大学光学知识点总结

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大学光学知识点总结范文第1篇

【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

大学光学知识点总结范文第2篇

（天津职业技术师范大学电子工程学院 天津 300222）

摘要：现代教育思想认为，学生是学习的主体，在教学活动中要充分调动学生学习的积极性，培养学生自主学习的能力，从而提高教育教学效果。在《基础光学》课程第五章“光的偏振”的课堂教学设计中，采用启发式教学方法及类比思维方法，可以充分调动学生学习的积极性，激发学生自主学习的能动性。

关键词 ：自主学习；教学设计；启发式教学法；类比思维法

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）01-0086-03

《基础光学》课程是我校电子工程学院电气信息大类（高本）专业的一门专业基础必修课，主要讲述几何光学和物理光学知识。本课程的学习，可使学生掌握成像和光的波动的基本理论和计算方法，为进一步学习诸如光电子器件与技术、光信息处理技术、光纤通信和集成光学等课程奠定理论基础，同时也为学生从事光学仪器的开发、光路的设计和从事光学教学等打下基础。由于生源水平参差不齐，对于理论强、公式多、理解难、知识点繁的光学课程的学习有一定的难度。笔者针对《基础光学》第五章“光的偏振”的课堂教学设计，从分析处理教材、选择教学方法、设计教学过程等方面进行了积极探索，旨在使课堂授课能够激发学生学习的兴趣，引导学生自主学习，独立完成分析、探索、实践、质疑、创造等学习阶段，实现学习目标。

工科专业光学教学存在的问题

光学课程的特点使工科学生学习起来有一定难度 《基础光学》课程知识体系独立，理论性强，加之工科专业学生物理、数学基础知识相对薄弱，对光学的学习有一定的难度。例如，在“偏振”一章中，利用菲涅尔公式推导反射光与透射光的偏振态，学生不仅要熟练运用三角公式进行推导，还要对物理概念如振动分量、传播方向等有明确认识，并要建立数学结果与物理结论之间的联系。由于光学本身有一定难度，再加上学时减少、学生基础薄弱等因素的存在，工科专业光学课程的教学模式往往会导致教师满堂灌输、学生死记硬背被动学习局面，直接影响教学效果。

与专业联系不紧密，学生学习积极性不高 《基础光学》课程本身与电气类专业方向联系不够紧密，特别是电气信息大类二年级的学生对光电子学科了解不足，往往导致“重电轻光”的局面。对学生的调查显示，超过60%的学生认为模拟电路、微机原理等与电类紧密关联的课程较光学课程更重要；大约30%的学生认为光学与电学有一定联系，同等重要；仅有约10%的学生认为光电子技术是科技发展的前沿，而其基础光学需要牢固掌握。学生不重视，学习积极性不高，就会出现旷课、消极学习等现象。

只注重理论知识的积累，不注重分析应用能力的培养 “授之以鱼，不如授之以渔。”教育的目的不仅仅是教会学生知识，更重要的是学以致用，学会运用知识分析解决实际问题。比如，学生在掌握基本理论、基本概念的基础上，创造性地提出偏振光的产生方法、偏振态的检验方法以及偏振的应用，教师引导学生将书本知识转化为学生分析解决实际问题的能力等等。但实际上由于学时有限、学生无法与教师进行有效互动等因素，导致教师采用“填鸭式”教学方式，使教学过程变成单纯教师教的过程，束缚了对学生创新能力的培养。

引导启发，培养学生的自主学习能力

《基础光学》教学大纲对“光的偏振”一章的教学内容和要求如表1所示。

“光的偏振”是在掌握光的干涉和衍射等基本波动理论基础上讲述的内容，要求学生对光的波动本性、横波性、振动态等有清晰的认识。同时，“偏振”一章讲述的内容多且杂，包括偏振与横波性关系、五种常见偏振态、反射光和透射光的偏振态、双折射现象、光在晶体中的波面与波线、偏振态的实验检验、偏振光的干涉等。教师要理清教学思路、设计教学过程、合理使用教学方法，安排讲、学、练的时间，做到教师“讲”得思路清晰、激发兴趣，学生“学”得清楚明白、认真投入。在授课过程中应引导学生独立思考、自主学习，更有效地学会知识，掌握分析解决实际问题的能力。

