光学设计教程篇1
【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opticalResearchassociation公司的CoDe－V软件；LambdaResearchCorporation公司的oSLo软件；FocusSoftwareinc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
光学设计教程篇2
【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
光学设计教程篇3
关键词教材建设；项目化教学；立体化教材
中图分类号：G712文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）02-0065-02
ResearchonHigherVocationalteachingmaterialConstructionofphotovoltaicpowerengineeringtechnology//ZhanXinsheng，JiZhi
abstractthenecessityofteachingmaterialphotovoltaicpowerengineeringtechnologyconstructionisanalyzed.thecontent，basicideas，compilationprinciplesandthethree-dimensionalteachingconstructionoftextbookarestatedinthispaper.
Keywordsteachingmaterialconstruction；projectteaching；three-dimensionalteachingmaterial
1引言
光伏产业是一个潜力无限的新兴产业。在追求低碳社会的今天，社会越来越重视清洁的可再生源——太阳能，光伏技术和光伏产业已越来越受到世界各国的重视。我国光伏专业教育还比较滞后，部分高职院校开设了光伏发电技术及相关专业，但国内系统介绍光伏发电技术的高职高专类教材还比较缺乏，且现用教材多为科普类或理论性很强的专业研究书籍。教材建设是高职院校学科建设、课程建设的重要组成部分，教材建设的好坏直接影响教学质量，直接关系到人才培养的质量[1]。为了满足高等职业教育发展要求，提升光伏发电技术类专业学生的光伏发电工程技术理论知识、实践操作技能和综合素质，现以《光伏发电工程技术》教材建设为例，谈谈笔者对该教材的一些看法。
2根据人才培养要求确定教学（教材）内容
通过对企业进行调研，可知企业对光伏系统集成工程技术人员的要求（仅作参考）：具备扎实的光伏发电工程技术的理论知识和光伏发电系统设计及施工等方面基本技能；具有光伏发电系统设计、安装施工、系统调试、系统维护等能力。光伏发电工程技术这门课是光伏发电技术专业的一门核心课程，根据企业对人才的要求确定该门课程的教学目标：理解光伏发电原理；掌握光伏发电系统的组成、设计过程、施工技术、运行维护等；能够运用光伏工程技术相关知识进行光伏发电系统的设计、施工、运行维护、故障排除等。由此确定教材的编写内容包括光伏发电原理，光伏发电系统组成及原理，光伏发电系统设计，光伏发电系统的运行、维护及故障排除等。
3教材编写的基本思路
教材建设的基本思想：进一步明确光伏发电工程技术课程的能力目标，以实际光伏发电工程实例（如3kwp光伏发电系统设计、施工、运行维护等）为主线，按照以完成项目（或任务）为中心、相关知识为支撑的思路进行编写。
通过对高职光伏发电技术类专业学生的职业岗位能力分析，光伏发电工程技术课程能力要求如下：能识别光伏发电系统（或光伏电站）的主要部件，分析其工作原理；能画出实用光伏发电系统的设计流程图，说明设计内容、思路及应考虑的问题；能对光伏组件、蓄电池容量、逆变器、控制器进行选型；能分析控制器电路和逆变器电路的工作过程；能进行光伏发电系统防雷及光伏阵列支架的设计；能对光伏发电系统进行安装施工（支架、组件、逆变器、控制器、交直流配电柜、汇流箱等安装，防雷和接地施工）；能对光伏发电系统运前进行检查、运行维护、故障维修等。
“项目化教学”是目前高等职业教育中应用比较多的一种教学方法，它是将一个相对独立的项目或任务交给学生独立去完成，教师在项目实施中起到咨询、指导和解疑答惑的作用。这种教学方法能充分调动学生学习的积极性，让学生带着问题去学习，提高学生学习的积极性，使学生在“学中做，做中学”，从而掌握知识，形成技能。
根据光伏发电工程技术教学内容、教学要求，确定该教材的编写项目。该教材共包括4个项目：光伏发电系统组成及分析；光伏发电系统的设计（包括光伏组件的选型、光伏控制器的选型、光伏逆变器的选型、防雷及光伏阵列支架的设计）；光伏发电系统的施工；光伏发电系统的运行、维护及故障排除等。每个项目中又包括若干个任务。
4教材编写的原则
校企合作共同编写2010年颁布的《教育部财政部关于进一步推进“国家示范性高等职业院校建设计划”实施工作的通知》提出，企业应通过直接参与教学过程、校企合作共同开发课程和教材，以及共建校内外实训基地等措施促进校、企的深度融合。高职教育的培养目标要求高职专业教材的开发应由企业工程技术人员和高职院校一线教师共同开发[2]。由于光伏发电技术专业建设相对较晚，其专业教师大多是由电气技术、电子技术、自动化技术等专业转来的，很少到光伏企业一线学习或实践锻炼，对企业生产这一部分相对不太熟悉。而光伏发电的工程技术人员具有光伏电站设计施工、现场管理和操作的经验。为了使编写的教材更贴近生产实际，确保教材实用性、先进性，该教材的编写应由学校的教师与光伏企业工程技术人员共同编写。校企合作共建教材，还便于借鉴企业相关技术资料，如光伏发电工程实践（案例）、企业操作规程、质量管理和工程验收标准，从而保证编写的教材内容符合行业标准和技术规范。
按照行业领域工作过程的逻辑确定教学单元教材的编写应按照光伏发电工程技术流程安排教学单元，教学单元完整且符合生产实际。光伏发电工程技术流程：光伏发电系统的设计（光伏组件的选型，控制器和逆变器选型，蓄电池的选型，防雷及光伏阵列支架的设计，并网系统设计等）光伏发电系统安装施工光伏发电系统的运行、维护及故障排除。
教材的编写应符合高职学生学习习惯根据学生的认知特点和课程内容的特点，合理编排内容顺序；编写时尽量以图代文、以表代文，能用图或表格表达清楚的尽量不用文字表述，淡化示意图，增加实物图，从而便于学生理解和接受；多增加一些工程案例或光伏发电在生活、工作中应用的知识等，提高学生学习兴趣。
体现“任务引领”的职业教育教学特色采用“项目—任务”的模式编写教材。每个项目里面有若干个任务，在任务中有任务目标、相关知识、任务实施等环节。任务目标给出本次任务的教学要求，相关知识主要阐述完成本次任务所需的相关任务知识，任务实施就是实践操作（完成任务）。这样编排将实践操作（任务实施）和理论知识有机地结合起来，便于进行理实一体化教学。
5加强立体化教材的建设
教材建设不只是纸质教科书的建设，纸质教材只是教材建设中一部分。现阶段的高职学生大多为“90后”，习惯于声、光、电、影像、图片、网络等多形式、多渠道认识新事物，这给教材建设提出更高的要求。立体化教材是指依托现代教育技术，以能力培养为目标，以纸质教材为基础，以多媒介、多形态、多用途及多层次的教学资源和多种教学服务为内容的结构性配套教学出版物的集合[3]。立体化教材以其多样性、个性化、实用性、交互性的特点，最大限度地满足了教学的需要。
光伏发电工程技术立体化教材主要包括主教材、实验实训教材、电子教案（或多媒体课件）、网络教材、视频资源、动画资源、图片资源等。
6结束语
随着光伏技术和光伏行业的蓬勃发展，光伏企业对人才的需求也将越来越多，质量也越来越高。加强光伏发电工程技术教材的建设，将有利于该课程的教学改革，有利于提高该专业教学质量，为光伏企业培养出更多优秀技术技能型专门人才。
参考文献
[1]彭中权，熊顺林.高职学院教材建设的分析及思考[J].教育界，2011（30）：19.
