光学设计教程精选(九篇)

第1篇：光学设计教程范文

 

随着光学技术的开展，对光学仪器和光电仪器设计的请求也越来越高，这就请求设计者具备扎实的理论根底、较高的设计技巧和现代光学系统设计计算才能。目前，社会上对光学设计的专业人才有着越发迫切的需求，为此，高校肩负着培育具有良好光学设计才能的工程型人才的重担。

 

为了协助学生稳固应用光学专业根底学问，控制评价光学系统的根本办法，进步学生对光学系统的应用才能和设计才能，该校在光学工程学科研讨生教学中开设了“光学工程与系统设计”课程。该课程在本科工程光学的根底上，系统、全面地解说光学工程的理论、应用和系统设计办法，协助学生进步在工程应用中处理实践问题的才能。

 

“光学工程与系统设计”课程针对光学工程学科研讨生开设，请求学生具有一定的光学工程根底学问，教学目的是培育光学工程的高级应用人才。授课内容除注重于根本概念的解说和根本原理的剖析外，拟经过大量丰厚的光学系统应用实例，培育和进步学生发现和处理工程问题的才能。

 

因而，该门课程在较短的课时内，既要有对专业根底学问的深化了解，又要结合工程消费理论，以处理实践设计问题为目的，使学生在系统、全面地控制光学设计理论和设计办法根底上，可以独立完成大多数典型光学部件和系统的设计工作。因而，要到达较好的授课效果，对授课教员提出了较高的请求。

 

在“光学工程与系统设计”的授课中，如何将理论与实践相结合，充沛调动学生学习兴趣，使学生逐渐顺应从习气于科学理论、理想假定的学习者到光学工程专业技术人员的转变，培育和进步学生发现和处理工程问题的才能，是重点思索的问题。该文将对教学中遇到的问题及经历进行做出总结。

 

1 “光学工程与系统设计”教学中面临的主要问题

 

在该课程的教学过程中，主要存在的问题有以下几点。

 

1.1 学时少，相应配套课程不完善，学生根底学问程度不平衡

 

“光学工程与系统设计”课程涵盖光学成像理论、典型现代光学系统的构造原理和光学特性、光学系统设计办法等等方面，触及学问内容十分普遍。在有限的学时内，要完成一切的教学内容，到达使学生系统、全面地控制光学设计理论和办法，进步学生现代光学系统设计才能，培育学生工程素质的目的，对学生的根底学问、综合才能的请求都较高。而在实践教学中，由于学生可能来自于不同的本科专业，在光学工程类根底课程方面的学问程度表现出很不平衡，相应的配套课程也不够完善。因而，如何在本课程的教学中，如何缓这些矛盾，补偿这些缺陷，到达好的授课效果，对教员提出了很大应战。

 

1.2 学生工程认识淡薄，入手才能差，不能将理论与实践相结合

 

学生对工程设计的特性仍旧缺乏认识，对工程问题较为陌生，工程认识十分淡薄，因而形成了入手才能差，不能将所学的理论学问与实践应用有机结合的问题。而本课程正是以培育具有良好光学设计才能的工程型人才为目的，因而，如何理论结合实践，在对实践问题的剖析与讨论中，培育学生学习与开展的才能和发明性处理工程问题的才能，是重点要处理的一个问题。

 

1.3 学生的学习积极性问题

 

教育学以为：兴趣是学习最好的教师。学生对所学习的课程产生了兴趣，才干愈加认真、愈加投入地吸取课程的学问，更好地发挥思想和智力的潜能，做出发明和创造。正是由于本课程触及内容普遍，学生根底学问程度不平衡，假如不可以采取合理措施，将理论与理论相结合，充沛调动起学生学习的主动性，就更容易形成局部学生对课程丧失兴趣，消极学习。因而，作为专业课程教师，怎样培育学生的学习兴趣，不使学生觉得学习过程无聊、无用而索然无味，是授课教员必需认真考虑的问题。

 

2 教学变革理论与探究

 

针对以上问题，我们在教学过程中，从教学体系、教材、课件、教学办法等多方面进行变革探究，以完善教学内容、创新教学办法为动身点，从进步学生兴趣，增强师生互动，解说深化浅出，理论结合实践，融入科研内容等多方面着手，改善教学效果，获得了较好的效果。主要采用了以下手腕后。

 

2.1 精心规划授课内容，留意衔接，对症下药

 

该课程许多内容触及到几何光学、物理光学、激光原理等根底课程学问，希望学生可以具有一定的相关根底，在授课时才干产生较好的效果。但是，如前所述，在教学中存在学生根底学问程度不平衡，配套课程不够完善的问题。为处理这一矛盾，在授课体系与授课内容方面，进行了精心的规划，力图合理。

 

首先，在授课内容方面，注重教材内容的科学组织，在内容的编排上留意学问自身的内在规律性、系统性及互相联络，加强课程各个局部之间的逻辑性，对症下药，从而俭省学时，处理课程容量大与学时有限的矛盾。其次，在讲授必要内容的根底上，留意与前期课程的衔接，但并不完整依赖于前期课程学问的控制，而是注重启示、引导学生自主的温习、控制、扩展原有学问，例如经过布置考虑标题、提供参考文献、课上讨论等方式，协助和鼓舞学生经过主动学习，来处理根底学问程度不平衡的问题。同时，在授课中并不简单的依照教材施教，而是及时结合科研项目，充沛应用与课程有关的最新研讨成果，补充身手域的前沿技术。

经过合理的规划授课内容，并在授课过程中，留意衔接，对症下药，鼓励学生课下主动学习的方式，进步了教学质量。

 

2.2 理论结合实践，重在才能培育

 

本课程除了具有学问的系统性、理论性强的特性外，更重要的特性是应用性强。在工程设计中，需求灵敏地运用学过的理论学问，用理论指导理论，才干使设计朝着胜利的方向行进。当设计过程呈现问题时，怎样应用理论学问和理论经历，来有效地进行修正，最终得到满足运用请求的系统设计，这种处理工程问题的才能的进步，是本课程最中心要处理的问题。

 

为此，我们在根底理论讲授后，经过抛出一个或几个实践工程设计问题，引导学生进行深化考虑与讨论，完成自主设计。例如在学习了像差理论及典型显微光学系统后，请求学生设计一款高倍率显微系统，针对该系统设计过程中发作的各种问题，包括怎样从低倍率系统逐渐过渡到高倍率系统，怎样完成复消色差，以及工程实践中如何完成系统装调等等问题，逐个进行讨论和剖析，经过引导学生发现问题，鼓舞学生自主剖析处理问题，进步学生的理论才能。

 

这样的理论与实践相结合的过程，深受学生好评，学生们分歧以为，经过这样的练习，不但加深了对理论学问的了解，更大大进步了他们发现和处理工程问题的才能。

 

2.3 创新授课办法，刺激学生主动学习

 

由于授课内容的更新以及理论与实践相结合的请求，教员在授课办法上也必需进行相应的创新，才干够到达预期的效果。学生是课堂教学的主体，只要激起学生求知的动力，课堂教学才有可能胜利。除了传统的讲授方式外，在本课程的授课过程中，愈加注重启示式教学和讨论式教学。启示式教学办法，是指经过具有启示式的发问，鼓励学生学习的兴趣，从而培育学生的发明性思想才能。讨论式教学办法，是指经过讨论问题，积极引导学生进行独立考虑，培育学生的自主学习才能。

 

在详细做法上，除了采用布置考虑标题，引荐参考文献的方式外，还经过将学生分为协作小组，针对某一任务进行组内协作，然后组织各小组就各自研讨成果在全班进行交流，鼓舞学生之间就技术问题进行讨论、质疑与争辩，加深了解。

 

经过启示式与讨论式教学办法的引入，加强了师生互动，进步了学生的学习兴趣，刺激学生主动学习的愿望。

 

3 结语

第2篇：光学设计教程范文

【关键词】项目式课程；教学项目；典型产品；工作任务

在华东师范大学职业与成人教育研究所课程专家指导下，我院从2008年5月开始启动了眼视光技术专业建设与改革工程。根据市场人才需求情况确定本专业的人才培养定位、人才培养目标、课程体系、课程标准，进行了项目式课程方案的设计，并按项目式课程教学方案实施了课程教学。现结合眼视光技术专业项目式课程改革探讨生产性岗位和服务性质岗位对应课程教学项目的设计方法。

1 影响项目式课程改革效果的因素

高职院校在第一轮进行项目式课程改革和实践时，项目式课程教学方案的开发更多是在理论学习、专家指导、自己摸索的模式下进行的，而之前没有项目式课程改革的经验，再加上项目式课程改革难度大，难免出现教师理解和执行方面的偏差，出现课程项目方案设计和教学实施不到位的情况。