（一）分析教材、梳理思路、整合知识

教材中“光的偏振”一章分为9个小节，涉及知识点较多，但综合起来可总结为以下4个问题：（1）光的偏振现象与横波性的关系；（2）五种常见偏振态；（3）如何将自然光改造成偏振光；（4）偏振光的实验检验。

对本章的整体知识结构可作如下分解。

第一，明确偏振现象与横波性的关系；理解为什么偏振现象可以作为区分横波和纵波的标志；分析为什么横波有偏振现象而纵波没有，进而总结偏振的基本概念（教材第一节）。

第二，了解横波振动量振动状态的多样性，介绍五种常见偏振态，包括自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光；详细介绍自然光、线偏振光、部分偏振光，重点学习如何将自然光改造成线偏振光和部分偏振光，其中包括反射光和透射光的偏振态（教材第一节、第二节）。

第三，理解光在各向异性晶体中的双折射现象、波面和波线，理解由各向异性晶体制作的偏振器件的基本光学特性。在此基础上，进一步学习圆偏振光与椭圆偏振光的获取方法（教材第三节到第七节）。

第四，偏振光的实验检验和偏振光的干涉（教材第八节、第九节）。

其中，第一、第二部分用2学时，第三部分用5学时，第四部分用3学时，实验用2学时。笔者仅就讲解“偏振”的第一次课分析课堂教学程序设计。

本章知识框架如图1所示。

（二）以教为辅、以学为主、教学相长

1.温故引新、联系实际、激发兴趣。兴趣是学生主动学习的前提。新课的引入要起到激感的作用，使学生受到感染，产生求知欲，产生主动学习的能动性。新课的引入分为两个部分，即温故引新和联系实际。

首先，以三个关联问题温故引新，引发思考，使学生带着问题开启新课的学习，对新课的意义有清晰的认识。（1）以复习回顾的形式，向学生提出“光的波动性如何得到证实”，学生在既有知识的基础上回答“光的干涉和衍射都无可辩驳地证明光的波动本性”。（2）提出“光波是横波还是纵波”的问题，引导学生思考振动与波动之间的联系，即光的振动分量与光波的传播方向之间是垂直的还是平行的关系。以学生的既有知识或经验知识会得到“光波是横波，其振动量的振动方向垂直于光的传播方向”。（3）“如何证实光的横波性”，偏振现象可以证明光的横波性，它是如何证明光的横波性的？它与横波间有何联系？采用旧知引新知的方法，可以使学生了解知识间的连贯性，以问题的形式引入新课内容，使学生带着思考学习，学习目的明确。

其次，引用实例，激发学生学习的兴趣和热情。引用图片等媒体资源向学生展示液晶屏、偏振片、3D立体电影等基于光的偏振的新技术，理论联系实际地激发学生学习的热情和兴趣。

2.设疑置问、引导思维、以学为本。本节新课程的内容包括偏振与横波性的关系，自然光、线偏振光和部分偏振光的基本特性，偏振光的获取方法及实验检验，其中偏振与横波性的关系是本节的重点，更是关键点，只有概念明确，才能对偏振现象进行深入研究，而难点落在反射和透射光的偏振态上。关键点知识的讲解采用启发式的教学方法。启发式教学法是教师在教学过程中扮演引导者的角色，通过设置几个层层嵌套的问题，引发学生思考，在逐一解决问题的过程中使学生完成新课学习。为了学习偏振与横波性的关系，可设计如下三个问题，层层深入，引发思考：（1）创造并分析机械横波与纵波的偏振现象。学生很容易会设计出手握绳子上下抖动形成机械横波；手推弹簧，沿弹簧往复振动形成机械纵波的例子。教师演示两个实例的偏振实验，由学生观察与分析得到“只有横波才有偏振现象”的结论。（2）为什么横波有偏振现象而纵波没有呢？学生经分析得出横波的振动方向相对于传播方向具有不对称性，而纵波的振动相对于波的传播永远呈对称分布的结论，即“振动方向相对于传播方向的不对称性”是造成偏振的直接原因，就是偏振的概念。（3）光波是否具有偏振现象呢？在了解偏振片工作原理的基础上，教师实验演示自然光通过两块偏振片后出射光强随第二块偏振片转动而发生周期性变化，学生得出“光波具有偏振现象，光波是横波”的结论。