光学设计教程篇4
关键词：光污染、户外发光广告、教育疏导
一、我国发光广告光污染问题现状
随着以LeD显示屏为代表的新型发光广告技术在我国的普及，全国各级城市的新型户外发光广告如雨后春笋般竖立在街头巷尾。由于管理不到位和恶性商业竞争等多种因素，几乎所有城镇的商业街区都出现了户外发光广告在街头“比亮斗艳”的态势，从而引起了严重的“光污染”。虽然自2008年以来，全国多地相继出台了《户外电子显示屏设置管理规定》等地方性法规，可是执行效果却不尽如人意，对这种城市新型广告传播形式的合理性关切不足，缺乏从美学角度给予引导的对策和办法，难以从根本上杜绝户外发光广告产生光污染的隐患，这已成为当今城市生活的难题之一。
二、光污染与法国广告设计教育
光污染危害早已是一个全球性议题，世界第一宗光污染扰民案例就出现在1934年的法国巴黎，而西方各主要发达国家自20世纪50至80年代都领教了这一新型污染的破坏力。于是各国纷纷立法防范，其中以法国于1981年确立的《光污染防治法》和1984年出台的《夜间发光广告法》最具代表性。两部法律都具有一定的前瞻性，起初得不到从业人员理解，遭到抵制。直到20世纪90年代，随着环保意识在法国民众中的普及，抑制发光广告光污染成为大势所趋，广告商们自然不愿成为众矢之的，他们迅速改变立场，以向教育机构注资的形式培养新型广告设计人才，大力推广在《光污染防治法》框架内设计户外发光广告的思路。经过多年发展，法国各大高校逐渐形成了不少独具特色的户外发光广告设计课程，其中以巴黎第学推出的“未来广告”课程最为著名。
三、教学步骤
巴黎第学自开设“未来广告”课程以来，就一直以“用引领时代的设计解决现实问题”为办学宗旨，近年来更是采用了当下流行的SpoC翻转课堂教学模式[1]，以培养未来广告设计师与景观规划人员。本课程从实践经验出发，以提升职业素养为导向，为此专门订定了一套非常实用的教学流程，细分为以下六个步骤：1.课程开始前一周，学校秘书处会对所有选课者进行前测，以筛选出符合条件的学生。首先，教学秘书在“FUn”[2]法国数字大学平台上启动“未来广告”课程预注册程序，要求所有选课者在指定日期内每人上传一份自己独立完成的户外广告作品（设计稿、照片或视频等形式不限）。筛选后公布入选者名单，未能入选的申请者可以作为旁听生注册学习在线课程，但不能参加在线讨论和接受每周一次的面对面教学辅导，且在课程结束后不能获得学分。入选者将被学校教务处根据其志愿分配到相应的工作室。2.完成分班后，教学秘书会为每个班级安排第一次实体课堂教学，首先由网络技术员带领学生熟悉课程平台的基本操作。随后每个班的任课教师将与学生见面，提出课程要求，并将教学视频和推荐的课外拓展网络资源链接上传到课程平台。教学视频由经验丰富的教师录制，并剪辑成5至10分钟长度不等的教学片段，按授课先后顺序依次上传到网络平台上，并布置在线讨论议题和专项练习作业。3.“未来广告”课程被划分为12个教学周，每周安排4个学时的面对面课堂辅导，教师将依据学生的在线学习情况（议题讨论情况、设计稿完成情况等），有针对性地安排技术辅导和答疑解惑。教师会将课程通知、作业以及其他相关资源上传到课程平台上，平台会自动生成邮件并发送给选课的学生，提醒他们及时完成每周的学习任务。观看教学视频完全交由学生自己掌控，学生可根据自己的观看习惯来把握重点。学生在课程平台上的学习过程将会以时间为节点生成数据记录，供自己以及授课教师来查看进度。为了启发学生主动思考，在观看教学视频时，系统都会自动弹出一些思考题（一般以消费者的客观评价和商户的主观愿望两个视角综合判断广告效果）。学生可以在平台的公共讨论区发表自己的看法，教师可以在充分了解学生想法的前提下，提出自己的见解，并以此为据，布置相应的户外广告练习作业。4.练习作业通常为特定的户外广告设计稿，由教师根据学生的线上问答情况有针对性地出题，学生可采用任意设计手法画出白天与夜间两种户外广告设计效果，并在完成后上传至课程平台，提交代课教师批阅。课程平台将自动生成邮件，及时提醒代课教师按时查看学生作业并给予反馈与评价。如此便利的师生互动形式是传统的实体课堂教学方式难以达到的，也是本课程采用翻转课堂的优势所在。学生在课程学习中如果遇到了难以解决的问题，也可以通过课程平台向老师或同学求助。教师则根据问题的汇总情况在每周一次的实体课堂上集中解答难点问题，结余出来的时间还邀请专家开展专题讲座，极大地提高了学习效率，丰富了学习内容。5.在每周一次的实体课堂上，教师不再讲述基础概念问题，而是专门对户外广告的设计思维进行创意点评，在先前上传的学生设计稿中挑选出有创意特色的作品与大家共享，总结经验并提出新的要求，从而拓宽全班的户外广告设计思路。在这样的课堂教学氛围中，教师充当了学习的引领者和协助者，学生真正掌握了学习的主动权并从中收获良多。6.在课程结束时，教师对学生的在线学习、讨论互动、作业创意水准、课堂出勤率等方面的实际情况进行综合评估，依据不同的权重计算出学生的最终课程成绩。
四、课程优势
经过层层递进的六道教学步骤，“未来广告”课将每个学生引入一系列基于信息化社会的混合式教学环境中，全方位拓宽了未来广告从业者的信息获取渠道，强化了教师在授课过程中的美学引导力度，对提升户外发光广告从业人员素质颇有助益。1.入学测评专业化本课程通过前测等预注册程序有效精简了上课人数，授课团队会优先录取有户外广告从业经验的申请者接受进一步深造，从而在源头上减少了“粗俗”的和“不合理”的户外发光广告设计，提高了教学起点。同时给未能录取的学生开放网络课程资源，客观上提高这些学生的专业美学鉴赏能力。2.视频资源指针化由专业技术团队和教师精心制作的视频资源考虑了法律法规、社会伦理、职业道德、作品创意、情境启发等诸多要素，并以层层递进的方式插入情境，提问互动，从而置学生于广告传播的情境中，以第一人称思考，得出符合职业规范的户外发光广告设计方案。3.课堂辅导高效化“未来广告”课每周面对面课堂教学的目的在于最大限度地提高网络学习的反馈率。每周上课学生都是带着视频资源学习中的问题来求教的，师生讨论的目的性往往极为明确，不但凸显了教师在户外发光广告设计上的规范作用，而且保证了学生的实践参与度。一方面，教师通过点评学生的设计稿作业，使户外发光广告设计的重点和难点越辩越明；另一方面，学生通过教师的面授可以掌握更多户外发光广告设计时的细节，为日后参与项目实践积累宝贵经验。4.美学引导权威化每隔一段时间校方都会为“未来广告”课程邀请一位法国户外广告设计界的著名设计师来校做专题报告，为未来的户外广告从业者们指点迷津。由设计师主讲的专题课往往也不会出现宣教式的讲述，而是直接切入主题，结合自己经手的案例，给同学们普及如何在有效控制光污染的前提下，设计出具备审美独特性的户外发光广告。讲座的内容通常会紧紧围绕户外发光广告的美学特质与广告所处的户外环境展开，并通过一个个案例，不断强化户外发光广告设计是建立在暗夜环境基础上的一种广告美学体验，而如何处理好广告发光强度与暗夜环境的关系则成为广告设计成败的关键。这就将本课程的主旨紧密锁定在围绕《光污染防治法》和《夜间发光广告法》讲授环保发光广告知识和引导夜间良性使用发光广告的行为上。这样的教学内容，不仅唾弃了由恶性商业竞争引发的发光广告“比亮斗艳”的行为，而且将德育融入艺术设计的教学过程中，通过功成名就的著名户外广告设计师现身说法，形成权威论述，让还未走出校门的未来广告设计师们知道更多的“正确做法”并执行，辨识更多的“错误行为”并拒绝，通过课堂教育使未来的广告从业人员将杜绝光污染看作设计户外发光广告的先决条件。
五、因教育而改变的法国广告设计
20世纪90年代中期，在社会各界的通力合作下，法国各级高等美术教育机构发起了一轮名为“未来街头美学运动”的户外发光广告设计教育改革，提出了未来法国户外发光广告的发展应以减排降耗、美观优雅为目标。经过20多年的改进，如今人们漫步在法国各地的大街小巷会发现，店铺发光广告招牌不再以面积和光亮度博人眼球，而是以造型简洁、光亮适度、朝向整齐为新的美学标准，基本实现了低能耗、低亮度、重情境表现的美学发展目标。以霓虹灯招牌为例，在《夜间发光广告法》的框架内，法国的商铺招牌普遍朝着小型化、窄幅化、群组化、秩序化的方向发展，其经济优势主要在于省电、节能和去污染，而其美学特点则表现为空间关系的组织和利用具有较大灵活性，使暗夜环境显得富有层次，有利于营造一种更加“文艺范”的法国城市夜间商业环境。近年来，以巴黎为代表的法国各大城市的光污染投诉案例也呈明显下降趋势，尤其是针对户外发光广告的光污染投诉只有个位数。以上这些成效的取得自然离不开治理光污染立法管控的威严。然而我们更应该关注的是法国高等美术教育机构对户外发光广告设计潜移默化的宣导作用，正是法国各地类似于巴黎第学数字媒体艺术专业开设的“未来广告”课程，从思想意识上加强了广大基层广告从业人员对光污染这种新型危害的认知，提高了行业的道德标准，使户外发光广告向着更为人性化和去污染化的方向发展。结语法国作为光污染的早发国家，走过了一条立法管控加教育疏导的治理光害之路，并且取得了不错的成效。反观我国各地，在“商场如战场”的今天，大多数商户仍然秉持着“广告不亮不气派”的错误美学观念进行着恶性攀比竞争。针对在全国各地愈演愈烈的户外发光广告光污染现象，我们不仅要呼吁相关部门尽快立法立规并且依法严惩，还应该尽快探索一条提高我国广告从业人员素质与职业道德水平的教育路径，展开针对户外发光广告光污染的认知教育，走出当前发光广告设计中的误区，力争从源头上治理光害。
参考文献：
[1]张翠：《基于生态设计理念下的户外广告媒介创新研究》[J]，《设计》，2017年第5期，第84-85页。
[2]杨赟、郝洛西：《节能降耗——城市照明规划的新视角——对〈杭州市“十一五”绿色照明规划〉的实践研究》[J]，《照明工程学报》，2008年第9期，第12-17页。
光学设计教程篇5
abstract：aimingattheproblemsintheteachingprocessofengineeringopticsofUniversityofScienceandtechnologyofanhui，theteachingcontentofengineeringopticscourseisoptimized.intheteachingoftheorycourse，somerepetitiveteachingcontentsaredeleted.intheteachingofexperimentcourse，theproportionofcomprehensiveandself-designedexperimentsisincreased，andtheteachingmodeisreformed.inthewayofassessment，thestageassessmentmodeliscarriedout.practiceofreformindicated：throughtheoptimizationoftheteachingcontentofthecourse，thestudents'innovationabilityisimprovedandstudents'enthusiasmforlearningisstimulatedthroughthereformofteachingmode，studentsreallyintegrateintotheclassroom，andthequalityofteachingonengineeringopticshasimprovedsignificantly.
