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光學教程范文第1篇

（蘭州城市學院培黎工程技術學院，甘肅蘭州730070）

摘要：構建光學課程的教學新模式，培養(yǎng)大學生的科研創(chuàng)新能力，以適應新升本院校建設教學應用型本科大學、實施高教強省戰(zhàn)略的需要，我們從創(chuàng)新教育理念出發(fā)，在教學實踐中進行了一些嘗試并取得了良好的效果。

關鍵詞 ：新升本院校；光學；教學新模式；科研訓練

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

中圖分類號：G642.0文獻標識碼： A 文章編號：1671—1580（2015）06—0044—02

基金或課題：甘肅省教育科學“十二五”規(guī)劃課題（［2012］GSGXG045）；蘭州城市學院教育教學研究項目（2012-JY-38，2013-JY-16）。

收稿日期：2014—12—22

作者簡介：郭中華（1979— ），女，甘肅金昌人。蘭州城市學院培黎工程技術學院，副教授，研究方向：光學及光學實驗教學。

鄭庭海（1971— ），男，陜西延安人。蘭州城市學院培黎工程技術學院，副教授，研究方向：教育管理。

經(jīng)典的光學理論和實驗方法在促進科學技術進步方面一直發(fā)揮著重要的作用，而光學課程是物理學專業(yè)的重要基礎課。面向地方經(jīng)濟建設，以應用型本科教育為發(fā)展目標，光學課程的教學體系也應轉變?yōu)橐钥茖W素質的教育為主， 注重教育的社會功用，培養(yǎng)知識與技能兼?zhèn)涞母邔哟螒眯腿瞬牛纬山虒W與科研的良好互動。面對現(xiàn)代光學技術的飛速發(fā)展、知識體系的不斷更新及教學手段的現(xiàn)代化等因素，如何優(yōu)化課程結構，重新構造課程體系，選取適合于應用型本科教學目標的光學教學內容，改變傳統(tǒng)的教學培養(yǎng)模式，煥發(fā)傳統(tǒng)學科的生命力，培養(yǎng)研究型和創(chuàng)新型人才顯得尤為迫切。

結合多年的課堂教學經(jīng)驗以及大量的調研工作，我們以課程體系的改革與創(chuàng)新為契機，構建體現(xiàn)應用型本科院校特點的光學課程教學模式，突出學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。從教學內容的選取、開放實驗平臺的建設、加強與周邊學科的關聯(lián)幾個方面入手，形成了自己的一些特色，并取得了良好的教學效果。

一、簡化經(jīng)典教學內容，引入學科發(fā)展新技術，實現(xiàn)教學內容的現(xiàn)代化

適當引入現(xiàn)代光學知識內容，介紹學科發(fā)展的新技術，開闊學生的視野，實現(xiàn)教學內容的現(xiàn)代化，這是光學課程教學內容改革的趨勢，［1］ ［2］對于學生探求基礎知識的價值、潛移默化地培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和思維能力是十分必要的。

對于經(jīng)典光學的教學內容改革，［3］ ［4］不應該只是內容的簡單擴充，而要把教學內容中最基本的原理和現(xiàn)代光學技術理論中能夠相對應的基礎知識作為重點，對教學內容進行更新和整合。比如：對光的干涉和衍射現(xiàn)象的原理分析，需要涉及非常復雜的數(shù)學過程，這些過程現(xiàn)在完全可以簡化，因為利用科學計算程序的數(shù)值方法不僅可以進行精確計算，［5］還可以進行數(shù)值仿真和模擬，所以只需要講清圖樣的分布特點即可；在幾何光學部分，簡化一些基本原理，諸如費馬原理在反射、折射原理中的推導、理想光具組作圖法求像和像差原理介紹等，加入以基本光學原理為基礎的現(xiàn)代光學技術介紹，如光導纖維及其應用、光電開關、指紋鎖、集成光學簡介等；對于光的量子理論不宜過多講解光電效應等學生熟知的現(xiàn)象，而應該從光的本性角度來分析光與物質相互作用的量子光學規(guī)律；在現(xiàn)代光學基礎部分加入激光技術的發(fā)展和應用研究等內容，開拓學生的知識視野。

在教學中滲透前沿科技基礎知識，拉近學生和前沿知識的距離。比如：在光纖傳光原理中可引入梯度折射率材料的基本理論、自聚焦透鏡的成像特征以及光柵光纖傳感技術的介紹，［6］指點學生聯(lián)系光柵、光纖、折射率這幾個知識點進行思考，使學生認識到基礎知識具有的生命力和反映的時代性，激發(fā)學生獲取新知識的求知欲，借此機會可讓學生查閱資料，了解其相關發(fā)展和應用，還可以設計相關的實驗項目或創(chuàng)新課題，進行分析或演示等。

二、借助現(xiàn)代教育技術構建開放實驗平臺，在強調物理概念的同時，構建物理圖像，進行素質教育和創(chuàng)新教育

在光學課程的教學中，常存在著理論內容和實驗教學的脫節(jié)，因此，在課堂教學中應注重相應實驗現(xiàn)象的講解，讓學生了解實驗裝置結構，建立數(shù)量級的概念，強調物理概念的同時構建物理圖像，可以借助現(xiàn)代教育技術來實現(xiàn)學習資源的優(yōu)化。依托校園網(wǎng)、高等學校教學資源網(wǎng)和數(shù)字圖書館，提供豐富的教學課件、講義及多媒體素材等，擴大學生知識的信息量，將基礎理論、科研進展及光學技術的應用結合起來。

