光学教程

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光学教程范文第1篇

（兰州城市学院培黎工程技术学院，甘肃兰州730070）

摘要：构建光学课程的教学新模式，培养大学生的科研创新能力，以适应新升本院校建设教学应用型本科大学、实施高教强省战略的需要，我们从创新教育理念出发，在教学实践中进行了一些尝试并取得了良好的效果。

关键词 ：新升本院校；光学；教学新模式；科研训练

DOI：10.16083/j.cnki.22-1296/g4.2015.06.019

中图分类号：G642.0文献标识码： A 文章编号：1671—1580（2015）06—0044—02

基金或课题：甘肃省教育科学“十二五”规划课题（［2012］GSGXG045）；兰州城市学院教育教学研究项目（2012-JY-38，2013-JY-16）。

收稿日期：2014—12—22

作者简介：郭中华（1979— ），女，甘肃金昌人。兰州城市学院培黎工程技术学院，副教授，研究方向：光学及光学实验教学。

郑庭海（1971— ），男，陕西延安人。兰州城市学院培黎工程技术学院，副教授，研究方向：教育管理。

经典的光学理论和实验方法在促进科学技术进步方面一直发挥着重要的作用，而光学课程是物理学专业的重要基础课。面向地方经济建设，以应用型本科教育为发展目标，光学课程的教学体系也应转变为以科学素质的教育为主， 注重教育的社会功用，培养知识与技能兼备的高层次应用型人才，形成教学与科研的良好互动。面对现代光学技术的飞速发展、知识体系的不断更新及教学手段的现代化等因素，如何优化课程结构，重新构造课程体系，选取适合于应用型本科教学目标的光学教学内容，改变传统的教学培养模式，焕发传统学科的生命力，培养研究型和创新型人才显得尤为迫切。

结合多年的课堂教学经验以及大量的调研工作，我们以课程体系的改革与创新为契机，构建体现应用型本科院校特点的光学课程教学模式，突出学生创新能力的培养。从教学内容的选取、开放实验平台的建设、加强与周边学科的关联几个方面入手，形成了自己的一些特色，并取得了良好的教学效果。

一、简化经典教学内容，引入学科发展新技术，实现教学内容的现代化

适当引入现代光学知识内容，介绍学科发展的新技术，开阔学生的视野，实现教学内容的现代化，这是光学课程教学内容改革的趋势，［1］ ［2］对于学生探求基础知识的价值、潜移默化地培养学生的科学素养和思维能力是十分必要的。

对于经典光学的教学内容改革，［3］ ［4］不应该只是内容的简单扩充，而要把教学内容中最基本的原理和现代光学技术理论中能够相对应的基础知识作为重点，对教学内容进行更新和整合。比如：对光的干涉和衍射现象的原理分析，需要涉及非常复杂的数学过程，这些过程现在完全可以简化，因为利用科学计算程序的数值方法不仅可以进行精确计算，［5］还可以进行数值仿真和模拟，所以只需要讲清图样的分布特点即可；在几何光学部分，简化一些基本原理，诸如费马原理在反射、折射原理中的推导、理想光具组作图法求像和像差原理介绍等，加入以基本光学原理为基础的现代光学技术介绍，如光导纤维及其应用、光电开关、指纹锁、集成光学简介等；对于光的量子理论不宜过多讲解光电效应等学生熟知的现象，而应该从光的本性角度来分析光与物质相互作用的量子光学规律；在现代光学基础部分加入激光技术的发展和应用研究等内容，开拓学生的知识视野。

在教学中渗透前沿科技基础知识，拉近学生和前沿知识的距离。比如：在光纤传光原理中可引入梯度折射率材料的基本理论、自聚焦透镜的成像特征以及光栅光纤传感技术的介绍，［6］指点学生联系光栅、光纤、折射率这几个知识点进行思考，使学生认识到基础知识具有的生命力和反映的时代性，激发学生获取新知识的求知欲，借此机会可让学生查阅资料，了解其相关发展和应用，还可以设计相关的实验项目或创新课题，进行分析或演示等。

