、抗干扰等，都会在其中反映出来。例如,曾把一部小区红外监控CMOS摄像机和一部模拟摄像机带进了课堂,通过CMOS摄像机镜头，讲授光学中的相关知识，课堂气氛非常热烈。这样的课堂教学内容，相信大部分学生都热情投入，且兴趣会经久不衰。本堂课不利之处在于留下了太多的疑问，使得部分学生感到困难，未能在课后积极去解决那些疑问，所以作为讲授者要用较高的教学艺术引导学生到主要问题上，并给学生指出课后参考资料。

2.3 引入光电测量系统的光学子系统实例

光电测量系统比之传统的机械测量、电子测量甚至光学测量的优势，使它在科学试验、工业过程控制、新产品开发等应用领域，越来越获得人们的青睐，它已经成为当今测量行业的标志性产品。和图像传感器系统不同，除了少数业内专家、相关企业主以外，它们不为人知。不过，只要教师努力向学生讲明这一学科发展前沿或发展趋势，并和学生日后就业挂钩，多数学生会对它们关注并投入时间和精力。因此，将光电测量系统中的光学子系统，作为光学课堂教学中的实例，教学效果是可期的。

2.4 引入背投、液晶和等离子体显示系统的光学子系统实例

教学中，努力分析普通光学与现代光学系统、产品的联系寻找突破口。以背投电视机为例，图像从投影仪投影到大屏幕，中间经过一套严格的反射镜光组，利用它可以生动地讲解光学系统的图解求像。还有光束限制、光路计算、像差和色差、光谱分析系统、像质评价等内容。利用液晶显示原理，可以讲解偏振、旋光等物理光学内容。

2.5 组织课外光电科技创新活动

在开设光学课程的同时，组织学生进行课外科技创新活动。希望通过实践环节教学提高学生的实际动手能力及创新意识。对于低年级学生来说，专业课中的任何问题，包括哪些最简单的实验内容，对他们都具有创新性质，都可以培养学生的动手能力和创新意识。例如，我校2008级光信学生在2009年的课外科技创新活动，学生在教师的指导下，做出了不少看似不可能做出的光电小系统。

2.6 利用仿真软件来演示、设计教学内容

现代的光学领域有很多光学仿真软件，它们是现代光学设计的重要工具，学生渴望掌握它们中的一种或几种，教师针对他们的兴趣，要扮好引导、示范角色。例如：我们在学习完应用光学的常见光学系统后，在学生已经比较熟悉Zemax的情况下，把文献[5]介绍给学生，学生在第二周就拿出了喜人的结果，从而为后续的课程设计光路设计打下了较好基础。同时，用Zemax讲授、演示应用光学中的光阑、像差等光学难懂内容，非常受学生欢迎。在物理光学中，我们介绍学生使用TFC软件，激光原理中则使用LasCAD来分析激光光腔的设计。

3 成效

在这最近三年的探索实践中，学生对光学课程是越来越感兴趣，在经济情况不是很好的情况下，学生在光学领域的就业也有所提高，探索、改革的成效较好。例如，2007年的学生对应用光学与物理光学的平均评分为83.3分，2008年的平均评分为89.0分，2009年的平均评分为95.6分，物理光学课程被评为华中科技大学武昌分校2009年教学质量二等奖。就业方面，2009届54名光信专业毕业生有7名在光学领域就业，5名考上光学专业研究生；毕业时，2010届52名光信专业有10名同学在光学领域就业，3名考上研究生（大约有6名学生是因数学、英语未能过线），出国留学就读光电专业1名。

4 结束语

教师可以在光学教学中引入现代的光电产品来讲授光学知识，利用认知实习或其他活动来让学生提前认识光学在实际中的应用及应用的重要性，在课程中利用现代的光学系统、光学子系统及多种光学仿真软件配合所讲授内容。总之，注重培养学生对光学知识的实际应用，从而学生将来可以利用光学知识创新生活、创造财富。

[1] 王庆有.图像传感器应用技术[M].北京：电子工业出版社,2002

[2] 杨吉平,张建民．CMOS摄像机的原理与应用[J].天津工程师范学院学报,2008,18(3):36～39

[3] 林建平.光学教学渗透现代光学内容的探讨[J].宁德师专学报(自然科学版), 2002,14(3):222～223

[4] 郁道银,谈恒英.工程光学(第二版）[M].北京：机械工业出版社,2006

[5] 李丽,刘晓波.工程光学教学改革探索[J].实验技术与管理,2009, 28(6)：129～131

Exploration of practical optics teaching

Chen daoqun1, Xiong Fei2, Xiong Shaohua1, Zhou Xiangyang1
1. Huazhong university of science and technology Wuchang branch, Wuhan,430064, China 2.Commanding communications academy ,Wuhan, 430010, China

In order to improve college students’ ability to solve problems by using opical knowledge and improve the competitiveness of them in job hunting, this paper briefl y analyzes the coverage in professional technology of photoelectronic industry and subscribes the demand characteristic of photoelectric enterprise. On basis of this, corresponding adjustment measures within optics teaching content in university education have been adopted to the demand during the past three years, achieving remarkable success. It is helpful to the teaching of similar courses courses of science and engineering.

optics; optics teaching; reform in education; practical teaching method

2010-08-06 稿件编号：1008015

陈道群，硕士，助教。熊飞，硕士，讲师。熊少华，教授，硕士生导师。周向阳，硕士，讲师。