关键词：工程光学；教学内容；教学模式；教学改革
Keywords：engineeringoptics；teachingcontent；teachingpattern；teachingreform
中图分类号：G642文献标识码：a文章编号：1006-4311（2017）01-0160-03
0引言
《工程光学》是安徽科技学院光电信息科学与工程和电子科学与技术专业的一门专业必修课程，在课程体系中具有非常重要的作用。教学内容包括几何光学和物理光学。这些内容是后续相关课程（如光电子技术、信息光学、光电检测与信号处理、光纤通信等）的基础。
根据人才培养方案的要求，课程组编写了该课程的理论教学大纲和实验教学大纲，光电信息科学与工程专业总学时80学时（含实验学时18学时），电子科学与技术专业总学时64学时（含实验学时12学时）。在实施工程光学教学改革之前，教学过程中出现了以下问题：①理论教学中，侧重公式推导，没有突出学生工程应用能力的培养；同时，物理光学中有部分内容与大学物理中波动光学内容重叠，这部分内容再一次教学显得累赘。②实验课中，没有突出综合性、设计性实验的重要地位，不利于学生创新能力的培养。实验课教学内容的设置是实验教学中的关键问题[1]，综合性、设计性实验对于培养学生的动手能力、实践能力和创新能力具有重要的作用。改革以前，学校的工程光学实验教学中，主要以基础性实验为主。③教学方法与手段单一。在理论课教学中，教学过程是教师讲、学生听满堂灌的教学模式，缺少与学生有效的互动环节，学生的主观能动性得不到体现；在实验课教学中，学生按照实验步骤机械地完成实验，实验教学效果不理想。④考核方式太单一。改革之前，工程光学考核成绩由两部分组成，其中闭卷笔试成绩占80%，平时成绩占20%。这种考核方式不能多角度反映学生的学习情况。
针对工程光学课程教学过程中出现的这些问题，我们对工程光学课程教学内容进行了优化，在理论课程教学中，删除了一些重复性的教学内容；在实验课程教学中，加大了综合性、设计性实验的比例；同时对教学模式进行了改革，在考核方式上开展了阶段性考核模式。
1工程光学课程理论教学内容的优化
1.1注重与大学物理的衔接
波动光学是目前大学物理波动部分讲授的主要内容，学生通过大学物理的学习，对于光波的基本概念和光的干涉、衍射的基本现象有了较深刻的认识，为了避免重复讲授相同内容，课程组对这部分教学内容进行了优化：删除了与大学物理课程重复的内容（如光的干涉中的部分内容），增加了部分现代光学内容，弱化了理论公式推导。
1.2注重与后续课程的衔接
由于这两个专业后续将开设多门光学课程，比如激光原理与技术、光电子技术、信息光学、光纤通信技术、光电探测与信号处理、光学设计等。为了保证课程体系的系统性同时避免后续课程的重复，我们对工程光学教学内容进行了优化选择。
几何光学部分选择了以下教学内容：①几何光学基本定律与成像概念；②共轴球面光学系统；③理想光学系统；④平面系统；⑤光学系统的光束限制；⑥像差概论；⑦实用光学系统。将现代光学系统内容移至后续的光纤通信技术课程中讲授，这样安排既有利于避免相同内容的重复讲授，又保证了几何光学部分课程体系的系统性。
物理光学部分主要讲授：①光的电磁理论基础；②光的干涉；③光的衍射；④光的偏振。对于教材中涉及的晶体光学基础放在后续课程进行讲授。
1.3加强课堂教学内容与现代光学前沿问题的联系
在课堂教学中，加强课堂教学内容与现代光学前沿问题的联系，向学生讲授这些知识在现代光学技术中的应用，更能使学生了解光学前沿的概况及其发展动态，这样比传统教材更具活力和现代气息，同时，通过讲授这些知识还可以开阔学生视野，启发学生思维，拓展学生的知识面。
2工程光学课程实验教学内容的优化
2.1工程光学课程实验教学内容的整合与优化
在多年的工程光学实验教学实践的基础上，我们对工程光学课程实验教学内容进行了整合与优化，构建了基础性、综合性、设计性三个层次的工程光学实验教学内容体系，各层次实验教学内容所包括的实验项目如表1、表2、表3所示。
2.2突出综合性、设计性实验的重要地位
改革之前，安徽科技学院的工程光学实验教学中，主要以基础性实验为主，没有突出综合性、设计性实验的重要地位，显然这种实验教学内容体系不利于培养学生的开拓精神和创新能力，为了突出综合性、设计性实验在实验教学中的重要地位，我们加大了综合性、设计性实验所占比例，压缩了基础性的验证实验。目前，学校光电信息科学与工程专业工程光学实验总学时为18学时，我们安排时的基础性实验，6学时的综合性实验，3学时的设计性实验；电子科学与技术专业工程光学实验总学时为12学时，我们安排了6学时的基础性实验，3学时的综合性实验，3学时的设计性实验；通过改革实验教学内容将综合性实验、设计性实验的比例提高到了50%，几年的教学实践表明：改革后的实验教学内容体系更有利于提高学生开展实验的积极性，学生的动手能力和创新精神在实验过程得到了充分地体现，在今后的教学改革中，我们将继续加大综合性、设计性实验的比例，进一步突出综合性、设计性实验的重要地位。
3工程光学教学方法与教学模式的改革
3.1充分发挥多媒体课件教学的优越性
工程光学课程光路图多、知识面广泛、公式推导繁杂，而且具有一定的抽象性；应用多媒体课件教学，可以综合文字、图像、声音、动画和视频等信息，展示工程光学的教学内容，实现立体教学[2]。可以将抽象的内容形象化，从而有助于学生对知识点的理解和掌握。同时利用多媒体课件教学还可以节省课堂板书、公式推导和作复杂光路图的时间，从而大幅度扩展工程光学单位学时的授课信息量，解决了当前该门课程普遍存在的内容多与学时少的的矛盾。
3.2改革工程光学实验教学模式，变被动接受为主动探索
在工程光学实验教学模式上，我们建立了以“学生为主体”的新型教学模式。对三种不同层次的实验教学内容采用了不同的实验教学模式，其中基础性实验主要由学生自主完成，教师在实验教学中主要做好以下工作：①维护实验课堂教学秩序；②对学生实验过程中出现的故障实验设备进行及时维修；③对个别通过实验指导书仍无法单独完成实验的学生进行指导；④组织学生对实验进行讨论等。综合性、设计性实验的教学模式：教师提前两个星期布置实验任务，让学生明确实验要求并提供所用实验设备等相关信息，学生在这段时间内以组为单位通过查阅资料完成实验方案的设计，在实验课上，以组为单位完成实验，记录实验数据并撰写实验报告。实践结果表明：这种以“学生为主体”的新型教学模式极大地提高了学生的独立思考能力和开拓精神，同时也很好地培养了同学之间的协作精神。
3.3开展开放式教学模式的改革
目前，学校工程光学实验室能够开出的实验项目共26个，以后还将不断地增加一些新的实验项目，在实验课堂教学中，我们只能完成部分实验项目，而很多学生对没有开出的其它实验项目也很敢兴趣，为了满足这部分学生的要求，我们进行了开放式教学模式的改革，开放实验项目包括实验课堂教学中没有安排的所有实验项目，学生结合自己的兴趣可以在一个学期或几个学期内选择完成几个开放性实验项目，开放实验室并由专职教师进行管理，并负责启发、引导学生解决实际问题。
4考核内容与考核方式的改革
教学改革之前，课程组确定的考核方式是闭卷笔试成绩占80%，平时成绩占20%，平时成绩中作业和实验各占10%。这种考核方式不能真实反映学生的学习水平，而且也不能多角度反映学生的学习情况。为此我们进行了考核内容与考核方式的改革，将考核成绩分成了四部分：期中闭卷笔试成绩占30%，期终闭卷笔试成绩占30%，实验操作考核占20%，平时成绩占20%。
4.1实行分阶段考核
实行分阶段考核方式，有利于维持学生的学习热情，有利于教学环节的顺利进行，有利于促进学生的自主学习[3]。我们的做法是将理论考核分为期中和期终闭卷考核，权重各为总成绩的30%，为了体现实验教学的重要性，在期中和期终闭卷考核中实验部分所占的比例不低于20%。期中闭卷考核一般安排在学期的第11周进行，考核内容为除实用的光学系统以外的几何光学部分相关内容；期终闭卷考核安排在学期末进行，考核内容为实用的光学系统和波动光学部分相关内容。
4.2进行实验操作考核
我们建立了详细的实验操作考核细则，第一次实验课时，向学生讲清楚实验操作考核的时间，地点，内容，考核方式以及在总成绩中权重等，实验操作考核主要从实验设计、实验操作情况及实验报告完成情况等方面对学生本学期已完成过的实验进行全方位评价，实验操作总成绩按权重的20%计入总成绩。通过实验操作考核这种方式大大提高了学生独立进行实验的积极性，实验教学效果大大提高。
5结束语
本文是针对安徽科技学院的实际情况，借鉴了国内各高校的工程光学教学改革的经验，对工程光学课程教学内容进行了优化，在理论课程教学中，删除了一些重复性的教学内容；在实验课程教学中，加大了综合性、设计性实验的比例；同时对教学模式进行了改革，在考核方式上开展了阶段性考核模式；改革后的实践表明，通过课程教学内容的优化提高了学生的创新能力，通过教学模式的改革激发了学生的学习热情，使学生真正融入到课堂教学中，工程光学教学质量有了明显的提高。
参考文献：
[1]官邦贵，秦炎福，张永峰，等.大学物理实验教学内容重组的研究与实践[J].成都师范学院学报，2014，30（9）：116-119.
