信息光学原理

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信息光学原理范文第1篇

关键词：色彩心理学；广州儿童公园；硬质景观

婴儿对世界最初的感知来自视觉。心理学家认为，人的第一感官是视觉，而对视觉产生最大影响力的就是色彩。儿童公园是为广大儿童健康成长而建设的专类公园，也是一个供亲子游玩的户外空间，其色彩设置能否吸引广大儿童的注意、促进其健康成长并满足家长对色彩的需求，值得业界探讨。因儿童公园中的硬质景观相对持久、稳定，对儿童的影响尤其明显。本文选取2015年广州市建成的13个儿童公园中评价较好的市儿童公园、番禺区儿童公园、海珠区儿童公园，以及位于老城区的越秀区儿童公园和荔湾区儿童公园为研究对象。

1.色彩及色彩心理学

色彩分为有彩色和无彩色。无彩色指白色、黑色和由白色、黑色调和形成的各种深浅不同的灰色。色彩有三属性：色相、明度、纯度。在色彩的三属性中，人的肉眼对明度最为敏感，其次为色相与纯度。色相与纯度是有彩色才具有的属性，而明度则是无彩色与有彩色所共有的属性。色相，是用于区别色彩的名称，简单来说即为色彩的相貌。明度，表示色彩的明暗强度，明度高的色彩较明亮。纯度，又称饱和度，即色彩的鲜艳程度，表示颜色鲜艳或浑浊程度的属性。而色调则是明度与纯度的合体，用明度与纯度表示色彩的状态，如明亮色调、强烈色调和暗色调等。

在自然欣赏、社会活动方面，色彩在客观上是对人们的一种刺激和象征；在主观上又是一种反应与行为。色彩心理透过视觉开始，从知觉、感情而到记忆、思想、意志、象征等，其反应与变化是极为复杂的。存在于现实中的色彩都是合理的，人们对待不同的颜色会不经意间表露出不同的心理状态，进而产生不同的心理反应，我们称之为色彩心理学。

研究表明，人从婴儿时期就对色彩产生了知觉，而且深受色彩环境的影响，色彩不但可以刺激儿童的视觉神经，而且关系到儿童智力的发育、情绪的稳定、个性的形成。医学专家指出，环境色彩能在一定程度影响低龄儿童的智力发育，适当的丰富色彩环境可以增加信号的传递，刺激低龄儿童的神经中枢、脑中枢的神经发育，会使低龄儿童的智力发育更好，反应更灵敏。但若低龄儿童长期生活在色彩丰富但花哨的环境中，会造成低龄儿童的视觉疲劳、兴趣丧失，甚至使大脑产生负面作用。

2.基于色彩心理学的实地调研

公园的硬质景观元素通常包括建筑物及构筑物、园林小品和道路铺装3类。具体到儿童公园，建构筑物包括入口大门、围墙及围栏、景墙及休息亭廊等；园林小品主要包括指示牌、休息坐凳座椅、垃圾箱等公共设施，还有滑梯及其组合、攀爬类设施、婴幼儿游戏设施、戏水区内设施、玩沙区设施等游戏设施。本研究综合实地调研和问卷调查两种方法对3大类12小类硬质景观元素进行分析，限于篇幅，选择硬质景观中具有代表性的公园大门和游戏设施作为重点分析对象。

2.1建构筑物类：公园大门

公园的入口大门是公园性质、特征的最直接反映。色彩作为视觉中最活跃的因素之一，对于公园大门是否具有吸引力起着一定影响。

在实地调研中发现（表1），5个儿童公园的入口大门建筑主要分两类，一类以儿童喜闻乐见的形象为主体，造型夸张、色彩鲜艳，以纯度较高、明度适中的颜色作为主色调，色彩搭配效果充满欢乐的气氛，激发儿童及家长进园游玩的愿望，如市级及越秀区儿童公园。另一类是以自然生态为特点，色彩清新，搭配和谐，如番禺区和海珠区儿童公园。

2.2园林小品类：游戏设施

儿童公园中的游戏设施自然是儿童前来游玩的目标物，因此供其使用的游戏设施各式各样、种类齐全。以下针对儿童公园内常见的设施种类的色彩进行分析及比较。

2.2.1滑梯及其组合

在调研的案例中（表2），大部分的滑梯设施采用鲜艳的色彩组合，或以具有膨胀感、热情洋溢的暖色调为主，同时注意使用具有后退感、平复情绪的冷色调或中性色作为背景，这类型的设施多为塑料成品。另外，如以本身的原木、金属材质色彩为主的海珠区儿童公园特洛伊木马滑梯案例也不少见，主要希望营造自然的氛围，让孩童感受建造材料本身的特性。