此外，依托豐富的教學資源和當前的硬件設備構建開放實驗平臺。首先，開放課程實驗教學內容，學生可結合自己的學習計劃和時間安排選取實驗內容、設計實驗方案、選擇所需的實驗儀器，在教師的指導下進行測試和結果分析，充分發(fā)揮學習的主觀能動性；其次，響應學院實驗室開放的政策，開設開放性實驗項目，拓展光學、光學實驗的廣度和深度，啟發(fā)學生去建立物理圖像，由此增加近代光學新知識的引入，增加物理學知識在工業(yè)、科技等領域中的應用范例；最后，結合課程實驗，啟發(fā)學生進行課程設計和教學研究，同時，鼓勵和引導學生積極參與大學生物理科技作品競賽、“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽項目、大學生科技創(chuàng)新項目等科技活動，發(fā)揮學生的創(chuàng)造性，這不僅可以使學生了解本專業(yè)領域的工程實際問題或學科前沿動態(tài)，還有利于學生科學素質的培養(yǎng)。

目前，實驗中心已開放多項開放性實驗項目，并指導學生撰寫和發(fā)表相關研究論文多篇，同時，指導學生參與科技創(chuàng)新項目、課外學術科技作品項目，多次獲得省級和國家級獎勵。這種以團隊合作形式進行的實踐活動使得學生綜合應用所學知識分析和解決實際問題，不僅擴大了學生的知識視野，啟發(fā)他們的思維，而且通過這些活動培養(yǎng)了學生的設計思想和敢于創(chuàng)新的精神，更重要的是，他們的團隊協(xié)作能力、交流表達能力等科研素養(yǎng)也得到了有效的提高。

三、深入研究課程內容與周邊學科的聯(lián)系，打開學生的創(chuàng)新思路

能源問題是當今人類致力于開發(fā)利用的重點領域，而目前我國可再生能源專業(yè)人才自主研發(fā)能力薄弱。2006年，我國開始實施的《可再生能源法》明確規(guī)定，教育行政部門應當將可再生能源知識和技術納入普通教育、職業(yè)教育課程。

我院為了培養(yǎng)能源利用的應用型人才，迎接新能源時代的到來，開設了新能源科學與工程專業(yè)。依托其實驗平臺，我們在光電檢測、光電性質研究和光伏技術應用等方面開設了研究性實驗項目，從相關科研項目或生活實際需求中提取原料和課題供給學生從事研究，并積極組織學生參加各種交流活動，進行研究性實驗。

四、結束語

我們在光學課程方面進行了上述積極有益的探索和改革，提升了課程教學的整體水平，獲得了良好的教學效果，學生的動手能力、團隊合作能力、綜合素質有了明顯的提高，很多學生愿意繼續(xù)深造，報考光學、光學工程方向的研究生。但是課程改革是一項長期的工作，需要從多方面、多層次開展，需要不斷地與時俱進，以創(chuàng)新教育理念為出發(fā)點，以后可以研究將現(xiàn)代化教學手段的應用與開放式教學相結合；探討雙語教學、討論指導課等新的教學方式、教學方法的改革；探討課程群的建設，包括精品課建設、教輔資料建設、加強信息物理基礎教育等；引入更加人性化、立體化的考核方式，公平體現(xiàn)學生的學習能力，并對教學效果進行評價，以提高學校人才培養(yǎng)質量和社會服務能力，促進新升本院校整體教育教學質量的提高。

［

參考文獻］

［1］陳萬金等.關于高師光學課程體系和教學內容改革的思考與實踐［J］.吉林師范大學學報（自然科學版），2006（2）.

［2］于國萍，游璞.改革光學教材，適應社會需要［J］.光電子技術與信息，2005（2）.

［3］趙凱華，鐘錫華.光學［M］.北京：北京大學出版社，2008.

［4］姚啟鈞.光學教程［M］.北京：高等教育出版社，2008.

光學教程范文第2篇

作者：鄒林兒，范定環(huán)，傅繼武，沈云

關鍵詞：專業(yè)光學軟件，光學工程類專業(yè)，課程教學，教學模式

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2014）12（c）-0127-02

光學工程類專業(yè)是以光學、應用光學、量子光學、非線性光學、激光技術和光電子學等為理論基礎，結合物理電子與微電子學、固體物理學、計算機技術以及信息與通信工程等的一門綜合性強專業(yè)[1]。近年來，隨光電信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，該專業(yè)類的人才需求增多，就如何辦好該類專業(yè)，以適應產(chǎn)業(yè)需求，是許多高校乃至整個國家需要解決的課題[2]。其中，專業(yè)光學軟件課程是光學工程類專業(yè)教學的重要組成部分。學生掌握一至二門專業(yè)光學軟件，利于提高專業(yè)知識與實際應用的綜合運用水平，助于增強就業(yè)競爭力，更為重要的是將來相關專業(yè)工作的必備技能之一。專業(yè)光學軟件依據(jù)應用領域大致可分為：以經(jīng)典光學和現(xiàn)代光學為基本原理的應用在各種光學儀器或儀器系統(tǒng)的光學設計類軟件[3]，目前它們主要有ZEMAX、CODEV、ASAP和OSLO等光學設計軟件；以導波光學和光通信為理論的應用在光通信領域的器件或系統(tǒng)仿真設計的光通信類軟件[4]，如OptiBPM、Beamprop等光波導設計軟件，以及OptiSystem等光通信系統(tǒng)仿真軟件；另外，其它一些計算軟件也可以用在光學方面的，如Matlab在光信息處理中的應用[5]。

專業(yè)光學軟件的教學相對光學專業(yè)實驗教學（特別是涉及到昂貴專業(yè)實驗設備），要求的技術起點低，且能更快地讓學生接觸到實際應用課題。我們在專業(yè)光學軟件實踐教學過程中，強調基于光學專業(yè)知識的是邏輯分析和編程訓練的結合，提高了學生的光學設計能力。結合近幾年的專業(yè)光學軟件教學研究和實踐，我們從專業(yè)課程體系設計、課程教學方法、學生學習要求以及考核等幾方面進行探討[6-9]。

