光学工程论文十篇

光学工程论文篇1

Abstract： Engineering optics， which has strongly technology and practice， is a major curriculum for optical information science and technology. In this paper， the problems arising during the teaching process of engineering optics in college of science in CTGU are analyzed. We discuss the optimization of the contents and the transformation of teaching method. Furthermore， we propose the methods for virtual practical education， which require students to take into practice to improve their ability of practical and also to train their scientific thinking.

关键词： 工程光学；理论教学体系；虚拟实践教学

Key words： engineering optics；theoretical teaching system；virtual practical education

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）06-0240-03

0 引言

“工程光学”是光信息科学与技术专业一门十分重要的专业课，要求学生不仅从理论上掌握几何光学和物理光学的基本概念、基本理论和基本思想[1][2]。更重要的是掌握一些相关的实践技术，为后续的光学检测，光纤通讯等课程的教学打下基础。

目前在国内的高校中，浙江大学[3]，天津大学[4]等重点院校在工程光学的教学上积累了丰富的经验，在以下几个方面值得学习和借鉴，一是注重科学思想的培养；二是注重课堂教学和网络教学相结合；三是注重动手能力的培养。

从我院该课程的教学现状来看，目前存在两方面的问题，其一是将理论和应用两门课程分开教学，一定程度上割裂了其内在的联系；其二是限于经济条件，在实验室建设上还存在很大的困难，导致学生动手能力缺失，与我校培养“应用型”学生的目标不符合。本文为解决这一问题，探索了课程的优化和教学方式的转变与虚拟实践教学，加入仿真实验相结合的教学方法，加强学生的科学思维的培养，提高学生的动手能力。

1 理论教学体系优化

1.1 《物理光学》和《应用光学》的理论课教学的优化

“工程光学”课程主要讲授几何光学和物理光学方面的基础理论、基本方法和典型光学系统的实例和应用。因此，该课程不但是学习专业基础理论必不可少的，更是培养学生工程应用和实践能力的重要课程。[5][6]

我院对“工程光学”课程的讲授主要是《物理光学》和《应用光学》这两门课。这两门课程特点各异，因此，有必要优化《应用光学》和《物理光学》的理论课教学，找出它们的逻辑联系和知识延续性，加强其内在联系，使之成为一个体系，从而在学习上具有连续性，提高教学效果；另外，通过合理的选择教学章节以及安排教学课时，从而在教学中做到有的放矢，加强学生科学思想的形成。比如：对于全反射这部分内容的教学，在应用光学和物理光学的教学中都有涉及，在应用光学中偏重于其条件与结果，在物理光学的中重点讲授其物理本质，这样做到前后结合，由浅入深，逐步推进。做到能懂、会用。

1.2 课堂教学方式的优化 现代教学理念主张教学活动以学生为主体，以培养学生的创新思维和科研能力为目标，突破以知识传授为主的传统教学模式，教师的主要作用是启发与引导学生去自主学习和探索研究。[8]

1.2.1 开展启发讨论式教学 教师采取由问题带动教学的方法。从问题的引出、分析到寻找解决的方案，努力引导学生去积极思考与讨论，培养他们自主分析问题和解决问题的能力。

教师在介绍一个知识点之前，针对部分重点内容灵活采取课堂小讨论和专题研讨的教学模式[8]，发挥教师的主导地位，提高学生的主体地位，体现以教师为主导，学生为主体，媒体为核心的教学原则，进而有效的提高教学效果。比如：在对应用光学像差理论进行教学时，由于像差的种类很多，条件不同，现象各异，学生容易混淆概念且对产生各种像差的条件以及现象思路不清晰。因此，在课堂教学时，可以让学生讨论各种像差产生的条件及现象。

1.2.2 归纳总结法 教学过程中突出重点和难点，并根据教学大纲课时数及其前导与后继课程的关系，合理安排各章节内容。每学完一章后引导学生对所学的内容及时进行总结、归纳，让学生对本章有一个总体的把握，以便学生复习[9]。比如：对于平行平板的干涉中关于定域的概念，对于初学者而言，这个概念较为晦涩难懂，因此，可以引导学生对于平行平板干涉的定域，楔形平板的定域进行画图分析，这样可以加深学生对定域的理解，并使学生更深入的理解平行平板干涉和楔形平板干涉的区别。

1.2.3 理论和实践相结合 工程光学与技术课程理论性较强，概念较为抽象，公式推导繁杂。传统的“填鸭式”教学方式难以取得良好的教学效果。这是因为一方面，学生对于抽象的光学概念没有一个具体的认识，对复杂的数学公式推导容易产生畏惧心理，从而降低了学习的兴趣；另一方面，在教师授课过程中过于重视课本上的理论知识讲解，大多采用灌输式教学方式。虽然课堂信息量较大，但是学生对于光学知识的理解仍然停留在表面，无法应用理论知识去解决实际的问题，最终，导致理论教学与实际应用存在严重的脱离现象[10]。因此教师在课堂教学中，向学生传授基础理论和实际应用两者之间的联系，培养学生具有理论联系实际的本领，明确教学的目的，锻炼学生的动手能力。

1.2.4 传统教学与多媒体课件相结合使用 “工程光学”课程图多、知识面广、公式推导复杂且具有一定抽象性[11]。应用多媒体课件借助颜色、图像、动画等多种技术将授课内容图文并茂的展示给学生，将抽象的教学内容形象化，从而使学生加深了对关键知识点的理解和记忆，在感性认识的基础上，水到渠成地上升到理性认识，极大程度的避免对知识“生吞硬咽”现象的产生[12]；同时还可以节约课堂板书、推算和复杂的做图的时间，能够大幅度扩展单位学时的授课信息量，从而有效提高了课堂效率和教学质量，并解决了课程容量大与有限学时的矛盾。

优化《应用光学》和《物理光学》的理论课教学，优化课堂教学的方式，利用课程的特色将学生从被动的学习状态中解放出来，留一部分章节让学生自由学习并进行讨论，教师在过程中起到监考和组织引导的作用，在一定程度上改变传统的教学模式，避免“满堂灌”。例如通过采用让学生阅读英文文献的方式等；始终坚持启发式教学，施行教师教学和学生自学并行的方法。

2 虚拟实践教学

2.1 虚拟光学实验平台的创建 光学实验是学习光学知识的重要环节，但是我院限于经济条件，在实验室建设上还存在很大的困难，导致学生动手能力缺失，使教学效果受到很大的限制，而虚拟实验教学作为传统实验教学的辅助手段，可以克服传统实验的制约和弊端，可有效地解决传统实验教学中存在的诸多问题，提高实验教学的效果。目前有的高校基于虚拟技术展开了虚拟实验的研究[13]，但对于光学实验系统建设来说，效果并不理想。

基于以上的分析，本文采用MATLAB软件技术，结合光学实验的特点，对光学虚拟实验系统进行了设计和研究，并实现了系统的构建，创建虚拟光学实验平台，通过该虚拟实验平台的使用，学生可以加深对光学知识的理解，启发学习的兴趣，可为学生在实际实验中建立良好的实验习惯，为获取实验技能打好基础，同时也为相关实验系统的设计研发提供了一条新的途径。

2.2 MATLAB与“工程光学”课程教学的结合 MATLAB是一种演算纸式科学算法语言[14]， 由于它编写简单，编程效率高，易学易懂而被广泛应用。[15]

本文尝试将其作为辅助手段应用在教学中，一方面教师可利用MATLAB仿真光学现象制作多媒体课件，另一方面课后可让学生利用该软件模拟学习中遇到的光学问题，以此巩固已学知识。在光学仿真与教学过程中，通过下列方式将MATLAB与光学课程教学有机地结合起来：一是以MATLAB为平台，开发制作了光波导和激光等高等光学现象仿真程序，并运用于计算机所支持的课堂教学中，以其作为演示实验配合光学理论的讲授，很好地解决了真实实验因环境限制而不能进入课堂的难题。二是利用的仿真与计算功能，鼓励学生通过自主探索去研究光学课程中的一些更深入的问题。在掌握理论知识的前提下，让学生建立相应的物理模型和数学模型，然后利用MATLAB编写程序，去完成对知识的巩固与拓宽。这是一种探索过程，也是为学生以后的研究工作奠定基础。三是利用MATLAB的计算绘图与优化功能，启发学生对数学模型中的参数进行改变，根据实际物理条件选择符合要求的最优值，并获得最优条件下的参数值，最终通过理论仿真来指导实践。[16]

完成实践（参数获取）—理论（物理模型建立）—仿真（MATLAB数值计算及绘图）——优化（MATLAB参数改变及优化）——实践（最优参数选取）的过程，让学生真切感受科学技术是第一生产力。

3 结束语

该课程体系的整合，将有利于光信息专业学生的专业素质的提高，加强专业课程的学习和考核，学生的专业实习及就业。课程体系的整合及建设是任重而道远的系统工程，只有进一步改进和完善两课整合教学工作，从课程体系、学时分配、实验建设、教学手段和教学方法等各个环节总体规划、协调建设和深化改革后，才能取得更好的教学效果。

参考文献：

[1]巫建坤，赵双琦，邓文怡.工程光学基础课程的实验教学改革[J].实验室研究与探索，2001，4（20）：29-30.

[2]李丽，刘晓波，工程光学教学改革探索[J].实验室研究与探索，2009，8（26）：129-131.

[3]岑兆丰，李晓彤，刘向东.浙江大学应用光学课程的发展和改革[J].光学技术，2007，35（11）：51-55.

[4]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.

[5]郁道银，谈恒英.工程光学[M].北京：机械工业出版社，2006.

[6]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[J].重庆科技学院学报，2012，（13）：186-188.

[7]王伟.物理光学课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报，2011，28（4）：110-111.

[8]王泽锋，耿美华.以科技竞赛为依托推进本科学生创新教育[J].高等教育研究学报，2010，33（3）：10-12.

[9]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，（31）：35-37.

[10]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.

[11]石智伟，唐露新，康亮，等.工程光学教材及其课堂教学改革探讨[J].广东工业大学学报：社会科学版，2004，4（6）：72-73.

[12]郭婧.运用现代教学手段，改进工程光学教学[J].中国现代教育装备，2010，（1）：57-59.

[13]莫秋云，张应红.基于虚拟仪器技术的光学成像测试系统[J].光学技术，2007，33（8）：102-103.

[14]陈怀琛.MATLAB及其在理工课程中的应用指南[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000.

