淺談如何在光電信息工程專業(yè)的理論課程教學(xué)中聯(lián)系實(shí)際

耿滔+賈宏志

摘要：本文從兩個(gè)方面淺析了在光電信息工程專業(yè)的理論課程中，如何理論聯(lián)系實(shí)際，提升學(xué)生學(xué)習(xí)理論課程的主動(dòng)性，變要我學(xué)為我要學(xué)。一是將理論知識(shí)與實(shí)際的光學(xué)儀器相結(jié)合，通過(guò)講解儀器的工作原理來(lái)學(xué)習(xí)理論知識(shí)；二是將教師的科研工作聯(lián)系到教學(xué)中，使得課堂教學(xué)能反映當(dāng)前社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最新水平，拓寬學(xué)生的視野。

關(guān)鍵詞：光電信息工程專業(yè)；理論課程教學(xué)；聯(lián)系實(shí)際

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）01-0092-02

光電信息工程專業(yè)最早起源于上世紀(jì)50年代初的“光學(xué)儀器”專業(yè)，其后為了適應(yīng)國(guó)家加速信息化發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的需要，專業(yè)名稱幾經(jīng)變更，如1993年調(diào)整為“光學(xué)技術(shù)與光電專業(yè)”，1998年更名為“信息工程”和“光信息科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)等。該專業(yè)幾經(jīng)發(fā)展，成為光學(xué)、光電子學(xué)、電子信息技術(shù)科學(xué)的交叉學(xué)科，是與實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系的專業(yè)。

我國(guó)的高等教育法將“培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才，發(fā)展科學(xué)技術(shù)文化，促進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)”的目標(biāo)以立法的形式對(duì)各高等院校提出了基本的要求。但目前光電信息工程專業(yè)的本科專業(yè)培養(yǎng)普遍存在與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)的問題，使得畢業(yè)生在相關(guān)專業(yè)的就業(yè)比例不高。為了解決這一問題，不少高校引入了生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，且這一環(huán)節(jié)越來(lái)越受到重視，在培養(yǎng)計(jì)劃中占的比重逐漸提高。而另一些研究型高校將目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)了高端應(yīng)用，開始探討和培養(yǎng)光電信息工程專業(yè)的研究型本科人才。

一、將理論知識(shí)的講解與實(shí)際的光學(xué)儀器相結(jié)合

現(xiàn)今是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，這使得本專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)研究成果日新月異，大量的前沿成果被持續(xù)不斷地應(yīng)用到新系統(tǒng)、新產(chǎn)品中，這需要學(xué)生有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并在此基礎(chǔ)上建立起良好的自習(xí)能力，能夠消化、了解本領(lǐng)域的前沿理論，把握當(dāng)代光電信息技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)。但在實(shí)際授課過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)學(xué)生對(duì)理論課程學(xué)習(xí)熱情不足的現(xiàn)象，這是因?yàn)槔碚撜n程本身具有較抽象，數(shù)學(xué)概括程度較高的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程，如高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、大學(xué)物理，甚至數(shù)學(xué)物理方法等，具有一定的要求。

比如在信息光學(xué)的課程中，需要學(xué)生掌握各種特殊函數(shù)及其相應(yīng)的傅里葉變換，并要求能綜合應(yīng)用傅里葉變換的相似性定理，位移定理等對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行分析和計(jì)算，這就對(duì)學(xué)生前期的數(shù)學(xué)課程提出了一定的要求。另一方面，又需要學(xué)生對(duì)前期物理光學(xué)課程中學(xué)習(xí)過(guò)的菲涅爾衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射等知識(shí)有較好的掌握，這樣才能全面理解空域的衍射理論和頻域的角譜傳播理論之間的區(qū)別和聯(lián)系，從而為信息光學(xué)處理的后續(xù)課程打下基礎(chǔ)，這又對(duì)學(xué)生前置的專業(yè)課程提出了一定的要求。而學(xué)生常常會(huì)因?yàn)榍袄m(xù)課程沒有學(xué)好，或者前續(xù)課程已經(jīng)遺忘，對(duì)這些課程產(chǎn)生即難學(xué)又無(wú)用的感覺，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性下降，使得自身專業(yè)理論基礎(chǔ)薄弱，失去了發(fā)展的后勁。