我院眼视光技术专业在第一轮项目式课程教学实施时发现课程项目教学方案设计质量对课程教学影响较大，教师反映有的课程按项目设计方案实行教学思路不够清晰，教学效果不理想，其中验光课程存在问题偏多，因此在项目式课程教学实施第一轮后，又组织教师对项目式课程方案进行了修改。

通过对第一轮项目课程改革存在问题分析后发现，项目式课程改革的效果主要取决于教学项目设计、项目教学方案设计、教师的教学三方面因素，其中教学项目设计是重点，是项目式课程改革和教学实施的基础，设计的教学项目是否合理对后二个因素影响较大。

2 教学项目设计相关的岗位要素

岗位课程是指根据对应的就业岗位设置的课程，重点是培养学生对应岗位工作所需的职业能力。根据岗位性质可将岗位分为生产性岗位、服务性质岗位、管理性岗位等，本文结合眼视光技术专业项目式课程改革重点讨论生产生岗位和服务性岗位对应课程的教学项目设计。

岗位课程，课程教学的设计与实施要与岗位相结合。岗位工作的三个要素是工作内容、工作过程和工作质量，对应于课程的三个要素是教学内容、教学过程、教学质量，而其中与课程教学项目设计相关的岗位要素是岗位工作内容和工作过程。

生产性岗位的工作内容、工作过程要素比较明显，在进行项目式课程开发时，容易根据岗位特点抓住教学项目设计对应的要素。而对于服务性质岗位，服务对象是客户或顾客，服务对象的差异性较大，且服务对象、服务内容按不同类型能进行多种分类，因此对服务性质岗位课程在进行教学项目设计时，难以正确把握对应的岗位要素，用不同岗位要素设计的教学项目对后面项目教学方案的设计和教学的开展影响较大。

我院眼视光技术专业对应的核心就业岗位中，配镜岗位属生产性岗位，验光岗位属于服务性岗位，相应开设《眼镜加工》和《验光》课程，在进行课程项目设计时，《眼镜加工》项目式课程方案设计就容易把握，改革中出现问题少且小，《验光》项目课程方案设计难度相对较大，改革中出的问题也相对多些，主要原因是教学项目设计时参考依据（即对应岗位要素）的选择不够合理。

3 岗位课程教学项目设计方法

对生产性岗位课程和服务性岗位课程进行教学项目设计时，要正确选择对应的岗位内容或岗位要素。

3.1 生产性质岗位课程教学项目的设计

对生产性岗位课程，在设计教学项目时，可选择岗位生产的典型产品或工作任务作为参考依据。

《眼镜加工》课程对应眼镜店配镜岗位，目的是根据配镜处方单为顾客加工配装符合国家配镜质量标准的眼镜产品，在第一轮课程教学项目设计时，教师设计准备了表1和表2两套教学项目，后经讨论采用了表1的教学项目。

表1是课程第一轮教学实施的教学项目，是按岗位典型产品和典型工作任务来设计，以典型产品为主，“眼镜的整形与校配”工作任务本应该包含在前面四个项目完整的的教学过程中，但考虑其重要性、教学难度大且内容多的因素，将其单列为一个项目。该方案在第一轮课程教学实施中发现存在的问题有：如果前四个项目在实施教学时不包含第五个项目的内容，则教学项目的工作任务不完整，学生学习时缺乏整体的岗位工作观念，如教学时将其包含在内，则与第五个项目的教学内容重复；另外，第五个教学项目在实行教学时，学生没有岗位完整的工作过程和工作任务观念，没有针对具体的项目学习，学的能力不具体，不实用。

表2是根据岗位完整工作过程按典型工作任务来设计，表面看设计依据充分、科学，但后面在进行目教学方案设计时不好操作，因每个项目下有许多眼镜产品的内容要列入，且教学实施时这些内容都要教和学，头绪多而乱，条理不清，所以该方案没有采用。

表3是第二轮实施时设计的教学项目，在第一轮基础上进行了修改，全部采用岗位典型的眼镜加工产品为教学项目的载体，虽然每个教学项目的工作过程基本相同，但所含教学内容区分度大，实施教学时条理清晰。

3.2 服务性质岗位课程教学项目的设计

对服务性质的岗位课程，在进行教学项目设计时，可选择岗位提供的典型服务或服务对象作为教学项目设计依据。

《验光》课程对应眼镜店验光岗位，属服务性质的技术岗位，目的是为不同类型的顾客进行验光并提供配镜处方。在第一轮教学项目设计时，教师设计准备了表4、表5和表6三套教学项目，后经讨论采用了表4作为第一轮教学实施的方案。

表4是课程第一轮教学实施时采用的教学项目，是按岗位典型服务对象为依据进行设计。设计依据非常充分且表面看也很合理，但在第一轮课程教学实施中发现各个教学项目的教学内容重复较多，都要包含各种不同的验光方法和各种类型的人眼，内容多且杂，条理不清，教学实施难度大，教学效果不好。

表5和表6是教师第一轮教学项目设计时另外考虑的两套备用方案，经讨论分析后没有采用。表5，各个教学项目下工作内容不仅多且重复率高，也都要包含各种验光方法和各种人眼，不便于开展教学；表6，按验光过程将对应的工作任务作为教学项目设计依据，虽然各个教学项目下的教学内容区分度大，也便于开展教学，条理性也强，但对每个项目实施教学时学生没有完整的工作任务和工作过程观念，学生学习后岗位工作能力低，也不适用。

表7是第二轮实施时设计的四个教学项目，在第一轮教学实施的基础上进行了修改，按岗位典型的验光方法作为教学项目设计的依据，每个教学项目对应学生岗位重要验光能力的培养，所含教学内容区分度大，且第2、第3、第4三个项目为综合项目，学习时学生有岗位完整的工作过程和工作任务观念，教学实施时条理清晰，教学效果较好。

3.3 教学项目的序化与教学项目设计的关系

在设计教学项目时应进行教学项目的序化设计，要考虑各个教学项目所含的教学任务和教学内容之间的联系和区分度，要考虑学生的认知规律和能力递进规律，按由简单到复杂、由单项到综合、由易到难的次序安排教学项目的教学次序。

总之，在对岗位课程进行教学项目设计时，可以按岗位生产的典型产品或典型服务对象为设计依据，也可按典型工作任务或提供的服务（方法）为设计依据，另外在教学项目设计时还要考虑的因素有：参考的设计依据要尽量统一，每个教学项目的教学内容区分度要尽可能大，要按学生认知和能力生长规律进行教学项目的序化，要便于课程教学的开展，要考虑能形成学生岗位完整的工作过程和工作任务观念。

【参考文献】

第3篇：光学设计教程范文

大学生职业能力的作用社会发展而日新月异，劳动者的素质及能力也必将随之提高。教高[2006]16文件进一步明确培养“高素质技能型专门人才”的目标。高素质技能型专门人才不仅是能够将所学专业知识、技能应用于所从事岗位的专门人才,更应是职业能力和素质都高的专门人才。因此职业能力是人们从事某种职业的多种能力的综合,是胜任某种职业岗位的必要条件。而LightTools专业光学软件的教学既是光电信息专业的教学特色,也是培养学生职业能力的有效途径之一。LightTools是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系，提供最现代化的手段直接描述光学系统中的光源、透镜、反射镜、分束器、衍射光学元件、棱镜、扫描转鼓、机械结构以及光路设置。由于LightTools把光学和机械元件集合在统一的体系下处理，并配有“放置”光源、发射光线的非顺序面光线追迹的强大功能，使它在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术交流和数据交换、课题论证或产品推广等各环节中均可发挥重要的作用，已是人们进行产品光学性能分析的必备工具之一。

