大學光學知識點總結

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大學光學知識點總結范文第1篇

【關鍵詞】《光學設計》 教學改革 探索與實踐

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006－9682（2011）01－0015－02

《光學設計》是許多工科院校的“光信息科學與技術”、“光學工程”等專業的主修課程，北京信息科技大學光信息科學與技術專業在應用光學、物理光學等必修課基礎上也開設了這門重要的專業選修課。《光學設計》是一門將幾何光學與物理光學知識與實踐相結合的學科，通過該課程的學習，學生可以系統的了解光學設計方面的知識，了解一些最常用的光學系統的設計方法，以及了解光學設計的發展方向。該課程的特點是應用性較強，涉及的內容較多，如何在有限的學時內，通過該課程的學習，培養學生熟練設計各種光學系統的能力，提高學生的分析能力和實踐能力，這對授課教師提出了嚴峻挑戰。該課程一般通過理論教學和實踐教學兩個環節完成教學內容，本文將幾年來的課堂教學工作所積累下來的心得與體會加以總結，主要涉及到教學內容的組織，教學方法的改進與考核方式的變革等。

一、精心組織授課內容，理清主線，突出重點。

光學設計課程囊括的知識點比較多，面向不同的教學對象，因為其本身知識積累就不同，而不同的教材組織方式，調強的知識重點也不盡相同，因此需要教師因人而異、不斷調整授課內容的組織方式。北京信息科技大學光信息科學與技術專業將該課程核定為32學時，在這么短的課時內，如何選擇講授的知識點來保證教學活動的完成，根據本專業的特點，我們精心組織了教學內容，主要為了理清思路，并突出重點。光學設計涉及到的內容可分為：高斯光學、像差理論、典型光學系統、計算機自動優化方法、光學系統公差分析及光學元件制圖等。高斯光學是光學系統分析的基礎，光學系統初始結構計算就是基于高斯光學理論的；像差理論是光學設計的重中之重，只有深刻了解了像差理論，才能夠自主、靈活的設計光學系統；典型光學系統包括放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等系統，是了解實際光學系統的鑰匙，也是光學系統初始結構計算的理論基礎；而計算機自動優化方法、光學系統公差分析及光學元件制圖等是實踐性很強的內容，也是把上述理論知識與實際設計過程聯系的紐帶。只有理清了這些內容的知識體系，才能有的放矢，條理清楚的講授。我們經過探索，發現在授課時選擇一個實際的光學系統（如開普勒望遠鏡系統），從它的基本結構講起，引出物鏡和目鏡的各自特點，用高斯光學知識分析其放大率、視場角等參數，再引申到實際系統像差對像質的影響，最后講授怎樣設計這樣一個系統以及設計中應該注意的問題。這樣就能把所有要講授的內容串聯起來，學生就能更好地理清思路，知道哪部分內容的作用以及怎樣學習效率更高。另外，講解時不能一概而論，必須突出重點，每個知識模塊的學時要分配得當。比如像差理論是本課程的重點，需要占用較多的學時講解；而且像差理論這一部分應該把重點放在各種系統參數（比如，光闌大小、位置，材料折射率、相對色散等）對初級像差的影響上，因為這是一個優秀光學設計工程師必須練好的最重要的基本功。最后，處理好知識點與實際光學系統之間的關系。比如要提醒學生每一部分知識點都要結合與實際光學系統設計（包括加工、檢測）的關系來學習，做到有的放矢、思路清晰。

二、教學方法的改進

1．課堂教學與課外科技創新實踐相結合

學習基本原理知識的目的是為了更好地應用到實際生活中。我們積極鼓勵學生參加各種科技創新活動，堅持課堂教學與課外創新實踐活動相結合，強化實踐能力培養，提高學生的設計與綜合分析能力。比如，在學習了照相系統基本知識以后，我們鼓勵學生調研如今市場上的各種照相機（包括數碼相機、傳統相機、攝像機等），讓學生考察照相機的基本結構以及重要技術參數，并讓學生嘗試自己設計一臺照相機系統。這樣，學生的學習積極性得到大大提高，他們在設計過程中遇到很多問題，再重新回過頭在課堂找答案，被動接收變為主動學習，學習效率大大提高。

2．現代多媒體教學技術的使用

多媒體教學是以計算機為核心的教學手段，能交互的綜合處理文本、圖形、圖像、動畫、音頻及視頻等多種媒體信息，更豐富、更復雜的信息多媒體教學對全面提高教學質量，增進教學效果起著不可替代的推進作用。基于多媒體的光學設計課程教學優勢包括：第一，圖文并茂，簡潔直觀，激發學生學習興趣，提高學生學習的主動性。比如在講授望遠系統時，我們把目前世界上的各種望遠系統圖片投影到黑板上，并列舉各系統的優缺點，使學生頓時產生了濃厚的學習興趣。第二，把教師從繁重的板書中解放出來，更有利于教師語言、人格魅力的發揮，學生可以在相同的時間內獲取更多的知識，提高課堂教學效率和教學質量。比如，在講授各種目鏡結構時，由于目鏡的種類很多，有惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱涅爾目鏡、對稱式目鏡以及廣角目鏡等，一一板書這些目鏡結構和特點非常花時間，而且作用不大。使用多媒體就可以很快的展示各種目鏡結構以及特點，從而把更多時間放到講授目鏡選型以及設計中去。第三，教師為主導，學生為主體，二者相互有機結合，實現教與學的良性互動。比如，在學習球差與系統相對孔徑以及光闌的關系這部分內容時，我們讓學生自己提出各種參數，然后現場用多媒體計算光線軌跡并畫出光路圖、像差圖等，學生再根據像差圖提出新的修正結構，直到得出滿意的球差。在這個過程中，教師與學生不再是填鴨式的灌輸與接受知識，而是很好的互動，并激發了學生學習興趣。