二、借助现代教育技术构建开放实验平台，在强调物理概念的同时，构建物理图像，进行素质教育和创新教育

在光学课程的教学中，常存在着理论内容和实验教学的脱节，因此，在课堂教学中应注重相应实验现象的讲解，让学生了解实验装置结构，建立数量级的概念，强调物理概念的同时构建物理图像，可以借助现代教育技术来实现学习资源的优化。依托校园网、高等学校教学资源网和数字图书馆，提供丰富的教学课件、讲义及多媒体素材等，扩大学生知识的信息量，将基础理论、科研进展及光学技术的应用结合起来。

此外，依托丰富的教学资源和当前的硬件设备构建开放实验平台。首先，开放课程实验教学内容，学生可结合自己的学习计划和时间安排选取实验内容、设计实验方案、选择所需的实验仪器，在教师的指导下进行测试和结果分析，充分发挥学习的主观能动性；其次，响应学院实验室开放的政策，开设开放性实验项目，拓展光学、光学实验的广度和深度，启发学生去建立物理图像，由此增加近代光学新知识的引入，增加物理学知识在工业、科技等领域中的应用范例；最后，结合课程实验，启发学生进行课程设计和教学研究，同时，鼓励和引导学生积极参与大学生物理科技作品竞赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛项目、大学生科技创新项目等科技活动，发挥学生的创造性，这不仅可以使学生了解本专业领域的工程实际问题或学科前沿动态，还有利于学生科学素质的培养。

目前，实验中心已开放多项开放性实验项目，并指导学生撰写和发表相关研究论文多篇，同时，指导学生参与科技创新项目、课外学术科技作品项目，多次获得省级和国家级奖励。这种以团队合作形式进行的实践活动使得学生综合应用所学知识分析和解决实际问题，不仅扩大了学生的知识视野，启发他们的思维，而且通过这些活动培养了学生的设计思想和敢于创新的精神，更重要的是，他们的团队协作能力、交流表达能力等科研素养也得到了有效的提高。

三、深入研究课程内容与周边学科的联系，打开学生的创新思路

能源问题是当今人类致力于开发利用的重点领域，而目前我国可再生能源专业人才自主研发能力薄弱。2006年，我国开始实施的《可再生能源法》明确规定，教育行政部门应当将可再生能源知识和技术纳入普通教育、职业教育课程。

我院为了培养能源利用的应用型人才，迎接新能源时代的到来，开设了新能源科学与工程专业。依托其实验平台，我们在光电检测、光电性质研究和光伏技术应用等方面开设了研究性实验项目，从相关科研项目或生活实际需求中提取原料和课题供给学生从事研究，并积极组织学生参加各种交流活动，进行研究性实验。

四、结束语

我们在光学课程方面进行了上述积极有益的探索和改革，提升了课程教学的整体水平，获得了良好的教学效果，学生的动手能力、团队合作能力、综合素质有了明显的提高，很多学生愿意继续深造，报考光学、光学工程方向的研究生。但是课程改革是一项长期的工作，需要从多方面、多层次开展，需要不断地与时俱进，以创新教育理念为出发点，以后可以研究将现代化教学手段的应用与开放式教学相结合；探讨双语教学、讨论指导课等新的教学方式、教学方法的改革；探讨课程群的建设，包括精品课建设、教辅资料建设、加强信息物理基础教育等；引入更加人性化、立体化的考核方式，公平体现学生的学习能力，并对教学效果进行评价，以提高学校人才培养质量和社会服务能力，促进新升本院校整体教育教学质量的提高。

［

参考文献］

［1］陈万金等.关于高师光学课程体系和教学内容改革的思考与实践［J］.吉林师范大学学报（自然科学版），2006（2）.

［2］于国萍，游璞.改革光学教材，适应社会需要［J］.光电子技术与信息，2005（2）.