光学工程论文篇2

关键词：工程光学；实验教学；教学实践

中图分类号：G424.31 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）03-0219-02

一、引言

工程光学是光电信息专业本科生的必修课。作为物理学中的一门经典学科，工程光学在注重论述光学基本原理的同时，结合工程实际，使学生在学习过程中较全面掌握光学基本理论和实际应用技术。[1，2]学生通过学习工程光学，可在掌握经典光学理论的基础上，对光学设计的理论与专业知识有更进一步的认识，了解光学零件的制造方法与基本工艺，将传统光学理论与工程实践相结合，为进一步研究开发光学仪器打下基础。

工程光学实验与工程光学理论课相配合，着重于培养学生研究型的学习能力和创新能力，使学生具备科学实验的素质和实验技能，促进学生综合素质的全面提升，使之成为理论与实践创新相结合的复合型人才。本文结合教学实践，对工程光学实验教学作了一定的探讨，以期可以通过实验教学内容和教学方式的研究进一步提高光学实验的教学质量。[3，4]

二、实验课程教学模式及与理论课程的衔接

作为应用光学专业课的配套实验课，工程光学实验依赖于应用光学课程的教学，主要包括七个实验：平行光管调校、放大率法测量透镜焦距、望远系统参数的测定、单透镜的球差和色差、近视远视及其校正、畸变及其校正、照相机的景深。授课学时为16学时。通过这些实验，可以让学生进一步巩固应用光学的理论知识。通过实验的准备和光学系统的搭建，可以培养学生的动手能力。实验规定学生必须在课堂时间内完成相应的实验内容，并熟悉相应的仪器如平行光管、经纬仪等设备的使用方法，掌握实验的基本思想和设计方法，进一步加深对理论知识的掌握。[5，6]

掌握理论知识是成功进行实验研究的基础。传统的实验指导书基本按照实验目的、实验内容、实验步骤的顺序排列，很多学生容易在不理解实验原理的基础上，仅仅照指导书按部就班地操作，这样虽然也有可能得出正确的结论，但是对提高学生的知识水平并没有作用。引导学生理解相关的专业理论是做好实验的首要条件，需要老师和学生的共同努力。除了需要老师增强专业知识，提高教学质量以外，还需要学生端正实验态度，掌握光学类知识的学习方法，认真学习理论知识，将课堂中所学的知识有效地与实验相结合。这就需要在专业课和实验课的教学中，克服理论教学和实验教学不同步的情况。理论课的老师需要了解实验课指导书的具体内容，熟悉实验设备，而实验课的老师则需要了解理论课的进度及课本内容，以及在理论课堂教学时，学生是否有一些不能掌握的难点会对实验教学造成影响，要经过教学实践不断完善实验指导书。这样理论教学与实验教学才能相辅相成，达到事半功倍的教学效果。

三、实验报告的撰写

要想成功地完成实验指导书上的实验，预习是至关重要的。很多学生在完成实验报告时往往是把实验指导书照抄一遍，不求甚解。其实，实验报告的完成首先应该先预习相关原理，进行阐述和理解，如有疑问可以带到实验课上讨论，并通过实验过程中观察到的现象解答自己在实验预习时遇到的相关问题。

在预习过程中，可以针对实验所围绕的知识点查阅教材和各种有关的资料，思考除实验指导书中所述步骤之外，有没有其他方法可以验证相关原理。撰写实验报告的原理及实验步骤部分，可以将实验指导书中的相关文字采用较精练的语言来阐述，而不是按部就班地照抄。老师要鼓励学生将自己思考设计的与书中不同的实验方法撰写下来，与现有方法做对比。如果实验条件允许，可以安排相关实验，以激发学生的创新能力。

光学实验的主要内容主要是首先进行仪器的调节，然后观察并分析实验现象，学生通过数据记录和表格处理分析实验结果。整个过程环环相扣，密不可分。如望远系统参数的测定实验，采用经纬仪作为实验主要仪器，掌握望远系统出射瞳孔的形状和位置、视场角、放大倍数、目镜视度和系统视差等基本参数的测量方法。在这个实验中，首先需要学生掌握经纬仪的使用方法。经纬仪是测量任务中用于测量角度的精密测量仪器，可测量水平角，根据测角原理设计，可以用于测量角度以及粗略的距离测取。整套仪器由仪器、脚架部两部分组成。经纬仪根据度盘刻度和读数方式的不同，分为电子经纬仪和光学经纬仪，目前工程光学实验中主要使用光学经纬仪。作为一种测量仪器，经纬仪的使用在应用光学的理论课程上并不会做重点的介绍，因此在做实验的时候，学生对该种仪器还是比较陌生。这就需要学生在课前对该种测量仪器做一个初步的了解，教师在实验课堂上也应着重讲述经纬仪各部件的功能以及调节使用方法，在学生对该仪器有了一个初步的了解和接触之后再进行正式的实验。值得一提的是，实验器具有时候型号并不完全相同，操作部件的位置也有区别，这就需要教师在课前检查并熟悉所有的实验装置，有针对性地向学生讲解各台仪器有可能存在的区别。

经过初步的仪器接触后，学生可以进入到正式的实验过程，该实验以远处的标尺作为观察对象，这就需要学生可以互相配合，及时反馈测量位置做出正确的标记。该实验不仅可以锻炼学生的实际操作能力，也可以培养学生的团队合作精神，对于学生来说是一个很好的锻炼。在实验报告的撰写中，学生不仅需要记录实验数据，也需要阐述实验中曾经遇到的问题和解决方法，并且思考放大率和物置无关的原因，及如何检验用角度表示的视差值等问题，进一步提高对该实验的认识。

四、实验课程的考核

实验课程的主要教学目标是使学生在掌握理论知识的基础上，学习基本的实验方法和专业实验技能，因此在该门课程的考核上需要与理论课程有所区别，可采取平时成绩占70%，期末成绩占30%的做法。

平时成绩的考核主要包括对学生预习情况的掌握，对学生实验过程的观察两方面。前文中提到，学生对即将要做的实验项目预习的深入程度会直接影响到实验的进展情况。把实验预习情况作为一项评估内容，可以督促学生做好实验预习，以便他们更好地完成实验，鼓励学生通过其他渠道查阅相关的实验资料，扩展对实验的认识。

实验过程的考核主要是针对学生的实验习惯和操作方法等方面。从实验习惯方面来说，由于工程光学的实验设备一般比较贵重，且对于精度的保持要求很高，因此除了对实验设备的存放环境有要求之外，还需要叮嘱学生爱护实验设备，不能将与实验无关的物品，特别是水杯等，随意放置在实验平台上。光学实验最重要的就是培养学生细心和认真的实验态度，养成严谨的实验习惯，这不仅有助于部分学生在研究生深造时更快地进入专业实验操作的状态，也有助于培养学生对工作谨慎认真的态度。学生按批次教学，每一批次不超过20人，可以确保大家都有动手的机会。在实验过程中，教师必须仔细观察学生的操作情况，及时纠正不规范的实验习惯。特别是在碰到仪器故障时，教师应该教导学生如何排查故障情况，沉着冷静地解决问题。在记录实验数据时，有的小组可能和其他小组相比误差较大，此时应仔细分析排查误差产生的原因是由于客观误差还是主观误差引起。可以让学生重复几次实验步骤，或者同一小组的学生轮流读数，再观察实验结果。

期末成绩的考核主要包括对学生实验报告的评定，考查学生对已做实验的掌握度两方面。实验报告的评定除了看版面是否整洁，实验原理、目的、步骤是否清楚等，主要考察学生对数据的表达方式和处理方法，思考题的回答等。同时，要排查实验报告的数据是否有雷同的现象。此外，鼓励学生撰写实验体会和实验过程中问题排查的经验等，有助于学生实验知识的积累。

在考查学生对已做实验的掌握度方面，可逐组考察，采用抢答的形式，每组考核时间约为10～15分钟，可将部分实验装置带到现场，针对实验中的操作和原理等方面提出有针对性的问题，并可以适当地提出一些具有设计性的问题，考察学生是否在完成书本上的实验同时，能够提出自己的实验方案，考虑实验方案在细节上是否可行等。这样有助于培养学生的创新精神，培养良好的科研思维习惯。

五、总结

作为光电信息专业本科生必修的专业基础实验课，工程光学实验的教学在整个光学专业课的教学中起着至关重要的作用。本文针对光学实验教学模式及考核方法等方面进行了研究与探讨，主要从实验课程教学模式及与理论课程的衔接、实验报告的撰写及实验课程的考核等方面做了一系列的阐述。希望可以有助于在工程光学实验的教学实践中有效地培养学生实践能力、科学思维方法及创新能力，这样不仅有益于学生的下一步深造，也有助于学生培养良好的工作习惯。通过相关实验教学方法的讨论，也可以进一步提高光学实验的教学质量。

参考文献：

[1]肖焱山.大学光学实验教学中的问题分析与建议[J].科教导刊，2013，（32）：70-70.

[2]黄宇红，严高师.改革工程光学实验教学，培养学生创新能力[J].实验科学与技术，2005，3（4）：83-85.

[3]那日，冯璐.光学实验教学法的改进[J].大学物理，2003，22（7）：41-42.

[4]王德龙.光学实验教学探索研究[J].赤峰学院学报：自然科学版，2014，（10）：186-188.