3．光學設計軟件的應用

在光學設計課程教學中，為了演示光線追跡結果及光學系統在各種不同情況下、不同輸入光場時的輸出光場情況等，需要編制相應的模塊軟件。但由于編制這樣的模塊軟件工作量大、難度較高，往住使任課老師放棄在教學過程中演示復雜的光學現象，即使有人花大量時間和精力編制出一些，也因為功能不強、效果不佳而影響教學效果。我們將諸如ZEMAX、OSLO、CODE－V等功能強大的商業光學設計軟件引入光學設計課程的教學過程，可以減小設計工作量，并且使課程課件的深度得到加強，從而擴大學生的感性認知和視野，增強教學效果。

現有的成像光學分析與設計軟件主要有三種，分別為：美國Optical Research Association 公司的CODE－V軟件；Lambda Research Corporation公司的OSLO軟件；Focus Software Inc開發的ZEMAX軟件。其中ZEMAX軟件由于界面友好，容易上手，目前占據市場最大份額；我們在課堂教學中采用的也是ZEMAX軟件。該軟件可做光學組件設計與照明系統的照度分析，也可建立反射、折射、繞射等光學模型，并結合優化、公差等分析功能，是將實際光學系統的設計概念、優化、分析、公差以及報表集成在一起的一套綜合性的光學設計仿真軟件。課堂利用ZEMAX的計算與模擬功能，鼓勵學生通過自主探索，在掌握理論知識的前提下，讓學生建立相應的物理模型和數學模型，通過自己輸入參數去完成對光學系統的形象化和具體化，并對光學系統像差進行詳細了解，為進一步設計提供參考依據。例如，如果要給學生講授cook三片式透鏡組（入瞳10mm，全視場角40°）的結構以及性能，通過ZEMAX可以很形象地顯示。圖1所示，cook透鏡組的二維和三維結構圖都可以畫出，而且所選三個視場（0視場、10°視場、20°視場）的光線軌跡也可以準確畫出，這樣就使得學生有更形象、直觀的認識。如果要了解該透鏡組性能，就可以利用ZEMAX光線追跡程序快速計算出每一條光線的軌跡，并算出各種像差值。該cook透鏡組的幾種像差圖見圖2所示，這里只顯示了四種像差圖：點列圖、波像差圖、調制傳遞函數圖和場曲、像散及畸變圖。根據這些像差圖，學生可以對該系統的像差有個全面的認識，可以更進一步改進并優化結構參數。而計算實際像差利用傳統的手工計算花費時間是巨大的。

總之，利用光學設計軟件，可以使光學設計課程授課效率更高，學生學習興趣更濃，學習效果更好。

三、課程考核方法的改革

考試已成為課程改革的一部分，與課程的實施方法相輔相成，從而更客觀地反映教與學的效果，達到拓展學生的個性，激發其學習能力和興趣的目的。傳統理工科課程通常以閉卷筆試加平時成績相結合的方式進行考核。針對《光學設計》的課程特點，我們采用了以考核綜合知識和能力為主導的考試方法。具體包括：①建立小課題，指導學生撰寫小論文。比如讓學生們調研目前流行的單反相機的原理并進行初步設計，學生通過查資料，深入調研，強化學生自己思考的過程，同時也能考察一個學生的綜合素質。②開展課堂討論，給予總結評價。這部分的考核主要是通過討論來考察學生對知識點的應用和具體解決問題的能力。③試卷考核。該部分主要考概念題和思考題，加深學生對理論基本知識的理解和掌握。

通過這三種方式來全面綜合地考察、評定學生對該門課程的學習掌握和理解程度，從而更好地反饋和指導教學。這樣的考核方法覆蓋指標更全面，考核的結果就會更客觀合理，能夠真實全面反映學生的學習情況與能力水平，有利于對學生的知識和能力進行綜合評價。

四、教師自身能力提高

教師是課程改革最直接、最關鍵的群體，因此教師的自身成長與課程的建設發展密切相關。教師的專業成長不僅僅是教學經歷和教學經驗的累積與豐富，更是教師由被動到主動參與課程決策、課程運作和課程評價，促進課程、教師和學生共同發展的過程。在不斷變革的社會大環境下，教師應樹立終身教育和終身學習的觀念，即“教育既是為了促進個人的終身全面發展，又是為了促進社會的持續發展和全面進步。”只有具備這樣的觀念，才能不斷解決教育中出現的各種問題，才能建構新課程條件下的目標、教學、評價體系。另外，很多人對于光學設計存在錯誤的認識，認為只要學好幾種光學設計軟件就可以進行光學設計。其實，光學設計是一種創造性的工作，它需要經驗也需要設計人員有正確的設計思想和設計理念，而軟件只是工具而已。光學設計總要從像差補償開始，如果沒有對基礎像差理論的深入、正確理解，只是按照已有參數按步就班地操作，光學設計則成了完全的技術工作，毫無思想性可言。對于這部分理論內容要有“板凳要坐十年冷”的準備，從復雜、枯燥的公式中理解設計的基礎，打好光學設計的基礎。光學設計是一門需要慢慢磨的手藝，作為教師的我們就更要負起責任，不斷提高自身水平，不浮躁、不圖快，踏踏實實的不斷學習，積極地參與科研，積累更多的光學設計經驗，這樣才能更好地講授好這門課。

五、結束語

隨著科學技術的發展，光學系統的作用越來越被重視，迫切需要光學設計的專業人才，為此高校肩負著培養具有良好光學設計人才的重任。本文對光學設計教學內容與課程設置的安排、教學方式的優化改革以及考核方式多樣化等問題進行了研究與討論，為學生更好地掌握光學設計知識、將來更好地服務于社會打下良好的基礎。

參考文獻

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2 李 林.計算機輔助光學設計的理論與應用［M］.北京：國防工業出版社，2002

3 黃一帆、李 林.光學設計教程［M］.北京：北京理工大學出版社，2009

4 張衛純、王開圣.淺談《光電檢測技術》課程的課堂教學［J］.甘肅科技，2009（18）：170～171

大學光學知識點總結范文第2篇

（天津職業技術師范大學電子工程學院 天津 300222）

摘要：現代教育思想認為，學生是學習的主體，在教學活動中要充分調動學生學習的積極性，培養學生自主學習的能力，從而提高教育教學效果。在《基礎光學》課程第五章“光的偏振”的課堂教學設計中，采用啟發式教學方法及類比思維方法，可以充分調動學生學習的積極性，激發學生自主學習的能動性。