1教學課程體系設計

1.1專業(yè)理論知識與專業(yè)軟件教學有機銜接和融合

專業(yè)光學軟件的運用需要很強專業(yè)理論知識，一般面向于光信息科學與技術本科專業(yè)（現(xiàn)歸類為光電信息科學與工程）和光學、光學工程研究生專業(yè)。如ZEMAX光學設計軟件，其理論基礎為光學設計的基礎知識和像差理論。軟件中的專業(yè)名詞如物面、像面、高斯面等，和計算方法如實際光線計算、近軸光線計算，以及設計時的整體思路和流程等知識點都需要在專業(yè)理論課中掌握。因此，專業(yè)理論知識和專業(yè)軟件課程之間的銜接很重要。它們之間如缺乏有機聯(lián)系，在專業(yè)軟件課程教學時，學生學習效率和質量下降，同時教師教學辛苦，整個課程進展慢。在我們的課程體系安排中，《工程光學》、《幾何光學》或《應用光學》之類課程放置在大學二年級第一學期，以之為基礎的專業(yè)軟件教學，如ZEMAX之類的光學設計軟件課程，放在隨后的大學二年級第二學期。作為更高級的專業(yè)理論課程《導波光學》、《光通信原理》、《光波導理論與技術》等之類課程設置在大學三年級第二學期，隨后接下來的學期開設光波導設計或光通信系統(tǒng)仿真等相關專業(yè)軟件教學課程（可選修），如OptiBPM、OptiSystem等軟件。同時在學習專業(yè)軟件期間還可以安排些系統(tǒng)仿真中涉及到知識點的課程，如涉及到電光調制、四波混頻效應等的《非線性光學》課程，涉及到光學透過率或反射率的《薄膜光學》課程等，這樣有利于這些特殊知識點和軟件教學學習有機融合。采用這樣的安排和緊密的時間間隔，使得學生在軟件學習中，不至于忘記前面學習過的理論知識。同時在軟件教學中，結合實例，將專業(yè)理論知識和軟件應用聯(lián)系起來，提高了學生的綜合運用能力，學會如何分析問題和解決問題，加深對專業(yè)知識的理解和認識，從而更好地實現(xiàn)應用軟件解決問題。

1.2強化專業(yè)訓練

現(xiàn)在許多學校施行三學期制，我們試點把專業(yè)光學軟件學習作為實踐設計類集中放在暑假期間（第三學期）進行專業(yè)系統(tǒng)學習和培訓，專門作為一項專業(yè)技能課程傳授給學生。專業(yè)光學軟件課程教學結束后，軟件的實際運用也是實踐環(huán)節(jié)重要的一步，可以在學生相關實習企業(yè)環(huán)節(jié)或教師指導的畢業(yè)論文設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)，例如讓學生協(xié)助參與到實際光學系統(tǒng)產(chǎn)品設計或項目中，了解產(chǎn)品從產(chǎn)品設計或項目的一系列過程。這些將為學生今后在企業(yè)科研一線從事光學工程類專業(yè)工作起著積極作用，加快學生把專業(yè)知識轉化為實際應用的過程。

2教學方法和學習方式的改進

2.1以實例為教學主線、結合實際應用的專業(yè)光學軟件課程教學方法

傳統(tǒng)軟件教學方法一般是先介紹菜單的各項功能，然后逐步展開軟件操作步驟等，這菜單式的教學方法已不適宜專業(yè)軟件教學了。專業(yè)光學軟件不是大眾化軟件，教學目的不應停留在軟件操作熟練程度上，而是通過教學方法應把握學習軟件的內涵“如何運用軟件分析問題和解決問題”。在專業(yè)光學軟件教學過程中，我們提出以實例教學為主體，從整體設計思路上把握，而對于少量的基本軟件操作串插到實例中講解。

以ZEMAX光學設計軟件為例，需設計一雙膠合透鏡，對于632.8nm波長的光，其焦距為100mm，相對孔徑為1：5，而波像差小于λ/4。在這個實例中，對于初學者來講，這些內容基本上包括整個光學設計所需要的教學內容（如透鏡模型或系統(tǒng)結構參數(shù)建立、光線追跡、波前分布、像質評價分析等）以及設計思路和流程。在教學過程中，教師應貫穿整個設計目標是一個等效焦距（總光焦度倒數(shù)）為定值的光組，著重把握如何合理分配兩個透鏡的光焦度為設計思路。當涉及到構建透鏡模型時，教師引導學生如何在軟件中操作如參數(shù)設置和模型顯示，并改變不同結構參數(shù)觀察模型變化。當實現(xiàn)光傳輸時，重點講解光線密度概念和物理意義等，以及光線在軟件中追跡算法，串插地講如何設置光線密度和工作光波長等操作。當講到成像質量分析時，講解波前的物理意義，和衡量成像質量的標準或判據(jù)，以及一般有哪些評價函數(shù)等，重點應放在如何分析成像質量。最后，談到軟件自動優(yōu)化設計時，主要講解如何設計優(yōu)化函數(shù)，了解像差自動平衡的方法和有關問題，來提高成像質量，對這個理解和領悟是學生以后逐步走向更高層次的光學設計關鍵。通過實例教學，一方面讓學生體會到專業(yè)軟件與應用緊密結合，激發(fā)學生學習興趣，提高學生的課堂參與度。更重要的是培養(yǎng)學生的光學設計整體思路，結合專業(yè)知識訓練如何分析問題和解決問題，提高綜合應用專業(yè)軟件能力。

同時，教師對實例的篩選，要具有經(jīng)典性和適宜的難易度。我們知道專業(yè)光學軟件功能強大，涉及面廣，如ZEMAX光學設計軟件大致包括照明和成像兩個范圍。在專業(yè)光學軟件的學習訓練中一般分為初級、中級、高級三個層次。在中、高級層次訓練中是針對特定設計目標，比如照相鏡頭設計、光譜儀系統(tǒng)的設計等，在這里需要更高級光學專業(yè)知識，如《高等光學》、《傅里葉光學》等。因此，教師在教學過程中針對不同學生層次，要把握教學難度和深度。

