光學(xué)設(shè)計(jì)仿真教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)互補(bǔ)性研究

何文森,楊華軍,蔡楊偉男，江 萍,柯莎莎，何書航

(電子科技大學(xué) 物理電子學(xué)院， 成都 610054)

·實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新·

光學(xué)設(shè)計(jì)仿真教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)互補(bǔ)性研究

何文森,楊華軍,蔡楊偉男，江 萍,柯莎莎，何書航

(電子科技大學(xué) 物理電子學(xué)院， 成都 610054)

介紹了光學(xué)設(shè)計(jì)仿真教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)(包括：理論教學(xué)、演示實(shí)驗(yàn)、光學(xué)設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)4個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié))互補(bǔ)性研究的教學(xué)目的及方法,主要針對(duì)大學(xué)生專業(yè)思維能力培養(yǎng)訓(xùn)練的提高(包括4個(gè)方面)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。近幾年來(lái)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過對(duì)空間光通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課教學(xué)新方法的不斷完善和大學(xué)生專業(yè)思維能力培養(yǎng)的訓(xùn)練，調(diào)動(dòng)了大學(xué)生追求真知和探索科學(xué)奧秘的積極性，提高了大學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力，切實(shí)加強(qiáng)了大學(xué)生專業(yè)思維能力和綜合創(chuàng)新動(dòng)手能力的培養(yǎng)，教學(xué)質(zhì)量有了大幅提升。并列舉了部分大學(xué)生的創(chuàng)新例證，達(dá)到了大學(xué)生鍛煉自己、培養(yǎng)專業(yè)思維能力訓(xùn)練及綜合創(chuàng)新動(dòng)手能力的目的。

光通信； 理論教學(xué)； 仿真教學(xué)； 實(shí)踐教學(xué)； 互補(bǔ)性

0 引 言

“空間光通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”是一門注重理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合型、設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型的課程。近幾年來(lái)教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對(duì)空間光通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方法和鮮明的課題特色，著重從專業(yè)學(xué)科方向夯實(shí)基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念,探索空間光通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課教學(xué)新方法；專業(yè)思維能力訓(xùn)練3個(gè)方面重點(diǎn)開展了光學(xué)設(shè)計(jì)仿真教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)互補(bǔ)性研究和探索。著力培養(yǎng)大學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)的理論知識(shí)、光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件和實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)解決實(shí)際問題的能力[1-2]。

1 結(jié)合專業(yè)學(xué)科方向和前沿技術(shù)講座，激發(fā)大學(xué)生對(duì)科學(xué)積極探索的精神和學(xué)習(xí)興趣

通過邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外著名專家學(xué)者舉辦專業(yè)論壇和學(xué)院專家、教授定期舉辦物理論壇、前沿技術(shù)講座，把最新的科學(xué)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)和科研成果(結(jié)合專業(yè)學(xué)科方向)即時(shí)詳細(xì)地介紹給本科生，讓他們對(duì)當(dāng)今世界科技發(fā)展的動(dòng)態(tài)有所了解。啟迪智慧，求實(shí)創(chuàng)新，激發(fā)大學(xué)生對(duì)科學(xué)積極探索的精神和學(xué)習(xí)興趣[3-4]。

2 夯實(shí)基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念,探索空間光通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課教學(xué)新方法

本科生在進(jìn)入大二學(xué)習(xí)階段，除了要求學(xué)好基礎(chǔ)課，在空間光通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課上要有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力、創(chuàng)新能力和科技論文撰寫能力，具體來(lái)說(結(jié)合專業(yè)學(xué)科方向)體現(xiàn)在4個(gè)方面：① 基于Matlab,MATHCAD 等仿真軟件，實(shí)現(xiàn)復(fù)變函數(shù)、數(shù)學(xué)物理方程、特殊函數(shù)的計(jì)算機(jī)仿真與三維可視化動(dòng)態(tài)求解。② 培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模和數(shù)值仿真的能力，用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際物理和工程問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的基本素養(yǎng)和方法。③ 拓展學(xué)生在空間光技術(shù)領(lǐng)域的視野，提升在空間光技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。④ 培養(yǎng)學(xué)生撰寫科研論文的能力。