關鍵詞 ：自主學習；教學設計；啟發式教學法；類比思維法

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2014）01-0086-03

《基礎光學》課程是我校電子工程學院電氣信息大類（高本）專業的一門專業基礎必修課，主要講述幾何光學和物理光學知識。本課程的學習，可使學生掌握成像和光的波動的基本理論和計算方法，為進一步學習諸如光電子器件與技術、光信息處理技術、光纖通信和集成光學等課程奠定理論基礎，同時也為學生從事光學儀器的開發、光路的設計和從事光學教學等打下基礎。由于生源水平參差不齊，對于理論強、公式多、理解難、知識點繁的光學課程的學習有一定的難度。筆者針對《基礎光學》第五章“光的偏振”的課堂教學設計，從分析處理教材、選擇教學方法、設計教學過程等方面進行了積極探索，旨在使課堂授課能夠激發學生學習的興趣，引導學生自主學習，獨立完成分析、探索、實踐、質疑、創造等學習階段，實現學習目標。

工科專業光學教學存在的問題

光學課程的特點使工科學生學習起來有一定難度 《基礎光學》課程知識體系獨立，理論性強，加之工科專業學生物理、數學基礎知識相對薄弱，對光學的學習有一定的難度。例如，在“偏振”一章中，利用菲涅爾公式推導反射光與透射光的偏振態，學生不僅要熟練運用三角公式進行推導，還要對物理概念如振動分量、傳播方向等有明確認識，并要建立數學結果與物理結論之間的聯系。由于光學本身有一定難度，再加上學時減少、學生基礎薄弱等因素的存在，工科專業光學課程的教學模式往往會導致教師滿堂灌輸、學生死記硬背被動學習局面，直接影響教學效果。

與專業聯系不緊密，學生學習積極性不高 《基礎光學》課程本身與電氣類專業方向聯系不夠緊密，特別是電氣信息大類二年級的學生對光電子學科了解不足，往往導致“重電輕光”的局面。對學生的調查顯示，超過60%的學生認為模擬電路、微機原理等與電類緊密關聯的課程較光學課程更重要；大約30%的學生認為光學與電學有一定聯系，同等重要；僅有約10%的學生認為光電子技術是科技發展的前沿，而其基礎光學需要牢固掌握。學生不重視，學習積極性不高，就會出現曠課、消極學習等現象。

只注重理論知識的積累，不注重分析應用能力的培養 “授之以魚，不如授之以漁。”教育的目的不僅僅是教會學生知識，更重要的是學以致用，學會運用知識分析解決實際問題。比如，學生在掌握基本理論、基本概念的基礎上，創造性地提出偏振光的產生方法、偏振態的檢驗方法以及偏振的應用，教師引導學生將書本知識轉化為學生分析解決實際問題的能力等等。但實際上由于學時有限、學生無法與教師進行有效互動等因素，導致教師采用“填鴨式”教學方式，使教學過程變成單純教師教的過程，束縛了對學生創新能力的培養。

引導啟發，培養學生的自主學習能力

《基礎光學》教學大綱對“光的偏振”一章的教學內容和要求如表1所示。

“光的偏振”是在掌握光的干涉和衍射等基本波動理論基礎上講述的內容，要求學生對光的波動本性、橫波性、振動態等有清晰的認識。同時，“偏振”一章講述的內容多且雜，包括偏振與橫波性關系、五種常見偏振態、反射光和透射光的偏振態、雙折射現象、光在晶體中的波面與波線、偏振態的實驗檢驗、偏振光的干涉等。教師要理清教學思路、設計教學過程、合理使用教學方法，安排講、學、練的時間，做到教師“講”得思路清晰、激發興趣，學生“學”得清楚明白、認真投入。在授課過程中應引導學生獨立思考、自主學習，更有效地學會知識，掌握分析解決實際問題的能力。

（一）分析教材、梳理思路、整合知識

教材中“光的偏振”一章分為9個小節，涉及知識點較多，但綜合起來可總結為以下4個問題：（1）光的偏振現象與橫波性的關系；（2）五種常見偏振態；（3）如何將自然光改造成偏振光；（4）偏振光的實驗檢驗。

對本章的整體知識結構可作如下分解。

第一，明確偏振現象與橫波性的關系；理解為什么偏振現象可以作為區分橫波和縱波的標志；分析為什么橫波有偏振現象而縱波沒有，進而總結偏振的基本概念（教材第一節）。

第二，了解橫波振動量振動狀態的多樣性，介紹五種常見偏振態，包括自然光、線偏振光、部分偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光；詳細介紹自然光、線偏振光、部分偏振光，重點學習如何將自然光改造成線偏振光和部分偏振光，其中包括反射光和透射光的偏振態（教材第一節、第二節）。

第三，理解光在各向異性晶體中的雙折射現象、波面和波線，理解由各向異性晶體制作的偏振器件的基本光學特性。在此基礎上，進一步學習圓偏振光與橢圓偏振光的獲取方法（教材第三節到第七節）。

第四，偏振光的實驗檢驗和偏振光的干涉（教材第八節、第九節）。

其中，第一、第二部分用2學時，第三部分用5學時，第四部分用3學時，實驗用2學時。筆者僅就講解“偏振”的第一次課分析課堂教學程序設計。

本章知識框架如圖1所示。

（二）以教為輔、以學為主、教學相長

1.溫故引新、聯系實際、激發興趣。興趣是學生主動學習的前提。新課的引入要起到激感的作用，使學生受到感染，產生求知欲，產生主動學習的能動性。新課的引入分為兩個部分，即溫故引新和聯系實際。