2.2.2婴幼儿玩乐设施（跷跷板、秋千等）

在调研的5个公园中（表3），针对婴幼儿设计的活动区域，色彩鲜艳，多以红、黄、蓝三原色为主，有助促进低龄儿童的视觉、脑部和智力发育成长。

2.3道路铺装类

在调研的5个儿童公园中，按铺装材料的色彩大致可分两类，一类是以天然木材、石材为主，色彩通常含有一定的灰度，自然朴实；另一类是以马赛克、彩色沥青、橡胶地垫、地坪漆为主，色彩丰富、图案多样。针对儿童公园的使用人群特点，在以天然材料为主的园路上，常点缀色彩图案以增添趣味（图1）。

根据空间组合的要求，一般在园路部分采用较低调和谐的色彩组合，色彩的明度和纯度降低；主要的广场、活动空间则采用较鲜艳的色彩组合，一素一艳的对比有利于吸引游人前往主要的游玩场地，形成局部的空间。同时，在主要的活动空间，为保障儿童安全，铺装材料多采用具有缓冲作用的彩色沥青和橡胶地垫，其色彩组合综合考虑了游戏设施的色彩。如上文所分析的海珠儿童公园放置特洛伊木马滑梯的野外拓展区，地面铺装采用鲜艳且丰富的色彩和图案组合（图2），而众多以暖色调为主的摇摇乐、滑梯、秋千等设施处的铺装则多以冷色调为主，或减低明度增加灰度的暖色调、中性色调为主。

3.基于色彩心理学的问卷调研

在走访中发现，儿童公园里的儿童以12岁以下为主，每个儿童有1-3个家长陪护，以老人或妈妈为主，使公园成为典型的亲子活动空间。问卷以12岁为分界线，兼顾儿童自身的感受和家长的需求。问卷以每类硬质景观元素为一组照片，被访者只需从每组照片中选择一张色彩组合最佳的照片，对于无法用语言表达的婴幼儿，由家长根据其对照片注视的时间作出选择。

问卷一共发放150份，其中12岁以下问卷70份，12岁以上问卷80份。所填写的问卷中12岁以下有效问卷为38份，无效问卷32份；12岁以上有效问卷74份，无效问卷6份。因条件所限，12岁以上男性受访者数据较少，且未能获得65岁以上受访者对广州儿童公园色彩的评价情况（图3～4）。

公园大门部分，市级儿童公园南门色彩得到大部分12岁以下受访者的认可，其认可度在该类别中最高。而12岁以上受访者更喜欢海珠区儿童公园大门，市级儿童公园南门次之，市级儿童公园北门及番禺区儿童公园主人口并列第三（图5）。

滑梯组合部分，市级儿童公园欢乐谷内七彩滑梯对大部分受访者有一定吸引力，其认可度在该类别中最高。12岁以上受访者对海珠区儿童公园野外拓展区滑梯组合的色彩亦感到满意，而12岁以下受访者对市级儿童公园欢乐谷内滑梯组合、大笨象滑梯及番禺区儿童公园内滑梯组合的色彩均有一定的认可（图6）。

在婴幼儿玩乐设施中，大部分受访者对广州市儿童公园欢乐谷中的婴幼儿设施及越秀区儿童公园中波波池所运用的色彩表示认同，其认可度在该类别中最高。而广州市儿童公园的跷跷板乐园、秋千乐园及番禺区儿童公园摇摇乐均得到一定的认可（图7）。

4.调研结果分析

整理3大类13小类硬质景观的问卷调研结果，对受访者认可度最高的照片分类进行色彩提取，在此基础上可得出色彩提取的综合结果（图8-9）。从认可度最高的色彩组合中可看到，受访者认可的颜色种类大致相同，以红、紫、蓝、绿、黄、橙色为主，色彩有色调上的变化。但12岁以下受访者对较深颜色的认可度较低。

公园入口以红、黄、蓝、绿等原色为主。色调柔和的组合会让人感到轻松愉快，迎合了妇女和儿童色彩的偏好，有较高的吸引力；同时也能在灰调为主的城市建筑物中凸显出来，增强识别作用。但搭配方面要注意避免色彩过于杂乱，让人产生不安的负面情绪。