2.使用LightTools专业软件进行案例教学方法的尝试

光电信息科学与工程专业大学生职业能力的全面培养与训练，涉及该专业培养目标的定位、专业课程设置、教学方法的选择等诸方面因素。然而，在软件教学中，通常是以介绍软件各种命令和操作步骤为主要课堂内容,一方面，易使学生因为枯燥的命令而失去学习兴趣和学习主动性。另一方面，也容易最后使学生学会了理论知识，但无法应用于实践，在培养学生的创新能力和创造性思维方面也有不足。因此，在多年的计算机辅助设计软件教学过程中，我们根据光电信息类工作岗位所需的职业能力要求，以服务为宗旨，就业为导向，以“必需、够用”为度，本着学以致用的原则，选取教学内容，发现采用案例教学法能够很好地解决了上述问题。在LightTools软件教学中，其教学计划分主要为两部分，第一部分是非成像光学理论知识的介绍，要求学生掌握非成像光学系统的设计思路、注意事项，评价标准等，以使学生在后续使用LightTools软件进行光学设计时能够在宏观上把握设计要领。这部分主要占总学时的5%。第二部分是案例设计，占总学时的95%。主要从最基本的案例（如导光管、手电筒设计）开始，逐渐过渡到较复杂光学系统的设计（如液晶显示器背光源系统、车灯系统、投影仪系统设计等）。由简到难，由浅入深的教学思路，能够使学生接受知识比较容易，同时学习情绪高涨，能够极大的调动学生的学习热情。另外案例的选择在LightTools教学中也是至关重要的。我们选取的案例通常是光学设计公司的培训案例，以及他们公司简单的一些设计实例。

3.结束语

第4篇：光学设计教程范文

[关键词] 工程光学；教学改革；多元化；实践教学

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 1005-4634（2014）02-0089-04

0 引言

《工程光学》是测控技术及仪器专业的专业平台课，根据燕山大学本科生培养方案设置，其总学时为40学时，其中实验学时为6学时。在知识结构上，该课程以大学物理和高等数学知识为先导，同时又以光电检测技术、光学仪器设计、激光检测技术、红外检测技术和光纤传感及通信等课程为延拓。将几何光学和物理光学作为主要授课内容，讲授测量过程中涉及光学测量的各种方法，讲授其基本思想、原理与技术，并以此为理论基础，使学生在光学参量测量的过程中进行测量系统的分析与设计，并对其性能进行优化及误差分析，从而满足系统设计参数的要求和工程实际中的特定需要。

1 教学现状及存在问题分析

在目前的《工程光学》教学过程中，存在着以下问题。

1）在教学内容上，原来的教学大纲强调教学内容的系统性和完整性，导致物理光学的部分章节与大学物理中的相应内容存在一定重复[1，2]，在几何光学部分，存在大量的理论公式推导，抽象晦涩。

2）教学方法与手段单一。在以往的教学过程中，由于理论分析和公式推导内容较多，《工程光学》主要以板书教学为主。随着计算机辅助教学模式在教学中的推广，多媒体教学方式虽然提高了单位学时内的授课信息量，但也没有改变以教师为中心、学生被动式学习的基本状况，互动环节明显缺失，忽视了授课效果的及时反馈，未能充分地发挥学生的主观能动性，教学效果不理想[3，4]。

3）实验内容陈旧，只能完成一些基础性验证实验，而对设计性实验的实现能力较差。光学器件的设计和加工过程都十分繁杂，因此，根据设计性实验的要求购买或加工光学组件，其可行性不高。随着实践教学模式的探索与推广，实验室的作用应得到重视和充分的显现[5，6]。

在《工程光学》的教学改革过程中，探索多元化教学模式，实现课堂教学与实践性环节的有机结合，是十分必要的。

2 多元化教学模式探索

在《工程光学》教学改革过程中，尝试课堂教学与信息网络平台、实践教学和光学前沿讲座相结合的多元化相辅相成的改革方案。其框架见图1。

2.1 引入先进教学理念，改进课堂教学方法

本科生教育在整个教育体系中是一个系统性基础理论教育部分，而后续的研究生教育阶段将主要着眼于知识创新和技术攻关，具有更强的理论性、技术性、应用性和方向性。因此，本科生教育恰是一个打基础的阶段，应注重对学生科学思想的培养，对基础理论知识的全面系统性学习必须被视为重中之重。

在课堂教学过程中，应精选教学内容，课堂教学内容的设计必须以问题的解决为主线，致力于对学生分析和设计能力的培养。针对每个教学单元的重要知识点，教师选择有代表性、难度适中、综合性较强的光学系统，合理设计问题，以点带面，使学生在遇到实际问题时学会分析问题和解决问题，加深学生对光学原理在测量中实际应用的认识，锻炼分析和系统设计的能力，激发学生的学习动力。

板书教学这种传统的课堂教学方式，能够将教师的语言和肢体动作相结合，教学方式生动，能够使学生集中注意力，并使教学思路得以逐步地展示，从而使教师的讲解过程与学生的理解过程同步。以板书教学为主体，注重学生对基础性原理知识的掌握，最终达到较为理想的教学效果。多媒体教学能够综合文字、图像、声音、动画和视频，立体教学更适合人的思维习惯和记忆规律。通过声音、图像进行多维教学，使课堂上教与学的交流更为流畅、学生的思维更为敏捷、学生的学习效率和自主学习的积极性得到提高。由于授课学时的限制和系统化授课的要求，在保证知识结构完整性的前提下，将物理现象的呈现、应用背景的图片等通过多媒体的方式进行形象地展示，可使学生获得的信息丰富且直观，并激发学生的学习兴趣，使其带着问题对理论性的内容进行学习。

2.2 课堂教学与网络信息平台相结合

由于授课学时有限，除了课堂教学所涉及的核心内容之外，对于其先导课程大学物理中已经涉及的内容和难度较小的辅内容，可以通过网络信息平台的授课视频和学习资料来完成。与此同时，网络信息平台可以帮助学生完成课前预习、课后复习，并培养学生网络提问和教师离线解答的师生交流模式，更好地保证授课效果，并排查授课过程中的薄弱环节。

网络信息平台除了作为课堂教学的延伸之外，还应为教学内容和教学方式的改革提供及时的信息反馈。为了加强对教学过程的监督和管理，不断提高教学质量，在过去几年的教学工作中，学校教务部门也建立了教学质量评价体系，通过学生评分和督导组的教学评价，对每门课程的运行情况进行评价。这种方式在很大程度上对教学改革起到了促进作用，但过去时的反馈信息只能指导今后的教学工作，缺乏实时性。通过网络信息平台的留言板，方便老师对后续课程的教学内容及方式进行及时调整，并以此作为增进师生交流的互动平台。

建设《工程光学》课程网络习题库。为了配合课堂教学，使之产生更好的收效，课后的练习和自我测试是十分必要的。根据教学重点和难点问题，编制各类习题，并以期末考试和考研等各类考题为参照，编制典型习题，并提供习题讲解，从而方便学生课后复习和考前准备。

2.3 引入任务式教学模式，培养学生的实践能力

《工程光学》的教学改革尝试，要注重培养学生的工程能力、创新能力、学习知识和运用知识以及解决问题的能力，乃至团队协作能力。目前，《工程光学》课程设计、大学生创新训练、科技创新比赛以及《工程光学》开放性实验，是课程教学改革要涉及到的实践性环节。在实践性教学环节中，教师要转变教学观念，从教学的主导位置变为指导和辅助学生学习的角色。以明确的任务为驱动，使学生以主动的和实践的方式进行学习，并建立实践环节和课程教学内容之间的有机联系，实现课堂所学的书本理论知识的运用，从而培养学生的工程实践综合能力。

Zemax是目前功能较为强大的光学设计软件，因此，在课程设计中，可以用其完成光学系统的辅助设计，并帮忙学生完成课堂几何光学教学中各种典型光学系统的像差分析。在课程设计的过程中，以分组的形式安排了“照相物镜镜头设计与像差分析”、“牛顿望远镜设计与像差矫正”、“带有非球面矫正器的施密特-卡塞格林系统设计”、“多重结构配置的激光束扩大器”、“折叠反射镜面和坐标断点”和“消色差透镜设计”等多个设计任务。例如，在照相物镜镜头的设计中，如图2所示，应用Zemax软件可以对后置光阑三片物镜原始结构（其中，分别代表该多光组系统中的3个透镜元件）进行参数优化，输入参数并进行焦距缩放，从而生成初始参数及结构。如图3所示。

进而在Zemax中进行像差分析及参数优化，在初始结构的MTF 曲线中，可看出成像质量很差， 因此需要校正像差，如图4所示。调整其可变参量（包括6个曲率半径，2个空气间隔和3个玻璃的厚度），对物镜的结构进行逐次优化。每次调整后再次优化实时关注MTF图的曲线变化，最后使各个参数都在可接受范围之内，如图5所示。通过课程设计中对具体光学系统的设计和分析，学生们对课堂所学知识有了更新和更深刻的理解，通过学以致用，更加体会到所学知识的重要性。

在课程设计的基础上，鼓励学生结合课堂所学理论知识，开展创新性研究，申报大学生创新训练计划项目，教师指导学生进行选题和方案论证，以项目组的形式，明确每个学生的任务分工，使每个学生都有机会参与实际项目的研究或开发，通过项目的实施来驱动学习，在实践中加深和强化对理论知识的理解。对于大学生创新计划项目，导师不需特意强调成果，应注重其研究和实施的过程。