2.2堅持課前專業(yè)知識鞏固，課堂學習討論，課后上機復習的學習方式

專業(yè)光學軟件里面涉及到許多專業(yè)名詞，對它們準確理解，利于參數(shù)設置時有清晰的物理意義。這些專業(yè)名詞的知識來自前期專業(yè)理論課程，需要學生課前自主鞏固、查閱資料，比如軟件中的有效焦距、波前、像差、評價函數(shù)等專業(yè)名詞。在課程上，以實例討論為主，學會分析問題和解決問題。以ZEMAX光學設計軟件為例，可以討論影響像差的因素是哪些，如何通過調整孔徑光闌位置改善像差，以及在設計中如何平衡和分配各類像差等問題。通過實例講解和討論的學習方式，除了在課堂上激發(fā)學生學習熱情和興趣外，還加強對專業(yè)知識綜合理解和提高應用軟件解決問題的能力。課后布置學生上機復習，一是讓學生消化課程上的知識，進一步嘗試解決實例中出現(xiàn)各種情形；二是提高學生對軟件使用熟練程度。這種學習方式讓學生從被動式的課堂聽課、上機練習，改變?yōu)橹鲃有缘恼n堂學習討論，課后自主復習和鞏固光學軟件應用思路，鼓勵學生嘗試新的設計方案。對教師而言，一是讓學生認識到專業(yè)軟件課程學習的重要性和優(yōu)勢，充分調動學生的積極性和學習興趣，是主動性學習方法的前提；二是引導課程討論由淺入深，抱磚引玉。近幾年來實踐教學反饋，低年級學生意識到專業(yè)光學軟件學習是光學理論知識與實際應用結合的關鍵環(huán)節(jié)，以及在就業(yè)方面占據(jù)較大優(yōu)勢，這已經(jīng)形成學生的共識，起著良性循環(huán)作用，提高了學生學習專業(yè)軟件積極性。

3采用多樣靈活有效的考核評價方式

專業(yè)光學軟件課程有著自身的內容特點和教學規(guī)律，僅僅采用傳統(tǒng)的筆試、上機考試的考核方式是不能很好適應專業(yè)光學軟件教學考核要求。專業(yè)光學軟件課程的教學目的是不僅僅讓學生熟練使用軟件，更為主要的是能結合專業(yè)知識應用軟件進行光學項目分析和設計。因此，專業(yè)光學軟件課程的考察就是評價學生的專業(yè)知識綜合運用與分析能力，包括專業(yè)知識的理解、項目的分析和解決能力、計算編程水平等幾方面綜合素質表現(xiàn)?；诖?，我們在教學過程中采取多樣靈活有效的考核方式。

（1）小作業(yè)。平時主要考察學生對專業(yè)光學軟件的操作能力和專業(yè)知識的理解與應用。這通過課后布置小作業(yè)來考察學生平時對知識點掌握情況，同時還兼顧知識小結的復習和鞏固。

（2）小組課題。學期快結束時，提前三至四周時間，分小組布置不同課題（或項目），如設計光學鏡頭（廣角、微焦距鏡頭等）、光波導器件等。在規(guī)定時間內，讓小組學生自主討論，查閱資料，最后形成項目文檔，提交設計報告。這種考核方式，對個別基礎差的學生實現(xiàn)起來有一定難度，但通過小組成員合理搭配（平常成績好的帶動成績較差的），這不僅提高整體學生的專業(yè)水平，更重要的是培養(yǎng)學生個人能力，如溝通、管理、創(chuàng)新、團隊協(xié)作與領導等。

還要強調的是，教師在最后考核結束時，給予學生提交的項目報告進行點評，應重點評價學生的思維過程，同時幫助學生得到合理的答案，使得對學生的考核成為課堂教學的延伸。

4實踐教學中相關問題思考

目前專業(yè)光學軟件實踐教學表明，上述措施的實施，在教學質量和學生受歡迎度方面有很大提高。但仍存在一些更高層次的問題，值得思考與進一步完善。

光學教程范文第3篇

一、實施理實一體的項目化教學的必要性與優(yōu)勢

國家對于高職教育的定位和任務是服務社會主義現(xiàn)代化建設，培養(yǎng)數(shù)以億計的高素質勞動者和數(shù)以千萬計的高技能專門人才。強調職業(yè)院校的學生要具有突出的實踐能力。教育部關于職業(yè)教育的文件要求：要積極推行與生產(chǎn)勞動和社會實踐相結合的學習模式，把工學結合作為高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)模式改革的重要切入點，帶動專業(yè)調整與建設，引導課程設置、教學內容和教學方法改革，則強調教學內容要結合企業(yè)實際[1]。歸根結底是即要有實踐能力，又必須結合社會實際。

光伏發(fā)電是我國在能源領域大力發(fā)展的可再生能源之一，也是最近幾年裝機容量增長最快的發(fā)電方式，具有廣闊的發(fā)展前景，特別是我國目前正在大力推進智能電網(wǎng)建設，為以光伏發(fā)電為代表的分布式能源發(fā)展提供了良好的機遇。光伏產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展需要大量光伏技術型人才。這促使了高職院校對光伏發(fā)電技術人才培養(yǎng)的積極性。由于太陽能光伏技術屬于跨多學科的新興學科，它涉及氣象、光學、半導體、電力、電子、計算機和機械等多學科技術，課程理論性強、內容較為抽象。而且光伏發(fā)電要求從業(yè)的技術人員不但要掌握扎實的理論知識，還要有較強的動手能力，才能合理的設計使用和充分發(fā)揮光伏設備的作用。而理實一體化教學重視市場對人才技能的要求，突出學生的動手能力，項目化課程突出學習內容的實用性，因此開展光伏發(fā)電設計安裝與維護教學一體化與項目化改革具有較強的現(xiàn)實意義與長遠意義。