［3］赵凯华，钟锡华.光学［M］.北京：北京大学出版社，2008.

［4］姚启钧.光学教程［M］.北京：高等教育出版社，2008.

光学教程范文第2篇

作者：邹林儿，范定环，傅继武，沈云

关键词：专业光学软件，光学工程类专业，课程教学，教学模式

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）12（c）-0127-02

光学工程类专业是以光学、应用光学、量子光学、非线性光学、激光技术和光电子学等为理论基础，结合物理电子与微电子学、固体物理学、计算机技术以及信息与通信工程等的一门综合性强专业[1]。近年来，随光电信息产业的迅速发展，该专业类的人才需求增多，就如何办好该类专业，以适应产业需求，是许多高校乃至整个国家需要解决的课题[2]。其中，专业光学软件课程是光学工程类专业教学的重要组成部分。学生掌握一至二门专业光学软件，利于提高专业知识与实际应用的综合运用水平，助于增强就业竞争力，更为重要的是将来相关专业工作的必备技能之一。专业光学软件依据应用领域大致可分为：以经典光学和现代光学为基本原理的应用在各种光学仪器或仪器系统的光学设计类软件[3]，目前它们主要有ZEMAX、CODEV、ASAP和OSLO等光学设计软件；以导波光学和光通信为理论的应用在光通信领域的器件或系统仿真设计的光通信类软件[4]，如OptiBPM、Beamprop等光波导设计软件，以及OptiSystem等光通信系统仿真软件；另外，其它一些计算软件也可以用在光学方面的，如Matlab在光信息处理中的应用[5]。

专业光学软件的教学相对光学专业实验教学（特别是涉及到昂贵专业实验设备），要求的技术起点低，且能更快地让学生接触到实际应用课题。我们在专业光学软件实践教学过程中，强调基于光学专业知识的是逻辑分析和编程训练的结合，提高了学生的光学设计能力。结合近几年的专业光学软件教学研究和实践，我们从专业课程体系设计、课程教学方法、学生学习要求以及考核等几方面进行探讨[6-9]。

1教学课程体系设计

1.1专业理论知识与专业软件教学有机衔接和融合

专业光学软件的运用需要很强专业理论知识，一般面向于光信息科学与技术本科专业（现归类为光电信息科学与工程）和光学、光学工程研究生专业。如ZEMAX光学设计软件，其理论基础为光学设计的基础知识和像差理论。软件中的专业名词如物面、像面、高斯面等，和计算方法如实际光线计算、近轴光线计算，以及设计时的整体思路和流程等知识点都需要在专业理论课中掌握。因此，专业理论知识和专业软件课程之间的衔接很重要。它们之间如缺乏有机联系，在专业软件课程教学时，学生学习效率和质量下降，同时教师教学辛苦，整个课程进展慢。在我们的课程体系安排中，《工程光学》、《几何光学》或《应用光学》之类课程放置在大学二年级第一学期，以之为基础的专业软件教学，如ZEMAX之类的光学设计软件课程，放在随后的大学二年级第二学期。作为更高级的专业理论课程《导波光学》、《光通信原理》、《光波导理论与技术》等之类课程设置在大学三年级第二学期，随后接下来的学期开设光波导设计或光通信系统仿真等相关专业软件教学课程（可选修），如OptiBPM、OptiSystem等软件。同时在学习专业软件期间还可以安排些系统仿真中涉及到知识点的课程，如涉及到电光调制、四波混频效应等的《非线性光学》课程，涉及到光学透过率或反射率的《薄膜光学》课程等，这样有利于这些特殊知识点和软件教学学习有机融合。采用这样的安排和紧密的时间间隔，使得学生在软件学习中，不至于忘记前面学习过的理论知识。同时在软件教学中，结合实例，将专业理论知识和软件应用联系起来，提高了学生的综合运用能力，学会如何分析问题和解决问题，加深对专业知识的理解和认识，从而更好地实现应用软件解决问题。