对于关键点知识的讲解采用类比机械波的思维方法，形象生动，易于理解。同时，通过学生的分析探究，可加深学生对知识的理解。

自然光、线偏振光、部分偏振光的偏振态、通过偏振片后的现象及合成与分解等内容虽是重点，但理解起来较简单，主要采取绘制振动图像，使学生建立感性认知，对知识融会贯通。

课程知识的应用与提高拟解决两个问题：（1）如何将自然光改造成线偏振光和部分偏振光。这里主要采取教师引导、学生分组讨论、教师适当补充、学生综合总结的方式，解决本节的重点同时也是难点的问题。将自然光改造为线偏振光，最简单的方法是利用偏振片即可实现；也可以利用平面界面的反射和玻堆片的透射来实现。部分偏振光的获得可利用平面界面的反射和透射来实现。反射光、透射光偏振态的确定需要借助菲涅尔公式进行三角运算和分析得到，理论性较强，运算过程较繁琐，所以可适当做详略处理：对于反射光的偏振态，教师可引导学生进行详细的推导，掌握方法；而对透射光的偏振态则可布置为小组作业，由学生仿照教师引导的方法独立学习、分析完成。（2）如何用实验的方法区分自然光、线偏振光和部分偏振光？可采用分组讨论的方式提出解决方案，方案可以在后续的实验课上通过动手操作得到验证。

本节的课程结构和课时安排，引入部分8分钟，重点知识的讲解30分钟，难点知识20分钟，例题及应用练习27分钟，课后总结5分钟。

“学生为主体，教师为主导”，这是现代教学的指导思想。教师在教学过程中要充分调动学生的学习积极性，使他们变被动学习为主动学习，变厌学为乐学。笔者通过“光的偏振”课堂教学环节设计，引发学生思考，激发学习兴趣，使学生积极参与到教学活动中，引导学生自主学习。

参考文献：

[1]林丹丹.浅谈物理教学中学生自主学习能力的培养[J].学术研究，2013（3）：57.

[2]郭继胜.论物理光学教学中的实践与改革[J].科技资讯，2009（13）：211.

[3]姚启钧.光学教程[M].北京：高等教育出版社，2002.

[4]张尚剑.基于问题学习的物理光学研究性教学模式构建[J].科教文汇，2012（5）：115.

[5]周玲.大学物理情境的创设与应用[J].廊坊师范学院学报（自然科学版）2012（8）：121-128.

[6]朱湘萍.光学教学中培养学生科研能力模式的探析[J].湖南科技学院学报，2012（4）：52.

大学光学知识点总结范文第3篇

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.

大学光学知识点总结范文第4篇

关键词：物理实验 电学实验 教学探究

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-0-01

大学物理实验课程作为一门重要的基础实验课，是大学生进入大学后系统学习实验方法和进行实验技能训练的开端，在培养大学生严谨科学的思维方式、分析和解决问题的能力等方面具有重要作用。大学物理实验课程教学应以学生为本，充分调动学生的主观能动性。这方面研究已有一些报道，如，利用演示实验[1]，采用开放性实验教学等[2]。除了教学方法改进外，对实验课程的设置还需合理安排。大学物理实验项目众多，涉及光学、电学、磁性、热学等各学科，合理安排实验课程，找出实验项目之间的联系，对学生理解和掌握实验至关重要。根据实验不同的性质可以将实验课程分成不同模块，比如，光学模块、电学模块、磁学模块等，在完成一个模块后再进行下一个模块实验。这样分模块系统讲解及演示实验将使学生更好地掌握相关知识，形成一个连贯的知识脉络。

1 电学实验特点

大学物理实验中，电学实验众多，几乎占用实验总学时1/3以上。目前大多数高校大学物理实验中对于电学实验的课程安排很多，主要有：电表改装与校正、电桥测电阻、RLC串联电路的暂态过程研究、数字电表实验等。合理安排电学实验顺序，对电学实验的共性及各个电学实验的特点进行对比讲授，并指导学生去完成相应实验，对学生加深理解和掌握相关知识至关重要。电学实验具有自身特点，相较其他类型实验，电学实验特点如下。