光学工程论文篇3

关键词：形象化教学；光学；多媒体；教学改革

作者简介：孙婷婷（1981-），女，山东淄博人，南京信息工程大学物理与光电工程学院应用物理系，讲师。（江苏 南京 210044）

基金项目：本文系南京信息工程大学八期教改项目（项目编号：11JY053）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）04-0078-02

光学是一门古老的学科，与人类文明的发展息息相关。随着20世纪激光器的诞生，光学学科焕发了新的生命力，出现了许多以激光为基础的现代光学分支和交叉学科，其内容和方法已经渗透到现代科技的各个领域。作为光信息科学与技术专业、应用物理学专业的核心基础专业课程，“光学”课程定位于帮助学生奠定坚实的专业基础知识，学习并建立科学的思想方法。鉴于光学课程的重要地位，教育工作者应当不断探索符合学科发展、适合人才培养需求的教学方式。为了提高学生的学习效果，激发学生学习的主动性，笔者结合科研工作中的体会和教学过程中的实践，对光学课程的形象化教学方法进行了讨论。

所谓形象化教学法，指用日常熟悉的、简单的、容易理解的现象解释陌生的、复杂的、抽象的、不易理解的概念，或应用视频形象化地将复杂的工作过程和抽象的概念展示出来。形象化教学是直观性教学原则的具体体现，是各级学校各门课程都适用的一种重要教学手段。[1]对于“光学”课程而言，其本质上是一门实验科学。无论是从几何光学成像系统到光的干涉、衍射现象，还是从经典光学发展到现代光学，其中都包含了大量的理论和实验内容。而且，这些理论和实验联系紧密，绝大多数理论直接来自于实验又应用于科学实践。[2]因此，从“光学”课程的实验性特点出发，改革现有光学课程传授式教学为主的现状，在课程教学中加大形象化教学的比重，是各高校光学教学方法改革的重点之一。

如何在“光学”课程中贯彻形象化教学方法，使学生在进行抽象的逻辑思维同时建立形象化思维，增加学生对课程的理解和认识？笔者从以下几个方面对此进行了总结。

一、积累教学片段，用生活化语言将抽象问题形象化

教学片断是教师在长期的教学实践中总结出的富有代表性的教学材料，它可以是一个类比，一个生活事件，一个故事等。[3]在教学活动中，对于一些比较抽象的概念和规律，采用常规教学方法难以使学生理解和掌握。如果教师能够恰当地利用生活实践中贴切的比喻和类比，使得抽象的概念具体化、形象化，则可以达到化繁为简、事半功倍的效果，同时还可以启发学生积极思考，锻炼学生的形象思维能力，从而提高课堂教学效果。例如，在讲述光的横波特性时涉及到“横波”和“纵波”的定义，如果教师只按照课本上“纵波振动与传播方向一致，横波振动方向与传播方向垂直”的解释一带而过，并不能给学生留下很深的印象。笔者在教学过程也有所体会，很多学生只记住光是横波的结论，至于什么是横波却解释不清楚。在此，可以引入“取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波”的例子说明什么是横波，再引入“取一条软弹簧，沿弹簧长度方向前后推动，则在弹簧上形成一列纵波”的例子，形象化总结纵波的特点。

通过形象化的说明，可以使学生更直观地理解两个概念的特点，加强记忆。但是，应用生活化的比喻和类比，并不是以浅显的道理代替较深的理论，而是要求教师紧密结合教材内容，根据具体情况，做到言之有理，言之有据。还是针对上面的例子，虽然形象化的类比可以使学生快速领悟“横波”和“纵波”的特点，但是从科学严谨性出发，光波是电磁波，与类比中的机械波既有相同又有区别。因此，在学生领悟到所传递的信息之后，还应当对电磁波和机械波的异同加以比较，既保证了知识的科学性、完整性，又巩固了之前力学课程的知识点。

二、带实验进课堂，利用演示教具实现教学形象化

实验是科学研究的一个重要方法和手段，也是理工科教学的重要内容。虽然大多数院校都开设了基础光学实验课，但是在时间安排上往往与理论课程不同步，造成了实验和理论的脱节。学生不仅对基于实验的理论难以理解，而且所学理论也不能很好地应用于实际。因此，在“光学”课程教学过程中，在学时条件允许下适当增加随堂演示实验，既可以提高学生的学习兴趣、启发学生积极思维，又可以增强学生对概念和规律的理解。得益于网络技术的发展，笔者观看了美国麻省理工学院理工科部分开放课程，印象极深的一点就是实验进课堂教学。教授在讲完物理定律和概念之后，会配合课堂演示实验证明理论的正确，并且在每次课结束之前，还会安排一个与当堂知识相关的趣味实验，让学生思考观察到的现象，巩固所学的知识。值得一提的是，大多数演示实验都是教授自行设计，所用道具和演示并不复杂，无需占用太多时间，却收到非常好的教学效果。麻省理工学院的课堂教学安排值得我们在“光学”教学中学习和借鉴，当然，这也对教师的综合素质提出了更高要求。

三、发挥多媒体优越性，动态演示实验现象

由于计算机和网络的敏捷发展，多媒体技术在教育领域得到了普遍的使用。多媒体集文字、图形、动画于一身，可以直观、动态地演示物理实验现象，充分调动了学生的积极性，为学生的学习和发展提供形势多样的学习环境。对于“光学”课程中仪器复杂或不易观察现象的实验，采用多媒体教学展示可以节约教师板书时间，清晰再现物理图像，提高教学效率。例如，在光的波动性教学中，对于单缝衍射实验，本身对实验条件的要求就较高，因此在课堂上直接进行演示不切实际。教师可以用视频为学生播放实验录像，并用课件绘制实验装置，结合板书进行理论分析。从推导的公式可知，单缝衍射的图样受波长、缝宽等因素的影响，观察屏上的衍射图样会随着实验条件的变化而不断改变，这与观察到的实验现象是一致的。利用多媒体课件进行动态演示，可以用实验结果帮助学生理解相关的理论推导，弥补了传统板书教学的不足，增大课堂的信息量。

四、利用仿真软件构建虚拟实验室，将抽象理论直观化

培养具有科技创新能力的人才是教育改革关注的重点，加强专业基础课程和适时引入科学前沿对创新人才的培养具有重要意义。对于“光学”课程的建设，各级各类院校积极推进教学内容的改革，在强调经典光学的基础上，加大现代光学和光学前沿科技的比重，如激光技术、光纤通信技术、光电子技术等。由于现代光学内容涵盖广泛且涉及到学科交叉，对于背景知识不足的学生来讲，很多抽象的概念和原理难以理解。受经费等条件的限制，大部分高校并没有能力开设与前沿技术配套的实验课程。

针对上述问题，有高校提出利用软件仿真构建光学虚拟实验室的方案。[4]通过虚拟实验，既可以使学生了解和掌握复杂光学器件工作原理，又节省了设备运行经费。很多功能强大的工程软件已经被应用到光学教学中，如MATLAB、Mathematic、光学设计软件Zemax、光学仿真软件Tracepro、BeamPROP等，不仅能够通过直观、形象的界面激发学生的兴趣，还能够拓展学生的技能和知识面。

参考同行经验，笔者所在学校在推行光学课程改革建设的过程中，增设上机实践课程，让学生在虚拟实验环境中了解光学器件在光纤通信、传感和信息处理等领域的应用。例如，利用有限元分析软件COMSOL的射频模块，可以模拟阶跃光纤截面的模场分布，形象地展示光纤参数的改变对模场分布的影响（见图1）。再如，用BeamPROP软件绘制两根平行直波导构成的耦合器，当光从一根波导入射时，利用软件模拟光在两波导之间的耦合过程，得到出射端两波导的透射功率。然后改变入射波长、波导间距等参数，让学生观察总结出射端光功率的变化规律（见图2）。结合模拟结果，教师进而阐述光纤耦合器、波分复用器等器件的工作原理，这样学生理解起来要容易得多。调查显示，自该课程开设以来，学生对光学课程的兴趣和学习积极性都有所提高。

五、开展现代光学知识讲座，增加学生感性认识

虽然在推行“光学”课程教学改革中，已经加大现代光学内容的比重，但是受课程学时的限制，系统详细地讲解现代光学内容是不现实的，因此只能对很多概念和原理做简单口授，无法利用形象化教学手段展开阐述。对此，笔者认为可以通过在课余时间开展现代光学知识讲座、建立讨论小组等形式作为有益补充。例如，传统光学课程里对于光栅的讲解，一般都安排在光的衍射部分，并局限于对强度调制的二维平面透射光栅进行讨论。学完这一部分后，很多学生对光栅的认识仅停留在这个阶段。但是在实际中，其他类型的光栅表现出了更高的应用价值。比如光栅光纤传感技术，由于其良好的检测精度和线形响应，在多领域得到了广泛的实际应用，是当前的研究热点之一。在完成课堂教学任务之后，可以在课绕光纤光栅的主题开设讲座介绍光栅光纤的成栅机制、制作工艺，光纤光栅传感的原理和技术、传感网络的实现与解调等。在讲座中，可以采用图像、影音等直观方式向学生传递信息，增强学生的感性认识，使得其知识体系更为完整。将抽象的理论和生活实践联系起来，有助于开阔学生的视野，也帮助学生未来更好地面对就业挑战。

六、总结

综上所述，在光学课程中应用形象化教学方法，可以帮助学生更牢固、更直观地理解并记忆理论知识，也可以帮助学生将理论和实践有机地结合起来，建立一种形象和逻辑相结合的思维方式。从实际教学效果来看，学生对光学课程的学习兴趣明显提高，对知识的理解也更为深入。

参考文献：

[1]姜海丽,孙秋华.小议大学物理形象化教学[J].今日科苑,2007,(10):256.

[2]孙伟民.形象化教学在光学中的尝试[J].物理与工程,2003,13(6):38-40.

光学工程论文篇4

关键词 光伏专业；应用型本科；人才培养模式；校企合作

中图分类号 G648.2 文献标识码 A 文章编号 1008-3219（2012）26-0031-04

随着全球性常规能源（煤炭、石油、天然气等）供给的日益紧缺以及环境污染和气候变暖问题的日益严峻，开发新型替代能源已刻不容缓。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生新能源，太阳能光伏发电则是一种零排放且能够规模应用（独立发电及并网发电）的能源技术，其开发与利用越来越引起人们的重视。据欧盟联合研究中心预测[1]，太阳能光伏发电在21世纪将替代常规能源，而且将成为世界未来主要能源供应的主体，到本世纪末太阳能发电量将占全世界发电总量的70%。

近年来，我国光伏产业发展迅猛，自2007年起就一直位列世界光伏制造大国的首位。然而，与之不相适应的是光伏专业人才紧缺，尤其是从事实际光伏产品制造、光伏系统的使用和维护检修等生产应用领域的技能型人才非常匮乏。相关资料显示，2010年我国光伏产业产值超过3000亿元，从业人数超过30万人。预计未来3～5年，我国光伏产业年产能的增速有望超过35%。由此推算，国内光伏企业人才需求量巨大。

一、光伏专业及其人才培养现状

由于太阳能光伏发电是在2000年以后才得到世界各国的重视，太阳能光伏产业作为一个新兴产业在我国也是近几年才得到快速发展。因此，无论在国内还是国外，太阳能光伏专业都是一个全新的专业。目前，国外仅有澳大利亚的新南威尔士大学设立了专门的光伏与可再生能源工程学院，并开设了光伏与太阳能本科专业。国内少数重点大学（如上海交通大学、浙江大学、中山大学等）虽然成立了与光伏材料研究相关的研究所，但主要培养博士与硕士层次研究型人才。国内其他大学一般是在原有专业基础上设立太阳能光伏方向，如山东建筑大学在建筑学专业下设立太阳能建筑一体化方向，河北科技大学在应用物理专业下设立太阳能光伏方向，南昌大学在材料物理专业下设立光伏发电技术方向，江西科技学院在材料科学与工程专业下设立太阳能光伏工程方向，江西新余学院则专门开设了专科层次的光伏材料加工与应用技术专业。