針對(duì)以上4方面的目的，空間光通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課教學(xué)有4點(diǎn)要求：① 課前做好相關(guān)的預(yù)習(xí)工作。在此階段需要詳細(xì)地理解實(shí)驗(yàn)原理、仿真軟件的使用方法和實(shí)驗(yàn)儀器的介紹資料。對(duì)不清楚的問題可以和指導(dǎo)教師交流獲取相關(guān)信息，也可以在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下通過查閱文獻(xiàn)獲取。這一部分重點(diǎn)突出學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。② 課堂上仔細(xì)理解指導(dǎo)教師的講解和演示，在實(shí)驗(yàn)過程中親自體會(huì)實(shí)驗(yàn)的目的和意義。并通過實(shí)踐過程深入理解如何通過數(shù)學(xué)的方法對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行建模和仿真，并使其得到求解。③ 課后需要學(xué)生對(duì)課堂上的內(nèi)容進(jìn)行回顧，做好課后思考題，并且根據(jù)自己的見解提出更新的想法和思路，積極和指導(dǎo)教師聯(lián)系討論，進(jìn)一步鞏固自己在這一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)收獲。④ 本課程要求學(xué)生能夠突破常規(guī)的指導(dǎo)教師演示、學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)的模式，積極鼓勵(lì)學(xué)生將自己的思維融入到課程之中去。因此評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)也將從傳統(tǒng)的單純看實(shí)驗(yàn)結(jié)果而不注重能力的培養(yǎng)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向?qū)W生思考問題的能力和綜合動(dòng)手創(chuàng)新的能力考查。

空間光通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課教學(xué)新方法包括：理論教學(xué)、演示實(shí)驗(yàn)、光學(xué)設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)4個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。

2．1理論教學(xué)

理論教學(xué)以多媒體教學(xué)形式，講授內(nèi)容可以直接采用多媒體課件講授，在講授的過程中打開Matlab的集成開發(fā)系統(tǒng)輔助介紹和解釋相關(guān)內(nèi)容，給學(xué)生以直接的感受。由于采用小組上課，可以給每一名學(xué)生提供足夠的交流機(jī)會(huì)。本實(shí)驗(yàn)課程的理論教學(xué)是雙向互動(dòng)的，可以保證學(xué)生能夠充分地理解。理論教學(xué)的內(nèi)容以課程要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主，并將前沿科研項(xiàng)目納入到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行前瞻性創(chuàng)新思維能力訓(xùn)練。

2．2演示實(shí)驗(yàn)

教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的演示可以采用實(shí)物演示和多媒體演示兩種方案。為了避免學(xué)生以葫蘆畫瓢式的簡(jiǎn)單模仿，積極啟發(fā)他們的主動(dòng)性與創(chuàng)新意識(shí)，有的時(shí)候會(huì)適當(dāng)采取使用多媒體介紹各種元器件的工作原理，把動(dòng)手動(dòng)腦的機(jī)會(huì)留給他們自己，采用不懂就交流的方式推動(dòng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的深入理解。

2．3光學(xué)設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)