首先，以三個關聯問題溫故引新，引發思考，使學生帶著問題開啟新課的學習，對新課的意義有清晰的認識。（1）以復習回顧的形式，向學生提出“光的波動性如何得到證實”，學生在既有知識的基礎上回答“光的干涉和衍射都無可辯駁地證明光的波動本性”。（2）提出“光波是橫波還是縱波”的問題，引導學生思考振動與波動之間的聯系，即光的振動分量與光波的傳播方向之間是垂直的還是平行的關系。以學生的既有知識或經驗知識會得到“光波是橫波，其振動量的振動方向垂直于光的傳播方向”。（3）“如何證實光的橫波性”，偏振現象可以證明光的橫波性，它是如何證明光的橫波性的？它與橫波間有何聯系？采用舊知引新知的方法，可以使學生了解知識間的連貫性，以問題的形式引入新課內容，使學生帶著思考學習，學習目的明確。

其次，引用實例，激發學生學習的興趣和熱情。引用圖片等媒體資源向學生展示液晶屏、偏振片、3D立體電影等基于光的偏振的新技術，理論聯系實際地激發學生學習的熱情和興趣。

2.設疑置問、引導思維、以學為本。本節新課程的內容包括偏振與橫波性的關系，自然光、線偏振光和部分偏振光的基本特性，偏振光的獲取方法及實驗檢驗，其中偏振與橫波性的關系是本節的重點，更是關鍵點，只有概念明確，才能對偏振現象進行深入研究，而難點落在反射和透射光的偏振態上。關鍵點知識的講解采用啟發式的教學方法。啟發式教學法是教師在教學過程中扮演引導者的角色，通過設置幾個層層嵌套的問題，引發學生思考，在逐一解決問題的過程中使學生完成新課學習。為了學習偏振與橫波性的關系，可設計如下三個問題，層層深入，引發思考：（1）創造并分析機械橫波與縱波的偏振現象。學生很容易會設計出手握繩子上下抖動形成機械橫波；手推彈簧，沿彈簧往復振動形成機械縱波的例子。教師演示兩個實例的偏振實驗，由學生觀察與分析得到“只有橫波才有偏振現象”的結論。（2）為什么橫波有偏振現象而縱波沒有呢？學生經分析得出橫波的振動方向相對于傳播方向具有不對稱性，而縱波的振動相對于波的傳播永遠呈對稱分布的結論，即“振動方向相對于傳播方向的不對稱性”是造成偏振的直接原因，就是偏振的概念。（3）光波是否具有偏振現象呢？在了解偏振片工作原理的基礎上，教師實驗演示自然光通過兩塊偏振片后出射光強隨第二塊偏振片轉動而發生周期性變化，學生得出“光波具有偏振現象，光波是橫波”的結論。

對于關鍵點知識的講解采用類比機械波的思維方法，形象生動，易于理解。同時，通過學生的分析探究，可加深學生對知識的理解。

自然光、線偏振光、部分偏振光的偏振態、通過偏振片后的現象及合成與分解等內容雖是重點，但理解起來較簡單，主要采取繪制振動圖像，使學生建立感性認知，對知識融會貫通。

課程知識的應用與提高擬解決兩個問題：（1）如何將自然光改造成線偏振光和部分偏振光。這里主要采取教師引導、學生分組討論、教師適當補充、學生綜合總結的方式，解決本節的重點同時也是難點的問題。將自然光改造為線偏振光，最簡單的方法是利用偏振片即可實現；也可以利用平面界面的反射和玻堆片的透射來實現。部分偏振光的獲得可利用平面界面的反射和透射來實現。反射光、透射光偏振態的確定需要借助菲涅爾公式進行三角運算和分析得到，理論性較強，運算過程較繁瑣，所以可適當做詳略處理：對于反射光的偏振態，教師可引導學生進行詳細的推導，掌握方法；而對透射光的偏振態則可布置為小組作業，由學生仿照教師引導的方法獨立學習、分析完成。（2）如何用實驗的方法區分自然光、線偏振光和部分偏振光？可采用分組討論的方式提出解決方案，方案可以在后續的實驗課上通過動手操作得到驗證。

本節的課程結構和課時安排，引入部分8分鐘，重點知識的講解30分鐘，難點知識20分鐘，例題及應用練習27分鐘，課后總結5分鐘。

“學生為主體，教師為主導”，這是現代教學的指導思想。教師在教學過程中要充分調動學生的學習積極性，使他們變被動學習為主動學習，變厭學為樂學。筆者通過“光的偏振”課堂教學環節設計，引發學生思考，激發學習興趣，使學生積極參與到教學活動中，引導學生自主學習。

參考文獻：

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[4]張尚劍.基于問題學習的物理光學研究性教學模式構建[J].科教文匯，2012（5）：115.

[5]周玲.大學物理情境的創設與應用[J].廊坊師范學院學報（自然科學版）2012（8）：121-128.

[6]朱湘萍.光學教學中培養學生科研能力模式的探析[J].湖南科技學院學報，2012（4）：52.

大學光學知識點總結范文第3篇

關鍵詞：形象化教學；光學；多媒體；教學改革

作者簡介：孫婷婷（1981-），女，山東淄博人，南京信息工程大學物理與光電工程學院應用物理系，講師。（江蘇 南京 210044）

基金項目：本文系南京信息工程大學八期教改項目（項目編號：11JY053）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）04-0078-02

光學是一門古老的學科，與人類文明的發展息息相關。隨著20世紀激光器的誕生，光學學科煥發了新的生命力，出現了許多以激光為基礎的現代光學分支和交叉學科，其內容和方法已經滲透到現代科技的各個領域。作為光信息科學與技術專業、應用物理學專業的核心基礎專業課程，“光學”課程定位于幫助學生奠定堅實的專業基礎知識，學習并建立科學的思想方法。鑒于光學課程的重要地位，教育工作者應當不斷探索符合學科發展、適合人才培養需求的教學方式。為了提高學生的學習效果，激發學生學習的主動性，筆者結合科研工作中的體會和教學過程中的實踐，對光學課程的形象化教學方法進行了討論。