与传统专业相比，目前我国应用型光伏专业开办时间比较短（普遍仅有2～3年时间），人才培养还处于摸索阶段。

二、“两平台+能力模块”人才培养模式概况

“两平台”是指在课程体系中设置通识教育课程和学科基础课程两个平台。“两平台”内设置的课程相对稳定，其作用主要是对学生进行基础知识教育、基本技能训练和基本应用能力培养。其中，通识教育课程平台由学校层面统一协调管理，注重科学教育与人文教育的融合，为学生奠定素质基础；而学科基础课程平台以专业所属院（系）管理为主，强调与专业交叉、融合，拓宽专业口径，以满足多个专业方向的需要。

“能力模块”是指在课程体系或实践教学环节中设置多个课程组合或实践教学环节组合，形成多个教学模块，其作用主要是对学生进行专业知识教育、专业技能训练和应用能力的培养。“能力模块”强调学生创新精神和实践能力的培养，以工程应用能力培养为主线，以加强实践教学环节为核心，注意与毕业设计紧密结合，设置系列专业方向课程或实践教学环节，注重解决实际问题的方法训练，提高学生的就业能力。“能力模块”属于专业教育内容，由专业所属院（系）设置并管理，以利于各院（系）根据自身的学科优势与专业特点设置“模块”并组织教学，其课程设置具有一定的灵活性与针对性，可以随社会需求进行相应调整。

三、基于“两平台+能力模块”的光伏专业应用型本科人才培养模式特色

以江西科技学院材料科学与工程（太阳能光伏工程方向）本科专业建设为例。

（一）人才培养目标定位

应用型本科院校培养的高级应用型人才既不同于综合性研究型大学所培养的理论型人才，也不同于职业性院校所培养的实用性技能人才。其不仅要掌握现代社会生产、建设与服务一线从事管理和直接操作的各种高级技能，还应具有将高新科技转化为生产力的能力，即具有设计和开发能力[2]。基于此，学校将光伏专业应用型本科人才培养目标定位为：立足于区域经济的行业发展，培养具备太阳能光伏工程方面知识和设计能力，具有创新精神和实践能力的一线高级应用型工程技术人才。

（二）课程体系设计

基于“两平台+能力模块”人才培养模式的要求，对光伏专业课程体系进行构建，如图1所示。

光伏专业应用型人才的能力包括社会能力、专业理论能力和专业技术能力三个方面。

社会能力的培养依托文化基础课程，包括英语、数学、计算机基础、物理、人文等课程，主要培养学生团队协作能力、良性竞争能力、职业道德能力、健康心理能力以及人际交往协调能力等。社会能力培养一般安排在第一学年。

专业理论能力的培养依托专业理论课程，包括概率论与数理统计、机械设计基础、工程力学及工程材料、电工电子基础及实习等课程，主要培养学生数据分析能力、机械加工设计能力以及电子电工基本操作能力，使学生具备良好的工程理论素养，为后续光伏专业技术能力的培养打好基础。专业理论能力培养一般安排在第二学年。

专业技术能力的培养依托专业技术课程，包括太阳能电池材料、硅片加工技术、材料物理导论、半导体物理学以及光伏发电系统的设计、施工及应用等课程，主要培养光伏材料制备能力、光伏电池加工能力、光伏电池性能检测能力和光伏系统设计及应用能力，具备这四大能力的光伏专业人才，可以在生产一线从事生产制造、设计、质量控制、产品检测及产品服务等工作。专业技术能力培养一般安排在第三、第四学年。

应用型本科课程教学强调将基础理论与专业理论有机结合，使学生“精专”与“博通”并举。因此，在理论课程知识方面强调“实基础”。所谓“实”，是指实在、实用，即基础理论知识以“必需、够用”为原则[3]。在课程内容上，从光伏产业需要的知识能力出发，对课程进行适当整合、精简处理。例如，可以对《材料物理导论》和《半导体物理学》中内容接近的部分进行整合，对教材中出现的大量不易理解的公式推导过程进行简化。创新教学手段，综合利用各种方法进行引导，以“用”导“学”，以“用”促“学”。如利用多媒体将光伏材料的制备、太阳电池的加工、光伏系统的设计及应用等知识点以图片和视频的案例形式展示给学生，以加深学生对相关知识的理解。

太阳能光伏专业作为新兴特色专业，目前缺乏现成的、公开出版的、具有针对性的教材。为避免课程内容与社会需求脱节，光伏专业教材开发可以从两方面入手：一是聘请在光伏企业有工作经历的工程师授课，把企业所需要的知识、信息及时反映到课程中来；二是专业教师根据太阳能光伏产业的特点，编写教材。

（三）实践教学资源建设

从江西科技学院材料科学与工程（太阳能光伏工程方向）本科专业培养方案的课程构成及学分比例（如表1所示）可以看出，其实践教学课时占总教学课时的比例达33.2%，其中，集中实践环节的学分占总学分的比例达到17.22%。实践教学主要在校内实验实训基地和校外实习基地完成。

在光伏专业学科基础实践课程中，主要是电子电工实训和数控加工实训。电子电工实训的目的是让学生掌握常用电子元器件的识别选用、常用电子仪器仪表的使用、常用接线与电工线路布线、印制电路板设计与制作及电子产品的装配与调试等电工电路基本技能。数控加工实训的目的是让学生掌握金工实训、数控工艺及加工程序的编制、计算机辅助设计与制造实训、数控加工仿真实训及加工中心实训等机械加工基本技能。电子电工实训和数控加工实训主要是为后续太阳能光伏发电系统的设计施工及光伏电池加工封装实习打下基础。

在光伏专业技术能力模块实践课程中，校内实验实训包括三个方面：一是在太阳能电池工艺及性能实验室完成太阳能电池串焊、太阳能电池电特性（如太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转换效率等）检测等训练；二是在太阳能光伏系统实验室，完成太阳能光伏发电系统的组装以及各部分（如蓄电池、控制器、逆变器等）的使用、维护训练；三是在光伏发电模拟系统实验室完成LED光伏照明系统、光伏物联网气象站、光伏充电器、光伏屋顶系统、新能源汽车系统等应用实验。条件允许的学校甚至可以组建达到一定发电规模的光伏太阳能发电站，不但为实验室提供能源，还可以作为实训基地来使用，让学生参与一些管理、维护和检修工作。

建立校外实习基地对于光伏专业应用型本科人才培养十分必要。首先，可以解决学校实验室建设经费不足的问题。因为一条光伏生产线（尤其是偏中上游的晶体硅太阳电池材料生产线）的投入成本巨大（均在亿元以上），学校不可能建设一条完整的生产线供学生实训。建立校外实习基地可以满足学生认识实习（如硅材料的提纯、硅棒的拉制等）和生产实习（如硅棒及硅锭的切片、PN结的形成、减反射膜的蒸镀、金属电极的制作、太阳电池片的层压封装等）的需要，从而使学校可以集中精力建设投资相对较小的太阳能电池性能测试实验室及光伏系统应用实验室。其次，学校可以定期派送校内专任教师到合作企业锻炼，促进学校“双师型”队伍的建设。最后，可以解决学生的就业问题。因为光伏专业的就业面窄，毕业生的就业选择相对较少，校企合作可以很好地解决学生就业问题。如江西科技学院在江西赛维LDK太阳能高科技有限公司及江西晶科能源有限公司建立了校外实习基地，双方开展订单式人才培养，学生在订单企业顶岗实习和就业。

参考文献：

[1]Waldau A J.A European Roadmap for PV R&D [C].3nd World Confe- rence on Photovoltaic Energy Con- version，Osaka：2003.

[2]贾慧敏，赵艳芳，李珍.面向市场设专业变中求新建特色[J].中国职业技术教育，2005（27）：31-32.

[3]汪禄应.应用型本科教育人才培养目标与课程体系建设[J].大学教育科学，2005（2）：42-44.

Analysis on Talents Cultivation Mode of Photovoltaic Specialty of Applied Undergraduate

GUO Lian-gui，ZHANG Hong-tao，ZHOU Qing，ZENG Yu

（Jiangxi College of Science and Technology，Nanchang Jiangxi 330098，China）

光学工程论文篇5

【关键词】大学物理教学；光电信息科学与工程；专业特色

【Abstract】How to reflected photoelectric information science and engineering specialty in college physics teaching is a pressing matter of the moment for us. In this paper， to improve the learning interest of the students， taking the knowledge of electrical polarization theory for example， we proposed the methods on reforming teaching means and content for college physics teaching on the based of difference specialty according to the exploration and practice of college physics teaching.

【Key words】College physics teaching；Photoelectric information science and engineering；Specialty feature

0 引言

对于地方高校而言，由于生源质量的下滑和学生一进校就感受到的就业压力，许多学生对一门课程的认识首先就是学习这门课程有什么用，这门课程学起来难不难。基于这种出发点，学生对于大学物理这门工科专业必修课程的学习兴趣不大。上课不专心听讲，课后不复习，作业不认真，在网络上搜寻答案，学习效果自然不明显，对大学物理的重要性认识不够，从而影响后续专业基础课程与专业课程的学习，进而影响其全面发展[1]。

我们执教光电信息科学与工程专业的大学物理学课程已四届，每年都在思考一个问题：怎样在大学物理的教学里体现光电信息科学与工程专业的专业特点？ 通过对教学内容的细致分析，在教学中穿插光电信息科学与工程专业的专业特点，不仅使学生自觉或自发地认识到大学物理的重要性，而且大大提高了大家学学物理课程的兴趣，培养了进一步学习后续知识的热情和对未知专业知识的渴求。

本文首先分析大学物理在光电信息科学与工程专业中的位置，然后以电介质极化理论为例，分析它与光电信息科学与工程专业的结合点，在教学实践中充分体现专业特色，并对大学物理与我校工科专业的结合作了出展望。

1 大学物理在光电信息科学与工程专业中的位置

目前我们将大学物理设置在大一，先修课程只有高等数学，后续相关专业基础课程有物理光学、光电子技术基础、激光原理等；后续专业课程有光纤通信原理与技术、光电传感与检测技术、光显示技术等。从课程设置的关联和大学物理课程本身的内容，我们可以看到大学物理在光电信息科学与工程专业中处于基础性位置。教学的目的主要是使学生认识并理解一些物理现象，掌握大学物理的一些基本概念，熟悉大学物理理论体系的一些基本实验。

鉴于大学物理在光电信息科学与工程专业中的基础位置，我们在教学实践中，分析一些物理现象的基本原理时，经常将物理现象与激光技术、光通信、光电检测等领域的实际问题结合起来，引导同学们一起讨论是否可以用相同的物理原理解释，激发大家对光电信息科学与工程专业的学习兴趣，激励学生对基本物理原理和概念的学习热情。

2 大学物理中的光电信息科学与工程专业特色

2.