在创新训练基础上，鼓励学生参加科技创新比赛，通过赛事培养学生的自主创新意识和团队协作精神。学生可以亲身体验科学研究的全过程，以个性化的思路提出设计方案，从而大大增强学生解决问题的能力。通过精心的赛前准备，所设计的“光电主动式红外报警器”在燕山大学校团委组织的“世纪杯”科技创新大赛中获得了优异的成绩，这也极大地增强了学生的自信心，促使学生在实践中运用所学知识，进一步加深了对知识的理解。

利用实验室条件，《工程光学》课程设计的设计任务、大学生创新训练的相关内容、科技创新比赛的前期准备和方案实施等实践环节对实验的需求都可以得到很大程度上的解决。将开放性设计性实验、竞赛题目、科研课题与工程光学某些知识相联系，制定项目的实施方案，规划实验流程，列出实验仪器及元器件清单，通过实验验证项目方案的可行性。在不断发现问题、研究问题和解决问题的过程中，学生会对探索和追求未知的科学领域产生极大的兴趣，在学习的过程中变被动为主动，在研究过程中也不断提高了自身的创新能力，真正实现了以人为本、自主学习的教学理念。

2.4 开展现代光学前沿知识讲座

《工程光学》课程所讲授的内容是光学的基础性应用知识，通过开设光学讲座的方法，向学生传递这些知识在现代光学技术中应用的信息，更能使学生了解光学前沿的概况，给课堂教学内容赋予时代气息，拓展学生的知识面。通过这类活动，不但能增进学生对学科和本专业科研方向和科研梯队的了解，更能使学生充分认识到学习《工程光学》的意义，而且也增强了学生热爱专业、致力于专业课程学习的积极性，从而取得良好的收效。

2.5 教学安排及课时调整

《工程光学》教学改革已经在教学实践中推进了一年，取得了初步的成果，并将在今后的教学过程中不断探索、总结和提高。在上一个教学周期中，针对多元化教学模式的采用，已将整个学时安排进行了必要的调整。采用网络信息平台，针对大学物理中已经涉及的部分知识点，缩减了每堂课复习旧知识点和考前总复习的时间，网络试题库的建设节约了习题课的时间，以上两方面节约学时数约6个学时，从中分配4个学时进行课堂项目式教学，其余2个学时开设光学前沿讲座。更为深入复杂的设计任务则在为期1.5周的《工程光学》课程设计中完成。另外，学生通过大学生科技创新训练及科技创新比赛，除了获得实践能力的锻炼之外，还获得了大学四年中必修的“科技创新”学分。

3 结束语

在现今的高等教育中，注重人才的全面发展，多出人才、出好人才，是高等教育的最终目的。在工程光学教学和实践中，发现了不少问题，有些教学改革的想法还不完善，还将在今后的教学实践中不断探索行之有效的改革措施。通过教学实践和经验总结，提高教师的理论教学和实践教学水平，完善教学方法，取得更好的教学效果。通过多元化教学模式的尝试，在优化课程理论教学内容的同时，引入丰富的实践教学环节，使学生的工程应用能力、创新能力和综合素质得到有效的培养，为学生今后的研究和就业开辟更为广阔的空间。

参考文献

[1]施建华，王弘刚，梁永辉，江文杰.关于“光学工程”学科课程建设的几点思考[J].光学技术，2007，33（S1）：309-310.

[2]付瑞红，王爱冬.信息化时代高等教育理念及课程模式的探索[J].教学研究.2013，36（2）：8-12.

[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.

[4]李丽，刘晓波.工程光学教学改革探索[J].实验技术与管理，2009，26（8）：129-131.

第5篇：光学设计教程范文

【关键词】理论与实践结合；实践内容实现多样化中图分类号：G642.0

Innovation and practice of teaching mode of optical fiber

communication system and network

【Abstract】optical fiber communication system and network is a practical subject，the subject of how to link theory with practice，students can really learn in order to practise，the author of the Chongqing University of Posts and Telecommunications College of mobile level 2009，level 2010 600 communication engineering students with new teaching mode in the course of learning process，the model includes the teaching content design，practice content presentation forms，teaching evaluation system，and finally through the student questionnaire data statistics concluded.

【Key words】The combination of theory and practice；practice content to achieve diversification

0.引言

光纤通信系统与网络是一门实践性较强的学科，很多院校在在教学设计中只考虑理论知识点的规划，而如何与实践环节结合，与实践相关的学习资源如何设计，实践活动的教学次序，如何考虑实践教学的评价体系等，一直是教学实施的薄弱环节。为了使实践性较强通信专业系列课程取得更好的教学效果，有必要建立与理论课程并重的实践性教学体系，突出实践教学在整个教学活动中的地位。作者通过对两届通信专业学生实施新的教学模式，认为，只有针对课程教学的特点及学生的应用需求，深入研究具有实践性特点的通信类课程的教学设计，利用所学分析实际中出现的问题，才能达到学以致用的目的。本文通过问卷调查，对学生期望的实践教学内容及形式、课程中理论部分与实践部分的结合情况以及相关的课程评价体系等进行统计分析并得出结论。

1.教学模式设计原则

教学设计的方法主要从“为什么学” 入手，首先确定学生的学习需要和教学目的；根据教学目的来进一步确定“学什么”，即通过哪些具体的教学内容和教学目标才能达到教学目的，从而满足学生的学习需要；接下来就是“怎么学”，即采取什么策略，使学生掌握需要的教学内容，从而达到教学目标；最后还要对教学的效果进行全面的评价，以确保促进学生的学习，获得较好的教学效果。本文以上述教学设计方法为基础，在对光纤通信系统与网络课程教学设计中遵循以下三个原则。

1）以学生的需求为中心原则

强调以学生的需求为目标，对学生进行实际的调研，有别于过去依据教师的经验进行主观设计的方法，要充分考虑理论与实践的结合。理论教学和实践教学要恰当安排教学学时和教学次序，充分体现实践性特点。对于没有工作经验的学生来说，加强实践教学环节可以使他们毕业后尽快地融入到工作中去。

2）操作可行性原则

要实施教学设计各环节，必须具备两个可行性条件。一是符合主客观条件。主观条件应考虑学生的已有知识基础和师资水平；客观条件应考虑教学环境等因素。二是具有技术上的可实现性。对于实践性的课程教学，可以通过多种形式，如邀请厂家对目前的主流设备的安装、操作、系统维护等内容简单培训；邀请行业技术骨干做相关技术讲座；充分利用学校的现有实验平台讲解；利用假期组织学校学生去相关单位观摩等。

3）执行过程控制的引导与控制原则

在教学设计时，应适时提供多次研讨活动，让学生参与到实践教学活动中去，充分调动学生参与实践教学的积极性；并且依据实践性原则，在平时作业及期末考核中补充对实践性学习内容的评估。

2.理论与实践结合教学实例

“光纤通信系统与网络”是通信工程专业一门重要的专业课程，起到衔接各门专业课的枢纽作用。课程内容涉及光纤通信工程中的设计、施工、测量、维护等，具有很强的实践性。

1）课程内容的设计

“光纤通信系统与网络”课程的理论学时共48学时，学习内容共包括三部分，第一部分为基础部分，涉及光纤通信系统的发送（器件）、传输（光纤线路）、接收（器件）；第二部分为系统部分，由发送、传输、接收构成的光纤通信系统总体架构，涉及中继距离计算及光发射端机和接收端机的构成；第三部分为网络部分，涉及SDH光同步网与WDM网络等光传送网络及城域光网络。

“光纤通信系统与网络”课程的实践学习学时为8学时，内容包含两部分，第一部分为光纤几何参数的测量；第二部分为系统性能仿真，主要涉及数据的SDH传输等内容。

2）教学实例

根据理论教学和实践教学学时安排，作者根据学生问卷调查可知，绝大部分学生都希望每学习一个知识点的理论后，就进行相应知识点的实践学习，因此对于“光纤通信系统与网络”课程，在教学设计时，采用先介绍对应的理论知识点，紧接着介绍相关实践部分的教学方式。表1所示为部分理论与实践结合教学模式知识点关联表。

3）实践内容实现方式

针对“光纤通信系统与网络”课程中实践性内容的不同实现特点，采用适用的呈现方式。

对于参数实验部分，主要采用文字、图片说明、视频演示实验等。在视频演示实验中，配合教师讲解了解实验的过程。

对于系统实验部分，主要通过仿真平台进行数据传输试验，使学生能够熟悉设备配置过程、数据传输过程、测试过程，进而利用测试结果进行系统性能分析。图1所示即为在SHD1的SP1D 支路板的1～2端口和SHD2的SP1D支路板的1～2端口之间之间完成2M业务连通”。