1.2强化专业训练

现在许多学校施行三学期制，我们试点把专业光学软件学习作为实践设计类集中放在暑假期间（第三学期）进行专业系统学习和培训，专门作为一项专业技能课程传授给学生。专业光学软件课程教学结束后，软件的实际运用也是实践环节重要的一步，可以在学生相关实习企业环节或教师指导的毕业论文设计环节中体现，例如让学生协助参与到实际光学系统产品设计或项目中，了解产品从产品设计或项目的一系列过程。这些将为学生今后在企业科研一线从事光学工程类专业工作起着积极作用，加快学生把专业知识转化为实际应用的过程。

2教学方法和学习方式的改进

2.1以实例为教学主线、结合实际应用的专业光学软件课程教学方法

传统软件教学方法一般是先介绍菜单的各项功能，然后逐步展开软件操作步骤等，这菜单式的教学方法已不适宜专业软件教学了。专业光学软件不是大众化软件，教学目的不应停留在软件操作熟练程度上，而是通过教学方法应把握学习软件的内涵“如何运用软件分析问题和解决问题”。在专业光学软件教学过程中，我们提出以实例教学为主体，从整体设计思路上把握，而对于少量的基本软件操作串插到实例中讲解。

以ZEMAX光学设计软件为例，需设计一双胶合透镜，对于632.8nm波长的光，其焦距为100mm，相对孔径为1：5，而波像差小于λ/4。在这个实例中，对于初学者来讲，这些内容基本上包括整个光学设计所需要的教学内容（如透镜模型或系统结构参数建立、光线追迹、波前分布、像质评价分析等）以及设计思路和流程。在教学过程中，教师应贯穿整个设计目标是一个等效焦距（总光焦度倒数）为定值的光组，着重把握如何合理分配两个透镜的光焦度为设计思路。当涉及到构建透镜模型时，教师引导学生如何在软件中操作如参数设置和模型显示，并改变不同结构参数观察模型变化。当实现光传输时，重点讲解光线密度概念和物理意义等，以及光线在软件中追迹算法，串插地讲如何设置光线密度和工作光波长等操作。当讲到成像质量分析时，讲解波前的物理意义，和衡量成像质量的标准或判据，以及一般有哪些评价函数等，重点应放在如何分析成像质量。最后，谈到软件自动优化设计时，主要讲解如何设计优化函数，了解像差自动平衡的方法和有关问题，来提高成像质量，对这个理解和领悟是学生以后逐步走向更高层次的光学设计关键。通过实例教学，一方面让学生体会到专业软件与应用紧密结合，激发学生学习兴趣，提高学生的课堂参与度。更重要的是培养学生的光学设计整体思路，结合专业知识训练如何分析问题和解决问题，提高综合应用专业软件能力。

同时，教师对实例的筛选，要具有经典性和适宜的难易度。我们知道专业光学软件功能强大，涉及面广，如ZEMAX光学设计软件大致包括照明和成像两个范围。在专业光学软件的学习训练中一般分为初级、中级、高级三个层次。在中、高级层次训练中是针对特定设计目标，比如照相镜头设计、光谱仪系统的设计等，在这里需要更高级光学专业知识，如《高等光学》、《傅里叶光学》等。因此，教师在教学过程中针对不同学生层次，要把握教学难度和深度。