电介质的极化虽由外电场引起， 但因极化电荷对外电场有影响，因而极化后，介质中的总场强应为外电场与极化电荷激发电场的叠加，而P则不仅与外电场，而且与总场强有关。由于光是一种电磁波，当光波在介质（晶体）中传播时，光频电场会引起介质的电极化。当课程内容讲授至此，我们可以拓展[3]：在激光出现以前，当光波在介质中传播时，不会出现其他频率的光。而两束以上的光波在介质中传播时，光波之间也不会发生相互作用，服从独立传播原理，不改变各自的频率。当它们在介质相同区域相遇时，则服从线性叠加原理。诸如：光对于介质的折射、反射、衍射、散射和双折射等现象。但介质的电极化强度与光频电场之间的关系，除了线性关系之外，还有非线性的高次项。非线性光学产生的原理可作如下解释：分子是由原子组成的，分子中的电子被束缚在原子核的周围运动，如果外加一个电磁场（光也是一种电磁场），则这种运动将受到扰动，如果外场是一种谐振场，则电子会产生和外电场相同的谐振，正负电中心不重合就诱导产生了一种“极化”，从而产生诱导偶极矩P。

通常，一般光源的光频电场强度Ej较小，这样高次项的电极化强度都很弱，可以忽略不计，只用到式（4）中的第一项，即式（3）。而激光是一种具有极强光频电场的光源，式（4）中第二、三项等非线性项就可产生重要作用，可观测到不同的非线性光学现象。

2.2 其他知识点的光电信息科学与工程专业特色

对于光电信息科学与工程专业的学生，我们可以从光和信息两个层面对其他很多物理现象进行阐述和讨论，体现光电信息科学与工程专业的特色[4-5]：如光的全反射现象是光纤通信技术的基础；压电效应和逆压电效应，广泛应用的光纤电场量传感器，是基于这一原理实现的；磁致伸缩效应或法拉第磁光效应是光纤磁场量传感器的工作基础；帕尔贴效应是半导体激光器温度控制的关键技术。

我们在大学物理课堂上强调红外、可见光、紫外等光频电磁波，讨论它们的产生、发射、传输、接收和检测等， 介绍光通信、光检测等相关专业方向在现代信息技术中的地位和发展状况。这样不仅在教学实践中突出光电信息科学与工程专业的“光”与“信息”这两个基本特色， 激发学生学习相关专业课程的浓厚兴趣，而且学生对学习光电信息科学与工程的信心大大增强，同时也提高我们在专业建设和学科建设中的前后一贯性。

3 结论

本文以电极化理论为例， 在讲解大学物理内容的基础上， 通过深入或外延的方式，寻找与光信息专业后续相关专业课程知识的结合点，通过教学实践，使光信息专业大一的本科生对专业产生学习的热情，培养大学生对本专业的浓厚兴趣，树立继续学习本专业的信心。近四年的教学证明，在大学物理教学中主动体现光信息科学与技术专业特色， 不仅实现了预期的专业建设和学科建设的目的， 而且有助于提高教师在学生心目中的地位。

就我校实际情况而言，如化工、生物专业的学生认为热学与专业课程联系最为紧密而力学和电磁学往往与专业联系不大，电子、计算机等专业的学生认为电磁学联系最为紧密而力学、热学、近代物理部分与专业的联系相对较低。因此，对不同专业的学生所讲授的内容应该有所侧重，应依据各专业的特点对物理学的各部分内容有所侧重和增减教学内容，使学生明确感受到物理与自己的专业密切相关，使物理教学兼顾专业基础课教学和专业技能的需要。

【参考文献】

[1]董少光.大学物理教学与理工科学生学习现状的思考[J].中国西部科技，2008， 7（40）：73-75.

[2]罗益民，余燕.大学物理[M].2版.北京：北京邮电大学出版社，2010.

[3]张静江，宋淑梅.非线性光学与光学教学[J].大学物理，1999，18（5）：35-39.

光学工程论文篇6

关键词：BOTDA，布里渊散射， 工程监测， 标定，光纤

1. 引言

分布式光纤传感技术适用于桥梁工程的检测以及施工过程监控。其原理基于在光纤中传播的激光会发生布里渊散射，而散射光的频率，会随所在的点的温度和应变发生变化，这两种效应都是线性的。一般使用通讯光纤布置于工程构件，进行测量，因此，必须对光纤进行标定。标定后的光纤，其频移与相应的温度或应变有一个明确的换算系数，单位是Hz/℃，以及Hz/?ε.

为了标定光纤，我们制作了专用标定台。由钢质简支梁组成，采用砝码做四点弯曲加载，因此中段是纯弯曲段。梁的弹性模量、尺寸已知，因此可以在理论上确定弯曲应变、应力。在纯弯曲段贴应变片，测试应变值作为校验。由于本次试验目的在于检验标定方法和标定方案的合理性，采用一段已经标定过的光纤做实验，其标定值为0.051MHz/?ε，本文不做应变片以及砝码载荷下理论应变的校验分析。

2. 试验材料和仪器

此次试验同时标定的光纤有：（1）裸光纤；（2）普通紧套光纤；（3）铠装紧套光纤。

三组光纤稍微预张拉后分别粘贴在钢梁的下侧即受拉一侧，三条光纤线路分别连接好（激光笔测试光路通畅），各自编号，各自线路上对应的待测纯弯段距离范围量测准确后，即开始测试。

测试仪器为日本 NBX6050分布式光纤监测仪。图1是实验装置。

图1 实验装置

3. 测试结果及数据分析

本文仅分析裸光纤的标定结果，另两组光纤的标定，数据处理较复杂，将另文发表。

实验过程包括加载砝码、运用光纤监测仪发出激光、读取散射光、分析频移得出数据。数字化的数据以电脑文件形式保存。图2是由数据画出的裸光纤的测量曲线。其中中段是纯弯曲段的响应，两侧有非纯弯曲段以及光纤引线的响应。

图2 裸光纤应变曲线

根据数字化的数据文件，数据导入excel绘制散点图并拟合线性直线

得出结果见表1. 拟合的直线见图3。根据直线方程，可以知道其标定系数。

表1 拟合直线的数据

图3 拟合的线性度及其斜率

拟合线性方程式表明裸光纤的标定值在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。与名义标定值符合较好，也符合一般光纤的平均特性。

4. 结论

通过使用标定台，对光纤进行试验性标定，确认名义应变系数为0.051的光纤，其标定系数在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。标定的最大相对误差为0.78%. 研究表明，这种标定台性能较好，标定方法合理。

本次试验还有很多其他数据待分析，将另外撰文发表。

参考文献

[1] 史彦新. 分布式光纤应变监测系统研究[D].中国地质大学（北京）硕士学位论文，2010.

[2] 王 静.光纤光栅多参数传感理论技术研究及在地下工程灾害监测中的应用[D].山东大学博士学位论文，2010.

[3] Tarun Kumar Gangopadhyay， Mousumi Majumder， Ashim Kumar Chakraborty， Asok Kumar Dikshit， and DiPak Kumar Bhattacharya. Fiber Bragg Grating Strain Sensor and Study of Its Packaging Material for Use in Critical Analysis on Steel Structure. Sensors and Actuators A， 2009，150：78～86.

[4] Jun hong Ng， Xiaoqun Zhou， Xiufeng Yang and Jian zhong Hao. A Simple Temperatue-Insensitive Fiber Bragg Grating Displacement Sensor， Optics Communications， 2007， 273：398～401.

[5] 陈朋超. 长输管道安全预警系统若干关键技术研究[D].天津大学硕士学位论文，2009.

[6] 何建平. 全尺度光纤布里渊分布式监测技术及其在土木工程的应用[D].哈尔滨工业大学博士学位论文，2010.

[7] 聂 俊， 李端有，梁 俊. 基于BOTDA的温度和应变测试[J].长江科学院院报，2011，28（4）：67～70.

光学工程论文篇7

【论文摘 要】《光学设计》是一门实践性很强的课程，是光学工程和光信息科学与技术专业的主修课。本文对《光学设计》课堂教学内容的组织、教学方法的改进以及考核方式的改革等进行了探讨，以期对该课程的教学改革提供方法与思路。

《光学设计》是许多工科院校的“光信息科学与技术”、“光学工程”等专业的主修课程，北京信息科技大学光信息科学与技术专业在应用光学、物理光学等必修课基础上也开设了这门重要的专业选修课。《光学设计》是一门将几何光学与物理光学知识与实践相结合的学科，通过该课程的学习，学生可以系统的了解光学设计方面的知识，了解一些最常用的光学系统的设计方法，以及了解光学设计的发展方向。该课程的特点是应用性较强，涉及的内容较多，如何在有限的学时内，通过该课程的学习，培养学生熟练设计各种光学系统的能力，提高学生的分析能力和实践能力，这对授课教师提出了严峻挑战。该课程一般通过理论教学和实践教学两个环节完成教学内容，本文将几年来的课堂教学工作所积累下来的心得与体会加以总结，主要涉及到教学内容的组织，教学方法的改进与考核方式的变革等。