3.实施效果与学生评价

在新模式教学设计时，实践性教学的成效评估和反馈也是不容忽视的。根据“光纤通信系统与网络”课程评价问卷调查，选择平时作业成绩占总评成绩为40% 的学生百分率最高，且大多数学生认为实践部分的成绩占总评成绩的百分率最好不高于30%。据此“光纤通信系统与网络”课程将总评成绩分为两部分，分别为平时作业及期末考试，其中平时作业成绩占总评成绩的40%、期末考试成绩占总评成绩的60%。平时作业共分四次，其中三次为理论部分、一次为实践部分，实践内容为SDH光网络点对点数据传输的仿真实验。对学生的要求是除了完成实验报告之外，还需提交一份论文，论文内容为针对实验环节的所有过程（包括设备配置、数据传输、测试环节）的认识和总结。这种考核过程深受学生欢迎，并且使得实践部分内容不会超过总评成绩的30%，满足在校学生在校学习应以理论学习为主、以实践学习为辅的原则。

4.结束语

本文针对“光纤通信系统与网络”课程理论与实践的相关性，并据此对“光纤通信系统与网络”课程的实践性教学进行了具体设计，包括教学内容细分、实践部分的呈现形式、教学评价体系等，为通信类课程的教学采用理论与实践相结合的方法提供了可借鉴的参考案例。此外，本文选择 “光纤通信系统与网络”课程为例进行的教学设计研究，目的是为了找出通信类课程的实践性特点的共性，可以通过教学设计，改善学生满堂灌的学习状态，通过多种方式完成教学内容，让学生真正学以致用。

参考文献：

[1] 焦学辉，陈丽茹.“光纤通信"课程教学模式改革的探索.中国电力教育.[D].2011.

第6篇：光学设计教程范文

[关键词] 光电子专业；专业综合训练；反射式光纤位移传感；实践教学

[中图分类号] G642.44 [文献标志码] A [文章编号] 1005-4634（2014）04-0084-03

0 引言

光电子专业是以光电信息工程理论与技术为特色的信息类专业，致力于培养融合光、电、信息和计算机等学科的复合型人才。在光电信息工程专业教学中，专业综合训练作为一个必修实践环节，是加强学生工程训练的重要手段，对培养学生的创新精神和实践能力不可或缺[1]。同时，也是贯彻CDIO理念的重要方式[2]。发达国家的工科院校十分重视对学生工程实践能力的培养，如要求学生在工厂进行32个月的生产实训，几乎占整个大学学习时间的1/4；而日本明确提出：工科院校4年教育要始终围绕工程和联系工程实际进行。与发达国家相比，国内工科院校在实践教学尤其是工程实践教学方面存在明显差距，普遍存在着“课程设计简化、毕业设计软化、专业综合训练与生产实习形式化”的现象[3]。太原科技大学光信息科学与技术专业的专业实验是将专业课实验去掉，形成一个64学时的专业综合实验课[4]。高朋等人介绍了沈阳师范大学在课外开放实验与实践活动中进行专业实践模块，与专业实验课程互为补充[5]。陈顺芳等人就咸宁学院光电信息实验与实践平台的构建进行了详细的阐述[6]，具体实施也是以课外开放实验的方式进行。

专业综合训练起着从课本理论知识向专业实践能力过渡的桥梁作用，轻视这一教学环节会使学生走向社会后的适应性降低及适应周期加长。因此，提高对这一教学环节重要性的认识，加大对其的投入，加强对该教学环节的建设，对保证这一教学环节有力、有序、有效地开展，具有极为重要的意义。鉴于此，本文针对光电类专业综合训练实践教学目的、内容、模式等方面进行初步探索与研究。

1 专业综合训练的目的与意义

光电子专业综合训练的目的在于，使学生掌握电子技术和光学基本理论，了解光学原理、光电检测技术及检测仪器在生产实际和科学研究中的应用情况；使学生对光源、光电探测器与传感器等方面的知识有更进一步的认识和掌握。专业综合训练是安排在大四的一项教学实践环节，是在学生学习了本专业的全部专业基础课和专业课后进行的。通过专业综合训练，拓宽学生的知识面，增加感性认识，培养学生进行调查研究、分析和解决工程实际问题的能力，为将来的工作打下坚实的基础。

2 燕山大学光电子专业综合训练内容与模式

燕山大学信息科学与工程学院光电类共有5个专业实验室、1个教学示范中心和1个光电类实践教学基地，基本上能满足7个教学班级的实践活动。专业综合训练通常是选择一些难度适中、具有较强应用背景的题目来进行仿真生产。早在2005年就设置了为期1周的专业综合实验，曾先后进行过“CCD综合实验”、“光纤F-P干涉仪”、“光纤亮度测温仪”等实验，由于学时较少，所以还是以“设计型”实验为主。随着教学改革逐年深入，实践教学日益受到关注，教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”试点，引入了国际工程教育改革的最新成果――CDIO工程教育模式与理念，所有这些都推动了燕山大学的实践教学改革，专业综合实验学时由1周增加到2周，到2012年增加到4周。这项实践环节主要是在校内专业实验室进行，这一点有别于生产实习。

训练内容为设计制作一光纤位移传感系统，属于反射式强度调制光纤传感器，是一种非功能型光纤传感器。利用待测物理量引起光强变化，通过检测光强的变化实现对待测物理量的测量，如位移、压力、振动、表面粗糙度等。反射式光纤探头如图1所示。光纤探头A由两根光纤组成，一根用于发射光，一根用于接收反射体反射的光，R是镀膜的反射体。

系统装置的原理框图如图2所示，MCU采用宏晶公司的STC12C5A60S2。实现数控恒流源来驱动LED/LD发光，采用AVAGO公司的T-1527作为光源，探测器采用与之匹配的R-2526，反射光强经过信号处理后进行A/D转换，最后在LCD1602显示屏或者数码管上显示出来。载有光纤探头的二维位移调节架可以记录其位移，这样便可以得到位移与反射光强的关系，记录多组数据便可绘制出反射式光纤位移传感的调制特性曲线，如图3。由图3可知，不同驱动电流下的调制特性曲线都在相同位置出现极大值，当位移小于极大值时，为递增函数，称之为“前坡”，反之为“后坡”[7]。系统可工作在这两个区域中，即“前坡”工作区和“后坡”工作区。可以看出，当在“前坡”工作时，可以有较高的灵敏度；当在“后坡”工作时，可以获得较宽的动态范围。图4为系统仪器的照片。

3 专业综合训练的实施形式

专业综合训练的实施形式是保证训练成效的重要前提。图5为专业综合训练的流程图。学生在校内专业实验室进行查阅文献、设计、元器件选择、原理图绘制、PCB板的制作、光纤组件的设计与制作、焊接、硬件调试及其软件编写、文档撰写等工作[3]。

首先，领取任务书，由指导教师将训练内容与要求以书面形式发到每个学生手中。教师讲解训练内容、目的和一些具体要求。此部分既要让学生明确训练的总体目标，更要让学生有明确的阶段性小目标，让学生清楚如何查资料、应该查什么样的资料、要实现什么目标。

其次，查阅文献资料，根据任务书的要求进行电路设计、光学组件设计。以往给学生留出时间查阅文献资料，只有小部分学生能按要求完成，效果不理想。针对这一弊病，采取了分小组汇报设计方案的形式，每3人1组以PPT形式汇报本小组的设计方案，同时指导老师给出评价。该部分内容占学生成绩的一部分，从而极大地调动了学生查阅资料的积极性和效率。

再次，原理图与PCB板图的绘制，让学生熟悉专业的绘图制版软件，并熟悉电路板设计制作的流程。考虑到PCB板的制作成本、生产周期和后期调试问题，并不把学生的版图拿去工厂进行加工制作，而是在学生设计后期将已做好的PCB板及对应的版图资料一起发给学生。通过对比、改进、总结，让学生发现设计中的不足，掌握布局布线的方法与技巧。接着是电路板的焊接与调试。一方面让学生掌握各种封装形式元件的焊接工艺及技巧，另一方面更要让学生掌握硬件调试，包括电性能测试和一些简单的测试程序来评估硬件及其焊接工艺的优劣，从而让学生充分认识到调试在整个系统设计中的重要地位。