滑梯及其组合、秋千、跷跷板、摇摇乐等儿童玩乐设施的色彩要针对使用儿童年龄进行设置，并采用不同的颜色对儿童进行引导。对于摇摇乐一类多被3岁以下儿童使用的设施，研究表明鲜艳的红色、绿色、蓝色、黄色等更能吸引他们的目光，鲜艳的色彩能刺激婴幼儿视觉发育，促进其大脑发育和智力发展，并能营造一个色彩缤纷的环境供婴幼儿认知色彩，辨别色彩；多样的色彩环境有助预防儿童性格出现缺陷，但亦要避免色彩过于花哨而引起的反作用。而秋千、跷跷板、滑梯、攀爬类等设施的使用儿童多为3岁以上。从3岁开始，儿童对色彩的偏好出现性别差，女孩偏好暖色系的红色和粉红色，而男孩则偏好冷色系的蓝色和绿色。因此在这些设施的色彩设置上，要注意冷暖色的搭配。对于更适合女孩玩乐的区域采用暖色系为主，相反则采用冷色系。对于12岁以下受访者，以鲜艳明亮的红色、绿色、黄色、蓝色等原色进行搭配的设施更能吸引他们的注意。这与其生理因素有关，12岁以下儿童大脑发育尚未完善，只能辨别鲜艳的颜色，对于黑白灰并不感兴趣。这也是儿童对海珠区及番禺区儿童公园入口、海珠区儿童公园滑梯以及自然色为主的地面铺装认可程度不高的原因。

在12岁以上受访者中，以年龄为18-35岁女性为主，喜爱色彩以粉色系、浅色系为主，色调上偏爱淡浅色调、柔和色调及明亮色调；白色、红色、粉红、紫红、米黄等都是她们的偏好色。这些色彩组合与儿童喜爱的色彩组合相近。因此，在大多数类别中，12岁以下和以上受访者对相同的色彩组合认可度相当。

信息光学原理范文第2篇

关键词：信息光学；光学工程；课堂实验

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）51-0258-02

一、前言

信息光学是一门理论与实践相结合的课程，单纯地依靠课程教学，学生难以领会掌握其理论和应用的本质。实验是检验物理理论的标准，是物理推导过程的可视化和具体化。在学生建立完整的物理概念和导出正确物理规律的课堂教学中，实验能化抽象为具体，能引导学生观察和思考，激发他们求知和探索物理规律的欲望。信息光学课程理论推导较多，物理过程比较复杂，同时可操作的物理实验相对较多，因此从众多的实验中挑选合适的实验，精心设计实验过程，合理拓展实验内容，是信息光学课程实验需要重点思考的一个方面。它对课程教学具有积极的促进作用，能够更为有效地提高学生对知识的理解，提高学生对信息光学课程学习的兴趣。

二、结合课程教学，合理设计实验

信息光学课程内容比较多，从光的衍射传播、光的相干干涉、光的空间滤波到光的相干处理和非相干处理，但是课程实验开设数目非常有限，因此合理设计信息光学课程实验，让实验涵盖信息光学课程教学内容是非常有必要的。根据课程教学内容，设计了全息光栅、彩虹全息、空间滤波和白光光学处理四个实验，它们涵盖了信息光学课程的基本知识点，且相互关联。（1）全息光栅。全息光栅实验利用两路平面波相干叠加获得全息光栅干涉条纹和干板的记录，并对记录的全息干板进行再现和光栅参数测试。空间频率是学生难以掌握的一个基本概念，通过实验与理论相结合，结合数学表达式和几何图形，使学生理解一定空间频率的平面波所代表的物理内涵。同时利用两路平面波相交产生干涉条纹和全息光栅的再现，使学生掌握光的干涉和光的衍射。如果把二维的平面全息扩展到三维，可以进一步了解到体全息图，分析透射全息图和反射全息图的内涵和区别。（2）彩虹全息。彩虹全息是激光记录白光再现的全息图，它突破了激光记录激光再现全息图的局限性，采用自然光就可以观察到三维图像。该实验在制作全息图时增加狭缝，再现时由于色散效应，不同波长下狭缝的位置不同，从而在不同的观察角度就可以透过狭缝看到不同颜色的全息像。该实验可以完成一步彩虹全息和二步彩虹全息的实验内容，不仅涵盖了全息制作的原理和彩虹全息图的基本原理，同时深入了解了全息图的色模糊。（3）空间滤波。空间滤波实验利用4f系统，把物体放置在物平面，在频谱面插入不同类型的滤波器，在输出面可以观察到经过滤波后的输出图像，是光信息处理的典型光路和典型应用。通过该实验，让学生在空间频率、光的衍射基础上进一步掌握阿贝二次成像的基本理论、物体空间频谱和空间滤波等基本原理。（4）θ调制假彩色编码。θ调制假彩色编码是白光光学处理的典型应用，它是在相干光处理和非相干光处理的基础上，通过采用点光源降低白光的空间相干性，引入光栅提高白光的时间相干性的一种处理方法。θ调制假彩色编码实验表明4f空间滤波系统同样能灵活进行非相干处理，同时抑制了相干光处理的一些弊端，能清晰地体现光的空间相干性和时间相干性在相干处理的重要性。θ调制图像频谱的观察，能更浅显地理解空间频率的概念。