此部分是本課程的重點(diǎn)，與數(shù)學(xué)物理方法的理論講解內(nèi)容配套，逐個(gè)輔導(dǎo)學(xué)生，幫助學(xué)生更好地理解和掌握Matlab處理數(shù)學(xué)物理方法問題的相關(guān)功能，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)仿真手段在復(fù)變函數(shù)、復(fù)雜的數(shù)學(xué)物理方程、特殊函數(shù)的求解、繪圖等中的應(yīng)用，培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算機(jī)編程能力、數(shù)學(xué)建模能力和用數(shù)學(xué)的方法解決物理問題的能力。這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)采用圓桌會(huì)議的模式進(jìn)行。由實(shí)驗(yàn)室提供電腦或自帶電腦，圍在一起進(jìn)行模型的建立和數(shù)值仿真。指導(dǎo)教師給予現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，及時(shí)了解學(xué)生的想法和遇到的問題，并實(shí)時(shí)對(duì)學(xué)生提供支持和鼓勵(lì)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容和可能出現(xiàn)的問題，對(duì)問題提出如何解決(進(jìn)行思維拓展和創(chuàng)新思維的培養(yǎng))，并適當(dāng)加強(qiáng)ZEMAX和CODE-V等光學(xué)設(shè)計(jì)軟件在光學(xué)天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2．4實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

結(jié)合實(shí)驗(yàn)室已構(gòu)建的“空間光通信創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)”，指導(dǎo)大學(xué)生了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)的布局，各元器件的工作原理，并就實(shí)驗(yàn)所涉實(shí)物幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理，給學(xué)生相關(guān)的警示以保證學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的安全。在做到以上要求后放手讓學(xué)生動(dòng)手去做，并積極給予支持，鼓勵(lì)學(xué)生用創(chuàng)新的思維去解決問題[5-12]。

實(shí)踐證明， 本實(shí)驗(yàn)課程新的教學(xué)方法富有科學(xué)性和趣味性，能培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新思維意識(shí)，可加強(qiáng)大學(xué)生實(shí)踐技能以及計(jì)算機(jī)仿真能力。

3 專業(yè)思維能力的訓(xùn)練

空間光通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課教學(xué)新方法有利于培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)思維能力的訓(xùn)練[13-15]。它包括以下4個(gè)方面：

(1) 理論教學(xué)采取多媒體教學(xué)形式。以課程要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主，并將前沿科研項(xiàng)目納入到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行前瞻性創(chuàng)新思維能力訓(xùn)練。

(2) 演示實(shí)驗(yàn)采取實(shí)物和多媒體演示兩種方案。有利于培養(yǎng)大學(xué)生觀察物理現(xiàn)象，加深理解物理概念、掌握物理規(guī)律、激發(fā)大學(xué)生對(duì)科學(xué)研究探索的積極性和創(chuàng)新意識(shí)。有利于幫助培養(yǎng)大學(xué)生專業(yè)思維能力的訓(xùn)練。

(3) 光學(xué)設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)。首先在光學(xué)元器件、精密光學(xué)儀器和大型貴重設(shè)備短缺的情況下，它是對(duì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)部分的有力補(bǔ)充；其次它對(duì)加深大學(xué)生對(duì)一些抽象物理概念的理解、理論推導(dǎo)、物理模型建立和科研中遇到問題的幫助起著不可替代的作用。切實(shí)加強(qiáng)Matlab、ZEMAX和CODE-V等光學(xué)設(shè)計(jì)軟件在光學(xué)天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。有利于幫助培養(yǎng)大學(xué)生專業(yè)思維能力的訓(xùn)練。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過長(zhǎng)期開展對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)的研究和探索，建立了光學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，我們隨機(jī)選擇了本科生光學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的3個(gè)例證。

例1卡塞格倫光學(xué)天線系統(tǒng)離軸光斑測(cè)試仿真設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)1。

仿真結(jié)果：由于光學(xué)天線具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，故考慮一個(gè)方向的離軸量，也具有普遍性。如圖1所示，當(dāng)卡塞格倫光學(xué)天線系統(tǒng)發(fā)生離軸時(shí)，會(huì)使得來(lái)自發(fā)射端的光能量部分照射到光學(xué)天線的接收端。對(duì)比圖1(a)～(d)可知(其中：圖1(d)黑色粗線小圓環(huán)中心區(qū)域?yàn)榇午R遮擋區(qū)域，即中心光能量損失；黑色粗線包絡(luò)區(qū)域代表接受天線輪廓線，即有效接收區(qū)域。)，隨著發(fā)生離軸的逐漸增大，接收端接收能量的損失會(huì)顯著能量分布示意圖增加。假若發(fā)生離軸過大，接收端將完全無(wú)法接收到來(lái)自發(fā)射端的光能量。