此外，给学生的光纤组件基本都是半成品，要让学生制作光纤接头。由于系统采用的是粗芯塑料光纤，加工制作的工艺要求比较低，学生在教师的指导下基本都能完成并达到要求。

软件编写，由于学生已进行过单片机课程设计，对C51单片机编程已具备一定的基础，所以这部分内容主要体现在功能实现上。要求实现既定基本功能，当然也鼓励学生进行功能拓展，充分利用MCU内部资源和硬件电路板的各个模块。经过3天的软件编写，发现大部分学生都能实现要求的基本功能，有相当一部分学生对系统进行了各种各样的扩展，效果甚至超出了老师的想象。对于一些编程能力差的学生，老师将软件功能拆分，指导其分步分块实现，尽可能地激发其编程热情，使其缩小与其他同学的差距。

系统性能综合测试，除了要求学生绘制出不同驱动电流下的反射式位移传感器的调制特性曲线外，还要求学生测量光源的P-I特性曲线等。进行系统调零、增益调节等功能测试，并评估仪器性能参数。

最后，文档撰写，以往学生容易忽视文档撰写的重要性，互相抄袭、东拼西凑现象时有发生。为了避免此类情况的发生，教师在训练之初就反复强调文档在整个系统设计中的重要性，并将文档撰写的质量作为评定成绩的一个重要依据。

4 专业综合训练模式探寻

不断探寻专业综合训练的新模式，是深化本科实践教育的需要，是培养学生实践技能、综合素质的重要保证。燕山大学信息科学与工程学院光电子工程系对专业综合训练的模式进行了初步探寻，具体包括以下几个方面。

1）在内容上选择与定位一些综合程度比较高的题目，通常以一个具体的光电产品为载体，并且该产品在行业中具有一定的代表性，与当前主流光电产品特征相近且与专业知识背景密切相关，使学生在光学、电子、机械设计和计算机应用等各方面都能得到综合锻炼。这就要求专业综合训练与前期大学本科三年所学各科课程有较好的知识点衔接，既包含如应用光学、物理光学、光电子学、光电信息检测、光辐射、光学材料、光学制造工艺、光学测试等光学类主要专业课程知识运用，也要包含如光学精密设计、光学机械CAD、数字和模拟电路及电子设计自动化工具的运用，还要覆盖微机原理与接口技术、软件基础、程序设计等计算机方面的知识运用，使学生在最大的知识范畴内得到充分的发挥和锻炼。

2）研发与设计过程满足“大过程”特征，体现在尽可能多的覆盖产品制造链上的步骤和过程，让学生对产品选型、市场定位、经济和技术可行性分析、论证、设计、仿真、加工、装配、测试检验、分析评估等环节和步骤都有感性经历和体会。

3）在实施过程中必须能够让每个学生都担当企业工人、技术员、管理员等多重角色，人人动手，充分参与生产、研发设计的每个环节。

4）开辟校内专业综合训练基地或工程训练中心。自2005年以来，分别在燕山大学特种光纤研发基地和光电类实践教学基地进行过实习与训练。

（下转第89页）

5 结束语

专业综合训练是学校实践教学的重要组成部分，是教育教学体系中一个不可缺少的重要环节。专业综合训练是培养技能型人才、实现培养目标的主要途径之一。它不仅是课程教学的总结，更是课程教学的延续。实践教学如何满足社会的需求是近几年各高等院校共同关注的焦点，探讨实践教学改革的思路，有利于推进人才培养进程。

参考文献

[1]林逸群.光电信息工程专业实习新模式探索和实践[J].光学技术，2008，12（34）：307-308.

[2]代峰燕，曹建树.基于CDIO理念的测控专业综合训练改革探索[J].实验室研究与探索，2011，5（30）：88-90.

[3]杨连发，周娅，廖维奇，等.工科类专业综合训练现状及实习模式改革探讨[J].中国现代教育装备，2011，（1）：90-92.

[4]魏计林，王青狮，邱选兵.光信息科学与技术专业实践教学体系研究[J]. 教育理论与实践，2013，（6）：50-52.

[5]高朋，黄涛，薛艳霞.光电信息技术实验与实践教学体系的建设[J].沈阳师范大学学报，2010，（1）：41-44.

第7篇：光学设计教程范文

【关键词】光电子技术；教学方法；仿真教学

【Abstract】With the rapid development of science and technology， the optoelectronic technology， as the most cutting-edge scientific fields， promotes the progress of information technology. Based on the characteristics of optoelectronic technology course and simulation teaching， the feasibility and significance of simulation teaching are discussed in the teaching of optoelectronic technology course.

【Key words】Optoelectronic technology； Teaching method； Simulation teaching

0 引言

1960年，世界上第一台红宝石激光器的诞生推动了光电子技术的长足发展。在这50多年间，从红宝石激光器的发明到半导体激光器及低损耗光纤的问世；从各种无源器件的小规模应用到系统集成实用化阶段，光电子技术在国防、工农业生产、光纤通信、医学、精密测量、地质、天文等领域获得了广泛的应用。我国政府将光电子技术列入国家战略性产业结构调整的重点领域。因此，光电子技术受到了研究所及企业的广泛关注，促使很多高校在物理、电子、通信、材料等专业纷纷开设光电子技术这门课程[1]。

如何培养专业知识强、综合素质高、实践能力优异的人才是当前光电子技术课程教学的热点话题。因此，在光电子技术课程教学过程中，很多教师以教学内容、教学手段和教学方法的改革为重点，优化教学内容，制定合理的理论与实验教学计划。同时，建立科学的教学管理制度以及严密的教学质量反馈系统，以此确保教学质量。随着计算机技术的不断提高，仿真技术为人们提供了一种有效的教学手段[2]。基于仿真技术完成的课程教学具有成本低、维护简单、使用方便等特点，所以很多课程的教学纷纷采用仿真教学，然而目前关于光电子技术课程仿真教学的探讨还非常少。本文主要研究光电子技术课程及仿真教学的特点，得出仿真教学在光电子技术课程教学中的可行性。分析表明，仿真教学是提高光电子技术课程教学质量的一种有效的方法。

1 仿真教学

仿真教学是仿真技术应用的一个重要方面。仿真教学就是利用计算机创设虚拟环境来模拟真实环境，并结合真实环境中的情况在虚拟环境中进行设计、操作、运行、验证等的教学方式[2，3]。

目前，仿真教学的使用越来越广泛。教师可将精心设计的教学内容融合在这个虚拟仿真环境中，并通过各种手段和方法将仿真教学中的情境呈现出来，这是仿真技术应用在教学中的一大进展。结合自己的实践和他人丰富的教学经验，总结出仿真教学有以下特征：

1）成本低，使用率高。购买所需实验设备的费用一般比较高，是很多高校不能承受的。如果采用仿真教学，那么只需购买软件和建设机房，这样就可以大大降低费用，并且设备的使用率也非常高。

2）维护简单，更新方便。仪器设备的不当操作和长时间运行使其容易损坏，而仪器维护费用也非常高。仪器购买的时间久了，就需要自己进行更新设计，有的甚至需直接购买新的设备仪器。仿真教学只需对计算机、教学软件进行维护和升级，而且仿真软件一般自带有软件升级功能。

3）使用方便，提高学习效率。光电子技术所需的仪器设备一般比较笨重，不容易搬动，而且学生只能在特定的实验室完成实验项目。在仿真教学中，学生可以利用计算机方便地进行自主探讨和摸索学习，发挥学生的学习积极性，进而提高学习效率。

4）实验安全，提高教学效率。在教学中，实验有时需要高温、高压、强腐蚀等环境条件，操作失误或实验仪器故障都有可能对学生的人身安全构成威胁。在仿真教学实验中，学生不仅可以随意设置实验条件，而且可以高效、安全地完成实验。通常完成实验的时间一般很长，而利用仿真教学可以将实验的时间缩减，明显地提高教学效率。

2 仿真教学在“光电子技术”课程教学中的可行性和重要性

光电子技术是电子学和光子学相结合而产生的综合叉学科，并成为现代信息科学技术的重要组成部分[4-6]。课程的特点如下：

1）知识面宽。光电子技术课程是电子、通信、光电材料等专业的核心课程，内容包括半导体发光、固体激光器、光纤、非线性光学、光调制、光探测及光电显示方面的材料及器件，涉及光子学、电子学及半导体物理的相关知识，对学生的基础提出了较高的要求。

2）知识更新快。随着信息技术的不断发展，光电子技术已取得了令人瞩目的成就，并将不断影响人类社会的方方面面。在实际应用需求的引导下，各类新型的微纳光子器件与材料的研究突飞猛进，如光子晶体、等离子体、超材料等领域，其相关研究为光子器件的微型化奠定基础。