所以，這些現(xiàn)實(shí)情況對(duì)本專業(yè)理論課程的教學(xué)提出了很高的要求，一是在授課過(guò)程中要將教材中的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系在一起，將一些抽象問題具象化，不能讓學(xué)生產(chǎn)生我學(xué)了這些理論知識(shí)到底有什么用的疑問。例如在講解光柵的課程中，如果教師只是對(duì)光柵方程進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并讓學(xué)生記住方程，這種教學(xué)明顯是枯燥無(wú)趣的。學(xué)生學(xué)完之后會(huì)產(chǎn)生我為什么要學(xué)這個(gè)的疑問，感覺背了一堆公式，除了能解幾個(gè)題以外毫無(wú)用處。但如果教師在教學(xué)時(shí)能結(jié)合光柵光譜儀等應(yīng)用到光柵的實(shí)際儀器進(jìn)行講解，向?qū)W生闡述儀器的基本原理，不僅能讓學(xué)生深入了解光柵這一光學(xué)器件的作用，更重要的是讓學(xué)生了解自己所學(xué)的知識(shí)可以實(shí)際應(yīng)用于哪些領(lǐng)域，變要我學(xué)為我要學(xué)，大幅提升學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

另一方面，還需要教師能將學(xué)生學(xué)過(guò)的專業(yè)課程的知識(shí)相互串聯(lián)起來(lái)，讓學(xué)生做到溫故而知新，讓他們明白原來(lái)以前學(xué)過(guò)的知識(shí)可以應(yīng)用的各種不同的場(chǎng)合，讓他們明白知識(shí)體系不是孤立存在的，而是一個(gè)有機(jī)整體，其中只要有一個(gè)地方脫節(jié)，就會(huì)影響到整個(gè)知識(shí)體系的掌握。例如在相關(guān)傳導(dǎo)波和倏逝波的教學(xué)課程中，可以與學(xué)生學(xué)過(guò)的瑞利判據(jù)和儀器的分辨本領(lǐng)結(jié)合起來(lái)講解，甚至可以擴(kuò)展到我們對(duì)空間特性的認(rèn)識(shí)，這樣學(xué)生不僅復(fù)習(xí)了原有的知識(shí)，還可以較好地掌握新學(xué)的知識(shí)。這樣學(xué)生才會(huì)主動(dòng)地去復(fù)習(xí)前置課程，對(duì)自身的不足進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)知識(shí)體系相互串聯(lián)起來(lái)，不易遺忘。

二、將教師的科研工作聯(lián)系到教學(xué)中

專業(yè)理論課程的教學(xué)需要教師能夠活躍在本領(lǐng)域的科研第一線，在教學(xué)過(guò)程中將還沒有來(lái)得及寫進(jìn)教材，但已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于各種新型光電器件的最新研究成果傳授給學(xué)生，讓學(xué)生的知識(shí)體系跟上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不讓學(xué)生產(chǎn)生我們學(xué)的東西都停留在上世紀(jì)乃至上上世紀(jì)的感覺。例如目前課本中的衍射理論主要是基于傍軸近似的標(biāo)量衍射理論，在授課過(guò)程中，教師可以從傍軸近似推廣介紹到離軸的標(biāo)量衍射理論，并對(duì)比不同理論的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，拓展學(xué)生的知識(shí)面，讓學(xué)生有繼續(xù)學(xué)下去的欲望。再比如說(shuō)對(duì)于偏振這一問題的講解，除了書本上的線偏振、圓偏振和橢圓偏振以外，目前柱矢量光，即徑向偏振光和角向偏振光也得到了充分的研究，并逐漸被利用到超分辨成像、光學(xué)微操控等領(lǐng)域，教師應(yīng)該結(jié)合當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，對(duì)書本知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充和拓展，避免學(xué)生的知識(shí)與當(dāng)前科技發(fā)展的最新水平相脫節(jié)。