信息光学原理范文第3篇

【关键词】 Matlab Gui，阿贝-波特实验，滤波

【中图分类号】G64.23 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）15-000-01

一、引言

众所周知，光学专业实验对仪器的稳定性要求很高，对于复杂光路的搭建和调试都是非常耗费时间的，而计算机仿真能克服上述缺点，而且能够呈现出实验中很难实现的实验现象。所以光学专业实验的计算机仿真成为了当前实验教学研究的一个热门课题。阿贝-波特实验是光信专业的一个经典实验[1]，目前也有不少人对该实验进行了仿真，但目前该实验的仿真要么缺乏直观的界面[2]，要么界面不够友好，不够丰富[3]，比如界面中没有给出实际的实验光路等。针对上述情况，本文对阿贝-波特实验进行料Matlab Gui仿真，仿真界面不但给出了该实验的实际光路，而且验证了阿贝波特实验的所有现象，实现了仿真界面友好、内容丰富，使学生更能深刻理解阿贝波特实验。

二、阿贝-波特实验的原理

如图1所示[1]，在相干平行光照明下，物的成像过程可分成两步：①入射光经过物的衍射在物镜的后焦面上形成夫琅禾费衍射图样;②衍射图样作为新的子波源发出的球面波在像平面上相干叠加成像。概括地说，上述成像过程分两步：先是“衍射分频”，然后是“干涉合成”。所以如果在透镜的后焦面（即频谱面）上放上各种滤波器，就可以改变频谱的信息，从而引起输出像发生变化。

图1 阿贝成像原理图

三、阿贝波特实验的Matlab Gui仿真

图2是阿贝波特实验的MATLAB GUI仿真界面。界面的右上方为实验光路及实验注意事项。滤波对象是正交光栅，在界面的下面显示物及其频谱，点击滤波器下拉菜单，选中水平狭缝作为滤波器，则界面的下面第三个图显示该滤波器，再点击进行滤波按钮，则在界面的下面第四个图显示经滤波处理后的像，如图2（a）所以，由图可见，频谱面上的横向分布是物的纵向结构的信息，如果点击滤波器下拉菜单，选中纵向狭缝作为滤波器，则在界面的下面第四个图显示经滤波处理后的像，如图2（b）所以，由图可见，频谱面上的纵向分布是物的横向结构的信息。如果点击滤波器下拉菜单，选中方向滤波，则经滤波后的输出像如图2（c）所示，得到的是相对方向的信息，由图可以看出，采用方向滤波器，可完全改变像的性质。如果点击滤波器下拉菜单，选中低通滤波，则经滤波后的输出像如图2（d）所示，由图可见，零频分量是一个直流分量，它只代表像的本底，即只有0级衍射（空间频率为0）能通过时，则在像平面上虽有光照，但完全不能形成图像。如果点击滤波器下拉菜单，选中高通滤波，则经滤波后的输出像如图2（e）所示，由图可