光学设计教程篇6
关键词光纤通信；教学改革；optiSystem仿真
中图分类号：tp391.9文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2013）24-0104-02
1引言
光纤通信课程是高等工科院校通信工程专业的一门主要专业必修课，其基本理论是某些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础，具有理论基础深、知识更新快、理论与实际联系紧密等特点。
随着光纤通信技术的迅猛发展，目前在教学过程中暴露出一些问题：1）现有实验设备不生动，仅是对基本原理的简单验证；2）光纤通信设备价格昂贵，引进或建设专业实验室难度较大；3）专业课知识更新速度快，课本及现有设备难于反映最新的发展成果；4）学生难于验证、实践对知识的构想。
基于以上原因，本课程的教学改革立足于将optiSystem仿真技术融入光纤通信的教学中。
2理论教学探索
光纤通信课程以培养和提高本科生的应用能力、创新能力和科研能力为基本目标。培养要求是：使学生较全面地掌握光纤通信的基本概念、基本理论和关键技术，理解和掌握光纤通信系统的性能分析和系统设计方法，了解现代光纤通信新技术的发展及应用情况。
根据培养目标和培养要求，该课程设置的教学内容包括：1）光纤传输理论；2）半导体光器件、光无源器件及光放大器的工作原理及特性；3）光端机的基本组成及各部件功能；4）光纤通信系统的组成和系统设计方法；5）光传输网及光纤通信新技术的基本原理及应用。
光纤通信的整个理论教学体系中，很多定理都伴随严格的数学证明和复杂的概念，并且很多概念比较抽象。比如：光在光纤中传输的波动光学理论，涉及电磁场与电磁波的知识，其公式推导繁琐抽象，致使学生理解起来比较困难。针对这一类问题，教师在备课时不仅需要精心设计教学内容，将重点、难点和抽象不容易理解的内容提炼出来，而且要根据这些知识点的特征采用恰当的教学方法和教学手段，比如采用传统黑板教学方式和技术相对成熟的多媒体教学方式相结合。实践证明，这样的教学方式已经取得比较满意的教学效果，并且在该课程组教师的共同努力下，与课程配套的多媒体网络课件在中北大学及全国多媒体课件大赛上获奖。
为进一步提高学生学习效率，在课堂教学中融入optiSystem仿真技术。optiSystem作为一款功能强大的光通信系统模拟软件，提供从元件到系统水平在传输层光通信系统的设计和预研，同时呈现可视化的分析结果。如光纤的非线性效应“四波混频Fwm”，采用图1所示仿真原理图给学生讲解，两路光信号（波长分别为1540nm和1540.5nm）经过75千米单模光纤（SmF-28）传输，传输前后信号的光谱分别如图2和图3所示。图3显示，在1539.5nm和1541nm波长处出现新的频率成份，直观地表达了四波混频的概念：光纤中不同波长的光波相互作用，导致在其他波长上产生所谓混频产物或边带的新光波的现象。
另外，光纤的自相位调制、互相位调制、拉曼散射等非线性效应，掺铒光纤放大器（eDFa）的增益平坦特性，波分复用系统等相对抽象难理解的知识点，也采用了演示仿真原理图并对比波形的授课形式，具体程序不一一举出。
课程结束后，调查显示：绝大多数（83.26%）学生对课堂教学中融入optiSystem仿真做出了积极评价，一致反映利用仿真技术把抽象的问题具体化，能够激发学习兴趣，从而优化课堂教学效果。
3实验教学改革
实验教学是课堂理论教学的重要补充，是培养学生科学实践能力的重要环节。目前，中北大学开设的光纤通信实验项目分为基础型和综合设计型两类，实验室现有设备仅能满足固定功能的实验，不容易升级改进，不能充分体现光纤通信的优势。因此，实验教学改革是在现有实验项目的基础上，利用optiSystem仿真平台，增加了创新型仿真实验内容（包括光发射机设计、光接收机设计、光纤色散特性及补偿设计、eDFa增益优化设计和40G单模光纤的单信道传输系统设计），逐步构建“基础型、综合设计型、创新型”的分层次实践教学体系。
创新型仿真实验项目改革在具体实施的过程中，要求学生根据题目的难易程度独立或合作完成，并完成详细的实验报告，包括设计思路、设计框图、选用模块和参数设置的原因，仿真结果及实验现象分析并得出结论等内容。
关于仿真实验项目的改革已经实施两届，通过和学生的交流以及对实验报告的统计分析，结果显示：
1）增设的创新型仿真实验项目吸引的学生数量逐年增加（09级学生比08级学生增加30%）；
2）学生在设计实验的过程中，如何选用模块并设置参数都与理论知识紧密结合，这样促进了理论与实践的有效结合；
3）与硬件实验相比较，仿真过程更具体，仿真结果更生动，实验效果得到明显改善；
4）学生敢于验证自己的构想，弥补了硬件设备的不足。
4结束语
通过积极实行教学改革，在光纤通信课程理论和实验教学方面都取得一定成效。课堂教学方面，由于一些抽象难理解的知识点融入了仿真演示，提高了学生的学习积极性，明显改善了课堂教学效果；实验教学方面，融入仿真技术后，不仅提高了学生综合应用所学知识和独立设计的能力，而且极大地促进了光纤通信的基础理论研究，为学生走向工作岗位前进行工程素质的培养提供了理想手段，还能有效节省教学投资费用。
参考文献
[1]骆文.《光纤通信》课程教学改革与实践[J].长江大学学报：自然科学版，2010（6）：368-369.
[2]黄永清，顾畹仪，等.光纤通信课程的教学改革[J].电气电子教学学报，2010（12）：12-13.
[3]杨祥林，等.光纤通信系统[m].北京：国防工业出版社，2009.