一、精心组织授课内容，理清主线，突出重点。

光学设计课程囊括的知识点比较多，面向不同的教学对象，因为其本身知识积累就不同，而不同的教材组织方式，调强的知识重点也不尽相同，因此需要教师因人而异、不断调整授课内容的组织方式。北京信息科技大学光信息科学与技术专业将该课程核定为32学时，在这么短的课时内，如何选择讲授的知识点来保证教学活动的完成，根据本专业的特点，我们精心组织了教学内容，主要为了理清思路，并突出重点。光学设计涉及到的内容可分为：高斯光学、像差理论、典型光学系统、计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等。高斯光学是光学系统分析的基础，光学系统初始结构计算就是基于高斯光学理论的；像差理论是光学设计的重中之重，只有深刻了解了像差理论，才能够自主、灵活的设计光学系统；典型光学系统包括放大镜、显微镜、望远镜等系统，是了解实际光学系统的钥匙，也是光学系统初始结构计算的理论基础；而计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等是实践性很强的内容，也是把上述理论知识与实际设计过程联系的纽带。只有理清了这些内容的知识体系，才能有的放矢，条理清楚的讲授。我们经过探索，发现在授课时选择一个实际的光学系统（如开普勒望远镜系统），从它的基本结构讲起，引出物镜和目镜的各自特点，用高斯光学知识分析其放大率、视场角等参数，再引申到实际系统像差对像质的影响，最后讲授怎样设计这样一个系统以及设计中应该注意的问题。这样就能把所有要讲授的内容串联起来，学生就能更好地理清思路，知道哪部分内容的作用以及怎样学习效率更高。另外，讲解时不能一概而论，必须突出重点，每个知识模块的学时要分配得当。比如像差理论是本课程的重点，需要占用较多的学时讲解；而且像差理论这一部分应该把重点放在各种系统参数（比如，光阑大小、位置，材料折射率、相对色散等）对初级像差的影响上，因为这是一个优秀光学设计工程师必须练好的最重要的基本功。最后，处理好知识点与实际光学系统之间的关系。比如要提醒学生每一部分知识点都要结合与实际光学系统设计（包括加工、检测）的关系来学习，做到有的放矢、思路清晰。

二、教学方法的改进

1．课堂教学与课外科技创新实践相结合

学习基本原理知识的目的是为了更好地应用到实际生活中。我们积极鼓励学生参加各种科技创新活动，坚持课堂教学与课外创新实践活动相结合，强化实践能力培养，提高学生的设计与综合分析能力。比如，在学习了照相系统基本知识以后，我们鼓励学生调研如今市场上的各种照相机（包括数码相机、传统相机、摄像机等），让学生考察照相机的基本结构以及重要技术参数，并让学生尝试自己设计一台照相机系统。这样，学生的学习积极性得到大大提高，他们在设计过程中遇到很多问题，再重新回过头在课堂找答案，被动接收变为主动学习，学习效率大大提高。

2．现代多媒体教学技术的使用

多媒体教学是以计算机为核心的教学手段，能交互的综合处理文本、图形、图像、动画、音频及视频等多种媒体信息，更丰富、更复杂的信息多媒体教学对全面提高教学质量，增进教学效果起着不可替代的推进作用。基于多媒体的光学设计课程教学优势包括：第一，图文并茂，简洁直观，激发学生学习兴趣，提高学生学习的主动性。比如在讲授望远系统时，我们把目前世界上的各种望远系统图片投影到黑板上，并列举各系统的优缺点，使学生顿时产生了浓厚的学习兴趣。第二，把教师从繁重的板书中解放出来，更有利于教师语言、人格魅力的发挥，学生可以在相同的时间内获取更多的知识，提高课堂教学效率和教学质量。比如，在讲授各种目镜结构时，由于目镜的种类很多，有惠更斯目镜、冉斯登目镜、凯涅尔目镜、对称式目镜以及广角目镜等，一一板书这些目镜结构和特点非常花时间，而且作用不大。使用多媒体就可以很快的展示各种目镜结构以及特点，从而把更多时间放到讲授目镜选型以及设计中去。第三，教师为主导，学生为主体，二者相互有机结合，实现教与学的良性互动。比如，在学习球差与系统相对孔径以及光阑的关系这部分内容时，我们让学生自己提出各种参数，然后现场用多媒体计算光线轨迹并画出光路图、像差图等，学生再根据像差图提出新的修正结构，直到得出满意的球差。在这个过程中，教师与学生不再是填鸭式的灌输与接受知识，而是很好的互动，并激发了学生学习兴趣。

3．光学设计软件的应用

在光学设计课程教学中，为了演示光线追迹结果及光学系统在各种不同情况下、不同输入光场时的输出光场情况等，需要编制相应的模块软件。但由于编制这样的模块软件工作量大、难度较高，往住使任课老师放弃在教学过程中演示复杂的光学现象，即使有人花大量时间和精力编制出一些，也因为功能不强、效果不佳而影响教学效果。我们将诸如zemax、oslo、code－v等功能强大的商业光学设计软件引入光学设计课程的教学过程，可以减小设计工作量，并且使课程课件的深度得到加强，从而扩大学生的感性认知和视野，增强教学效果。

现有的成像光学分析与设计软件主要有三种，分别为：美国optical research association 公司的code－v软件；lambda research corporation公司的oslo软件；focus software inc开发的zemax软件。其中zemax软件由于界面友好，容易上手，目前占据市场最大份额；我们在课堂教学中采用的也是zemax软件。该软件可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射、绕射等光学模型，并结合优化、公差等分析功能，是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。课堂利用zemax的计算与模拟功能，鼓励学生通过自主探索，在掌握理论知识的前提下，让学生建立相应的物理模型和数学模型，通过自己输入参数去完成对光学系统的形象化和具体化，并对光学系统像差进行详细了解，为进一步设计提供参考依据。例如，如果要给学生讲授cook三片式透镜组（入瞳10mm，全视场角40°）的结构以及性能，通过zemax可以很形象地显示。图1所示，cook透镜组的二维和三维结构图都可以画出，而且所选三个视场（0视场、10°视场、20°视场）的光线轨迹也可以准确画出，这样就使得学生有更形象、直观的认识。如果要了解该透镜组性能，就可以利用zemax光线追迹程序快速计算出每一条光线的轨迹，并算出各种像差值。该cook透镜组的几种像差图见图2所示，这里只显示了四种像差图：点列图、波像差图、调制传递函数图和场曲、像散及畸变图。根据这些像差图，学生可以对该系统的像差有个全面的认识，可以更进一步改进并优化结构参数。而计算实际像差利用传统的手工计算花费时间是巨大的。

总之，利用光学设计软件，可以使光学设计课程授课效率更高，学生学习兴趣更浓，学习效果更好。

三、课程考核方法的改革

考试已成为课程改革的一部分，与课程的实施方法相辅相成，从而更客观地反映教与学的效果，达到拓展学生的个性，激发其学习能力和兴趣的目的。传统理工科课程通常以闭卷笔试加平时成绩相结合的方式进行考核。针对《光学设计》的课程特点，我们采用了以考核综合知识和能力为主导的考试方法。具体包括：①建立小课题，指导学生撰写小论文。比如让学生们调研目前流行的单反相机的原理并进行初步设计，学生通过查资料，深入调研，强化学生自己思考的过程，同时也能考察一个学生的综合素质。②开展课堂讨论，给予总结评价。这部分的考核主要是通过讨论来考察学生对知识点的应用和具体解决问题的能力。③试卷考核。该部分主要考概念题和思考题，加深学生对理论基本知识的理解和掌握。

通过这三种方式来全面综合地考察、评定学生对该门课程的学习掌握和理解程度，从而更好地反馈和指导教学。这样的考核方法覆盖指标更全面，考核的结果就会更客观合理，能够真实全面反映学生的学习情况与能力水平，有利于对学生的知识和能力进行综合评价。

四、教师自身能力提高

教师是课程改革最直接、最关键的群体，因此教师的自身成长与课程的建设发展密切相关。教师的专业成长不仅仅是教学经历和教学经验的累积与丰富，更是教师由被动到主动参与课程决策、课程运作和课程评价，促进课程、教师和学生共同发展的过程。在不断变革的社会大环境下，教师应树立终身教育和终身学习的观念，即“教育既是为了促进个人的终身全面发展，又是为了促进社会的持续发展和全面进步。”只有具备这样的观念，才能不断解决教育中出现的各种问题，才能建构新课程条件下的目标、教学、评价体系。另外，很多人对于光学设计存在错误的认识，认为只要学好几种光学设计软件就可以进行光学设计。其实，光学设计是一种创造性的工作，它需要经验也需要设计人员有正确的设计思想和设计理念，而软件只是工具而已。光学设计总要从像差补偿开始，如果没有对基础像差理论的深入、正确理解，只是按照已有参数按步就班地操作，光学设计则成了完全的技术工作，毫无思想性可言。对于这部分理论内容要有“板凳要坐十年冷”的准备，从复杂、枯燥的公式中理解设计的基础，打好光学设计的基础。光学设计是一门需要慢慢磨的手艺，作为教师的我们就更要负起责任，不断提高自身水平，不浮躁、不图快，踏踏实实的不断学习，积极地参与科研，积累更多的光学设计经验，这样才能更好地讲授好这门课。

五、结束语

随着科学技术的发展，光学系统的作用越来越被重视，迫切需要光学设计的专业人才，为此高校肩负着培养具有良好光学设计人才的重任。本文对光学设计教学内容与课程设置的安排、教学方式的优化改革以及考核方式多样化等问题进行了研究与讨论，为学生更好地掌握光学设计知识、将来更好地服务于社会打下良好的基础。

参考文献

1 王之江.光学设计理论基础［m］.北京：科学出版社，1985

2 李 林.计算机辅助光学设计的理论与应用［m］.北京：国防工业出版社，2002

3 黄一帆、李 林.光学设计教程［m］.北京：北京理工大学出版社，2009

4 张卫纯、王开圣.浅谈《光电检测技术》课程的课堂教学［j］.甘肃科技，2009（18）：170～171

光学工程论文篇8

关键词：激光设备及加工控制；课程开发；工作过程

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2014）02-0070-02

基金项目：本文系武汉市教育科学“十二五”规划课题“基于工作过程的‘激光设备及加工控制’课程开发研究”（编号：2012C181）的阶段性成果。

《激光设备及加工控制》是激光加工技术专业的专业核心课程。该课程主要是通过对激光设备电气控制技术的学习和技能实训，其综合性和实践性较强，要求学生掌握激光加工设备电控系统工作原理和工作过程，获得必要的岗位技能和相关的激光器装配工职业资格证书。

一、课程目标定位

基于工作过程的《激光设备及加工控制》课程开发是激光加工技术专业课程建设与改革的切入点。为了开发建设好该课程，能够更好地掌握企业对激光设备及加工控制人才的需求情况，对企业进行了行业分析和岗位企业调研，确立了掌握激光设备电气控制技术相关知识和技能是激光加工设备企业从业人员的基本要求，将课程目标定位为知识目标、能力目标和素质目标，如表1。

二、教学内容的设计

《激光设备及加工控制》课程属于激光加工技术专业。根据该专业的人才培养目标，课程的内容主要以满足职业岗位能力对电控技术应用能力的需求为依据确定课程内容，将课程内容设计为5个综合学习情境，主要是根据企业不同岗位典型的工作任务进行构建。每一个学习情境都是完整的工作过程，子学习情境训练学生的单项知识，综合学习情境训练学生的综合应用能力；学习情境对应低级、中级、高级不同的工作岗位，任务难度逐步提高；学习情境可扩展、重组、更新；每个学习情镜对应有课内实训项目和工作任务。