（a）横向狭缝滤波

（b）纵向狭缝滤波

（c）方向滤波

（d）低通滤波

（e）高通滤波

图2 阿贝波特实验的Matlab Gui仿真界面。

见，阻挡零频分量，在一定条件下可使像发生衬度反转。由2（d，e）还可以看出：允许低频分量通过时，像的边缘锐度降低;允许高频分量通过时，像的边缘增强。

四、结论

为了更好理解阿贝波特实验，本文对阿贝波特实验进行了Matlab Gui仿真，仿真界面友好、操作方面，内容丰富，本仿真界面不但给出了实际的实验光路，而且实现了实验的所有功能，仿真结果验证了所有的阿贝波特实验现象。

参考文献

[1]苏显渝，李继陶.信息光学M.北京，科学出版社，1999

信息光学原理范文第4篇

关键词：光学 光学的研究发展 量子

前言：光学是一门研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。光学是物理学中最古老的一门基础学科，传统内容十分丰富，如光的产生、传播、本性等等：光学又是当今科学领域中最活跃的前沿阵地之一，激光的问世使得光学焕发青春，如光子学、信息光学、光通信等等。光学的发展是一个漫长而曲折的历史过程，主要经历了萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等五大历史时期。

1.光学的萌芽时期

光学的起源和力学、热学一样，可以追溯到两三千年以前。春秋战国时期墨子（公元前468―376年）及其弟子所著《墨经》中记载：直线传播、光在镜面上的反射等现象，并提出了一系列的实验规律。这是有关光学知识的最早纪录。西方也很早就有光学知识的记载，欧几里德（Euclid，公元前330～275）的《反射光学》研究了光的反射，提出了反射定律和光类似触须的投射学说。

大约公元100年克莱门德和托勒密研究了光的折射现象，最早测定了光在两介质界面的入射角和折射角。阿拉伯学者阿勒・哈增（AI-Hazen，965 1038）写过一部《光学全书》，讨论了许多光学现象。公元1 1世纪阿拉伯人伊本・海赛木发明了透镜，到16世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件也已相继出现。这些光学元件的发明推动了光学进一步向前发展。

2.几何光学时期

1608年荷兰人李普塞发明第一架望远镜，17世纪初延森和冯特纳（Fontana）发明了第一架显微镜。1610年伽利略制作了望远镜，并用望远镜观察星体运动。1611年开普勒发表《折光学》，设计了开普勒天文望远镜。1630年斯涅尔（Snel1）和笛卡尔（Descartes）总结出光的折射定律。这些发明和发现是光学由萌芽时期发展到几何光学时期的重要标志。

直到1657年费马（Fermat）得出著名的费马原理，并从原理出发推出了光的反射和折射定律。这两个定律奠定了几何光学的基础，光学开始真正形成一门科学。牛顿在1666年提出光的微粒理论：光是高速运动的细小微粒。能够解释光的直线传播和反射折射定律，但不能解释牛顿圈和光的衍射现象。惠更斯在1678年提出光的波动理论：光是在“以太”传播的波。成功的解释了光的反射和折射定律，方解石的双折射现象，但他的理论没有指出光的周期性和波长的概念，没有脱离几何光学的束缚。此后100多年时间里两种理论不断争斗，18世纪以前微粒理论占上风，这种优势在19世纪初被打破。

3.量子光学时期

1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。他认为各种频率的电磁波，包括光，只能以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光的量子称为光子。量子论很自然地解释了

灼热体辐射能量按波长分布的规律， 以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。量子论不但给光学，也给整个物理学提供了新的概念，所以通常把它的诞生视为近代物理学的起点。

1905年爱因斯坦发展了光的量子理论，成功地解释了光电效应，提出了光的波粒二象性。至此，光到底是“粒子”还是“波动”的争论得到解决：在某些方面，光表现的象经典的“波动”，在另一些方面表现的象经典的“粒子”，光有“波粒二象性”。这样，在20世纪初，一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波；而另一方面又从热辐射、光电效应、光压以及光的化学作用等无可怀疑地证明了光的量子性――微粒性。

1916年爱因斯坦预言原子和分子可以产生受激辐射。他在研究辐射时指出，在一定条件下，如果能使受激辐射继续去激发其他粒子，造成连锁反应，雪崩似地获得放大效果，最后就可得到单色性极强的辐射，即激光。这为现代光学的发展奠定了理论基础。

