面向特色专业的《工程光学》课程教学改革
1.引言
《工程光学》是我校机电与信息工程学院测控技术与仪器专业单独开设的一门专业基础课。该专业主要研究信息的获取和处理，以及对相关要素进行控制的理论与技术；是电子、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。
《工程光学》课程教学内容分为几何光学和物理光学两部分[1]，其教学目的是培养学生运用相关理论分析和解决测控工程中“工程光学”问题的能力。该课程在测控技术与仪器学科中有重要地位，起承上启下的作用，是学好后续的专业课程的基础。
2.基于特色专业的教学内容的调整
2.1工程光学的基本内容
光学可分为几何光学、物理光学和量子光学。几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发，研究光的传播问题的学科。物理光学是从光的波动性出发研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。量子光学是从光子的性质出发，研究光与物质相互作用的学科即为量子光学。它的基础主要是量子力学和量子电动力学。
结合测控专业的需要，在工程光学课程主要内容几何光学与物理光学两部分，让学生掌握经典光学和现代光学的基本知识。
2.2教学内容的调整
对于本科教学而言教材的选择非常重要。我们面向的教学对象是测控技术与仪器专业，测控技术发展的趋势是光、机、电、计算机一体化，光学在信息获取、传输、处理、存储等四个重要环节中占据越来越重要的位置，高精度的测控仪器设备都具有光学系统，且后续专业课程如“光电检测技术”等要求学生具备坚实的光学基础。
经过教学实践，我深感该课程教学内容分布多，涉及面广，概念多、数学推导复杂，讲解完之后学生总觉得内容稍显陈旧且难以理解，有点脱离实际[2]。我们对该教材的内容做了如下调整：结合测控专业特点，突出知识体系的重点和难点，在保证基础内容的前提下，压缩经典光学的内容，删除与普通物理学课程重复的内容[3]，增加现代光学内容的同时结合矿业工程中的科技前沿。
2.1.1几何光学内容的调整
在几何光学部分，第一章中压缩几何光学基本定律的内容，以球面成像系统为重点。第二章理想光学系统是重点，第三章与第四章分别是结合实际对第二章的补充。删除教材中第五章光度学和色度学基础的部分内容，把光学量和光照度等内容结合第七章典型光学系统进行讲解。第七章补充光学系统的设计，并把现代光学系统放在课程最后重点讲解。把第六章与第八章整合。
2.2.2物理光学内容的调整
在物理光学部分，删除与普通物理重叠的第九章光的电磁理论基础，以光的干涉、光的衍射、光的偏振为教学重点，重视基本原理、定律的介绍，淡化公式推导，强调概念的物理意义及其应用。这样使学生既掌握理论的发展，了解各物理参量的影响规律，又结合工程实际，做到理论联系实际，学起来也相对轻松。例如光的衍射中，详细介绍衍射理论的发展过程，淡化公式推导，强调每一种理论的近似条件，重点介绍公式中影响衍射场上光的复振幅分布的每一项的物理意义。用圆孔衍射的结论分析光学成像系统的分辨本领，由单缝衍射引申到双缝衍射，推出多缝衍射得到光栅的衍射，如图1所示。
图1 光的衍射主要教学内容
2.2.3现代光学系统的补充
激光具有相干性好、方向性强、单色性好的特点，在测控技术及仪器中被广泛采用。重点讲解激光的传播特性，准直与聚焦的方法。补充介绍激光器的结构、种类，各类激光的特点、选用原则。介绍光电监测系统的组成及原理如图2所示[4]，以红外测温仪、液压油污染颗粒光电检测系统为例，用干涉原理开发的激光测距仪；利用光栅测量原理进行开发的用于煤矿井下顶板离层及两帮变形的监测系统；光的偏振原理研制的光弹仪，等等。
图2 光电监测系统原理框图
3.教学方法和教学手段的改革
3.1编制多媒体教学课件
由于“工程光学”课程知识面广、光路图多、数学推导复杂[5]，如果教师仅用传统教学方法在黑板画光路图，因图形缺乏立体感，则对一些抽象的光学名词，如渐晕光阑、入瞳与出瞳等，学生很难理解；繁琐的公式推导常使教学过程冗长、枯燥，学生失去兴趣。充分运用现代教学手段，投入了很多精力编制“工程光学”多媒体教学课件。课件重点突出、层次分明、目的明确、形象生动，使学生易于理解，强化学习效果。
3.2归纳总结与对比教学法法
在教学过程中突出重点和难点，每章结束时会对本章内容进行总结、归纳，让学生对本章有总体把握，以便学生复习。并把本章的重点和难点以选择题的方式呈现，与学生进行互动，促使学生对所学知识在系统归纳总结的基础上加以理解，培养学生独立思考和分析问题的能力。
4.结语
通过对“工程光学”课程教学内容进行大胆整合，补充现代光学科技前沿的内容，强调理论与实践相结合，并对教学方法和教学手段进行改革，使我校的“工程光学”课程教学不仅满足以矿业工程为背景的测控专业的需要，而且在较少的学时内圆满完成教学任务，取得良好的教学效果。以上改革方法均在多年教学中得以运用，实际教学效果证明这些改革措施有效可行。
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