1.1 电学实验连贯性好，可以由简单实验逐渐过渡到复杂实验

学生在高中时已经接触过简单的电学实验，如伏安法测电阻实验，对电流表，电压表都有一定了解，大学时接触的电流（压）表改装校准实验，就是对电流表、电压表进行改装并校准；惠斯通电桥测量电阻实验，也是通过检流计读数是否为零来判断电桥是否平衡，进而得出待测电阻的实验。这些基础性实验的学习及对实验数据的分析处理，对之后进行的难度稍大的开放性实验，如数字电表实验是一个很好的训练。

1.2 电学实验原理简单，相较其他较为复杂类型的实验，学生更容易理解和掌握

如光学实验中，很多概念学生以前没有接触过，对光的基本理论、光源发光的宏观特性，光波的相干性和偏振态等不熟悉理解，则光学实验很难做好，甚至不能进行。而电学实验中利用的基本公式就是欧姆定律，不同的电学实验都是在欧姆定律的基础上简单变形得到的，学生对电学原理掌握基本没有问题，只要做了预习一般都可以完成实验项目。

1.3 电学实验中仪器简单并且使用较普遍

电学实验中常见的仪器主要有电流表、电压表，检流计、滑线变阻器、电阻、万用表等，这些仪器操作简单，原理易懂，而且很多电学实验都是利用这些仪器来完成。而其他类型实验，仪器复杂，如光学实验中分光计、干涉仪和摄谱仪等，光学仪器本身原理很复杂，学生要调节到仪器正常使用状态需要具有较好的操作技能，这对学生正常完成实验提出了更高的要求。

1.4 电学实验涉及知识点相对较少

其中电表等级的概念是电学中一个非常重要的概念，需要学生很好地掌握。电表的等级是用来表示电表的精确度的，我国规定电表分为七个等级，等级数值越小，电表的精确度越高。实验之前，应向学生清楚介绍实验所用电流表、电压表、检流计等电学仪器的等级，使学生对实验测量结果的准确程度有一直观了解。

2 电学实验教学侧重点

针对电学实验上述特点，在电学实验教学中应侧重以下几点。

2.1 提出预习问题，抓好预习关

尽管电学实验原理简单，但还是要抓好学生预习关。学生只有预习好，才能在实验中很好地完成操作。常规预习方法学生只是一个从书本摘抄的过程，缺少自己独立的思考。在实验教学中，应在学生做实验之前布置一些相关思考问题，让学生带着问题去预习，只有学生在预习中进行了思考，预习才有效果。比如，开放性实验的数字电表实验，可以在预习前给学生提出几个思考问题：如，简述模数转换器的基本原理；如何通过电路设计来实现多量程直流电流（压）表改

装等。

2.2 对实验所涉及的背景知识讲解清楚

在电学实验教学中，遇到的一个比较多的问题是学生对所做实验的目的不清楚，不知道为什么要做这个实验，以及这个实验在实际中如何应用等。实验相关背景知识一般在教材上内容很少，学生尽管做了预习，但一般不十分清楚。为此，教师在课堂教学时应对背景知识重点讲述。

如电表改装实验，教师应该使学生认识到电表改装实验等同于仪表厂电表的设计与制作，充分调动学生的课堂积极性；惠斯通电桥测量电阻实验，应向学生强调通过实验来学习一种新的实验方法（比较法），通过比较法的学习来实现对电阻的准确测量。

2.3 课堂实行分段式教学，鼓励学生大胆尝试，勇于创新

一个好的实验课程安排应该使学生感到适度的紧张，过分宽松的课堂环境会使学生走神，不能把精力全部集中在实验上。为此，课堂教学可以采用分段式教学，结合适当的提问，让学生始终保持一种精神集中的状态。

可以将实验分成两个部分，每一部分做完后，及时对学生的实验结果进行总结，并对实验中学生存在的问题给予解答，这样会加深学生对实验的理解，当然这需要教师对实验内容进行充分合理的设计。课堂教学中同时应利用学生接触新实验时的好奇心理，引导学生对实验进行创新。

“兴趣是最好的老师”，如果能通过课堂实验教学激发出学生学习知识及科学研究的兴趣，就实现了大学物理实验教学的

初衷。

3 结语

以上是作者根据大学物理电学实验课程教学的特点，结合自身教学中遇到的问题，对大学物理实验教学提出的几点具体措施，希望能对高校学生知识、能力和素质培养方面起到一定积极作用。