光学设计教程篇7
关键词：高等农业院校，光电类课程，教学
中图分类号：G642文献标志码：a文章编号：1674-9324（2012）04-0221-02
一、引言
针对光电技术在农业机械化工程及农村信息化工程技术中的应用覆盖范围日益扩大，但新能源人才缺口越来越大的现状，如何在高等农业院校中开展和普及光电技术的应用课程已经成为众多农业院校相关本科专业的新课程开设热点。例如，中国农业大学工学院的测控技术与仪器专业开设了光电技术原理、光电检测技术等必修课；华南农业大学工程学院电子科学与技术专业开设了光电类综合课程，另外，农业机械化及其自动化专业增设了光电子技术的必修课，其能源与环境系统工程专业开设了光伏科学技术的必选课；南京农业大学工学院电子科学与技术专业开设了光学信息处理必修课。为了提高光电类课程的教学质量，改进教学效果，提高学生分析和解决实际问题的能力，培养适应现代农业科学技术发展要求的高质量专业人才，同时，针对这些专业的面向农业特点以及课程组本科课堂教学实践的效果，课程组就如何在农业院校开展光电课程的课堂教学，提高课程教学质量方面进行了改革实践。
二、课程教学改革
针对面向农业类的特点，相比普通高校的光电类课程，农业院校光电类课程在教学内容、课堂教学组织以及实践教学方面都应有较大改动，充分体现课程在农业方向上的相关性和实用性。
1.教学内容的改革。现有的光电类课程包括《光电子技术》、《光电子器件》、《光电测试技术》、《光电显示技术》、《光电图像处理》、《光学信息处理》、《光伏科学技术》等。这些课程要求学生有一定的光学基础和电学基础，农业工程专业的学生在光学基础方面比较欠缺，课程架构中缺乏相应的前续课程。相比普通高校的光电类课程，农业院校开设光电类课程在教学内容中，首先一定要增大光学基础部分的讲授，同时，针对光学基础较弱的特点，侧重实用方向的重点和基础理论，避开偏向推导的公式运算，重点讲授公式的适用范围，同时，增加农业机械中光电设计的相关实例，帮助学生理解如何应用所学光学理论。其次，农业院校开设光电类课程的教学内容可以按照农业应用范围分为四大模块进行讲授，包括：光电检测系统、光电图像处理、光伏科学技术和光谱信息处理。光电检测系统侧重于光电直接测试系统的架构和设计；光电图像处理面向CCD和CmoS检测的信号的处理及分析；光伏太阳能发电则基于现有太阳能电池的选择和系统设计；光谱信息处理针对红外光谱在农业上的广泛应用，讲授如何处理不同状态下的红外光谱。课程组的老师针对这四方面对课程教学内容进行相应调整，确立基础及重点理论，选择适合的教材，挑选适当的实例，设计合理的思考题和作业题，引入对口的设计软件等，从而方便学生根据自己的兴趣选择部分模块做深入学习。
2.课堂教学的组织。课题组老师目前的课堂教学主要包含课堂理论教学以及课堂讨论教学两种形式，前者以实用性为教学目标，后者则以启发性为教学目标。①把握基础和重点内容做好课堂理论教学。首先，在四大模块中必有的基础光学内容，这部分内容从辐射度学和光度学的物理量的相互关系展开，教学中增加农业中常用光源的光学量的计算，教会学生如何阅读光学器件的性能参数图表，并根据这些光学参数，选择合适的光源。另外，讲授农业中常用光源，如LeD和LD的发光特点以及如何选用合适的光源。最后，讲授光电检测器件的检测原理，并根据相应的光电转换公式选择合适的后续处理电路得到相应的电学物理量（电流或电压）。其次，根据农业院校光电类课程的四大模块的不同特点，确立每个模块的相应核心并围绕核心做好理论讲授，避开偏向推导的公式运算，重点讲授公式的表达意义及适用范围。光电直接测试系统设计适用于农业机械设计和小型农业传感器设计，其核心在于根据适用环境确定测试的对象的物理量，研究对象的农业特性对应的光学特性，找出两者的基本对应关系，选择适合的光电器件，加上相应的工作条件（主要包括电学条件和外界条件），设计出相应电路。光电图像处理面向农产品质量的无损检测以及农业的实时检测，其核心原理在于数字图像处理中取样（量化）、编码、灰度化和二值化、调整对比度、图像平滑度处理、图像增强和图像滤波的算法讲解。光伏太阳能发电可应用在农业灌溉系统以及智能化大棚和温室的能源系统，其核心知识在于根据现有太阳能阵列，根据产生的电能要求，计算出太阳能电池的数量及排列方式，从而选择或设计相应的充放电控制装置将太阳能转化为电能从而为蓄电池充电。光谱信息处理适用于农学信息的获取、作物长势评估、农业灾害监测和农业管理等领域，学习如何分析确定研究所需数据及其类型，设计光谱采集方案，分析并提取目标特征光谱、选择合适的算法对目标光谱进行预处理，建立定量化分析模型、最终对识别效果进行评价，确立模型适用条件和精度。四大模块中的理论知识各有侧重，相互之间没有较大关联，因此，在课堂教学组织中从各自的侧重点和实用性出发，讲解包括选用适合的硬件器件以及数据处理软件的使用。②根据实例组织课堂分析和讨论。首先，教师在实例选择中，应选择具有典型性和指导性的实例，每个实例都应有启发迁移作用，不同实例之间应各有侧重点。另外，教师要结合学生的知识结构，设计引导和启发问题，针对难点问题设计出讨论题目。其次，教师要组织好分析和讨论的环节，获取有效的信息反馈，发现学生学习中的难点问题。按照课前计划，以专题的形式引入讨论的题目，根据学生的课堂反应，给予适当的引导和启发，最好展示学生需要讨论的题目。较好的课堂讨论形式是将学生分成大组，每一组设计不同的实例，同时讨论交流。在给定讨论时间结束后，随即抽取学生代表其所在组回答题目，同时，给相应的点评和补充，并引导出此实例的适用条件和不适用条件。通过设计、引导和讨论，理论知识得到进一步的补充，并能很好地提高学生的学习兴趣，取得较好的教学效果。
3.实践教学的补充。目前，光电类课程在农业类学科课程中所占比例还较低，传统的课程实践时间分配较少，部分院校甚至没有对应的实践安排。解决理论学习远超过实践学习的现状，笔者提出以下解决方法。①邀请在校学生做相关专题讲座，这些学生都是参加过历次光电竞赛或电子设计大赛（光电类）项目的获奖者或优胜者。采用这种形式的实践活动，极大地增强学生的设计自信心，并能从实践中得到更多切实指导。②利用校内开放式专业实验室，开放式实验室不仅为学生们提供更多的实践机会，让学生更好地掌握和巩固专业知识，提高其动手能力和创新实践能力；同时也可充分发挥广大教师的能动作用，和学生一同探究课题，解决理论学习中的问题，增强教师的教学效能感。③参加高校或省内的面向本科生的实践类项目。例如，笔者所在的华南农业大学开展了面向优秀大学本科生的“红满堂计划”，大学生创新实验计划项目以及广东省开展了广东省高等学校大学生创新实验项目。从实验项目选题开始，学生将查找大量的相关文献，自行设计构想出项目基本方案；方案确立的过程实际上也是自我学习和突破的过程，同时，这种形式需要有相应辅导老师作为指导老师，结合指导老师的研究课题，就有很强的实用性，并能为下一步科学研究奠定基础，同时，为将来的科研工作储备了人才。
三、结束语
经过实践和听取学生的课下反映以及课堂评估成绩表，本文认真总结出在农业院校的农业相关专业开展光电类课程的教学应该在确保光学理论基础的情况下加强针对性的模块教学，以相关性和实用性为教学目标，课堂讲授结合理论讲授和实例讨论两部分，鼓励学生参与实践类项目，可以使大多数同学克服专业跨度较大的难题，从而较大程度地提高学生的学习兴趣并获得良好的教学效果。
参考文献：
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[2]廖允成，韩娟，海江波.高等农业院校本科创新型人才培养的思考和举措[J].中国大学教学，2011，（4）：28-29.
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[4]王建，谢家兴，赵懿琨.建立开放式专业实验室，促进高校人才能力培养[J].电气电子教学学报，2009，9（31）：135-136.