二、光伏發(fā)電實施項目化教學的課程實施方案設計

以培養(yǎng)學生綜合職業(yè)能力為目標，將企業(yè)典型工作任務轉化為多塊即獨立成體又緊密聯(lián)系的項目化教材是課程改革的核心。具體的方法和要求是以典型設計任務為載體，以學生為中心，根據(jù)典型工作任務和工作過程設計課程體系和內容，按照工作過程的順序和學生自主學習的要求進行教學設計并安排教學活動，最終實現(xiàn)理論教學與實踐教學融通合一、能力培養(yǎng)與工作崗位對接合一[2]。

根據(jù)目前我國大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際需求，把能夠獨立完成光伏發(fā)電系統(tǒng)設計安裝與維護的技術人才作為培養(yǎng)目標，將光伏發(fā)電系統(tǒng)設計與安裝分為下述七個項目進行教學和實踐，這七個項目緊密聯(lián)接，共同完成一個光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計與安裝工程。

1.光伏組件的選型

光伏組件的選型包括組件的尺寸、型號、額定功率、開路電壓、短路電流、轉換效率等技術參數(shù)的選擇，要想會選型就必須了解組件的基本知識，這些知識包括光伏發(fā)電原理，組件的結構組成等。在這一部分的學習中有理論有實踐，實踐學習包括一系列的實驗和實訓，這些實訓均在光伏發(fā)電試驗箱上完成，有太陽電池發(fā)電原理實訓，太陽電池能量轉換實訓，太陽電池組件效率測試實訓及環(huán)境對光伏轉換影響實訓等；在掌握了組件的基本知識以后學生便能夠順利地完成組件的選型及串并聯(lián)個數(shù)的設計。

2.系統(tǒng)最佳傾角的設計

光伏系統(tǒng)發(fā)電量的多少跟組件的傾角有直接的關系，而且不同的系統(tǒng)有不同的最佳傾角，如有的系統(tǒng)要求全年的發(fā)電量最大，而有的系統(tǒng)要求一年四季發(fā)電量盡量均衡，這兩個系統(tǒng)就會有不同的最佳傾角，另外要掌握系統(tǒng)的最佳傾角計算還要掌握方位角，太陽角，時角等概念，在這部分的學習中會有光照強度對發(fā)電量的影響實訓和傾角對發(fā)電量的影響實訓。

3.光伏匯流箱、控制器和逆變器的選型

光伏匯流箱是將串聯(lián)起來的多路組件匯流成一路，進一步提高系統(tǒng)的電流和輸出功率；匯流箱具有過流保護，接地保護，電壓電流顯示等功能；逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心設備，在光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本里也占有一定的比重，它是將光伏組件發(fā)出的直流電變?yōu)榻涣麟娸敵?，逆變器有多種類型，有離網(wǎng)型和并網(wǎng)型，有單相逆變器和三相逆變器等；正確的選型必須建立在對設備參數(shù)性能等詳細的了解基礎上；這部分內容通過讓學生對設備進行拆裝等實訓加強學生的理解和掌握；還有光伏控制器控制實訓，光伏逆變器原理實訓，光伏逆變器輸出電能質量分析等。

4.電纜和支架的選型與安裝

光伏組件之間串并聯(lián)使用專用電纜，其截面積大小應滿足電纜長期允許載流量以及回路允許電壓降，由公式可計算不同組件間以及組件至匯流箱的距離所需電纜的規(guī)格；光伏方陣支架需考慮承重，通風，抗震，防雨雪等要求。一般采用角鋼制成的三角型支架，其底座是水泥混凝土基礎，組件前后間距離需根據(jù)組件傾角進行計算確定。

5.防雷接地系統(tǒng)設計

因光伏組件置于屋頂之上，有可能遭受直擊雷或感應雷電波的侵入，同時，逆變器直流輸入以及交流輸出等處應附帶有避雷器，以防止雷電波的侵入。主要對各種感應雷進行有效應對。

6.測量監(jiān)控系統(tǒng)設計

太陽能光伏發(fā)電監(jiān)控測量系統(tǒng)一般用于大、中型光伏系統(tǒng)中，可根據(jù)光伏系統(tǒng)的重要性等因素考慮選用。監(jiān)控測量系統(tǒng)一般可對系統(tǒng)進行實時監(jiān)視記錄和控制，系統(tǒng)故障記錄與報警，以及各種參數(shù)的設置。還可通過網(wǎng)絡進行遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，顯示當前發(fā)電功率，日發(fā)電量累計，月發(fā)電量累計，總發(fā)電量累計等數(shù)據(jù)。

7.安裝與調試

安裝與調試是工程實施的重要內容，這部分內容除理論教學外，另安排學生進行實際的光伏系統(tǒng)安裝與調試。通過接線、調試、運行掌握安裝與調試的理論和實踐知識。

在對課程項目化分解以后，再將每個項目具體化為專業(yè)知識講解，動手能力訓練兩個有較強可操作性的模塊，這樣就能保證每個項目教學工作的順利實施，也能保證課堂的教學質量，光伏發(fā)電課程能力標準分解列表見附表一。

三、光伏發(fā)電項目化教學的實施

有了以實際工程為基礎的項目化教程，采用什么樣的教學方法同樣非常重要，以學生為中心組織教學，讓學生邊學邊做，在學中做，在做中學，注重學生專業(yè)能力，方法能力和社會能力的培養(yǎng)是光伏發(fā)電課程教學方法改革的目標[3]。光伏發(fā)電課程教學實行理時一體的強化訓練方式，將光伏發(fā)電系統(tǒng)設計安裝工程項目分解成上述七個項目。以項目為載體，將知識點融入到各項目之中，在實訓室內按項目組織實施教學，實現(xiàn)邊教邊學、邊學邊練、學做合一“教、學、做”有機融合的一體化教學[4]，達到崗位技能培養(yǎng)的目的。以項目一光伏發(fā)電系統(tǒng)組件選型這部分內容為例；將該項目的內容分成多個具體的學習任務，如測試不同傾角太陽電池的發(fā)電量，測試不同溫度下組件的發(fā)電量，測試不同光照強度下組件的發(fā)電量，測試光伏組件效率等。明確任務后將學生分為10組，每組4-5人，每個小組的組長輪流擔任，一個任務一個小組長，讓每個學生都有機會得到組織能力的鍛煉。拿到任務后填寫工作任務書，明確工作內容，工作目標，工作對象工作步驟工作方法以及提交的成果等。