(a)未發(fā)生離軸(b)離軸較小

(c)離軸較大(d)離軸很大

圖1 卡塞格倫光學(xué)天線系統(tǒng)發(fā)生離軸時(shí)，接收端接收

例2卡塞格倫光學(xué)發(fā)射天線離焦光斑測(cè)試仿真設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)2。

仿真結(jié)果：當(dāng)卡塞格倫光學(xué)發(fā)射天線存在軸上離焦時(shí)，出射光將不再是平行光。由圖2(a)可知: 當(dāng)接收端接收到發(fā)散角較小的入射光線時(shí)，說明光能量分布向外擴(kuò)展程度較大，致使中心區(qū)域光能量損失較大；從圖2(b)可知: 當(dāng)接收端接收到發(fā)散角較大的入射光線時(shí)，說明光能量分布向外擴(kuò)展程度嚴(yán)重，致使中心區(qū)域光能量損失嚴(yán)重；從圖2(c)可知: 當(dāng)接收端接收到會(huì)聚程度較小的入射光線時(shí)，說明光能量分布向內(nèi)嚴(yán)重收縮，致使接收區(qū)域光能量損失嚴(yán)重；從圖2(d)中可知(其中，圖2(d)中黑色粗線小圓環(huán)中心區(qū)域?yàn)榇午R遮擋區(qū)域，即中心光能 量損失；黑色粗線包絡(luò)區(qū)域代表接受天線輪廓線，即有效接收區(qū)域。) ,當(dāng)接收端接收到會(huì)聚程度較大的入射光線時(shí)，說明光能量分布向外擴(kuò)展程度不夠，致使接收區(qū)域光能量損失較大。

(a)接收端接收到發(fā)散角較小的入射光線 (b)接收端接收到發(fā)散角較大的入射光線

(c)接收端接收到會(huì)聚程度較小的入射光線 (d)接收端接收到會(huì)聚程度較大的入射光線

圖2 卡塞格倫光學(xué)發(fā)射天線存在軸上離焦時(shí)，接收端接收能量分布示意圖

例3LED燈6×6陣列Matlab仿真設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)3。

仿真結(jié)果分析：由圖3(b)可見，該光照度曲線頂部基本平整(有稍許毛刺)，中心區(qū)域光照度比較均勻，陣列后的LED光源在目標(biāo)屏上形成規(guī)則的正方形均勻光場(chǎng)[見圖3(a)左側(cè)圖]，由于模擬的面積比較小，光強(qiáng)也較低。所以在進(jìn)一步的設(shè)計(jì)中，通過調(diào)整、修正設(shè)計(jì)參數(shù)或增加陣列的數(shù)量，還可以繼續(xù)改善LED燈陣列中心區(qū)域光照度邊緣的均勻性以及中心光場(chǎng)強(qiáng)度。

(a)(b)

圖3 LED燈6×6陣列光源在目標(biāo)屏的光照?qǐng)D

本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要目的是讓大學(xué)生更加深刻的理解:① 卡塞格倫光學(xué)天線系統(tǒng)整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)、光路設(shè)計(jì)原理及提高大學(xué)生應(yīng)用仿真設(shè)計(jì)軟件來(lái)解決實(shí)際問題的能力；② 應(yīng)用仿真設(shè)計(jì)軟件，通過LED燈陣列設(shè)計(jì)的實(shí)踐過程，來(lái)鞏固已學(xué)習(xí)的光通信原理知識(shí)，應(yīng)用視頻信號(hào)通過調(diào)制與解調(diào)技術(shù)、電力線傳輸和光電轉(zhuǎn)換原理等，實(shí)現(xiàn)燈光上網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)際意義。開拓思路、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、充分利用仿真軟件，掌握基本的光學(xué)系統(tǒng)透鏡設(shè)計(jì)方法。為逐漸進(jìn)入較難的綜合性、創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ)。