所謂形象化教學法，指用日常熟悉的、簡單的、容易理解的現象解釋陌生的、復雜的、抽象的、不易理解的概念，或應用視頻形象化地將復雜的工作過程和抽象的概念展示出來。形象化教學是直觀性教學原則的具體體現，是各級學校各門課程都適用的一種重要教學手段。[1]對于“光學”課程而言，其本質上是一門實驗科學。無論是從幾何光學成像系統到光的干涉、衍射現象，還是從經典光學發展到現代光學，其中都包含了大量的理論和實驗內容。而且，這些理論和實驗聯系緊密，絕大多數理論直接來自于實驗又應用于科學實踐。[2]因此，從“光學”課程的實驗性特點出發，改革現有光學課程傳授式教學為主的現狀，在課程教學中加大形象化教學的比重，是各高校光學教學方法改革的重點之一。

如何在“光學”課程中貫徹形象化教學方法，使學生在進行抽象的邏輯思維同時建立形象化思維，增加學生對課程的理解和認識？筆者從以下幾個方面對此進行了總結。

一、積累教學片段，用生活化語言將抽象問題形象化

教學片斷是教師在長期的教學實踐中總結出的富有代表性的教學材料，它可以是一個類比，一個生活事件，一個故事等。[3]在教學活動中，對于一些比較抽象的概念和規律，采用常規教學方法難以使學生理解和掌握。如果教師能夠恰當地利用生活實踐中貼切的比喻和類比，使得抽象的概念具體化、形象化，則可以達到化繁為簡、事半功倍的效果，同時還可以啟發學生積極思考，鍛煉學生的形象思維能力，從而提高課堂教學效果。例如，在講述光的橫波特性時涉及到“橫波”和“縱波”的定義，如果教師只按照課本上“縱波振動與傳播方向一致，橫波振動方向與傳播方向垂直”的解釋一帶而過，并不能給學生留下很深的印象。筆者在教學過程也有所體會，很多學生只記住光是橫波的結論，至于什么是橫波卻解釋不清楚。在此，可以引入“取一根軟繩，一端固定在墻上，手持另一端上下抖動，就在軟繩上形成一列橫波”的例子說明什么是橫波，再引入“取一條軟彈簧，沿彈簧長度方向前后推動，則在彈簧上形成一列縱波”的例子，形象化總結縱波的特點。

通過形象化的說明，可以使學生更直觀地理解兩個概念的特點，加強記憶。但是，應用生活化的比喻和類比，并不是以淺顯的道理代替較深的理論，而是要求教師緊密結合教材內容，根據具體情況，做到言之有理，言之有據。還是針對上面的例子，雖然形象化的類比可以使學生快速領悟“橫波”和“縱波”的特點，但是從科學嚴謹性出發，光波是電磁波，與類比中的機械波既有相同又有區別。因此，在學生領悟到所傳遞的信息之后，還應當對電磁波和機械波的異同加以比較，既保證了知識的科學性、完整性，又鞏固了之前力學課程的知識點。

二、帶實驗進課堂，利用演示教具實現教學形象化

實驗是科學研究的一個重要方法和手段，也是理工科教學的重要內容。雖然大多數院校都開設了基礎光學實驗課，但是在時間安排上往往與理論課程不同步，造成了實驗和理論的脫節。學生不僅對基于實驗的理論難以理解，而且所學理論也不能很好地應用于實際。因此，在“光學”課程教學過程中，在學時條件允許下適當增加隨堂演示實驗，既可以提高學生的學習興趣、啟發學生積極思維，又可以增強學生對概念和規律的理解。得益于網絡技術的發展，筆者觀看了美國麻省理工學院理工科部分開放課程，印象極深的一點就是實驗進課堂教學。教授在講完物理定律和概念之后，會配合課堂演示實驗證明理論的正確，并且在每次課結束之前，還會安排一個與當堂知識相關的趣味實驗，讓學生思考觀察到的現象，鞏固所學的知識。值得一提的是，大多數演示實驗都是教授自行設計，所用道具和演示并不復雜，無需占用太多時間，卻收到非常好的教學效果。麻省理工學院的課堂教學安排值得我們在“光學”教學中學習和借鑒，當然，這也對教師的綜合素質提出了更高要求。

三、發揮多媒體優越性，動態演示實驗現象

由于計算機和網絡的敏捷發展，多媒體技術在教育領域得到了普遍的使用。多媒體集文字、圖形、動畫于一身，可以直觀、動態地演示物理實驗現象，充分調動了學生的積極性，為學生的學習和發展提供形勢多樣的學習環境。對于“光學”課程中儀器復雜或不易觀察現象的實驗，采用多媒體教學展示可以節約教師板書時間，清晰再現物理圖像，提高教學效率。例如，在光的波動性教學中，對于單縫衍射實驗，本身對實驗條件的要求就較高，因此在課堂上直接進行演示不切實際。教師可以用視頻為學生播放實驗錄像，并用課件繪制實驗裝置，結合板書進行理論分析。從推導的公式可知，單縫衍射的圖樣受波長、縫寬等因素的影響，觀察屏上的衍射圖樣會隨著實驗條件的變化而不斷改變，這與觀察到的實驗現象是一致的。利用多媒體課件進行動態演示，可以用實驗結果幫助學生理解相關的理論推導，彌補了傳統板書教學的不足，增大課堂的信息量。

四、利用仿真軟件構建虛擬實驗室，將抽象理論直觀化

培養具有科技創新能力的人才是教育改革關注的重點，加強專業基礎課程和適時引入科學前沿對創新人才的培養具有重要意義。對于“光學”課程的建設，各級各類院校積極推進教學內容的改革，在強調經典光學的基礎上，加大現代光學和光學前沿科技的比重，如激光技術、光纖通信技術、光電子技術等。由于現代光學內容涵蓋廣泛且涉及到學科交叉，對于背景知識不足的學生來講，很多抽象的概念和原理難以理解。受經費等條件的限制，大部分高校并沒有能力開設與前沿技術配套的實驗課程。

針對上述問題，有高校提出利用軟件仿真構建光學虛擬實驗室的方案。[4]通過虛擬實驗，既可以使學生了解和掌握復雜光學器件工作原理，又節省了設備運行經費。很多功能強大的工程軟件已經被應用到光學教學中，如MATLAB、Mathematic、光學設計軟件Zemax、光學仿真軟件Tracepro、BeamPROP等，不僅能夠通過直觀、形象的界面激發學生的興趣，還能夠拓展學生的技能和知識面。