再比如，在講解衍射公式時(shí)，通常會(huì)提到衍射極限問題。教師可以以此展開，向?qū)W生介紹目前科學(xué)界在突破衍射極限這一問題上所做的努力以及已取得的成果，同時(shí)闡述近場(chǎng)光學(xué)掃描顯微鏡、共聚焦顯微鏡和受激發(fā)射損耗熒光顯微鏡是分別應(yīng)用什么原理來(lái)實(shí)現(xiàn)超分辨成像的，以及這些系統(tǒng)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，這樣可以拓寬學(xué)生的視野，使得課堂教學(xué)能反映當(dāng)前社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從而有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)生熱情。

考慮到很多儀器特別是大型儀器，是系統(tǒng)工程的結(jié)合，綜合了光機(jī)電各學(xué)科的知識(shí)，因此在備課時(shí)需要跨學(xué)科的與其他專業(yè)的教師進(jìn)行交流，互通有無(wú)，而很多高端儀器應(yīng)用了最新的研究成果，這又需要教師不斷更新自己的專業(yè)知識(shí)，不能與當(dāng)今的科技發(fā)展速度脫鉤。由此可見，想要在光電信息工程專業(yè)的理論課程教學(xué)中聯(lián)系實(shí)際，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，對(duì)任課教師也提出了更高的要求。

三、結(jié)束語(yǔ)

為了達(dá)到上述目的，我們需要通過(guò)大范圍調(diào)研目前已實(shí)際應(yīng)用于日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、以及科學(xué)研究的各類光電儀器，聯(lián)合光學(xué)、電氣、機(jī)械和通訊等領(lǐng)域的專業(yè)教師聯(lián)合備課，了解其設(shè)計(jì)思想，掌握其工作原理，然后進(jìn)行分類整理，利用科學(xué)軟件對(duì)部分儀器進(jìn)行建模、仿真。在理論教學(xué)過(guò)程中，利用3D仿真等現(xiàn)代化教學(xué)手段，結(jié)合實(shí)際的儀器應(yīng)用對(duì)專業(yè)理論知識(shí)進(jìn)行講解，使學(xué)生覺得學(xué)能致用，從而大幅提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。另一方面，教師要做好自己的研究工作，積極申請(qǐng)國(guó)內(nèi)科研項(xiàng)目，并能將研究成果聯(lián)系到教學(xué)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]郁道銀，蔡懷宇，葛寶臻，等.光電信息工程專業(yè)建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].光學(xué)技術(shù)，2007，（33）：293-294.

[2]林逸群.光電信息工程專業(yè)實(shí)習(xí)新模式探索和實(shí)踐[J].光學(xué)技術(shù)，2008，（34）：307-308.

[3]潘永強(qiáng)，杭領(lǐng)俠，劉為國(guó)，等.光學(xué)制作領(lǐng)域應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31（10）：269-273.

[4]劉向東，劉旭，劉玉玲.從高等教育的發(fā)展到光學(xué)工程類專業(yè)研究型人才培養(yǎng)方案再調(diào)整的思考[J].光學(xué)技術(shù)，2007，（33）：276-279.

[5]岑兆豐，李曉彤，劉向東，等.以應(yīng)用光學(xué)為基礎(chǔ)的大學(xué)生科研訓(xùn)練[J].光學(xué)技術(shù)，2008，（34）：315-316.

[6]陳家璧，蘇顯渝，朱偉利，等.光學(xué)信息技術(shù)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2013.

Applying Theory to Practice in Theory Courses for Optical-Electrical Information Engineering

GENG Tao，JIA Hong-zhi

（School of Optical-Electrical and Computer Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

Abstract：In this paper，we discuss the problem of how to apply theory to practice in theory courses for optical-electrical information engineering from two aspects.The purpose is to improve students'learning initiative in theory courses and lead to student's idealistic change from"I am required"to"I require".First，it should combine theoretical knowledge and optical instrument in theory courses.The students can master theoretical knowledge by learning the working principle of the instruments.Second，teachers'scientific research work should be linked to teaching.Then，the students can touch the latest development of science and technology.It can broaden their vision and improve their learning initiative in theory courses.

Key words：optical-electrical information engineering；applying theory to practice；linking to practice