参考文献

大学光学知识点总结范文第5篇

关键词：光学软件；仿真；教学改革

作者简介：陈明阳（1976-），男，浙江衢州人，江苏大学机械工程学院，副教授。（江苏 镇江 212013）

基金项目：本文系江苏大学工业中心2012年国家级实验教学示范中心实践（工程训练）教学改革研究项目（项目编号：ZXJG201201）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）22-0102-01

光信息科学与技术是光学和信息科学与技术相结合而形成的交叉学科，它主要研究光信息的产生、获取、转换、传播、存储等过程中的普遍规律及其应用。[1-2]近年来，以软件设计和分析为特色的光学系统与器件设计在实际中应用日益广泛。例如，基于光学系统设计的成像光学设计和非成像光学设计、基于光纤和光波导技术的波导设计和光纤技术、基于光纤通信网络的通信系统设计、基于激光器的激光器设计等，这些都需要以软件设计和分析为基础。

近年来，本专业开设了为数不少的光信息专业软件课程，如光学系统设计、CODEV软件及应用、光通信器件设计、光通信系统设计、虚拟实验室技术、Matlab在光信息处理中的应用等课程。这些设计类的课程已经成为光信息科学与技术专业的重要专业课程，它有效地连接了本专业的基础专业知识和工程实践应用。例如，光学系统设计是光学工程基础理论知识的主要应用之一。[3]光学系统设计广泛应用于以经典光学和现代光学为基本原理的各种仪器或仪器部件中，如LED照明灯的灯具的设计，相机镜头、手机镜头以及显微镜等镜头设计等等。光学系统设计应用几何光学和波动光学的理论分析和处理工程中遇到的与光学系统相关的实际问题。光学系统设计课程强调逻辑分析的理论方法和编程处理的工程方法的训练，强调算符方法、数值模拟和系统设计的训练，目的在于提高学生分析问题、解决问题的能力。光学系统设计技术与软件的应用已经成为光信息科学与技术专业学生需具备的重要的能力之一。

科学技术的发展促进了企业和社会对这方面人才需求的增加，相比于大型实验设备，软件设计起点低，使学生能够更快地与实际课题接轨。因此，也成为本专业近年来发展的重点之一。本专业教师在专业软件教学中不断摸索，总结出了一些经验，也形成了一定的特色。下面从教学体系、课程教学方法、学生学习要求、考核方面几个方面对光学专业软件的教学进行探讨。

一、课程教学体系改革

传统的专业课程教学前后课程之间往往缺乏有机联系和有效的交叉。这样的结果是学生对理论课程缺少兴趣，而当学习设计类课程需要用到这些理论知识时，学生又感觉迷茫，无法将以前的课程联系起来，在一定程度上也导致课程学习质量的下降。因此，学生学习积极性和效率较低。为此，本专业教师有意识地将先修的理论课程中加入部分软件实例，即在理论教学过程中引入一些专业软件分析得到的结果。一方面可以使课程教学更为直观、形象，教学内容更多样，丰富了教学素材，有利于学生理解课程内容；另一方面，无形中也激发了学生学习专业软件的兴趣。而在软件设计课程教学中，结合实例，运用专业知识来分析问题和解决问题，使得学生能够将专业知识和软件运用联系起来，加深了学生对选修课程和知识的认识，也促进了他们对软件的认识。

同时，在设计类课程教学结束后，增加了后续课程，即专门的课程设计。在课程设计中，要求学生完成指导教师提供的设计任务，在教师指导下，独立完成设计工作，通过课程设计，使学生能够真正全面地应用专业软件的设计和分析功能，并将专业知识融合到具体的设计和分析中。既使学生能够获得全面的锻炼，也巩固了选修的专业知识。

在最后一学期，除了常规的毕业设计任务外，教师们通过前期与企业的沟通与联络，积极为学生落实有关实习企业。学生在毕业设计期间可以到企业实习，并直接参与具体产品的设计任务，通过与企业导师和本专业指导教师的联合指导，完成从机械结构设计、光学系统设计与性能分析、优化，到产品样品制作一个系列的设计与制作过程。实践表明，这个过程大大增强了学生综合运用专业知识和专业软件的能力，也增强了学生走向社会的自信心。经过这个环节锻炼的学生毕业后都能够很快融入企业，并在企业科研一线发挥积极作用。