參考同行經驗，筆者所在學校在推行光學課程改革建設的過程中，增設上機實踐課程，讓學生在虛擬實驗環境中了解光學器件在光纖通信、傳感和信息處理等領域的應用。例如，利用有限元分析軟件COMSOL的射頻模塊，可以模擬階躍光纖截面的模場分布，形象地展示光纖參數的改變對模場分布的影響（見圖1）。再如，用BeamPROP軟件繪制兩根平行直波導構成的耦合器，當光從一根波導入射時，利用軟件模擬光在兩波導之間的耦合過程，得到出射端兩波導的透射功率。然后改變入射波長、波導間距等參數，讓學生觀察總結出射端光功率的變化規律（見圖2）。結合模擬結果，教師進而闡述光纖耦合器、波分復用器等器件的工作原理，這樣學生理解起來要容易得多。調查顯示，自該課程開設以來，學生對光學課程的興趣和學習積極性都有所提高。

五、開展現代光學知識講座，增加學生感性認識

雖然在推行“光學”課程教學改革中，已經加大現代光學內容的比重，但是受課程學時的限制，系統詳細地講解現代光學內容是不現實的，因此只能對很多概念和原理做簡單口授，無法利用形象化教學手段展開闡述。對此，筆者認為可以通過在課余時間開展現代光學知識講座、建立討論小組等形式作為有益補充。例如，傳統光學課程里對于光柵的講解，一般都安排在光的衍射部分，并局限于對強度調制的二維平面透射光柵進行討論。學完這一部分后，很多學生對光柵的認識僅停留在這個階段。但是在實際中，其他類型的光柵表現出了更高的應用價值。比如光柵光纖傳感技術，由于其良好的檢測精度和線形響應，在多領域得到了廣泛的實際應用，是當前的研究熱點之一。在完成課堂教學任務之后，可以在課繞光纖光柵的主題開設講座介紹光柵光纖的成柵機制、制作工藝，光纖光柵傳感的原理和技術、傳感網絡的實現與解調等。在講座中，可以采用圖像、影音等直觀方式向學生傳遞信息，增強學生的感性認識，使得其知識體系更為完整。將抽象的理論和生活實踐聯系起來，有助于開闊學生的視野，也幫助學生未來更好地面對就業挑戰。

六、總結

綜上所述，在光學課程中應用形象化教學方法，可以幫助學生更牢固、更直觀地理解并記憶理論知識，也可以幫助學生將理論和實踐有機地結合起來，建立一種形象和邏輯相結合的思維方式。從實際教學效果來看，學生對光學課程的學習興趣明顯提高，對知識的理解也更為深入。

參考文獻：

[1]姜海麗,孫秋華.小議大學物理形象化教學[J].今日科苑,2007,(10):256.

[2]孫偉民.形象化教學在光學中的嘗試[J].物理與工程,2003,13(6):38-40.

大學光學知識點總結范文第4篇

關鍵詞：物理實驗 電學實驗 教學探究

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-0-01

大學物理實驗課程作為一門重要的基礎實驗課，是大學生進入大學后系統學習實驗方法和進行實驗技能訓練的開端，在培養大學生嚴謹科學的思維方式、分析和解決問題的能力等方面具有重要作用。大學物理實驗課程教學應以學生為本，充分調動學生的主觀能動性。這方面研究已有一些報道，如，利用演示實驗[1]，采用開放性實驗教學等[2]。除了教學方法改進外，對實驗課程的設置還需合理安排。大學物理實驗項目眾多，涉及光學、電學、磁性、熱學等各學科，合理安排實驗課程，找出實驗項目之間的聯系，對學生理解和掌握實驗至關重要。根據實驗不同的性質可以將實驗課程分成不同模塊，比如，光學模塊、電學模塊、磁學模塊等，在完成一個模塊后再進行下一個模塊實驗。這樣分模塊系統講解及演示實驗將使學生更好地掌握相關知識，形成一個連貫的知識脈絡。

1 電學實驗特點

大學物理實驗中，電學實驗眾多，幾乎占用實驗總學時1/3以上。目前大多數高校大學物理實驗中對于電學實驗的課程安排很多，主要有：電表改裝與校正、電橋測電阻、RLC串聯電路的暫態過程研究、數字電表實驗等。合理安排電學實驗順序，對電學實驗的共性及各個電學實驗的特點進行對比講授，并指導學生去完成相應實驗，對學生加深理解和掌握相關知識至關重要。電學實驗具有自身特點，相較其他類型實驗，電學實驗特點如下。

1.1 電學實驗連貫性好，可以由簡單實驗逐漸過渡到復雜實驗

學生在高中時已經接觸過簡單的電學實驗，如伏安法測電阻實驗，對電流表，電壓表都有一定了解，大學時接觸的電流（壓）表改裝校準實驗，就是對電流表、電壓表進行改裝并校準；惠斯通電橋測量電阻實驗，也是通過檢流計讀數是否為零來判斷電橋是否平衡，進而得出待測電阻的實驗。這些基礎性實驗的學習及對實驗數據的分析處理，對之后進行的難度稍大的開放性實驗，如數字電表實驗是一個很好的訓練。

1.2 電學實驗原理簡單，相較其他較為復雜類型的實驗，學生更容易理解和掌握

如光學實驗中，很多概念學生以前沒有接觸過，對光的基本理論、光源發光的宏觀特性，光波的相干性和偏振態等不熟悉理解，則光學實驗很難做好，甚至不能進行。而電學實驗中利用的基本公式就是歐姆定律，不同的電學實驗都是在歐姆定律的基礎上簡單變形得到的，學生對電學原理掌握基本沒有問題，只要做了預習一般都可以完成實驗項目。