(4) 實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。既能拓展大學(xué)生所學(xué)的理論基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，又能加強(qiáng)大學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力，提高大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)和綜合動(dòng)手的能力，有利于幫助培養(yǎng)大學(xué)生專業(yè)思維能力的訓(xùn)練。

通過長(zhǎng)期的實(shí)踐教學(xué)，建立了研究生、本科生從事做科學(xué)研究驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合性創(chuàng)新設(shè)計(jì)和綜合能力培養(yǎng)訓(xùn)練的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。包括：基礎(chǔ)光學(xué)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光電轉(zhuǎn)換與傳感器應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；大氣湍流中多波長(zhǎng)光傳輸綜合參數(shù)、空間光調(diào)制器參數(shù)、卡塞格倫光學(xué)天線系統(tǒng)光傳輸綜合參數(shù)、空間光通信一體機(jī)的綜合參數(shù)與小型太陽(yáng)能電站綜合參數(shù)測(cè)試與創(chuàng)新應(yīng)用平臺(tái)等。為了充分突出空間光通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課鮮明的課題特色，教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)自編試用實(shí)驗(yàn)教材“空間光通信原理與仿真”、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和“空間光通信前沿技術(shù)講座”的編輯都做了精心的編排。包括兩部分: ① 典型的光學(xué)實(shí)驗(yàn)、光電轉(zhuǎn)換與傳感器應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)、空間光調(diào)制實(shí)驗(yàn)和光學(xué)天線應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)等; ② 綜合型、設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)操作形式上，規(guī)定了兩種類型：① 要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件提出創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)及器材的要求,并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn),實(shí)行獎(jiǎng)勵(lì)制度;② 要求學(xué)生給出實(shí)驗(yàn)原理,寫出計(jì)劃書,提出可行性實(shí)驗(yàn)方案并論證,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn),實(shí)行獎(jiǎng)勵(lì)制度[16-18]。

依托本校教師創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目等，針對(duì)本科生積極好學(xué)、勇于探索和求實(shí)創(chuàng)新的特點(diǎn)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)近幾年來(lái)探索性地開展了大學(xué)生綜合動(dòng)手能力培養(yǎng)的訓(xùn)練。取得了良好的教學(xué)效果。

例4師生共同研發(fā)了一套SOCLM-1型的空間光通信一體教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)(雙工)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：① 一路音頻信號(hào)卡塞格倫光學(xué)天線系統(tǒng)的傳輸測(cè)試實(shí)驗(yàn)；② 兩路音頻信號(hào)的卡塞格倫光學(xué)天線系統(tǒng)的全雙工傳輸測(cè)試實(shí)驗(yàn)；③ 兩路語(yǔ)音信號(hào)的卡塞格倫光學(xué)天線系統(tǒng)全雙工對(duì)講傳輸測(cè)試實(shí)驗(yàn)；④ 卡塞格倫光學(xué)天線系統(tǒng)的光纖傳輸特性與參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)；⑤ 卡塞格倫光學(xué)天線系統(tǒng)的離軸與離焦光斑測(cè)試實(shí)驗(yàn)，分析對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的光傳輸質(zhì)量降低的影響因素及原因；⑥ 數(shù)字發(fā)送單元指標(biāo)測(cè)試實(shí)驗(yàn)；⑦ 數(shù)字接收單元指標(biāo)測(cè)試實(shí)驗(yàn)；⑧ CPLD電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；⑨ 光通信系統(tǒng)綜合仿真實(shí)驗(yàn)；⑩ 光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)工作電路原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等。