2.2坚持课前专业知识巩固，课堂学习讨论，课后上机复习的学习方式

专业光学软件里面涉及到许多专业名词，对它们准确理解，利于参数设置时有清晰的物理意义。这些专业名词的知识来自前期专业理论课程，需要学生课前自主巩固、查阅资料，比如软件中的有效焦距、波前、像差、评价函数等专业名词。在课程上，以实例讨论为主，学会分析问题和解决问题。以ZEMAX光学设计软件为例，可以讨论影响像差的因素是哪些，如何通过调整孔径光阑位置改善像差，以及在设计中如何平衡和分配各类像差等问题。通过实例讲解和讨论的学习方式，除了在课堂上激发学生学习热情和兴趣外，还加强对专业知识综合理解和提高应用软件解决问题的能力。课后布置学生上机复习，一是让学生消化课程上的知识，进一步尝试解决实例中出现各种情形；二是提高学生对软件使用熟练程度。这种学习方式让学生从被动式的课堂听课、上机练习，改变为主动性的课堂学习讨论，课后自主复习和巩固光学软件应用思路，鼓励学生尝试新的设计方案。对教师而言，一是让学生认识到专业软件课程学习的重要性和优势，充分调动学生的积极性和学习兴趣，是主动性学习方法的前提；二是引导课程讨论由浅入深，抱砖引玉。近几年来实践教学反馈，低年级学生意识到专业光学软件学习是光学理论知识与实际应用结合的关键环节，以及在就业方面占据较大优势，这已经形成学生的共识，起着良性循环作用，提高了学生学习专业软件积极性。

3采用多样灵活有效的考核评价方式

专业光学软件课程有着自身的内容特点和教学规律，仅仅采用传统的笔试、上机考试的考核方式是不能很好适应专业光学软件教学考核要求。专业光学软件课程的教学目的是不仅仅让学生熟练使用软件，更为主要的是能结合专业知识应用软件进行光学项目分析和设计。因此，专业光学软件课程的考察就是评价学生的专业知识综合运用与分析能力，包括专业知识的理解、项目的分析和解决能力、计算编程水平等几方面综合素质表现。基于此，我们在教学过程中采取多样灵活有效的考核方式。

（1）小作业。平时主要考察学生对专业光学软件的操作能力和专业知识的理解与应用。这通过课后布置小作业来考察学生平时对知识点掌握情况，同时还兼顾知识小结的复习和巩固。

（2）小组课题。学期快结束时，提前三至四周时间，分小组布置不同课题（或项目），如设计光学镜头（广角、微焦距镜头等）、光波导器件等。在规定时间内，让小组学生自主讨论，查阅资料，最后形成项目文档，提交设计报告。这种考核方式，对个别基础差的学生实现起来有一定难度，但通过小组成员合理搭配（平常成绩好的带动成绩较差的），这不仅提高整体学生的专业水平，更重要的是培养学生个人能力，如沟通、管理、创新、团队协作与领导等。

还要强调的是，教师在最后考核结束时，给予学生提交的项目报告进行点评，应重点评价学生的思维过程，同时帮助学生得到合理的答案，使得对学生的考核成为课堂教学的延伸。

4实践教学中相关问题思考

目前专业光学软件实践教学表明，上述措施的实施，在教学质量和学生受欢迎度方面有很大提高。但仍存在一些更高层次的问题，值得思考与进一步完善。

光学教程范文第3篇

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。

光学教程范文第4篇

光纤通信正在日益改变着人们的生活，是国家“十二五”期间的重点工程，未来社会对光纤通信专业技术人才会有非常大的需求。住建部已要求住宅建设、电信运营、工程设计、施工图审查、施工、监理等单位执行光纤到户的国家标准[1-2]。

在光纤通信方向的通信工程人才培养中，要求学生具备扎实的理论基础，满足专业应用需要，又要具有与现场实际应用相适应的动手力，使学生在校期间就具有现场操作实践的能达到光纤通信工程师的理论和操作水平。当前，电子科技大学精品课“光纤通信”，华北电力大学电子与通信工程省级精品课程“光纤通信原理”，山东理工大学精品课程“光纤通信”，燕山大学精品课程“光纤通信”也都非常重视理论与实验的结合[3-5]。

结合本校情况，《光纤通信》课程是通信工程专业的一门专业必修课，电子科学与技术专业、物理学专业的选修课，同时也是全校的公共通识选修课程。该课程的具体培养要求是：通过本课程对光纤通信基本原理、光收发信机、通信网络进行阐述和讲解，使学生掌握光纤通信的基本概念，熟悉光发信机、中继器、光收信机及光器件的工作原理，掌握光纤通信网络工作原理和通信网设计基本方法。另外，光纤通信技术涉及的知识面广，如数字通信、电磁场和物理光学等概念较多，故在学习本课程之前，学生应先修物理、电磁场与电磁波和数字通信等课程，为本课程的学习打下基础。