4.现代光学时期

1960年，梅曼用红宝石制成第一台激光器；同年制成氦氖激光器；1962年产生了半导体激光器；1963年产生了可调谐染料激光器 此后，光学开始进入了一个新的发展时期，以致于成为现代物理学和现代科学技术前沿的重要组成部分。激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，所以自发现以来得到迅速的发展和广泛应用，引起了光学领域和科学技术的重大变革。由于激光技术的发展突飞猛进， 目前激光已经广泛应用于打孔、切割、导向、测距、医疗、通讯等方面，在核聚变等方面也有广阔的应用前景。同时光学也被相应地划分成不同的分支学科，组成一张庞大的现代光学学科网络。

此外，20世纪60年代以来，特别是激光问世之后，光学还与其他科学技术紧密结合，相互渗透。如：全息技术已经在显微技术、信息存储、信息编码、红外全息等方面得到了广泛应用；在集成电路的启示下，材料科学、电子技术和光学融合发展，形成了集成光学这一边缘学科，在光通讯、信息处理等方面起到了很大的作用；光子晶体以及量子信息的研究和发展将给信息技术开辟一个崭新的天地。随着激光技术的发展，飞秒激光器的出现为超快过程、高阶非线性效应的研究提供了有效的研究手段。

结语：综上所述，自19世纪以来，光学在相干性、量子性和非线性等方面都有很大的进展。关于光的相干性和量子性的研究已取得了丰硕的成果。而关于非线性的研究已有了很好的基础和研究手段，正处于快速发展的阶段。我们有理由相信，一个辉煌的、集中反映非线性研究成果的时期将会到来。

参考文献

[1] [美]弗・卡约里，物理学史[M].戴念祖，译.桂林：广西师范大学出版社.2002：234-255.

信息光学原理范文第5篇

关键词：光电信息工程专业；教学改革；物理光学；计算机仿真

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）36-0036-02

随着信息技术与信息产业的蓬勃发展，光电子产业已成为全球战略产业。加快建设我国的光电子产业和培养高层次光电子人才，是现代社会信息技术发展的需要，也是未来光电子产业的需要。为了适应光电子产业日益增长的人才需求，国内越来越多的高校开设了光电信息工程专业（简称光电专业）。光电信息工程作为教育部本科专业目录中的重点学科，涉及光学、光电子、微电子、通信等高新核心技术。光电专业与其他专业一样，侧重于培养理论基础扎实，实践能力较强，具有人文精神和创新意识的应用型、复合型人才，为我国经济建设和社会发展服务。

一、物理光学的课程特点与教学现状

物理光学是光电信息工程、电子科学与技术等本科专业的一门重要的专业必修课，起着承上启下的衔接作用。其先修课程主要为高等数学、大学物理、应用光学、电磁理论等基础课程。后续的专业课程则包括激光原理与技术、激光加工、光电检测技术、光纤光学、信息光学、光纤通信等。该课程以光的电磁理论为理论基础，讲述光在各向同性和异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性以及光的吸收、色散和散射等内容。专业的物理光学在大三第一学期开设，总学时为96学时，其中理论为72学时，实验为24学时。该课程内容概念繁多，物理规律较为抽象，光学现象与规律讲授难以生动形象。物理光学内容包含大量的原理推导和数学公式，学生往往容易记住公式却忘记了公式背后的物理意义和分析方法，无法举一反三、学以致用。课堂中，如果采用填鸭式的方法将传播条件与规律告诉学生，显然没有明显的说服力。该教学方法既影响学生对课程内容的理解掌握，也会影响学生的学习和探索兴趣，阻碍学生创新能力和探究能力的培养。

二、课程建设改革的实践与探索

针对物理光学在光电专业课程体系中的特殊地位，近几年我校光电系对该课程的课堂教学内容、教学方法和教学手段等方面进行了一系列的实践和探索，取得了积极的效果。

1.一条红线，现象。学生在经历了高中物理基础和大学物理课程学习之后，对光的认识上升到了一个新的科学高度。对于光的波动现象等理论，学生开始接受并有似懂非懂之感。物理光学的课程中，则是采用数学的方法描述光波的传播特性。因此，在授课过程中可删繁就简，遇到重复的内容可一带而过。物理光学课程内容繁多，在学习该课程时，需谨记一条红线，即光波的传播。光波在同性或异性介质，自由或半自由空间传播时呈现的传播现象，即反射、折射、干涉、衍射、偏振、吸收、色散与散射现象。在进行课堂讲述时，先由光波的传播现象，引出光波发生此现象的条件，进而总结光波的传播规律。为了理论知识与实际问题密切联系，着重介绍光波理论的理论和所涉及的行业领域，通过丰富的课程内容让学生真实地感触知识的应用。