二、课程教学内容改革

课程教学方面，传统软件教学方法是首先介绍菜单、工具栏、命令等操作内容，再介绍详细的软件原理、操作步骤等。教学中发现，这种介绍方式内容单一、枯燥，教学内容前后往往没有直接的联系，事实上，软件也普遍存在不少不常用的命令。这样，一方面学生对教学内容不感兴趣，另一方面教师教学也缺少激情。同时，由于软件教学的特点，一般是以多媒体教学为主的教学方式，这种方式由于与实际的软件操作有差别，缺少连贯性和直观性。这些都容易导致学生思想不集中和对课程失去兴趣。为此，探讨逐步减少命令、操作等软件细节方面的单一教学，改为以实例为目的的目标教学。在课堂上只进行少量的基本操作教学，开始以实例为主进行教学。对于个别容易自学的软件，要求学生课前自学，而不在课堂上对软件基本操作做系统介绍。在课堂上以某一具体研究对象或任务为目标，通过结合专业知识对问题进行分析，明确需要设计和分析的内容，再通过软件操作实例进行示范，直接在课堂上通过软件进行演示。这样，一方面，学生在听课过程中需要调动思维，对问题进行分析和设计，调动了学生的积极性，增加了学生在课堂上的参与度。由于需要用专业知识去分析和设计，这样也促进学生对已有专业知识的理解和运用；另一方面，由于有具体的分析对象和目标，学生也能够更容易理解软件的操作原理和原则。同时，通过直接的软件演示教学，学生也更容易理解有关操作要求。当然，由于要求现场操作，对任课教师的要求也提高，要求任课教师对软件的使用要非常熟悉并能够灵活运用。

三、学生学习方式改革

学生学习方式从最初的被动式课堂听课、上机练习，逐渐改变为以主动性的课堂学习讨论，课后自主设计与分析，以及综合性设计为主的主动式学习。值得注意的是，这种主动式学习的前提是需要充分地调动学生的积极性和学习兴趣，使学生对课程学习的重要性和意义有足够的认识。近几年来，由于在就业方面已经形成一定的良性循环，低年级学生也较早地意识到有关专业软件学习的重要性和优势。总体上，学生对这类课程的兴趣在逐年增加。

四、考核方式改革

课程考核方式不仅是对学生学习本课程情况的一种重要评价方式，客观上也是激发学生学习积极性的一项重要因素。目前，比较常用的考核方式包括笔试、上机考试和大作业。几种方法更有利弊，下面针对专业软件课程考试对这几种方法的优劣进行分析。采用笔试的方式进行考核，是最传统也最简单的考核形式。但实践表明，这种侧重软件操作和实践的课程，以笔试的方式更多的只是测试学生对知识点的掌握程度，而无法有效了解学生对软件使用的熟练程度以及专业知识综合运用与分析的能力。显然，相比较而言，采用上机考试是更为合理的方式。比较常见的上机考试方法是出一些具体的设计任务，限定学生在规定时间完成整个设计任务。但这种方式也存在一些缺点，比如，由于针对具体实例的设计与分析往往需要的时间长，操作的关联性强，很容易出现学生因为个别难点未掌握而后续分析完全错误的情况。同时，由于在常规的两个小时左右的考核时间内，一般只能完成为数不多的几个任务，考核的结果存在较大的随机性。另一种比较合理的考核方式是采用任务式的大作业，即布置相关任务，由学生在课后规定时间内完成，并提交相关程序和报告。这种方式更接近于实际应用，还可以使学生在任务完成过程中得到锻炼，是一种较为可行的方法。当然，这种方法也有一定的缺点，由于缺少有效的监管，部分主动性差的学生，容易出现偷懒和抄袭现象。综合可见，上机和大作业相结合的方法是较合理的考核方式。

五、总结

实践表明，通过以上措施，明显地调动了学生学习的兴趣与积极性，有效地提高了学生的设计与专业思维能力，也有效地促进了学生的就业和升学。近年来，随着从事设计类工作学生在就业和发展上优势日益明显，学生在设计类课程学习中的主动性明显增强，形成了良性循环的良好机制。

参考文献：

[1]胡章芳，潘武.光信息科学与技术专业建设中创新人才培养的探索[J].科学咨询（科技·管理），2012，（8）：160-161.