由此可见，《光纤通信》课程既需要非常注重理论课程的讲授，又需要注重实验教学。采用精准有效的理论教学和实验教学相结合的教学方式，进一步系统地设计《光纤通信》课程教学与教法研究，对提高本校学生的相关知识储备，跟上光纤通信技术的发展步伐，具有重要意义。本论文正是基于这一思想，在教学与教法研究上提出了四点新的方法和建议，为我校的精品课程建设打好基础。

一、讲授内容的实时更新，与最新的理论发展和应用前沿相结合

光纤通信技术承载的信息量巨大，传输的业务种类繁多。无论是其相关理论，还是使用设备，都发展迅速、更新很快。《光纤通信》课程也要在理论和与现场应用方面进行不断跟进前沿。这个可以从三个方面进行提高跟进：第一，在理论方面，及时跟进当前的发展状况，针对当前国内的光纤通信相关的专业学术会议，例如参加亚洲光纤通信与光电国际会议及博览会以及中国电子学会通信学分会、中国通信学会光通信专业委员会和中国光学学会联合主办的全国第四次光纤通信学术会议，进行学术交流，对较为前沿的理论突破进行了解，并适当让学生收集和了解这方面的信息。第二，在实践方面，紧跟形势，掌握当前进行的较为典型的工程动态，了解光纤通信国际/国家行业标准的修订及更新。要求学生能了解光纤通信网络现状、光缆路由和逻辑拓扑结构，建立初步的感性认识。第三，尤为重要的是，让学生定期查阅光纤通信有源器件、无源器件以及光网络的相关文献;培养学生能够自己动手查阅相关书籍和自主学习科研方面的能力，以期学生在以后的生涯中能够自我前行。

二、内容的表达方法的改进：用多媒体表达原理的动态过程

《光纤通信》课程的学习中首先要求学生对光纤通信链路有全面的认识，如图1所示。

光纤通信链路中各个组成部分信息量大，并与实际结合紧密，经常需要大量的细节图片来显示现场情况和课程内容的内在逻辑，甚至要提供通信运行中的动态过程。也因此，在传统的教学中，也必须更多地利用多媒体手段。并且表现形式也不能仅仅将多媒体的工具简单罗列，还必须针对课程的内容采取恰当的表达方式，究竟是图片，还是音频或者视频，而是根据具体的内容，采用合适的方法表达内容的本质。比如光纤通信链路中，光波能够作为高频信号的载波这一特性的讲解，首先要了解光波是一种高频振荡的电磁波，需要借助动画来描述，然后再讨论载波的调制，需要画图解释，这些均是传统板书教学难以完成或者说需要花费过多时间叙述、描写的，借助多媒体动画可以生动、形象、快速地完成讲解，并且学生可以获得直观的感受;再如构成光纤通信链路的中继器其中必不可少的掺铒光纤放大器，其工作原理涉及激光原理、掺铒光纤最佳长度的计算，这时如果仍然采用传统的方式，或者简单的多媒体罗列教学，对学生而言视觉冲击效果太弱，因此在教学中可以采用板书教学，对公式讲解、结合多媒体动画，展现掺铒光纤放大器工作的原理。板书时给学生一定的思考空间，多媒体给出具体直观的动态工作过程，起到强化记忆、增强理解的作用。