2.问题导入式的教学方法。物理光学作为一门专业基础课，具有抽象性强、枯燥乏味等特点。同时，物理光学也具有较强的专业性，该学科的创建均来源于对实际光学问题的解释。在介绍一个知识点之前，为了理论联系实际，我们首先要有目的地设置问题。通过一步一步地启发学生，让学生带着问题思考解决的方法与思路，进而解决问题。例如，我们讲授光波的衍射时，首先从白光通过指缝的衍射现象出发，提出产生衍射的条件。如果采用单色光源，指缝转变为圆孔、矩形孔或不规则孔，衍射条纹如何变化？引导学生思考如果采用多缝或透射光栅，衍射条纹又将如何变化？从而引出影响衍射现象的因素和采用数学模型描述衍射现象的问题。实践证明，这种以实际问题为先导的模式，激发学生的思考和学习兴趣，培养学生分析和解决问题的能力，得到了良好的教学效果。

3.充分利用多媒体教学。多媒体教学在许多方面是传统教学模式所无法比拟的，具有直观性强、图文声像并茂、信息量大、生动活泼等特点。但运用不当，也会适得其反。为了弥补两方面的不足，我们采用了多媒体课件与传统板书相结合的教学方法。在物理光学课程中，采用PPT课件形式与FLASH动画结合，生动描述光波的传播现象与规律。多媒体课件重点介绍物理概念及方法，而大量的公式推导可在课后参考教材或其他课本。制作这种多媒体课件的教学方法不仅给学生留下深刻的印象，而且还给教师留下充足的时间来强调重点、难点和核心内容。

4.利用计算机虚拟仿真技术提高教学效果。在课堂教学之余，训练学生利用计算机仿真技术处理物理光学相关问题。利用现代计算机辅助手段，加深学生对光学现象的理解，发现学习中的盲区和误区，提高教学的针对性。计算机虚拟仿真技术将抽象难懂的光学规律和概念形象直观展现给学生，激发学生的求知欲。光学仿真设计软件有很多种，MATLAB、TracePro、Zemax、Fred、OptiSystem，分别应用于不同的光学领域。MATLAB是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，具有数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示等功能，是工程界最流行的软件工具，在大学理工课程教学中的应用亦渐成热点。目前，已有众多文献采用MATLAB软件模拟光波发生干涉、衍射现象后光强度的分布。MATLAB软件中的图形用户界面（Graphical User Interfaces，GUI），可以实现交互式模拟。采用交互式滚动条动态地展现各物理量对衍射结果的影响，有利于加深学生对物理规律的理解和认识。TracePro是一款基于蒙特卡罗法的非序列光线追迹软件，为美国Lambda Research公司开发。TracePro以实体对象来构建光路系统，通过计算反射、折射、散热、吸收和衍射等行为来模拟光线与实体表面的作用，对真实场景进行计算和显示。TracePro图形使用界面简单，且具有强大的仿真功能，能对光学镜头、背光板、照明灯具、投影显示器、医疗仪器等进行光学模拟及分析。目前，在校学生已采用TracePro仿真软件成功对偏振棱镜、衍射光栅进行了模拟仿真，采用光线追迹方法形象直观地展现光波传播过程及特性的变化，加深对光波传播规律的认识和理解。

当然，计算机虚拟仿真技术只是物理光学教学的辅助，不能代替理论教学。学生应该在认真掌握基本物理知识的基础上，逐步学会运用计算机仿真软件，才能达到促进学习的效果。计算机虚拟仿真的实际操作，培养了学生将理论知识应用于分析实际问题的能力，检验了学生专业知识的掌握程度，也为下一阶段的课程教学提供了指导方向。

三、总结

在物理光学课程教学改革实践中，针对课程内容理论性与专业较强，数学公式与物理概念较多等特点，我们对教学内容、教学方法和教学手段等进行了积极探索和实践。在学习过程中，始终围绕光波的传播这条红线，介绍光波的传播规律与现象。采用问题导入式的教学方法，充分利用多媒体教学和计算机虚拟仿真技术的教学手段，加深专业课程的抽象理论形象化。在教学中注重基础理论和知识的应用性，培养学生的独立思考能力和创新意识，促进了学生学习兴趣的提高和发展，增强学习效果，实现学以致用。

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