1.3 電學實驗中儀器簡單并且使用較普遍

電學實驗中常見的儀器主要有電流表、電壓表，檢流計、滑線變阻器、電阻、萬用表等，這些儀器操作簡單，原理易懂，而且很多電學實驗都是利用這些儀器來完成。而其他類型實驗，儀器復雜，如光學實驗中分光計、干涉儀和攝譜儀等，光學儀器本身原理很復雜，學生要調節到儀器正常使用狀態需要具有較好的操作技能，這對學生正常完成實驗提出了更高的要求。

1.4 電學實驗涉及知識點相對較少

其中電表等級的概念是電學中一個非常重要的概念，需要學生很好地掌握。電表的等級是用來表示電表的精確度的，我國規定電表分為七個等級，等級數值越小，電表的精確度越高。實驗之前，應向學生清楚介紹實驗所用電流表、電壓表、檢流計等電學儀器的等級，使學生對實驗測量結果的準確程度有一直觀了解。

2 電學實驗教學側重點

針對電學實驗上述特點，在電學實驗教學中應側重以下幾點。

2.1 提出預習問題，抓好預習關

盡管電學實驗原理簡單，但還是要抓好學生預習關。學生只有預習好，才能在實驗中很好地完成操作。常規預習方法學生只是一個從書本摘抄的過程，缺少自己獨立的思考。在實驗教學中，應在學生做實驗之前布置一些相關思考問題，讓學生帶著問題去預習，只有學生在預習中進行了思考，預習才有效果。比如，開放性實驗的數字電表實驗，可以在預習前給學生提出幾個思考問題：如，簡述模數轉換器的基本原理；如何通過電路設計來實現多量程直流電流（壓）表改

裝等。

2.2 對實驗所涉及的背景知識講解清楚

在電學實驗教學中，遇到的一個比較多的問題是學生對所做實驗的目的不清楚，不知道為什么要做這個實驗，以及這個實驗在實際中如何應用等。實驗相關背景知識一般在教材上內容很少，學生盡管做了預習，但一般不十分清楚。為此，教師在課堂教學時應對背景知識重點講述。

如電表改裝實驗，教師應該使學生認識到電表改裝實驗等同于儀表廠電表的設計與制作，充分調動學生的課堂積極性；惠斯通電橋測量電阻實驗，應向學生強調通過實驗來學習一種新的實驗方法（比較法），通過比較法的學習來實現對電阻的準確測量。

2.3 課堂實行分段式教學，鼓勵學生大膽嘗試，勇于創新

一個好的實驗課程安排應該使學生感到適度的緊張，過分寬松的課堂環境會使學生走神，不能把精力全部集中在實驗上。為此，課堂教學可以采用分段式教學，結合適當的提問，讓學生始終保持一種精神集中的狀態。

可以將實驗分成兩個部分，每一部分做完后，及時對學生的實驗結果進行總結，并對實驗中學生存在的問題給予解答，這樣會加深學生對實驗的理解，當然這需要教師對實驗內容進行充分合理的設計。課堂教學中同時應利用學生接觸新實驗時的好奇心理，引導學生對實驗進行創新。

“興趣是最好的老師”，如果能通過課堂實驗教學激發出學生學習知識及科學研究的興趣，就實現了大學物理實驗教學的

初衷。

3 結語

以上是作者根據大學物理電學實驗課程教學的特點，結合自身教學中遇到的問題，對大學物理實驗教學提出的幾點具體措施，希望能對高校學生知識、能力和素質培養方面起到一定積極作用。

參考文獻

大學光學知識點總結范文第5篇

關鍵詞：光學軟件；仿真；教學改革

作者簡介：陳明陽（1976-），男，浙江衢州人，江蘇大學機械工程學院，副教授。（江蘇 鎮江 212013）

基金項目：本文系江蘇大學工業中心2012年國家級實驗教學示范中心實踐（工程訓練）教學改革研究項目（項目編號：ZXJG201201）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）22-0102-01

光信息科學與技術是光學和信息科學與技術相結合而形成的交叉學科，它主要研究光信息的產生、獲取、轉換、傳播、存儲等過程中的普遍規律及其應用。[1-2]近年來，以軟件設計和分析為特色的光學系統與器件設計在實際中應用日益廣泛。例如，基于光學系統設計的成像光學設計和非成像光學設計、基于光纖和光波導技術的波導設計和光纖技術、基于光纖通信網絡的通信系統設計、基于激光器的激光器設計等，這些都需要以軟件設計和分析為基礎。

近年來，本專業開設了為數不少的光信息專業軟件課程，如光學系統設計、CODEV軟件及應用、光通信器件設計、光通信系統設計、虛擬實驗室技術、Matlab在光信息處理中的應用等課程。這些設計類的課程已經成為光信息科學與技術專業的重要專業課程，它有效地連接了本專業的基礎專業知識和工程實踐應用。例如，光學系統設計是光學工程基礎理論知識的主要應用之一。[3]光學系統設計廣泛應用于以經典光學和現代光學為基本原理的各種儀器或儀器部件中，如LED照明燈的燈具的設計，相機鏡頭、手機鏡頭以及顯微鏡等鏡頭設計等等。光學系統設計應用幾何光學和波動光學的理論分析和處理工程中遇到的與光學系統相關的實際問題。光學系統設計課程強調邏輯分析的理論方法和編程處理的工程方法的訓練，強調算符方法、數值模擬和系統設計的訓練，目的在于提高學生分析問題、解決問題的能力。光學系統設計技術與軟件的應用已經成為光信息科學與技術專業學生需具備的重要的能力之一。

科學技術的發展促進了企業和社會對這方面人才需求的增加，相比于大型實驗設備，軟件設計起點低，使學生能夠更快地與實際課題接軌。因此，也成為本專業近年來發展的重點之一。本專業教師在專業軟件教學中不斷摸索，總結出了一些經驗，也形成了一定的特色。下面從教學體系、課程教學方法、學生學習要求、考核方面幾個方面對光學專業軟件的教學進行探討。