光学设计教程篇8
关键词：CDio工程教育；人才培养方案；培养模式；高教改革
作者简介：汤卉（1960-），女，辽宁沈阳人，哈尔滨理工大学材料学院，教授；胥焕岩（1975-），男，黑龙江绥化人，哈尔滨理工大学材料学院，教授。（黑龙江哈尔滨150040）
基金项目：本文系2011年中国高等教育学会高等教育教学研究专项课程（课程编号：2011HYZX021）暨黑龙江省高等教育教学重点课题、哈尔滨理工大学2011年教育教学研究重点课题（课题编号：p201100098）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）11-0040-02
进入21世纪，我国高等教育教学模式已从“精英教育”向“大众教育”、从“计划经济”向“市场经济”转变。在这一变革过程中，大学生的实践与动手能力受到企业界更多的关注。然而，我国现行高校本科专业培养方案和课程设置，一直缺乏与企业界和社会的沟通与互动。企业界的工程技术专家及管理者对本科教育培养目标、培养过程、教学手段和方法的制订几乎没有参与，更没有影响力，使得工程教育从培养目标到培养过程乃至培养结果偏离工程教育的本意。[1]
高校现任教师大多是从校门到校门。各高校招收教师时，只注重教师毕业的学校是不是“211”或“985”院校、是否有博士学位、是否“海归”人员。虽然他们具有很高的学历，但先天的工程背景薄弱和对工程本质后天追求的懈怠，导致他们与企业界沟通及共同语言的缺失，工程教育越来越向工程研究型人才培养方向偏移。在这种模式下培养出来的高校大学生，实际动手能力低下，也没有产品开放与制造的实践经验，不知道如何做一名合格的工程师，根本得不到企业界的认可和接受，导致出现就业难的严重问题。一方面企业对高校培养出来的人才不满意，另一方面大学生就业形势又非常严峻。高等工程教育人才培养模式面临着严重的挑战，如何解决知识传授与能力培养之间的矛盾？如何解决能力培养与就业相统一的矛盾？就在此时，国外方兴未艾的一种工程教育模式―― CDio工程教育模式引起国人的极大关注。[2]
针对全球高等院校人才培养模式出现的偏差，2000年，瑞典查尔姆技术学院、林克平大学、皇家技术学院和美国麻省理工学院提出一种改革方式并进行了尝试，经四年的运作，耗资数百万美元终于建立了一套完整地工程教育体系CDio工程教育模式，开发了一个创新的工程教育平台。[3]CDio是四个英文的缩写，它们的含义是：Conceive―构思，Design―设计，implement―实现，operate―动作。其基本的内涵就是特别强调课程学习要与企业实际的工程项目相联系，在学习理论知识的同时，突出培养学生的工程实践能力。[4]
一、现行培养方案与课程设置存在缺陷
培养方案设计脱离企业与社会要求，导致课程设置出现失误，[5]具体表现在六个方面。
1.专业导论课定位不准
透过专业导论课教学大纲可以发现，教学内容仅仅是对无机非金属材料工程专业培养方案的阐述和理论内容的讲解，没有具体讨论作为无机非金属材料工程专业最重要的一个专业方向光纤光缆工程师应该承担的任务和责任，缺乏对光纤光缆工程重要性的讲授，难以激发学生对光纤光缆专业方向的兴趣。此外，专业导论课只有16学时，学时过少且没有相应实践环节，主讲教师又没有企业经历。
2.光纤光缆方向所开课程与企业的联系不够紧密，这主要受限于目前的教学条件与投入经费
在学校第五次修改的培养方案中，只有生产实习环节要求学生进入相关的生产企业，而且时间很短，只有4周，要包括陶瓷厂、碳素厂、水泥厂等，真正落到光纤光缆或电缆厂的时间仅三天，难以较深入全面认识光纤光缆企业的运作形式，对企业的发展战略、奋斗目标和产品的开发与规划，不能形成完整的概念，不适应在组织严密的企业有效工作。
3.专业课程中理论课时少，相关的基础理论支持性课程没有，综合性和设计性实验项目更少
在学生四年的大学学习中只有两门课程与光纤光缆相关，一门是专业骨干课――光纤光缆制造与测试技术，总学时48，其中理论课36学时，实验课12学时，而实验设备更是少之又少；另一门是选修课――光纤通信技术，24学时，由于学生是材料专业的学生，没有较系统的通信专业基础知识的支撑，学生根本不能理解教师所讲的内容，导致上课的学生从60几人降到10几人，甚至更少。在培养方案中，只注意传统材料科学与技术教学课程课时设置的原则，没有兼顾到光纤光缆这一特殊的专业领域，难以培养学生在光纤光缆专业的实践与动手能力，不能满足现代工程教育的需要。
4.成绩考核方式单一，主要的考核方式是期末考试
在“光纤光缆制造与测试技术”教学大纲中，考核成绩由三部分组成：平时成绩、期中成绩和期末成绩。目前，学校已取消期中考试，而且期末考试成绩占到总成绩的70%。单一的考核方式僵化了学生的思维，削弱了学生主动学习的兴趣，学生成了考试机器，助长了舞弊行为，而且学生的沟通及表达能力得不到锻炼，很难适应未来现代工程团队职业。
5.实践教学零散，缺乏横向联系，教学大纲对光纤光缆专业方向实践教学培养目标没有明确要求
在第五次修改的培养方案中，实践教学依然沿用原“无机非金属材料工程”专业设置内容，仅仅是对理论教学内容与知识的验证，缺乏创新性和设计性强的实践内容，不能对学生进行全方位系统的工程思维进行训练。
6.公共基础课实用性弱
在培养方案中，公共基础课不仅理论学时多，而且对教学内容的处理未能有效结合光纤光缆专业方向的实际，基本上还是全校各专业采用相同教学大纲、相同的教学内容、相同的教学方法和考核模式，未能有效地体现光纤光缆专业方向个性的教学要求。
二、CDio工程教育模式下人才培养目标的制订
CDio模式下制订人才培养目标与方案时，应根据CDio教学大纲和能力之间的关系，并结合光纤光缆专业方向特点和培养条件的实际情况，制定满足专业知识、实践能力和人文素质的培养目标。[6]实施CDio工程教学改革后，人才培养目标主要突出三个方面的能力：深入地掌握光纤光缆技术与理论知识；光纤光缆新产品开发、制造和管理系统的构建与运行组织能力；掌握光纤光缆技术的发展对企业与社会的影响。
依据CDio的理念设计光电信息材料专业人才培养目标，它既是一个重点，也是一个难点。培养目标设计本身是一项系统建设，要求所设计的培养目标是一个多类型、多层次、彼此支撑、互相制约的系统。本课题初步将其设为三级。
一级目标主导培养方向，是面向一定职业岗位群（光纤光缆企业）需求、受限于一定教学条件、体现一定专业类型的主导性培养目标。
二级目标规范培养标准。在一级目标确定后，二级培养目标与规格从整体上保证一级培养目标所蕴含的素质要求，二级目标是现代工程师的综合素质在培养目标上的系统表达，工程综合能力和工程师职业道德作为综合素质的核心要素在二级目标系统中得到重点强调；二级目标对创新型光电信息材料工程人才素质要求可分为知识、能力和职业意识三个部分。
三级目标监控培养途径，它不是统一的行动标准，而呈现统一标准的个性化反映，它针对不同学生、不同工程项目、不同实施方案，将项目训练与知识的学习和应用紧密地联系在一起，对项目完成的进度、知识传授、能力训练、意识养成的进度进行双向的实时监控和检验。
三、CDio工程教学模式下，培养方案与课程体系优化设计
CDio模式改革后，“光电信息材料”培养计划从技术知识与推理、个人和职业的技能和特质、人际技能、在企业和社会的环境下构思、设计、实现和运作等方面给出培养大纲。针对现行培养方案存在的缺陷，在广泛地听取教师与学生意见后，提出改进意见。借助学校第6次教学计划改革的机会，最大限度地修改已有的培养方案，系统地制订第6版培养方案，表1为光纤光缆专业方向课程体系优化设置。
1.调整专业导论课
除保留原无机非金属材料专业导论课某些内容外，将光纤光学、激光物理等基础课也纳入专业导论课的建设范畴，同时将光纤光缆制造实践作为专业导论课的实践环节。由多个熟悉光纤光缆或电缆相关领域的教师共同讲授，导论课实践环节聘请光纤光缆企业工程师指导。专业导论课在第一学年第一学期进行14，在第三学年的第一、二学期各完成14，第四学年第一学期完成14，总课时增加20学时并加三周实践。
2.构建了基于CDio培养模式下的4个课程群系列（这里只列出课程群4，见表1）
将原课程体系分解，构建CDio的4个关键课程群，形成以CDio工程能力培养为主线，知识结构合理、课程内容互补、光纤光缆专业特色鲜明的课程群系列，要求每个课程群至少开出1个创新性实验项目和两个设计性实验项目。整合光纤光缆相关课程内容，进一步密切课程与企业的联系。新调整的四门专业课是：光纤光缆材料与制造技术、光纤光缆结构设计原理、光纤光缆测试技术、线缆材料配方设计，突出了课程之间的内在联系，制订系列课程群建设制度；削减或调整与光纤制造业实际需要不相适应的课程，例如删除薄膜技术与制备、人工晶体、电子电工材料等课程；增加与企业实践需要或前沿技术紧密结合的课程，如光纤光学、激光物理、半导体物理等课程；并形成基于CDio能力评估的流水线式实践教学体系：产品设计（光纤光缆结构设计）─产品制造（生产工艺）─产品性能测试（测试技术）。
本课程体系的特点：第一，针对不同层次学生，教学与实践内容和培养目标各有侧重。第二，实践教学环节环环相扣，利用各种型号光纤光缆产品的结构设计与生产制造及组织管理工程项目这条主线，使学生四年的实践教学与培养得到落实并贯穿始终。同时，为了加强学生与企业联系，每一个学年至少一次到企业进行工程项目训练。逐步将有关光纤光缆专业课前移，拟第三学年完成，现已将2009级的光纤光缆制造与测试技术课移至第三学年第六学期，在以后的教学中，拟将其他三门课也前移，争取第四学年学生全部时间参与企业的实际光纤光缆设计与生产项目，在企业完成毕业设计。与第5版培养方案相比，增加了与企业接触的机会，使学生有更充足的时间了解企业。根据新的课程群要求，编写新的各门课程教学大纲和实验教学大纲，重新修改实验指导书。企业负责或参与的实践教学大纲，由相关企业技术部门制订，并需经学院专业教学委员会讨论通过。第三，由学校督导室、企业专家、学院教授与学生代表组成考核评估小组，及时发现培养方案与课程体系存在的问题，及时调整。
四、结束语
本课题提出的系列化课程群式培养方案与课程体系，是一个由相互支撑的专业课程并确保个人个性、沟通能力以及企业产品开发、制造和管理组织系统的构建能力得到最佳培养所设计出的一种教学模式，是一种优化设计。它有助于光电信息材料专业本科生CDio工程实践能力的培养和提高，在一定程度上消除了高校人才培养方案制订的盲目性，从而提高了培养方案和课程设置实施的质量。
参考文献：
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[4]郭威.CDio模式在“软件体系结构”课程中的探究与实践[J].中国电力教育,2010,(24).