《激光设备及加工控制》课程的教学内容主要包括理论教学内容、实践教学内容和集中实训教学内容。理论教学由12个子学习情镜构成，共32个学时，如表2；实践教学由16个子学习情镜构成，共92学时，如表3。

三、教学方法

演讲法：以多媒体教学的形式讲授单项知识点，主要是理论知识的讲解。

案例分析法：根据激光设备及加工控制课程对分析设计能力要求较强的特点，分析电路设计的实际案例，通过案例边讨论边学习。

演示教学法：演示设备操作和软件使用。采用设备现场或企业生产现场学习的方法，学生具有较高的积极性，无论是理论知识的掌握或实践技能的培养都有实践环境作支撑。

问题引导法：通过问题引导学生掌握教学重点。

讨论式教学法：以小组为单位完成一项典型工作任务，学生通过团结协作共同解决问题，小组长负责，锻炼学生的领导和组织协调能力。

项目教学法：以小组为单位进行项目实施，包括目标设定、制定计划，具体实施、项目检查、分析评价5个步骤。

四、课程考核

课程的考核理实一体化教学占60%，包括平时成绩、作业占6%，课堂表现占6%，期末考试占24%，实训考核占24%；集中实践教学包含四个方面，占40%，其中项目制定占8%，项目实施占20%，实训报告2%，职业素养占10%，按量化指标对过程和结果实施考核，给出评价，评价的标准分A、B、C三个等级。而对于小部分不能完成的情况，对问题进行分析，并且进行指导，最终使学生能够达到基本标准。

五、特色与创新

本课程是校企合作开发的基于工作过程的课程，是与激光公司联合开办的订单培养班――激光制造与加工班的教学实践中提炼出来的，课程内容来源于激光企业实际案例。

1.课程内容独特，岗位针对性强。作为伴随激光产业发展应运而生的高职新专业激光加工技术专业的专业核心课程，“激光设备及加工控制”通过紧密依托国内快速发展的激光产业，培养目标直接面向激光设备生产，使用企业的电气控制、设计岗位，岗位针对性强。

2.每个学习情境都是独立的工作任务。实施了融教、学、做为一体的基于工作过程的学习情境课程教学模式，每一个学习情境都是实际的工作任务，学生在相关企业就业不需要培训，可直接上岗。

3.教材来源于实际应用案例，由企业工程技术人员与专业教师共同完成。教材来源于激光企业产品说明书，实际应用案例，培训手册，等等。

4.课程内容开放，实时更新。课程内容采取模块化结构，根据激光设备的技术发展不断组合，实时更新，具有较强的开放性。

5.课程评价三位一体。通过多种形式的考核方法，激励学生全面均衡发展，课程评价集知识、能力、素质为一体。

参考文献：

[1]王中林.高职激光加工技术专业人才培养方案设计[J].职业技术教育，2010，（20）.

[2]徐涵.以工作过程为导向的职业教育[J].职业技术教育，2007，（34）.

光学工程论文篇9

【关键词】《光学设计》 教学改革 探索与实践

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2011）01－0015－02

《光学设计》是许多工科院校的“光信息科学与技术”、“光学工程”等专业的主修课程，北京信息科技大学光信息科学与技术专业在应用光学、物理光学等必修课基础上也开设了这门重要的专业选修课。《光学设计》是一门将几何光学与物理光学知识与实践相结合的学科，通过该课程的学习，学生可以系统的了解光学设计方面的知识，了解一些最常用的光学系统的设计方法，以及了解光学设计的发展方向。该课程的特点是应用性较强，涉及的内容较多，如何在有限的学时内，通过该课程的学习，培养学生熟练设计各种光学系统的能力，提高学生的分析能力和实践能力，这对授课教师提出了严峻挑战。该课程一般通过理论教学和实践教学两个环节完成教学内容，本文将几年来的课堂教学工作所积累下来的心得与体会加以总结，主要涉及到教学内容的组织，教学方法的改进与考核方式的变革等。

一、精心组织授课内容，理清主线，突出重点。

光学设计课程囊括的知识点比较多，面向不同的教学对象，因为其本身知识积累就不同，而不同的教材组织方式，调强的知识重点也不尽相同，因此需要教师因人而异、不断调整授课内容的组织方式。北京信息科技大学光信息科学与技术专业将该课程核定为32学时，在这么短的课时内，如何选择讲授的知识点来保证教学活动的完成，根据本专业的特点，我们精心组织了教学内容，主要为了理清思路，并突出重点。光学设计涉及到的内容可分为：高斯光学、像差理论、典型光学系统、计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等。高斯光学是光学系统分析的基础，光学系统初始结构计算就是基于高斯光学理论的；像差理论是光学设计的重中之重，只有深刻了解了像差理论，才能够自主、灵活的设计光学系统；典型光学系统包括放大镜、显微镜、望远镜等系统，是了解实际光学系统的钥匙，也是光学系统初始结构计算的理论基础；而计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等是实践性很强的内容，也是把上述理论知识与实际设计过程联系的纽带。只有理清了这些内容的知识体系，才能有的放矢，条理清楚的讲授。我们经过探索，发现在授课时选择一个实际的光学系统（如开普勒望远镜系统），从它的基本结构讲起，引出物镜和目镜的各自特点，用高斯光学知识分析其放大率、视场角等参数，再引申到实际系统像差对像质的影响，最后讲授怎样设计这样一个系统以及设计中应该注意的问题。这样就能把所有要讲授的内容串联起来，学生就能更好地理清思路，知道哪部分内容的作用以及怎样学习效率更高。另外，讲解时不能一概而论，必须突出重点，每个知识模块的学时要分配得当。比如像差理论是本课程的重点，需要占用较多的学时讲解；而且像差理论这一部分应该把重点放在各种系统参数（比如，光阑大小、位置，材料折射率、相对色散等）对初级像差的影响上，因为这是一个优秀光学设计工程师必须练好的最重要的基本功。最后，处理好知识点与实际光学系统之间的关系。比如要提醒学生每一部分知识点都要结合与实际光学系统设计（包括加工、检测）的关系来学习，做到有的放矢、思路清晰。

二、教学方法的改进

1．课堂教学与课外科技创新实践相结合

学习基本原理知识的目的是为了更好地应用到实际生活中。我们积极鼓励学生参加各种科技创新活动，坚持课堂教学与课外创新实践活动相结合，强化实践能力培养，提高学生的设计与综合分析能力。比如，在学习了照相系统基本知识以后，我们鼓励学生调研如今市场上的各种照相机（包括数码相机、传统相机、摄像机等），让学生考察照相机的基本结构以及重要技术参数，并让学生尝试自己设计一台照相机系统。这样，学生的学习积极性得到大大提高，他们在设计过程中遇到很多问题，再重新回过头在课堂找答案，被动接收变为主动学习，学习效率大大提高。

2．现代多媒体教学技术的使用

多媒体教学是以计算机为核心的教学手段，能交互的综合处理文本、图形、图像、动画、音频及视频等多种媒体信息，更丰富、更复杂的信息多媒体教学对全面提高教学质量，增进教学效果起着不可替代的推进作用。基于多媒体的光学设计课程教学优势包括：第一，图文并茂，简洁直观，激发学生学习兴趣，提高学生学习的主动性。比如在讲授望远系统时，我们把目前世界上的各种望远系统图片投影到黑板上，并列举各系统的优缺点，使学生顿时产生了浓厚的学习兴趣。第二，把教师从繁重的板书中解放出来，更有利于教师语言、人格魅力的发挥，学生可以在相同的时间内获取更多的知识，提高课堂教学效率和教学质量。比如，在讲授各种目镜结构时，由于目镜的种类很多，有惠更斯目镜、冉斯登目镜、凯涅尔目镜、对称式目镜以及广角目镜等，一一板书这些目镜结构和特点非常花时间，而且作用不大。使用多媒体就可以很快的展示各种目镜结构以及特点，从而把更多时间放到讲授目镜选型以及设计中去。第三，教师为主导，学生为主体，二者相互有机结合，实现教与学的良性互动。比如，在学习球差与系统相对孔径以及光阑的关系这部分内容时，我们让学生自己提出各种参数，然后现场用多媒体计算光线轨迹并画出光路图、像差图等，学生再根据像差图提出新的修正结构，直到得出满意的球差。在这个过程中，教师与学生不再是填鸭式的灌输与接受知识，而是很好的互动，并激发了学生学习兴趣。

3．光学设计软件的应用

在光学设计课程教学中，为了演示光线追迹结果及光学系统在各种不同情况下、不同输入光场时的输出光场情况等，需要编制相应的模块软件。但由于编制这样的模块软件工作量大、难度较高，往住使任课老师放弃在教学过程中演示复杂的光学现象，即使有人花大量时间和精力编制出一些，也因为功能不强、效果不佳而影响教学效果。我们将诸如ZEMAX、OSLO、CODE－V等功能强大的商业光学设计软件引入光学设计课程的教学过程，可以减小设计工作量，并且使课程课件的深度得到加强，从而扩大学生的感性认知和视野，增强教学效果。

现有的成像光学分析与设计软件主要有三种，分别为：美国Optical Research Association 公司的CODE－V软件；Lambda Research Corporation公司的OSLO软件；Focus Software Inc开发的ZEMAX软件。其中ZEMAX软件由于界面友好，容易上手，目前占据市场最大份额；我们在课堂教学中采用的也是ZEMAX软件。该软件可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射、绕射等光学模型，并结合优化、公差等分析功能，是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。课堂利用ZEMAX的计算与模拟功能，鼓励学生通过自主探索，在掌握理论知识的前提下，让学生建立相应的物理模型和数学模型，通过自己输入参数去完成对光学系统的形象化和具体化，并对光学系统像差进行详细了解，为进一步设计提供参考依据。例如，如果要给学生讲授cook三片式透镜组（入瞳10mm，全视场角40°）的结构以及性能，通过ZEMAX可以很形象地显示。图1所示，cook透镜组的二维和三维结构图都可以画出，而且所选三个视场（0视场、10°视场、20°视场）的光线轨迹也可以准确画出，这样就使得学生有更形象、直观的认识。如果要了解该透镜组性能，就可以利用ZEMAX光线追迹程序快速计算出每一条光线的轨迹，并算出各种像差值。该cook透镜组的几种像差图见图2所示，这里只显示了四种像差图：点列图、波像差图、调制传递函数图和场曲、像散及畸变图。根据这些像差图，学生可以对该系统的像差有个全面的认识，可以更进一步改进并优化结构参数。而计算实际像差利用传统的手工计算花费时间是巨大的。