任務實施，如學習任務光伏組件效率測試，測試之前先給學生講授必須掌握的理論知識，如光伏發(fā)電原理，光伏組件結構組成等，然后教授學生測試方法及步驟，并指導學生如何正確操作實驗箱，如何記錄數(shù)據(jù)并繪制伏安特性曲線，求出最大輸出功率，最后計算組件效率。計算完后要求小組之間互相交流討論并總結。在學生操作過程中及時糾正學生的錯誤操作和不良操作習慣。

四、光伏發(fā)電項目化教學考核與評價

教學過程與評價要突出學生綜合職業(yè)能力培養(yǎng)，注重培養(yǎng)學生專業(yè)能力、動手能力和社會能力。整個課程的考核包括操作熟練程度的考核，對問題理解的考核，完成任務期間表現(xiàn)的考核，團結協(xié)作意識的考核，學習態(tài)度的考核等，將課程考核放在課程進程中進行，提高學生學習的積極性。結果采用成果演示和答辯的考核方式，其中對問題的理解程度占本次考核成績的40%，而操作的正確性，規(guī)范性及熟練程度占40%，團隊協(xié)作能力，領導能力，溝通能力占20%。該課程共有七個項目，每個項目考核一次，而七次考核的加權平均作為本課程的最終成績。以班級中的小明同學為例，假設小明被分在第一小組，本項目有多個具體的學習任務，則第一小組將分別演示幾個任務，如光伏板效率測試，不同光照上發(fā)電量的測試，不同傾角下發(fā)電量的測試等，不同的任務由不同的成員擔任組長，考核時由該小組協(xié)同完成該項目的幾個任務，根據(jù)任務完成的水平給小組一個任務完成分作力每個成的員共同的操作分如第一小組操作分為85分，然后在根據(jù)完成任務期間各自的表現(xiàn)打出不同的社會能力分，如小明在成果演示過程中表現(xiàn)出團結協(xié)作，積極配合，圓滿完成自己的角色任務。因此社會能力分給90分，最后是答辯考核，要據(jù)小明對本次實驗原理及基本知識點的理解程度給出專業(yè)成績如90分。這三個成績再乘以各自的權重得出最終的成績，因此小明本項目的最終成績?yōu)?5*0.4+90*0.2+90*0.4=88分。最后本課程完成以后由七個項目的成績共同決定了小明本課程的成績。

五、結語

實施理實一體的項目化教學，對于培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展，具有良好職業(yè)道德、熟練的職業(yè)技能，精益求精的工作態(tài)度、追求完美的創(chuàng)新精神、可持續(xù)發(fā)展的基礎能力，掌握必需夠用的專業(yè)知識，面向生產(chǎn)第一線從事光伏發(fā)電系統(tǒng)設計安裝與維護及管理等工作的高技能人才方面有較為突出的優(yōu)勢。但也提出了兩個方面的要求。

光學教程范文第4篇

光纖通信正在日益改變著人們的生活，是國家“十二五”期間的重點工程，未來社會對光纖通信專業(yè)技術人才會有非常大的需求。住建部已要求住宅建設、電信運營、工程設計、施工圖審查、施工、監(jiān)理等單位執(zhí)行光纖到戶的國家標準[1-2]。

在光纖通信方向的通信工程人才培養(yǎng)中，要求學生具備扎實的理論基礎，滿足專業(yè)應用需要，又要具有與現(xiàn)場實際應用相適應的動手力，使學生在校期間就具有現(xiàn)場操作實踐的能達到光纖通信工程師的理論和操作水平。當前，電子科技大學精品課“光纖通信”，華北電力大學電子與通信工程省級精品課程“光纖通信原理”，山東理工大學精品課程“光纖通信”，燕山大學精品課程“光纖通信”也都非常重視理論與實驗的結合[3-5]。

結合本校情況，《光纖通信》課程是通信工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課，電子科學與技術專業(yè)、物理學專業(yè)的選修課，同時也是全校的公共通識選修課程。該課程的具體培養(yǎng)要求是：通過本課程對光纖通信基本原理、光收發(fā)信機、通信網(wǎng)絡進行闡述和講解，使學生掌握光纖通信的基本概念，熟悉光發(fā)信機、中繼器、光收信機及光器件的工作原理，掌握光纖通信網(wǎng)絡工作原理和通信網(wǎng)設計基本方法。另外，光纖通信技術涉及的知識面廣，如數(shù)字通信、電磁場和物理光學等概念較多，故在學習本課程之前，學生應先修物理、電磁場與電磁波和數(shù)字通信等課程，為本課程的學習打下基礎。

由此可見，《光纖通信》課程既需要非常注重理論課程的講授，又需要注重實驗教學。采用精準有效的理論教學和實驗教學相結合的教學方式，進一步系統(tǒng)地設計《光纖通信》課程教學與教法研究，對提高本校學生的相關知識儲備，跟上光纖通信技術的發(fā)展步伐，具有重要意義。本論文正是基于這一思想，在教學與教法研究上提出了四點新的方法和建議，為我校的精品課程建設打好基礎。