光学设计教程篇9
一、实施理实一体的项目化教学的必要性与优势
国家对于高职教育的定位和任务是服务社会主义现代化建设，培养数以亿计的高素质劳动者和数以千万计的高技能专门人才。强调职业院校的学生要具有突出的实践能力。教育部关于职业教育的文件要求：要积极推行与生产劳动和社会实践相结合的学习模式，把工学结合作为高等职业教育人才培养模式改革的重要切入点，带动专业调整与建设，引导课程设置、教学内容和教学方法改革，则强调教学内容要结合企业实际[1]。归根结底是即要有实践能力，又必须结合社会实际。
光伏发电是我国在能源领域大力发展的可再生能源之一，也是最近几年装机容量增长最快的发电方式，具有广阔的发展前景，特别是我国目前正在大力推进智能电网建设，为以光伏发电为代表的分布式能源发展提供了良好的机遇。光伏产业的飞速发展需要大量光伏技术型人才。这促使了高职院校对光伏发电技术人才培养的积极性。由于太阳能光伏技术属于跨多学科的新兴学科，它涉及气象、光学、半导体、电力、电子、计算机和机械等多学科技术，课程理论性强、内容较为抽象。而且光伏发电要求从业的技术人员不但要掌握扎实的理论知识，还要有较强的动手能力，才能合理的设计使用和充分发挥光伏设备的作用。而理实一体化教学重视市场对人才技能的要求，突出学生的动手能力，项目化课程突出学习内容的实用性，因此开展光伏发电设计安装与维护教学一体化与项目化改革具有较强的现实意义与长远意义。
二、光伏发电实施项目化教学的课程实施方案设计
以培养学生综合职业能力为目标，将企业典型工作任务转化为多块即独立成体又紧密联系的项目化教材是课程改革的核心。具体的方法和要求是以典型设计任务为载体，以学生为中心，根据典型工作任务和工作过程设计课程体系和内容，按照工作过程的顺序和学生自主学习的要求进行教学设计并安排教学活动，最终实现理论教学与实践教学融通合一、能力培养与工作岗位对接合一[2]。
根据目前我国大力发展分布式光伏发电系统的实际需求，把能够独立完成光伏发电系统设计安装与维护的技术人才作为培养目标，将光伏发电系统设计与安装分为下述七个项目进行教学和实践，这七个项目紧密联接，共同完成一个光伏发电系统的设计与安装工程。
1.光伏组件的选型
光伏组件的选型包括组件的尺寸、型号、额定功率、开路电压、短路电流、转换效率等技术参数的选择，要想会选型就必须了解组件的基本知识，这些知识包括光伏发电原理，组件的结构组成等。在这一部分的学习中有理论有实践，实践学习包括一系列的实验和实训，这些实训均在光伏发电试验箱上完成，有太阳电池发电原理实训，太阳电池能量转换实训，太阳电池组件效率测试实训及环境对光伏转换影响实训等；在掌握了组件的基本知识以后学生便能够顺利地完成组件的选型及串并联个数的设计。
2.系统最佳倾角的设计
光伏系统发电量的多少跟组件的倾角有直接的关系，而且不同的系统有不同的最佳倾角，如有的系统要求全年的发电量最大，而有的系统要求一年四季发电量尽量均衡，这两个系统就会有不同的最佳倾角，另外要掌握系统的最佳倾角计算还要掌握方位角，太阳角，时角等概念，在这部分的学习中会有光照强度对发电量的影响实训和倾角对发电量的影响实训。
3.光伏汇流箱、控制器和逆变器的选型
光伏汇流箱是将串联起来的多路组件汇流成一路，进一步提高系统的电流和输出功率；汇流箱具有过流保护，接地保护，电压电流显示等功能；逆变器是光伏发电系统的核心设备，在光伏发电系统的成本里也占有一定的比重，它是将光伏组件发出的直流电变为交流电输出，逆变器有多种类型，有离网型和并网型，有单相逆变器和三相逆变器等；正确的选型必须建立在对设备参数性能等详细的了解基础上；这部分内容通过让学生对设备进行拆装等实训加强学生的理解和掌握；还有光伏控制器控制实训，光伏逆变器原理实训，光伏逆变器输出电能质量分析等。
4.电缆和支架的选型与安装
光伏组件之间串并联使用专用电缆，其截面积大小应满足电缆长期允许载流量以及回路允许电压降，由公式可计算不同组件间以及组件至汇流箱的距离所需电缆的规格；光伏方阵支架需考虑承重，通风，抗震，防雨雪等要求。一般采用角钢制成的三角型支架，其底座是水泥混凝土基础，组件前后间距离需根据组件倾角进行计算确定。
5.防雷接地系统设计
因光伏组件置于屋顶之上，有可能遭受直击雷或感应雷电波的侵入，同时，逆变器直流输入以及交流输出等处应附带有避雷器，以防止雷电波的侵入。主要对各种感应雷进行有效应对。
6.测量监控系统设计
太阳能光伏发电监控测量系统一般用于大、中型光伏系统中，可根据光伏系统的重要性等因素考虑选用。监控测量系统一般可对系统进行实时监视记录和控制，系统故障记录与报警，以及各种参数的设置。还可通过网络进行远程监控和数据传输，显示当前发电功率，日发电量累计，月发电量累计，总发电量累计等数据。
7.安装与调试
安装与调试是工程实施的重要内容，这部分内容除理论教学外，另安排学生进行实际的光伏系统安装与调试。通过接线、调试、运行掌握安装与调试的理论和实践知识。
在对课程项目化分解以后，再将每个项目具体化为专业知识讲解，动手能力训练两个有较强可操作性的模块，这样就能保证每个项目教学工作的顺利实施，也能保证课堂的教学质量，光伏发电课程能力标准分解列表见附表一。
三、光伏发电项目化教学的实施
有了以实际工程为基础的项目化教程，采用什么样的教学方法同样非常重要，以学生为中心组织教学，让学生边学边做，在学中做，在做中学，注重学生专业能力，方法能力和社会能力的培养是光伏发电课程教学方法改革的目标[3]。光伏发电课程教学实行理时一体的强化训练方式，将光伏发电系统设计安装工程项目分解成上述七个项目。以项目为载体，将知识点融入到各项目之中，在实训室内按项目组织实施教学，实现边教边学、边学边练、学做合一“教、学、做”有机融合的一体化教学[4]，达到岗位技能培养的目的。以项目一光伏发电系统组件选型这部分内容为例；将该项目的内容分成多个具体的学习任务，如测试不同倾角太阳电池的发电量，测试不同温度下组件的发电量，测试不同光照强度下组件的发电量，测试光伏组件效率等。明确任务后将学生分为10组，每组4-5人，每个小组的组长轮流担任，一个任务一个小组长，让每个学生都有机会得到组织能力的锻炼。拿到任务后填写工作任务书，明确工作内容，工作目标，工作对象工作步骤工作方法以及提交的成果等。
任务实施，如学习任务光伏组件效率测试，测试之前先给学生讲授必须掌握的理论知识，如光伏发电原理，光伏组件结构组成等，然后教授学生测试方法及步骤，并指导学生如何正确操作实验箱，如何记录数据并绘制伏安特性曲线，求出最大输出功率，最后计算组件效率。计算完后要求小组之间互相交流讨论并总结。在学生操作过程中及时纠正学生的错误操作和不良操作习惯。
四、光伏发电项目化教学考核与评价
教学过程与评价要突出学生综合职业能力培养，注重培养学生专业能力、动手能力和社会能力。整个课程的考核包括操作熟练程度的考核，对问题理解的考核，完成任务期间表现的考核，团结协作意识的考核，学习态度的考核等，将课程考核放在课程进程中进行，提高学生学习的积极性。结果采用成果演示和答辩的考核方式，其中对问题的理解程度占本次考核成绩的40%，而操作的正确性，规范性及熟练程度占40%，团队协作能力，领导能力，沟通能力占20%。该课程共有七个项目，每个项目考核一次，而七次考核的加权平均作为本课程的最终成绩。以班级中的小明同学为例，假设小明被分在第一小组，本项目有多个具体的学习任务，则第一小组将分别演示几个任务，如光伏板效率测试，不同光照上发电量的测试，不同倾角下发电量的测试等，不同的任务由不同的成员担任组长，考核时由该小组协同完成该项目的几个任务，根据任务完成的水平给小组一个任务完成分作力每个成的员共同的操作分如第一小组操作分为85分，然后在根据完成任务期间各自的表现打出不同的社会能力分，如小明在成果演示过程中表现出团结协作，积极配合，圆满完成自己的角色任务。因此社会能力分给90分，最后是答辩考核，要据小明对本次实验原理及基本知识点的理解程度给出专业成绩如90分。这三个成绩再乘以各自的权重得出最终的成绩，因此小明本项目的最终成绩为85*0.4+90*0.2+90*0.4=88分。最后本课程完成以后由七个项目的成绩共同决定了小明本课程的成绩。
五、结语
实施理实一体的项目化教学，对于培养德智体美全面发展，具有良好职业道德、熟练的职业技能，精益求精的工作态度、追求完美的创新精神、可持续发展的基础能力，掌握必需够用的专业知识，面向生产第一线从事光伏发电系统设计安装与维护及管理等工作的高技能人才方面有较为突出的优势。但也提出了两个方面的要求。
光学设计教程篇10
关键词：激光技术；教学改革；实践