总之，利用光学设计软件，可以使光学设计课程授课效率更高，学生学习兴趣更浓，学习效果更好。

三、课程考核方法的改革

考试已成为课程改革的一部分，与课程的实施方法相辅相成，从而更客观地反映教与学的效果，达到拓展学生的个性，激发其学习能力和兴趣的目的。传统理工科课程通常以闭卷笔试加平时成绩相结合的方式进行考核。针对《光学设计》的课程特点，我们采用了以考核综合知识和能力为主导的考试方法。具体包括：①建立小课题，指导学生撰写小论文。比如让学生们调研目前流行的单反相机的原理并进行初步设计，学生通过查资料，深入调研，强化学生自己思考的过程，同时也能考察一个学生的综合素质。②开展课堂讨论，给予总结评价。这部分的考核主要是通过讨论来考察学生对知识点的应用和具体解决问题的能力。③试卷考核。该部分主要考概念题和思考题，加深学生对理论基本知识的理解和掌握。

通过这三种方式来全面综合地考察、评定学生对该门课程的学习掌握和理解程度，从而更好地反馈和指导教学。这样的考核方法覆盖指标更全面，考核的结果就会更客观合理，能够真实全面反映学生的学习情况与能力水平，有利于对学生的知识和能力进行综合评价。

四、教师自身能力提高

教师是课程改革最直接、最关键的群体，因此教师的自身成长与课程的建设发展密切相关。教师的专业成长不仅仅是教学经历和教学经验的累积与丰富，更是教师由被动到主动参与课程决策、课程运作和课程评价，促进课程、教师和学生共同发展的过程。在不断变革的社会大环境下，教师应树立终身教育和终身学习的观念，即“教育既是为了促进个人的终身全面发展，又是为了促进社会的持续发展和全面进步。”只有具备这样的观念，才能不断解决教育中出现的各种问题，才能建构新课程条件下的目标、教学、评价体系。另外，很多人对于光学设计存在错误的认识，认为只要学好几种光学设计软件就可以进行光学设计。其实，光学设计是一种创造性的工作，它需要经验也需要设计人员有正确的设计思想和设计理念，而软件只是工具而已。光学设计总要从像差补偿开始，如果没有对基础像差理论的深入、正确理解，只是按照已有参数按步就班地操作，光学设计则成了完全的技术工作，毫无思想性可言。对于这部分理论内容要有“板凳要坐十年冷”的准备，从复杂、枯燥的公式中理解设计的基础，打好光学设计的基础。光学设计是一门需要慢慢磨的手艺，作为教师的我们就更要负起责任，不断提高自身水平，不浮躁、不图快，踏踏实实的不断学习，积极地参与科研，积累更多的光学设计经验，这样才能更好地讲授好这门课。

五、结束语

随着科学技术的发展，光学系统的作用越来越被重视，迫切需要光学设计的专业人才，为此高校肩负着培养具有良好光学设计人才的重任。本文对光学设计教学内容与课程设置的安排、教学方式的优化改革以及考核方式多样化等问题进行了研究与讨论，为学生更好地掌握光学设计知识、将来更好地服务于社会打下良好的基础。

参考文献

1 王之江.光学设计理论基础［M］.北京：科学出版社，1985

2 李 林.计算机辅助光学设计的理论与应用［M］.北京：国防工业出版社，2002

3 黄一帆、李 林.光学设计教程［M］.北京：北京理工大学出版社，2009

4 张卫纯、王开圣.浅谈《光电检测技术》课程的课堂教学［J］.甘肃科技，2009（18）：170～171

光学工程论文篇10

【关键词】光伏专业 课程建设 光伏岗位需求

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0225-01

一、光伏专业建设现状

中国光伏产业产业规模迅速增长，在多晶硅、硅片、电池片、组件和光伏系统等光伏产业链各个环节中具有了一些自主知识产权，部分已达到国际领先水平，是世界最大的光伏市场。中国光伏不缺政策、不缺市场，缺的就是光伏方面的专业人才，如何培养现在发展需要的光伏人才一直都是一个值得认真探讨摸索的课题。

目前很多高校、各中等职业学校都在加快光伏产业人才培养工作，力争为光伏产业提供全方位、多学科、多层次的人才和智力支持。南昌大学太阳能光伏学院是我国最早在大学设立的光伏学院，为光伏人才培养提供了很好的榜样。随后，华北电力大学增设以太阳能光伏发电为主的“能源工程及自动化”专业，成为了部级特色专业，侧重于太阳电池设计与制造，光伏系统设计与搭建，光伏电站规划、设计、施工、运行与维护以及太阳能发电新技术开发等方面的技术与管理能力的培养。合肥工业大学、上海电力学院、南开大学、四川大学等大学都陆续开设了光伏专业。

还有很多职业院校也加入了光伏人才的建设队伍，江西太阳能科技职业学院（原江西中山职业技术学院）致力于太阳能光伏和光热利用、新能源和节能减排等制造业专业发展。上饶职业技术学院开设了光伏发电技术与应用专业，注重光伏产业理论、应用知识和操作技能的培养，具有从事硅材料及光伏产业的高素质技能型专门人才。湖南理工职业技术学院的专业名称为光伏发电技术及应用专业，侧重于生产运行、技术开发、产品检测与质量控制、生产技术管理、技术服务等工作的高素质技能型专门人才。扬州职业大学的专业名称为光伏材料加工与应用技术，培养具有太阳能光伏产业及光伏材料基础理论知识，掌握光伏材料加工与应用技术，能在光伏材料及相关行业从事生产运行、技术开发、产品检测与质量控制、生产技术管理等工作的高素质技能型专门人才。无锡职业技术学院开设的的专业名称为电气自动化技术（光伏发电技术及应用），针对长三角地区特别是苏锡常地区产业结构调整和提升的新特点，侧重培养光伏系统安装调试、光伏系统运行维护、小型光伏系统集成、光伏产品销售等方面的能力。乐山职业技术学院开设了专业名称为硅材料技术，培养光伏材料加工及应用。天津轻工职业技术学院的专业名称为光伏发电技术及应用专业，光伏系统硬件电路设计，光伏工程现场施工及从事光伏电力系统的调试、维护、运行和管理工作。

二、对光伏专业人才培养模式的建议

随着光伏产业的快速发展，光伏人才变得非常紧缺，这将制约我国光伏产业的大力发展。目前还没有形成非常完整、成熟的光伏技术人才培养体系，人才的后续供给速度赶不上光伏产业发展的速度。因此，建立合理的光伏产业人才培养体系，为我国光伏产业输送优质专业人才，是我们高校面临的一个新的机遇和挑战。光伏产业是一个新兴的产业，光伏专业是一个全新的专业，因此与学校特色相结合的太阳能光伏专业培养方向的研究有利于我校太阳能光伏专业人才培养方案和太阳能光伏专业人才培养模式的制定和实施。

本文主要针对光伏专业的人才培养提出几点见解，以期为该专业人才培养方案的制定和实施，为培养光伏产业发展所需的优秀和创新性人才提供借鉴。

1.构建合理的课程体系

为满足国家战略性新兴产业和光伏经济发展对高素质人才的需要，结合目前光伏岗位需求以及高校的办学条件，需要构建合理的课程体系。现主要岗位群主要有单晶硅棒生产、太阳能电池片生产、光伏电池生产、光伏组件加工和光伏发电系统施工，其中前四个岗位人员需求量大，但对文化程度要求不高，很多初、高中生经过短时间培训就能胜任。而在光伏发电系统施工方面由于我国起步较晚，目前国家对光伏电站建设的支持力度较大，此类光伏发电技术施工人才需求非常的急缺，需要系统地掌握储能和光伏发电等新能源材料与器件相关的基本理论与技术，能进行新能源材料与器件制备、性能测试及设备运行与维护，在制定培养方案时可以对课程整合和调整。

在课程体系设置中，把重点放在硅棒制备工艺流程及原理、太阳能电池制造工艺流程及工作原理、光伏系统的工作原理和设计、CAD技术、电子线路知识和电气控制技术知识，加强各种机械设备的操作技能、光伏材料和光伏系统检测、PLC、单片机等控制器件基础知识的培养[1-3]。

2.加强校内外实验、企业实习基地建设

企业非常看重学生的职业素质，如爱岗敬业、吃苦耐劳、求知、学习能力、现场管理和组织生产的能力、团队合作等，这些素质很难通过一两门课程来培养，需要通过大量的校内外实验和实习来进行职业素质教育。首先要培养学生们对光伏这个产业的兴趣，认识到光伏行业的重要性和发展前景。其次通过实验和实习重点加强学生对单晶硅片制造加工流程、光伏电池生产工作流程、晶体硅光伏电池组件制造工艺流程等认知和理解，增强学生对机械设备的操作技能，培养学生的学习能力、吃苦耐劳和敬业精神[4]。

3.构建高水平、高素质的师资队伍

作为一门新开的专业需要有一个强大师资队伍，上海电力学院有光伏行业最知名的教授之一，杨金焕，是中国光伏行业的元老之一。南开大学的光电子所是国家863计划之一，他们研究的电池专门供给中国的卫星做空间电池。四川大学的材料科学系冯良恒教授也是国内光伏行业领先学者之一，主攻碲化镉太阳能电池。笔者认为，一个学科要发展，首先要有好的学术带头人。因此，要大力引进国内高水平大学师德好、学术造诣深的人才担任新能源材料与器件的学术带头人。在此基础上引进相关方向的优秀青年博士，为现有师资队伍注入一股具有活力与创造力的新鲜力量。采取老教师带新教师的方法，尽快提升青年博士的教学水平与教学素质，使青年博士在掌握基本的教学技能的同时，充分发挥自身创造力的优势，加快整个专业的发展。

三、总结

光伏产业是一个新兴的产业，光伏专业人才变得非常紧缺，光伏人才培养要结合目前光伏岗位需求以及高校的办学条件，凝练出该专业的特色，制定合理的人才培养方案，构建合理的课程体系，建立科学的管理制度，提高人才培养质量，为光伏产业培养具有创新精神和实践能力的高素质光伏专业人才。

参考文献：

[1]李文萱. 高职院校光伏专业建设的探索[J]. 滁州职业技术学院学报，2012， 11（2）： 35-37.

[2]肖志刚， 蒋瑶， 尹绍全等. “太阳能光伏发电技术及应用”课程改革研究[J]. 乐山师范学院学报，2013，28（11）：61-64.