3）理论性强，而实践内容较少。大多光电子技术课程教材过于注重理论知识讲解和公式推导，对其应用及相关设计性实验开展的非常少，导致学生不了解这门课的用途，从而感觉光电子技术课程枯燥乏味，难以理解。

4）仪器较贵。为了让学生更好地理解、掌握所学内容，需开展相关的实验，但是相关仪器设备比较贵，一般的高校很难承受相关的费用，导致他们不得不减少实验课，从而不能使学生获得有效的指导，最终降低了教学效果。

基于仿真教学和光电子技术课程的上述特点，低成本的仿真教学可以解决光电子技术课程教学中仪器设备价格昂贵的问题。基于仿真教学中使用和更新方便的特点，教师可以根据最新科研进展，拓宽教学内容，更新实验软件，从而可以让学生自主学习、掌握新的科研成果，认识各类新型光电子信息材料和器件的属性及用途。众所周知，掌握光电子技术课程中涉及光子学、电子学及半导体物理的相关知识是非常重要的，因为理论教学是专业课程学习的基础。为了能使学生理解相关的理论知识和公式推导，将仿真教学融于课堂教学中，让学生体会计算机模拟的结果，然后再进行理论推导，这样有助于加深学生对系统知识的理解，使枯燥的理论教学生动有趣。同时，学生可利用仿真实验室进行探索式学习，提高自学能力，最终提升光电子技术课程的教学质量。

3 结论

总之，随着计算机技术的不断进步，仿真技术已经成为人们工作的重要手段，被广泛用于科学研究、教育、军事、医疗等领域。基于仿真教学和光电子技术课程的特点，探讨了仿真教学在光电子技术课程教学中的可行性和重要性，提出了仿真教学可促进学生自主学习新的科研成果，认识各类新型光电子信息材料和器件的属性及用途，从而有助于加深学生对系统知识的理解，使枯燥的理论教学生动有趣，最终提高光电子技术课程教学的质量。

【参考文献】

[1]马冰，任芊.光电子信息材料的发展浅论[J].光学技术，1995，06：36-39.

[2]刘建高.基于自主学习的仿真教学研究与实践[D].南昌大学，2011.

[3].仿真教学在高等职业教育中应用研究[D].山东师范大学，2008.

[4]林若波，彭燕标，陈炳文，方春城.虚拟仿真技术在“电力电子技术”课程教学中的应用[J].云南民族大学学报：自然科学版，2013，22（5）：378-381.

第8篇：光学设计教程范文

灯具设计教学和实验室建设是高校教学与科研工作的重要组成部分，是培养具有创新精神和实践能力的高素质人才的重要途径。建筑艺术设计学院的职责就是为社会培养适应时展的合格人才。随着高等教育规模的不断扩大，高等实验教学资源尤其是基础性实验教学资源相对紧缺，直接影响了高校实验室的教学质量。以往灯具设计教学是在学校研究灯具资料，到灯具市场参观考察，通过现场测量和分解等手段给学生讲解灯具的构造及使用方法。但是因为场地有限，且灯具市场是营业场所，参观的时间短，可以作为教具用来分解的灯具不多，教学效果大打折扣。在时间和场地的限制下，学生不能对灯具的电路、结构、材料、比例、照明效果、照明方式等特性进行详细的分析和学习，只能浮光掠影地对灯具的造型进行仿制或者考察，导致学生在灯具设计课中基本上围绕着灯具的外观款式进行研究，甚至将灯具设计课理解为“会发光的立体构成”课。对学校来说，以往也不乏个别优秀的灯具设计作业，但是因为没有专门的场地收藏和展出，这些作品最后都流失了。

二、现代教育技术实验教学示范中心呼唤新型教学模式

首先，这是各专业教学的需求。近年来，学院的招生规模不断扩大，科学技术突飞猛进，这就要求学院的仪器设备要满足学校发展和学科建设的需要，同时要不断更新，适应时展的要求。灯光照明实验室建设承担建筑艺术学院景观设计、环境艺术设计、室内设计、展示设计等多个设计专业的实验教学，也可以同时满足其他院系（如影视学院的舞台光环境）的教学需求。其次，这是拓展学生能力的需求。现代教育技术类素质课程集技术性、艺术性、实用性于一体，要保证素质课程的教学质量，关键是实践，学院要在可能的范围内为学生提供足够多的实验实践机会。当前，建筑艺术学院学生中普遍存在实践能力弱的现象，究其原因，并不是学院没有意识到实践的重要性，而是缺乏完善、标准的实验环境。使用灯光照明实验室后，这种状况就大为改观。学生可以通过实验亲自设计灯具、照明方案等，真正把理论转化到实践中，把知识转化为能力，从而满足社会的需求，促进就业。再次，这是学院教师培训的需求。建筑艺术学院为了提高教学质量，促进教学改革，广大教师为了适应时展的需求，必须接受照明技术及新型照明产品培训，掌握并且更新照明及新型照明产品方面的知识。灯光照明实验室的投入使用，可以提升学院师资队伍的科研能力。灯具和照明设计都是在理论创新的基础上进行实验验证，没有实验室就无法验证，理论创新就没有说服力。

三、灯具设计教学强调创新思维开发的重要性

我国的灯具设计及照明设计教育始于20世纪80年代，与西方的灯具设计教育相比存在一些问题。如，对灯具的材料、结构、工艺、参数、电路、色温、照度等研究不足，几乎都集中在灯具的造型设计上，灯具设计教学与现代新材料、新技术的结合不够，没有真正考虑灯光与人、环境的关系，这种单一化的教学模式阻碍了学生创新思维的开发。随着新型光源的广泛应用与高分子透明材质的推广，各种可发光的家具应运而生，这些都是典型的技术给创新思维带来突破性影响的成功例子。因此，灯具照明设计教学应关注新材料、新光源、新技术的运用，这是完善教学体系的关键。新型的灯具设计教育反映了现代人的思维和现代生活方式的特点，灯具设计从形态特征、功能上都与过去明显不同。北欧的设计组合瓦尔弗摩设计的“吹气灯”给我们提供了一个很好的教学例子：当开灯的时候，灯罩会慢慢地注入空气，并且鼓起来，充满了活力；而关了灯，灯罩则慢慢地瘪下去，与使用者一起进入梦乡。“吹气灯”的设计从人、家具及环境的相互关系中寻找创意的线索，并且对三者之间的关系作了优化处理，充分体现了现代的消费观念，使用者在生理上和心理上都获得了满足。这个例子说明，灯具设计教学单一从形式方面思考问题是没有出路的，只有从当代人的思维轨迹和行为方面发现问题，且找到解决问题的方法，结合实验室现有条件，才能培养出具有优秀创新意识的高素质人才。

四、灯光照明实验室注重实际操作，实践出真知

灯光照明实验室兼顾教学和创作的两个重要职责，教学必须是有传承、有延续的。在教学上，建筑艺术学院得到了广西著名照明企业忠诚雄伟照明电器有限公司的大力支持，由学院提供场地和设备，照明公司提供灯具产品。教学过程中使用灯具照明实验室这个平台后，学生可以对灯具的内在结构进行准确分析，可以在教师的指导下对灯具进行分解、重组，对光源及其种类进行深入的学习和试验，为设计创作打下坚实基础。学院要尽可能地为学生提供足够多的实验实践机会。

第一，从灯具设计风格上进行深入学习和研究。学生在五光十色的灯具市场中走马观花式地参观学习，无法对灯具的风格有准确的定位认识，这对将来学生参与社会实践、走向社会岗位不利。随着灯具实验室的建立，学生可以系统地、条理清晰地看到灯具的风格分类，如日式、中式、新中式、欧式古典、美式、现代等。不仅如此，教师在教学中还可以加入一些互动环节，如，事先打乱灯具的摆放位置，让学生亲自参与灯具的风格分类，并且研究其创意来源、文化起源等。

第二，从灯具的功能上认识灯具。在灯光照明实验室中，照明灯具样品按照功能分别放置，学生根据多媒体教学视频，结合眼前这些不同功能的灯具样品，不仅掌握了灯具的功能，还认识到不同功能种类的灯具在具体场景中的应用效果。如，一般住宅有客厅、书房、起居室、卧室、厨房、卫生间、门厅之分，由于这些空间的功能不同，所需的光源也不同。要根据不同的房间功能选择不同的灯具。客厅灯具的配置应有利于创造稳重大方、温馨的环境，使客人有宾至如归的亲切感。又如，美术馆、厂矿、企业办公室、KTV等的用灯都有着不同的功能需求。