一、講授內容的實時更新，與最新的理論發(fā)展和應用前沿相結合

光纖通信技術承載的信息量巨大，傳輸?shù)臉I(yè)務種類繁多。無論是其相關理論，還是使用設備，都發(fā)展迅速、更新很快?！豆饫w通信》課程也要在理論和與現(xiàn)場應用方面進行不斷跟進前沿。這個可以從三個方面進行提高跟進：第一，在理論方面，及時跟進當前的發(fā)展狀況，針對當前國內的光纖通信相關的專業(yè)學術會議，例如參加亞洲光纖通信與光電國際會議及博覽會以及中國電子學會通信學分會、中國通信學會光通信專業(yè)委員會和中國光學學會聯(lián)合主辦的全國第四次光纖通信學術會議，進行學術交流，對較為前沿的理論突破進行了解，并適當讓學生收集和了解這方面的信息。第二，在實踐方面，緊跟形勢，掌握當前進行的較為典型的工程動態(tài)，了解光纖通信國際/國家行業(yè)標準的修訂及更新。要求學生能了解光纖通信網(wǎng)絡現(xiàn)狀、光纜路由和邏輯拓撲結構，建立初步的感性認識。第三，尤為重要的是，讓學生定期查閱光纖通信有源器件、無源器件以及光網(wǎng)絡的相關文獻;培養(yǎng)學生能夠自己動手查閱相關書籍和自主學習科研方面的能力，以期學生在以后的生涯中能夠自我前行。

二、內容的表達方法的改進：用多媒體表達原理的動態(tài)過程

《光纖通信》課程的學習中首先要求學生對光纖通信鏈路有全面的認識，如圖1所示。

光纖通信鏈路中各個組成部分信息量大，并與實際結合緊密，經(jīng)常需要大量的細節(jié)圖片來顯示現(xiàn)場情況和課程內容的內在邏輯，甚至要提供通信運行中的動態(tài)過程。也因此，在傳統(tǒng)的教學中，也必須更多地利用多媒體手段。并且表現(xiàn)形式也不能僅僅將多媒體的工具簡單羅列，還必須針對課程的內容采取恰當?shù)谋磉_方式，究竟是圖片，還是音頻或者視頻，而是根據(jù)具體的內容，采用合適的方法表達內容的本質。比如光纖通信鏈路中，光波能夠作為高頻信號的載波這一特性的講解，首先要了解光波是一種高頻振蕩的電磁波，需要借助動畫來描述，然后再討論載波的調制，需要畫圖解釋，這些均是傳統(tǒng)板書教學難以完成或者說需要花費過多時間敘述、描寫的，借助多媒體動畫可以生動、形象、快速地完成講解，并且學生可以獲得直觀的感受;再如構成光纖通信鏈路的中繼器其中必不可少的摻鉺光纖放大器，其工作原理涉及激光原理、摻鉺光纖最佳長度的計算，這時如果仍然采用傳統(tǒng)的方式，或者簡單的多媒體羅列教學，對學生而言視覺沖擊效果太弱，因此在教學中可以采用板書教學，對公式講解、結合多媒體動畫，展現(xiàn)摻鉺光纖放大器工作的原理。板書時給學生一定的思考空間，多媒體給出具體直觀的動態(tài)工作過程，起到強化記憶、增強理解的作用。

三、結合記憶心理學，改進教法

一直以來，尤其是最近一段時間，我們都在思考一個問題，是什么導致學生對知識點完成了記憶、理解、掌握、能夠運用的呢？教師能幫助學生記憶什么嗎？答案是不能，很無奈但是很真實！我們能做的是講一堂課、若干知識點呈現(xiàn)在學生面前！針對這種呈現(xiàn)我們與一本書、一段視頻的作用類似，那么我們真的無能為力嗎（在幫助學生記憶方面）？當然不是，我們在呈現(xiàn)課程過程中與學生是有交流、有互動的，那么正是這種互動，可以加深學生的記憶，能夠將被動的聽或者看，轉換成積極的思考，這才是教與學中的關鍵！根據(jù)記憶的類型[6]，針對知識傳授記憶有形象記憶型、抽象記憶型、情緒記憶型，課堂教學以抽象記憶為主，但是形象記憶，情緒記憶是不容忽視的，而且是非常重要的輔助手段，因此生動的例子、新鮮的實事都是與學生互動，幫助抽象記憶的好方法。如何能夠將學生的思路不著痕跡地帶著進入思考，這里給出了一種教法的嘗試――重點提問，團隊討論。

所有課堂內容，圍繞提問為重點，進行提現(xiàn)。具體做法是每節(jié)課提前5分鐘將上一節(jié)講授的需掌握的重點內容在黑板上列出，上課鈴聲響起，學生自由選擇問題回答，板書作答，其余同學共同批改每道題。學生在短時間內（上課之前的5分鐘）對上一節(jié)課講授內容有所回顧，板書作答加強抽象記憶，同時在批改其他同學的回答時糾正自己的理解錯誤（形象記憶）。全班同學對其進行批改（全班同學在共同糾錯的同時完成了團隊討論），作答的學生感受情緒記憶，知識內化過程加強，能夠將轉化過程中可能出現(xiàn)的理解錯誤加以糾正。每節(jié)課之前板書提問，直接解決學生理解過程中的偏差，及時發(fā)現(xiàn)，及時解決，發(fā)動學生參與批改問題，從多角度鼓勵學生思考，加深知識的理解。課前提問與平時成績掛鉤，學生參與非常積極，其強化記憶的效果在試卷考題中有明顯的體現(xiàn)！

四、實際動手應用與理論教學相結合

當前針對實際動手應用存在三方面的不足，一是設備價格高，更新快，沒有足夠的設備;二是實際動手的內容太簡單，不能反映或者提高水平。三是實際操作時間較長，進程把控較難，且容易出現(xiàn)問題。也正是因此，很多專業(yè)學生存在理論的夸夸其談，實踐侏儒的現(xiàn)象。即便現(xiàn)有的通信工程專業(yè)、電子科學與技術專業(yè)已開設專業(yè)實驗，但是存在的問題是理論課與實驗課脫節(jié)，有的同學是沒上理論課，先做完了實驗，有的同學是理論課學習完成很長時間才上實驗課。