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2017）03-0120-03
自上个世纪60年代美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器以来，激光技术的发展可谓日新月异，已经应用到我们的生活、科研、工业、医学、军事等方方面面[1，2]。在生活方面，我们经常接触到的DVD、数码相机、智能手机、激光打印复印等都应用了激光技术；在科研上，激光可以为我们提供测量基准，提供极端物理条件，可以作为先进的光源；在工业上，激光是信息通信、存储、准直、导航定位、加工、表面处理等必不可少的工具；在医学上，激光美容、激光手术已经为我们所熟知；在军事领域，激光技术更是深入到了武器装备的方方面面，因此激光技术被列为国家战略支撑技术[3]。
《激光技术》是一门讲述如何操控激光、控制激光和应用激光的课程[4，5]，是紧密结合《激光原理》的一门基础专业课，《激光原理》主要讲述的是激光的基本原理和基本知识，而《激光技术》主要针对的是激光的具体技术应用，是从事光学专业必须要掌握的基础知识。
一、教学改革的必要性
《激光技术》课程是光学工程专业课程建设的重要组成部分，它是专业基础课程几何光学和物理光学知识的拓展，是训练学员进一步掌握激光技术的关键课程。我院开始这门课程是在完成《激光原理》课程之后学期开设的，目的是进一步加深学员对光学尤其是激光光学的理解和认识，训练学员掌握激光、操控激光的动手能力，培养综合理解能力、分析问题和解决问题的能力，初步培养学员的创新能力。该门课程设置在激光原理的教学之后，开设在大四学员的秋季学期，该时间段恰逢学员考研的关键时间段，如何通过合理的设计教学实践环节提高教学效果成为迫在眉睫的问题[6]。
研究和解决课程教学中遇到的问题，提高课程教学效果，在大四考研的攻坚阶段让学员利用最少的时间来掌握核心知识，提高教学效果，调动学员的课堂积极性，为此，研究课程教学模式和教学方法，对培养军队高素质新型军事人才具有重要意义。
二、课程教学设计与实践
（一）围绕一个中心展开教学
《激光技术》课程共计6章40课时，如图1所示，课程内容仅仅围绕激光具体应用技术展开，工程应用特点明显。因此，在教学中，我们以“激光的应用技术”为中心展开教学。首先，我们向学员介绍激光的调制与偏转技术，从光学的角度详细介绍三种物理效应――电光效应、声光效应和磁光效应，这是后面讲述调Q、锁模等章节的基础；然后，从激光的能量、功率、脉宽这个应用角度向学员系统地介绍调Q技术、超短脉冲技术和激光放大技术；最后，从光束质量这个应用角度向学员介绍选频与选模技术和稳频技术。可以看出，整个教学的重点都是放在“激光的具体应用技术”上，课程的设计是以“激光的具体应用”展开的。
（二）注重两个兼顾
对于刚刚毕业本科生而言，大多数学员会走向军队和社会，并不一定继续从事科研工作，而课程教学中更加注重物理概念和基本原理的论述，因此，在教学中主要注重原理和应用的结合。例如，在讲述“激光放大技术”时，在介绍完矩形脉冲放大的基本原理之后，专门设置一节课来讲述激光放大的应用，最为典型的例子是美国国家点火装置（niF）和中国的“神光”计划，结合实例讲述激光放大的基本原理、光学器件的设计、光与物质的相互作用等，形象地展示激光放大的物理过程，加深学员对基本原理的理解。同时，教学中也注重基础知识与最新前沿的兼顾。例如，在讲述“超短脉冲技术”章节时，系统地介绍超短脉冲的基本原理、锁模技术的基础知识，同时，专门开设一次课来讲述皮秒脉冲、飞秒脉冲在微纳加工、激光医学、飞秒化学、超快科学、超快技术等方面的应用以及阿秒脉冲（10-18s）的最新国际前沿，让学员不仅掌握每种技术的基本原理、具体应用技术，还能了解每种激光技术的最新国际前沿，拓展学员的知识面。
（三）强化三个能力培养
对于众多的专业基础课而言，课程内容的知识覆盖面一般都比较广。在教学中让学员掌握各章节的基本原理、基本概念十分重要，但更重要的是培养学员的创新能力和科研能力。因此，在《激光技术》课程的教学中，我们十分注重学员激光应用能力、光学设计能力、分析总结能力的培养。例如，在培养学员激光应用能力时，课程第一章介绍完“声光效应”后，在讲述“调Q技术”的时候，教师会引导学员去应用声光效应去实现激光器调Q运转，在讲述“超短脉冲技术”的时候，教师会引导学员去应用声光效应去实现激光器锁模运转。在培养学员光学设计能力时，让学员单独设计光路结构来降低施加在电光晶体上的半波电压，培养学员的光学设计能力。在培养学员分析总结能力时，结合我校的优势科研方向――激光陀螺，设置专题分析激光陀螺中采用的激光技术。通过三种能力的培养，使学员深刻领悟激光技术的特点、发展趋势和应用优势。
三、教学方法探索
（一）紧贴科研的案例式教学
教师通过实例分析的方法来讲清相关的基本概念与原理，并充分发挥教员的科研优势，课堂案例密切结合教师的科研经历，将科研中实际用的激光技术的相关知识引入到教学过程来，让学员直接了解科研中的激光技术知识，体会激光技术的应用价值。
例如，在讲述“选频选模技术”这一章节时，在课堂上专门增开一节课讲述如何在激光谐振腔里面实现频率的选择，结合激光陀螺研究所高精度低损耗镀膜的科研技术，介绍如何利用多层介质膜反射镜来选频，系统介绍了激光器543nm这一绿光谱线的起振条件、膜系设计准则、科研攻关过程与实验结果；在“稳频技术”章节中，针对兰姆凹陷这种主动稳频技术，引入激光陀螺科研中用到的程长控制镜技术，详细地介绍程长控制镜的基本结构、控制方法、稳频效果和实验结果。紧密结合科研优势，达到科研反哺教学的目的。
（二）基于pRoJeCt的综合能力训练
《激光技术》课程开设在大四的秋季学期，适逢学员考研的关键时期，结合大四学员特定时期的学习特点，增设探索性题目，设计合理的专题作为考核的一种具体方式，提升学员的综合能力。激光陀螺是一种以Sagnac效应为基础的光学陀螺，是测量载体运动角速率的敏感器件，如图2所示，现已在战术飞机、战术导弹、战略导弹、巡航导弹、海军舰艇、潜艇、姿态基准、反坦克制导、稳定控制等多个领域成为惯性导航系统的理想器件。激光陀螺本身就是一只环形激光器，其中涉及到《激光技术》课程中很多的知识点。在教学过程中，教师将学员以班为单位分成若干组，每一组学员在课程结束时提供一份项目报告，学生可以就激光陀螺中涉及的某种激光技术展开深入的论述，例如激光陀螺中运转的单频激光，涉及到“选频与选模技术”章节的小孔光阑法选基横模的知识，可以就这一点展开分析讨论；也可以对激光陀螺涉及的各种激光技术进行全面的阐述，例如，多层介质膜选频、程长控制镜稳频、He-ne增益气体、环形谐振腔设计等知识进行归纳总结，通过pRoJeCt的训练提高学员的综合能力。
（三）演示实验验证平台
紧密结合课程内容，增设《激光技术》课程相关的演示实验或自选实验环节，提高学员课程认知能力，加深课程教学效果。例如，在“调Q技术”章节增设演示实验验证平台，教学中在介绍完“调Q的速率方程理论分析”后，详细介绍了各种调Q激光器实现调Q的具体过程，谐振腔里Q值的变化情况及具体控制实现方法，借助“光电技术综合实验中心”硬件资源平台，搭建演示实验验证平台，如图3所示，在固体激光器谐振腔中插入电光调Q器件前后的激光器输出功率变化情况，如图4所示，从图4可以看出，利用电光效应可以实现谐振腔损耗的调制，提高激光器的峰值功率，压缩脉冲宽度。将该演示实验在军用光电工程和光信息科学与技术本科专业实践教学中试用并改进，加深学员对理论知识和物理概念的理解。
四、结束语
在《激光技术》课程教学团队的帮助下，近几年来，我们在课程教学中不断积累经验、总结规律，取得了不错的教学效果。作为高等院校的科研教学人员，应充分发挥教员的科研优势，课堂案例密切结合教师的科研经历，将基本理论和相关技术紧密结合，多从科研工作角度出发，利用科研来反哺教学，深刻领会激光技术的注重应用的特点，以在教学改革的道路上取得令人满意的成绩。
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teachingReformandpracticeexplorationof"Lasertechnology"
YUXu-dong，tanZhong-qi，YanGKai-yong，ZHanGBin
（CollegeofoptoelectronicScienceandengineering，nationalUniversityofDefensetechnology，
Changsha，Hunan410073，China）