三、结合记忆心理学，改进教法

一直以来，尤其是最近一段时间，我们都在思考一个问题，是什么导致学生对知识点完成了记忆、理解、掌握、能够运用的呢？教师能帮助学生记忆什么吗？答案是不能，很无奈但是很真实！我们能做的是讲一堂课、若干知识点呈现在学生面前！针对这种呈现我们与一本书、一段视频的作用类似，那么我们真的无能为力吗（在帮助学生记忆方面）？当然不是，我们在呈现课程过程中与学生是有交流、有互动的，那么正是这种互动，可以加深学生的记忆，能够将被动的听或者看，转换成积极的思考，这才是教与学中的关键！根据记忆的类型[6]，针对知识传授记忆有形象记忆型、抽象记忆型、情绪记忆型，课堂教学以抽象记忆为主，但是形象记忆，情绪记忆是不容忽视的，而且是非常重要的辅助手段，因此生动的例子、新鲜的实事都是与学生互动，帮助抽象记忆的好方法。如何能够将学生的思路不着痕迹地带着进入思考，这里给出了一种教法的尝试――重点提问，团队讨论。

所有课堂内容，围绕提问为重点，进行提现。具体做法是每节课提前5分钟将上一节讲授的需掌握的重点内容在黑板上列出，上课铃声响起，学生自由选择问题回答，板书作答，其余同学共同批改每道题。学生在短时间内（上课之前的5分钟）对上一节课讲授内容有所回顾，板书作答加强抽象记忆，同时在批改其他同学的回答时纠正自己的理解错误（形象记忆）。全班同学对其进行批改（全班同学在共同纠错的同时完成了团队讨论），作答的学生感受情绪记忆，知识内化过程加强，能够将转化过程中可能出现的理解错误加以纠正。每节课之前板书提问，直接解决学生理解过程中的偏差，及时发现，及时解决，发动学生参与批改问题，从多角度鼓励学生思考，加深知识的理解。课前提问与平时成绩挂钩，学生参与非常积极，其强化记忆的效果在试卷考题中有明显的体现！

四、实际动手应用与理论教学相结合

当前针对实际动手应用存在三方面的不足，一是设备价格高，更新快，没有足够的设备;二是实际动手的内容太简单，不能反映或者提高水平。三是实际操作时间较长，进程把控较难，且容易出现问题。也正是因此，很多专业学生存在理论的夸夸其谈，实践侏儒的现象。即便现有的通信工程专业、电子科学与技术专业已开设专业实验，但是存在的问题是理论课与实验课脱节，有的同学是没上理论课，先做完了实验，有的同学是理论课学习完成很长时间才上实验课。

光学教程范文第5篇

关键词：光缆线路设计，优化设计方法，计算机辅助教学

中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)22-5393-03

Application of Network Optimization Methods to the Course of Optical Fiber Cable Line Design

LIU Feng-qing1, KANG Wen-jun1, MA Ding2

(1. College of Optoelectronic engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210046, China; 2. School of Electronics and Information Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

Abstract: Optical fiber cable line design is an important part of the course of optical fiber technology and its application. The feasibility of introducing computer assisted instruction into optical fiber cable line design course is presented. Combining with the course contents, optimization design methods are given for shortest cable path routing and physical topology design of optical fiber cable networks. Two examples are given. The application of optimization design to optical fiber cable line design arouses students’interest, and help students understand how optical fiber cable line design is implemented. It also improves the teaching quality and efficiency.

Key words: optical fiber cable Line design; optimization design methods; computer assisted instruction

21世纪是信息科学与技术高速发展的时代，而光纤是信息获取和大容量信息传输的重要媒介，由于光纤媒质所具有的传输带宽大、传输损耗低等特点，使光纤通信技术在信息网络建设中始终占据着主导地位，并承载着信息网络中80%以上的信息流量。在光纤对信息的实际传输过程中，通常采用光纤成缆的方式进行传输，以实现对光纤的保护、便于施工和提高线路的传输容量。为了构建光纤传输网络，需要对光缆进行线路设计，光缆的线路设计（光缆路由）是光纤在通信网络和未来光纤传感网络中应用的一个必不可少和非常重要的内容[1]。