第三，从灯具的结构上了解现代灯具的制造及加工水平，有利于指导学生的设计不落空。教师在灯光照明实验室中通过多媒体，结合现场灯具模型进行讲解和展示，让学生了解灯具制造的过程和加工工艺水平，学生才能根据现有技术条件进行创作。以太阳能光伏系统为例，按照以往的教学在灯饰城参观，商家只能展示系统内单个的组成，如太阳能电池组、控制器、逆变器、蓄电池、太阳能支架、控制箱，但这些也往往由于商家场地的原因不能完全呈现出来，学生在参观后只能抽象地掌握其工作原理和使用方法。而在灯光照明实验室的教学过程中，安排学生以小组的形式自行组装光伏系统，架设太阳能电池组，亲自参与实验，激活了学生的艺术感受能力和创新精神，同时创建出新颖、科学的教学模式。

第四，学习灯具的光源种类，为灯具设计和照明设计打好基础。市面上出售的光源灯具主要分为白炽灯、荧光灯、LED灯，荧光灯分为自然光色、白色和温白色三种，色温分别是6500K、4500K、3500K，在灯光实验室中，教师授课时把学生分组，指导学生使用色温仪对光源进行测试和记录，直观地获得对灯光色温的概念。这种直接获得知识的途径，在灯具市场是无法想象的。

第五，建立和完善灯具数字资料库与实体模型库。建立灯具数字模型库，是灯具实验室正进行的具体工作。因为灯具实验室场地有限，不可能把所有的灯具款式都以实物的形式展示出来，这就需要建立灯具数字资料库。通过3D软件，学生可以直观地使用电脑对灯具的内部结构、发光原理进行学习。教师通过多媒体视频教学手段，向学生展示特定灯具的生产和加工过程，使学生对设计、生产、销售、使用一系列问题形成宏观的认识。

第9篇：光学设计教程范文

关键词：光电子；课程体系；实验与实训；课程设计

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2015）12-0207-02

引言

光电子技术专业具有“理”“工”结合的特色，理论及实验教学课程的设置亦通常遵循“理论”与“应用”并重的原则。然而，随着近年来本科生就业形势日趋严峻，以“工程应用”为目标的实训类实验课程受到追捧，并在各高校尤其是地方高校得到广泛开展。时逢黑龙江大学本科教学计划修订，我们抓住此契机，对本专业的传统实验课程体系进行了修订与建设。通过增设“实训与实践课程设计”，实现了“专业基础实验”与本科“毕业设计”的有效连接。修订后的实验课程具有如下特色，（1）“并”――将“专业基础实验”中的部分实验进行了合并与精简，为“实训类”课程的开设在时间和空间上提供必要保证；（2）“增”――增设6门实训类课程设计，覆盖光学设计、光纤应用和光电设计三大领域；（3）“精”――采用“分组集中”模式，在短期内对学生所参与的实训类课程进行高强度培训，强化其对应的专业设计技能水平；（4）“连”――形成“专业基础实验”，“实训与实践课程设计”，“本科毕业设计”三者的有效衔接，互为支撑；（5）“活”――课程设置灵活，必修与选修结合，不增加学生课业负担。

一、实验实训课程体系建设方案

实验实训课程体系建设的核心是增设“实训与实践课程设计”，实现“专业基础实验”与“毕业设计”间有效过渡。建设的宗旨是“总学时不变”。为此，一方面精简了“基础实验”，另一方面则采用必修课程与选修课程相结合的方式，限定“课程设计”的学时数，整体上不增加学生的课业负担。建设的目标是“基础实验”“课程设计”与“毕业设计”三者递进式结合，“一体两翼”，提升学生专业知识与技能水平。

1.专业基础实验修订

原有专业实验包含基础实验（物理光学、激光原理和激光技术实验）、应用实验（光电器件和光纤通信实验）、综合设计性实验（半导体光源驱动电路设计与测试实验、光学高反射金属膜的获取实验），共计20小项，66学时。该实验内容已执行10余年，面临内容陈旧、仪器设备老化、可操行性低等问题，且占用了大量课程资源，已无法满足新时期本科实验教学的要求。

基于此，我们对原有的实验内容进行精简与合并（见图1），具体操作方法如下：（1）合并激光原理与激光器件实验，将设备老旧、无法保证开设的“氦氖激光器模式的测量分析”“激光器谐振腔调整实验”删除，实验数目降为4，学时数减少为8；（2）由于原有光通信实验系统已损坏，无法维修，遂将“光纤通信实验”内容调整为“光纤测试实验”，侧重于普通单模/多模光纤的切割、熔接、损耗和断点测试等，实验数目为4，学时数为8；（3）保留“物理光学”和“光电器件实验”，增设“应用光学实验”，为后续实训课程奠定基础，实验数目为8，学时调整为16学时；（4）删除“综合设计实验”，将原有内容转至实训实践类课程设计中。综上，修订后的“专业基础实验”共含16小项，总计32学时，节省课程资源共计34学时。

2.实训与实践类课程设计

在原有实验教学计划中，实训与实践是弱项（仅有“光学系统设计”和“光网络认证工程师”），远不能体现专业特色。为满足实验教学及学生技能水平强化的需求。在新的教学计划中，增设了“实训与实践”课程模块，共计40学时。如图2所示，该模块共包含“光学设计模块”、“光纤应用模块”和“光电设计模块”三部分。

具体地，在“光学设计模块”中，保留了原有的“光学系统设计”，将原有实验中的“镀膜工艺”扩充为“光学设计与镀膜”，增设了“高等光学仿真”课程，与“光学系统设计”课程互为补充，强化学生的仿真设计能力。将原有“半导体光源驱动设计与测试实验”扩充为“光电系统电路设计”模块，系统地开设从光源、光放大器、到光接收器的电路设计课程。

强化专业特色，增设“光纤应用模块”。首先，利用专业先进的磨抛光纤设备、光纤拉锥设备开设“光纤制备与加工”课程设计，增强学生的设备使用能力。进而，升级原有“光纤传感实验”为“光纤传感实训”，结合专业现有光纤工程应用中心，强化实训与实践的结合。最后，考虑光通信领域的快速更新与高成本，将原有光通信实验改为以仿真为基础的“光通信专业仿真设计”课程，令学生可在短期内快速地掌握光通信系统的基本组成，熟悉关键光通信设备的性能，了解分析及优化系统性能的基本方法。

上述三个模块分别覆盖了仿真设计、光学加工、工程实训三大方面，学生通过“进阶式”学习，可完成从理论到实践的知识积累与转变。“实训与实践”课程在实施方法上，实行必修与选修相结合的方式。为取得相关课程学分，学生需至少完成1门必修课程（“光通信仿真设计”或“光电系统电路设计”，均20学时），并完成1-2门选修课程（10-20学时）。可见，“实训与实践”类课程为学生提供了大量课程设计与工程实训的机会，其专业技能水平必可得到一定程度地增强。同时，所增加的40学时与专业基础实验所节省的34学时基本相当，学生的课业负担没有增加。

二、实验实训课程对毕业设计的支撑

毕业设计是检验理工类本科生学业综合水平的有效体现方式。本专业依据自身专业特点与实验室建制情况，多年来已形成四个较稳定的毕业设计研究方向，即光纤传感与通信，超快激光，表面等离子体共振传感器和光电检测。因此，“专业基础实验”和“实训与实践课程”在建设上亦需服务于上述研究方向。具体如图3所示，针对“光纤传感与通信”方向，以“光纤测试实验”为基础，以“光纤制备加工”“光纤传感实训”“光纤通信仿真”为进阶，为开展较为深入的“光纤传感”和“光纤通信”的毕业设计研究奠定深厚理论和实践基础。类似地，在其他三个研究方向中，基础实验、仿真设计实验、“实训与实践”课程设计均称为相关毕业设计内容的前期基础。

通过“专业基础实验”“实训与实践课程”和“毕业设计”三者前后有序的配合，使得光电子专业本科生可以从二年级至四年级不间断地得到实验及实训课程的训练，理论与实践的融合能力得到提升，专业的技能水平得到强化，毕业设计内容的深度和广度得到不断拓展，真正成为满足光电行业需求，有理论、有技能的合格本科毕业生。

三、结论

通过精简原有“专业基础实验”，节省了大量课程资源；通过引入“实训与实践课程设计”，有效改善了当前高等教育中理论与实践知识脱节的难题。“实训与实践课程设计”的开设保证了本科生实验实践课程的三年连贯性学习，实现了“基础实验”与“毕业设计”的有效连接，可显著提升本科生毕业设计的质量，强化学生的专业知识与技能水平。

参考文献：

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