光學教程范文第5篇

關鍵詞：光纜線路設計，優(yōu)化設計方法，計算機輔助教學

中圖分類號：TP399文獻標識碼：A文章編號：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世紀是信息科學與技術高速發(fā)展的時代，而光纖是信息獲取和大容量信息傳輸?shù)闹匾浇?，由于光纖媒質所具有的傳輸帶寬大、傳輸損耗低等特點，使光纖通信技術在信息網(wǎng)絡建設中始終占據(jù)著主導地位，并承載著信息網(wǎng)絡中80%以上的信息流量。在光纖對信息的實際傳輸過程中，通常采用光纖成纜的方式進行傳輸，以實現(xiàn)對光纖的保護、便于施工和提高線路的傳輸容量。為了構建光纖傳輸網(wǎng)絡，需要對光纜進行線路設計，光纜的線路設計（光纜路由）是光纖在通信網(wǎng)絡和未來光纖傳感網(wǎng)絡中應用的一個必不可少和非常重要的內容[1]。

在“光電信息工程”、“光信息科學與技術”和“電子科學與技術”等專業(yè)中，光纖技術及應用課程是很重要的專業(yè)基礎和專業(yè)特色課程。而光纜線路設計是光纖技術與應用課程的重要內容。在教學過程中，我們在光纜的線路設計中結合優(yōu)化設計方法，以實際案例來講解光纜的線路設計。案例教學是教學相長的有效模式，它能夠激發(fā)教師轉變教學理念，探索教學內容與教學方法的改革與創(chuàng)新，也能夠激發(fā)學生濃厚的興趣，不斷地汲取營養(yǎng)和探索研究[2]。在實際教學中，我們也發(fā)現(xiàn)，采用網(wǎng)絡優(yōu)化設計的方法為示例網(wǎng)絡進行光纜自動路由，對光纜網(wǎng)絡尋找最優(yōu)物理拓撲能極大地引起學生的興趣，使學生對光纜線路設計的相關內容理解得更加透徹。為此，我們嘗試在課程中引入網(wǎng)絡優(yōu)化設計方法進行計算機輔助教學，采用線性規(guī)劃方法寫出尋找光纜最短路由和對光纜拓撲進行規(guī)劃設計的線性表達式，并采用線性規(guī)劃軟件Lingo求解。這種方法強調了尋找實際問題的解決方案，有利于培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，提高教學的質量和效率。

1光纜線路設計課程教學分析

本課程的教學對象是光電信息工程、光信息科學與技術和電子科學與技術專業(yè)的大四學生，已經(jīng)學了較多的專業(yè)基礎課，此時在學習態(tài)度上缺乏主動性和積極性，對課程的學習上喜歡死記硬背，以通過考試為目標。同時又面臨著畢業(yè)找工作，迫切需求在工作中能實際應用的知識和技能，鑒于我校每年都有相當一部分畢業(yè)學生進入運營商和郵電規(guī)劃設計院，對網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化設計技術比較感興趣，因此在光纜線路設計的課程教學中采用網(wǎng)絡優(yōu)化設計具體案例的方法來進行輔助教學。

光纜線路設計的教學基本要求是了解光纜線路工程設計的原則和內容，理解線路設計和傳輸設計的方法；難點是光纜的線路設計；對難點的解決辦法是多舉實例，通過網(wǎng)絡優(yōu)化設計方法對具體實例的求解加深學生對知識點的理解，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力。

2利用優(yōu)化設計方法進行光纜線路設計輔助教學的實例

這里以光纜最短路由和光纜網(wǎng)絡的物理規(guī)劃為例，說明如何采用優(yōu)化設計方法，對光纜線路設計進行輔助教學。

2.1光纜最短路由

光纜有三種敷設方式：直埋、管道和架空。光纜線路路由的載體是地井管道架桿等基礎資源，光纜線路設計的一項內容是為光纜在地井管道架桿上的布放設計出一條最優(yōu)化（最短）的路由[3]。為實現(xiàn)光纜的自動路由，首先需要將光纜網(wǎng)絡拓撲抽象化，建立網(wǎng)絡優(yōu)化模型，然后提出合適的優(yōu)化算法進行計算。為此把管線網(wǎng)絡看成一個無向圖，地井架桿在圖中視為無差別節(jié)點，而直埋路段、管段或桿路段視為鏈路，即圖中的邊，邊的權值為對應設施的長度。

常見求最短路徑的方法有Dijkstra和Floyd算法，這些算法求解速度快，但對實現(xiàn)者要求較高，要求具有較強的算法設計和編程能力，能對數(shù)據(jù)存儲和算法進行較好的掌控。這里我們采用線性規(guī)劃算法，提出優(yōu)化目標和約束條件后，采用優(yōu)化軟件的模型編程語言進行描述，最后由優(yōu)化軟件直接求解，對設計者要求較低，且掌握這一方法后易應用于其它優(yōu)化問題。

光纜最短路由的線性規(guī)劃公式如下：

3結束語

通過光纜最短路由和光纜網(wǎng)絡的物理規(guī)劃這兩個應用可知，把優(yōu)化設計方法應用到光纜線路設計的課程教學中，能夠直觀形象地講述光纜線路設計，激起學生的學習興趣，使學生更容易領會教學內容，掌握教學難點和網(wǎng)絡優(yōu)化設計的方法。這種采用案例，強調實際問題解決方法的教學，將提高學生分析和解決問題的能力，從而培養(yǎng)具有綜合素質和能力的信息人才，特別是復合型、具有創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力，能將理論和實際相結合的信息人才。

參考文獻

[1]胡先志,鄒林森,劉有信.光纜及工程應用[M].北京:人民郵電出版社,1998.239-247.

[2]陳明.案例教學是教學相長的有效模式[J].教育藝術,2007(6):21-22.