一、課程教學體系改革

傳統的專業課程教學前后課程之間往往缺乏有機聯系和有效的交叉。這樣的結果是學生對理論課程缺少興趣，而當學習設計類課程需要用到這些理論知識時，學生又感覺迷茫，無法將以前的課程聯系起來，在一定程度上也導致課程學習質量的下降。因此，學生學習積極性和效率較低。為此，本專業教師有意識地將先修的理論課程中加入部分軟件實例，即在理論教學過程中引入一些專業軟件分析得到的結果。一方面可以使課程教學更為直觀、形象，教學內容更多樣，豐富了教學素材，有利于學生理解課程內容；另一方面，無形中也激發了學生學習專業軟件的興趣。而在軟件設計課程教學中，結合實例，運用專業知識來分析問題和解決問題，使得學生能夠將專業知識和軟件運用聯系起來，加深了學生對選修課程和知識的認識，也促進了他們對軟件的認識。

同時，在設計類課程教學結束后，增加了后續課程，即專門的課程設計。在課程設計中，要求學生完成指導教師提供的設計任務，在教師指導下，獨立完成設計工作，通過課程設計，使學生能夠真正全面地應用專業軟件的設計和分析功能，并將專業知識融合到具體的設計和分析中。既使學生能夠獲得全面的鍛煉，也鞏固了選修的專業知識。

在最后一學期，除了常規的畢業設計任務外，教師們通過前期與企業的溝通與聯絡，積極為學生落實有關實習企業。學生在畢業設計期間可以到企業實習，并直接參與具體產品的設計任務，通過與企業導師和本專業指導教師的聯合指導，完成從機械結構設計、光學系統設計與性能分析、優化，到產品樣品制作一個系列的設計與制作過程。實踐表明，這個過程大大增強了學生綜合運用專業知識和專業軟件的能力，也增強了學生走向社會的自信心。經過這個環節鍛煉的學生畢業后都能夠很快融入企業，并在企業科研一線發揮積極作用。

二、課程教學內容改革

課程教學方面，傳統軟件教學方法是首先介紹菜單、工具欄、命令等操作內容，再介紹詳細的軟件原理、操作步驟等。教學中發現，這種介紹方式內容單一、枯燥，教學內容前后往往沒有直接的聯系，事實上，軟件也普遍存在不少不常用的命令。這樣，一方面學生對教學內容不感興趣，另一方面教師教學也缺少激情。同時，由于軟件教學的特點，一般是以多媒體教學為主的教學方式，這種方式由于與實際的軟件操作有差別，缺少連貫性和直觀性。這些都容易導致學生思想不集中和對課程失去興趣。為此，探討逐步減少命令、操作等軟件細節方面的單一教學，改為以實例為目的的目標教學。在課堂上只進行少量的基本操作教學，開始以實例為主進行教學。對于個別容易自學的軟件，要求學生課前自學，而不在課堂上對軟件基本操作做系統介紹。在課堂上以某一具體研究對象或任務為目標，通過結合專業知識對問題進行分析，明確需要設計和分析的內容，再通過軟件操作實例進行示范，直接在課堂上通過軟件進行演示。這樣，一方面，學生在聽課過程中需要調動思維，對問題進行分析和設計，調動了學生的積極性，增加了學生在課堂上的參與度。由于需要用專業知識去分析和設計，這樣也促進學生對已有專業知識的理解和運用；另一方面，由于有具體的分析對象和目標，學生也能夠更容易理解軟件的操作原理和原則。同時，通過直接的軟件演示教學，學生也更容易理解有關操作要求。當然，由于要求現場操作，對任課教師的要求也提高，要求任課教師對軟件的使用要非常熟悉并能夠靈活運用。

三、學生學習方式改革

學生學習方式從最初的被動式課堂聽課、上機練習，逐漸改變為以主動性的課堂學習討論，課后自主設計與分析，以及綜合性設計為主的主動式學習。值得注意的是，這種主動式學習的前提是需要充分地調動學生的積極性和學習興趣，使學生對課程學習的重要性和意義有足夠的認識。近幾年來，由于在就業方面已經形成一定的良性循環，低年級學生也較早地意識到有關專業軟件學習的重要性和優勢。總體上，學生對這類課程的興趣在逐年增加。

四、考核方式改革

課程考核方式不僅是對學生學習本課程情況的一種重要評價方式，客觀上也是激發學生學習積極性的一項重要因素。目前，比較常用的考核方式包括筆試、上機考試和大作業。幾種方法更有利弊，下面針對專業軟件課程考試對這幾種方法的優劣進行分析。采用筆試的方式進行考核，是最傳統也最簡單的考核形式。但實踐表明，這種側重軟件操作和實踐的課程，以筆試的方式更多的只是測試學生對知識點的掌握程度，而無法有效了解學生對軟件使用的熟練程度以及專業知識綜合運用與分析的能力。顯然，相比較而言，采用上機考試是更為合理的方式。比較常見的上機考試方法是出一些具體的設計任務，限定學生在規定時間完成整個設計任務。但這種方式也存在一些缺點，比如，由于針對具體實例的設計與分析往往需要的時間長，操作的關聯性強，很容易出現學生因為個別難點未掌握而后續分析完全錯誤的情況。同時，由于在常規的兩個小時左右的考核時間內，一般只能完成為數不多的幾個任務，考核的結果存在較大的隨機性。另一種比較合理的考核方式是采用任務式的大作業，即布置相關任務，由學生在課后規定時間內完成，并提交相關程序和報告。這種方式更接近于實際應用，還可以使學生在任務完成過程中得到鍛煉，是一種較為可行的方法。當然，這種方法也有一定的缺點，由于缺少有效的監管，部分主動性差的學生，容易出現偷懶和抄襲現象。綜合可見，上機和大作業相結合的方法是較合理的考核方式。

五、總結

實踐表明，通過以上措施，明顯地調動了學生學習的興趣與積極性，有效地提高了學生的設計與專業思維能力，也有效地促進了學生的就業和升學。近年來，隨著從事設計類工作學生在就業和發展上優勢日益明顯，學生在設計類課程學習中的主動性明顯增強，形成了良性循環的良好機制。

參考文獻：

[1]胡章芳，潘武.光信息科學與技術專業建設中創新人才培養的探索[J].科學咨詢（科技·管理），2012，（8）：160-161.