在“光电信息工程”、“光信息科学与技术”和“电子科学与技术”等专业中，光纤技术及应用课程是很重要的专业基础和专业特色课程。而光缆线路设计是光纤技术与应用课程的重要内容。在教学过程中，我们在光缆的线路设计中结合优化设计方法，以实际案例来讲解光缆的线路设计。案例教学是教学相长的有效模式，它能够激发教师转变教学理念，探索教学内容与教学方法的改革与创新，也能够激发学生浓厚的兴趣，不断地汲取营养和探索研究[2]。在实际教学中，我们也发现，采用网络优化设计的方法为示例网络进行光缆自动路由，对光缆网络寻找最优物理拓扑能极大地引起学生的兴趣，使学生对光缆线路设计的相关内容理解得更加透彻。为此，我们尝试在课程中引入网络优化设计方法进行计算机辅助教学，采用线性规划方法写出寻找光缆最短路由和对光缆拓扑进行规划设计的线性表达式，并采用线性规划软件Lingo求解。这种方法强调了寻找实际问题的解决方案，有利于培养学生分析和解决问题的能力，提高教学的质量和效率。

1光缆线路设计课程教学分析

本课程的教学对象是光电信息工程、光信息科学与技术和电子科学与技术专业的大四学生，已经学了较多的专业基础课，此时在学习态度上缺乏主动性和积极性，对课程的学习上喜欢死记硬背，以通过考试为目标。同时又面临着毕业找工作，迫切需求在工作中能实际应用的知识和技能，鉴于我校每年都有相当一部分毕业学生进入运营商和邮电规划设计院，对网络规划和优化设计技术比较感兴趣，因此在光缆线路设计的课程教学中采用网络优化设计具体案例的方法来进行辅助教学。

光缆线路设计的教学基本要求是了解光缆线路工程设计的原则和内容，理解线路设计和传输设计的方法；难点是光缆的线路设计；对难点的解决办法是多举实例，通过网络优化设计方法对具体实例的求解加深学生对知识点的理解，培养学生分析和解决问题的能力。

2利用优化设计方法进行光缆线路设计辅助教学的实例

这里以光缆最短路由和光缆网络的物理规划为例，说明如何采用优化设计方法，对光缆线路设计进行辅助教学。

2.1光缆最短路由

光缆有三种敷设方式：直埋、管道和架空。光缆线路路由的载体是地井管道架杆等基础资源，光缆线路设计的一项内容是为光缆在地井管道架杆上的布放设计出一条最优化（最短）的路由[3]。为实现光缆的自动路由，首先需要将光缆网络拓扑抽象化，建立网络优化模型，然后提出合适的优化算法进行计算。为此把管线网络看成一个无向图，地井架杆在图中视为无差别节点，而直埋路段、管段或杆路段视为链路，即图中的边，边的权值为对应设施的长度。

常见求最短路径的方法有Dijkstra和Floyd算法，这些算法求解速度快，但对实现者要求较高，要求具有较强的算法设计和编程能力，能对数据存储和算法进行较好的掌控。这里我们采用线性规划算法，提出优化目标和约束条件后，采用优化软件的模型编程语言进行描述，最后由优化软件直接求解，对设计者要求较低，且掌握这一方法后易应用于其它优化问题。

光缆最短路由的线性规划公式如下：

3结束语

通过光缆最短路由和光缆网络的物理规划这两个应用可知，把优化设计方法应用到光缆线路设计的课程教学中，能够直观形象地讲述光缆线路设计，激起学生的学习兴趣，使学生更容易领会教学内容，掌握教学难点和网络优化设计的方法。这种采用案例，强调实际问题解决方法的教学，将提高学生分析和解决问题的能力，从而培养具有综合素质和能力的信息人才，特别是复合型、具有创新思想和创新能力，能将理论和实际相结合的信息人才。

参考文献

[1]胡先志,邹林森,刘有信.光缆及工程应用[M].北京:人民邮电出版社,1998.239-247.

[2]陈明.案例教学是教学相长的有效模式[J].教育艺术,2007(6):21-22.