本綜合性實(shí)驗(yàn)主要目的是讓學(xué)生更加深刻理解:卡塞格倫光學(xué)天線的結(jié)構(gòu)、音頻信號(hào)在大氣湍流中傳輸實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與搭建工作、光路設(shè)計(jì)原理、光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)的工作電路設(shè)計(jì)原理、CPLD電路設(shè)計(jì)原理、光通信系統(tǒng)綜合仿真實(shí)驗(yàn)、光通信綜合參數(shù)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)等，來(lái)提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、分析問題、解決問題的綜合能力。

該產(chǎn)品用于教學(xué)一年試運(yùn)行中，其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀、具體和明了，得到了本科生的一致肯定。近幾年，教學(xué)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)的本科生發(fā)表核心期刋論文8篇和SCI論文10篇。多名優(yōu)秀大學(xué)畢業(yè)生被推薦到國(guó)內(nèi)外著名大學(xué)留學(xué)和保送研究生；達(dá)到了鍛煉大學(xué)生綜合動(dòng)手能力培養(yǎng)訓(xùn)練目的。

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐證明，教學(xué)團(tuán)隊(duì)開展的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)互補(bǔ)性研究課題，通過科技前沿與基礎(chǔ)相融合、理論建模與仿真相融合、工程實(shí)踐與創(chuàng)新相融合，并將理論教學(xué)、仿真教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，更新課程結(jié)構(gòu)，充實(shí)課程內(nèi)容，完善課程體系。教學(xué)手段呈現(xiàn)多樣化，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不斷得到擴(kuò)充。通過對(duì)空間光通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課教學(xué)新方法的不斷完善和大學(xué)生專業(yè)思維能力培養(yǎng)的訓(xùn)練，調(diào)動(dòng)了大學(xué)生追求真知和探索科學(xué)奧秘的積極性，提高了大學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力，切實(shí)加強(qiáng)了大學(xué)生專業(yè)思維能力和綜合創(chuàng)新動(dòng)手能力的培養(yǎng)，教學(xué)質(zhì)量有了大幅提升。同時(shí)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)“以結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化、三維可視化、實(shí)踐自主化為特色的專業(yè)核心課程教學(xué)改革與實(shí)踐”獲四川省第七屆教學(xué)成果二等獎(jiǎng)并收獲了其他多項(xiàng)教學(xué)成果。

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A Study of the Complementary between Simulation Teaching and Practice Teaching for Optical Design

HEWensen，YANGHuajun，CAIYANGWeinan，JIANGPing，KEShasha，HEShuhang

(College of Physical Electronic， University of Electronic Science and Technology， Chengdu 610054,China)

The teaching objectives and methods for optical design simulation teaching,and the complementary research about experiment teaching are introduced.The objectives and methods include four teaching links: theory teaching,experiment demonstrating,optical design simulation experiment and experimentally practical teaching.The improvement of the students’ specialty thinking ability,self-cultivating and self-training is highlighted in detail.In recent years,teaching team has improved the new teaching method for space optical communication innovative experiment teaching,and has trained the students’ specialty thinking ability so that the enthusiasm for knowledge learning and scientific exploration of the undergraduates is aroused.Meanwhile,the abilities of analyzing and solving problem are improved and the abilities of specialty thinking,comprehensive innovation and operation are strengthened as well.The progress of undergraduates’ specialty thinking,comprehensive innovation ability and operation ability has been illustrated by some undergraduate’s innovation examples,which are listed to show the impressive promotion in teaching quality.

optical communication； theory teaching； simulation teaching； practice teaching; complementary

2016-07-08

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61271167);四川省教育廳(2013—2016年高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)改革)研究項(xiàng)目“數(shù)學(xué)物理建模、仿真與光通信創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革”

何文森(1959-)，男，四川成都人，高級(jí)工程師，主要從事光通信技術(shù)研究與儀器研發(fā)。

Tel．：13648025800； E-mail：hewensen@uestc.edu.cn

O 43； G 642.44

：A

：1006-7167(2017)07-0164-04