高教《傅里葉光學(xué)》課程教學(xué)的幾點思考

摘 要：《傅里葉光學(xué)》是光信息科學(xué)與工程專業(yè)的一門核心課程。該課程是研究光信息調(diào)制、存儲、傳輸及處理的光信息技術(shù)的理論基礎(chǔ)，具有知識面廣、理論與實踐相結(jié)合以及應(yīng)用廣泛等特點。因此，該課程若是采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式將不可避免地存在許多弊端。作者總結(jié)多年的教學(xué)經(jīng)驗，從教學(xué)內(nèi)容、方法以及考核方式等多方面提出了幾點思考及改進措施，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：傅里葉光學(xué)；課程教學(xué)；思考

一、 引言

《傅里葉光學(xué)》是近代光學(xué)新的學(xué)科分支，采用傅里葉分析和線性系統(tǒng)理論分析研究光學(xué)問題。該課程包括光的傳播、衍射、成像和變換等。傅里葉光學(xué)采用通信和信息理論中的方法，在二維空間域及空間頻率域討論光學(xué)系統(tǒng)特性，是信息光學(xué)的理論基礎(chǔ)。同時，傅里葉光學(xué)也有廣泛的應(yīng)用前景，特別是在信息處理及轉(zhuǎn)換、成像處理等方面。其目標(biāo)是培養(yǎng)具有一定的理論基礎(chǔ)，并熟知相關(guān)技術(shù)前沿的復(fù)合創(chuàng)新型人才，為我國的光學(xué)事業(yè)做出一番貢獻。鑒于此，該課程的教學(xué)效果極大地影響這一目標(biāo)的實現(xiàn)?？紤]到本課程知識面寬廣、綜合性較強，并且理論與實踐結(jié)合較為緊密，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式必然會導(dǎo)致課程教學(xué)中出現(xiàn)一些弊端。比如，教學(xué)方法單一，學(xué)生理解知識困難；教師合理地安排教學(xué)進度較困難；實驗難度較大，學(xué)生實驗開展困難；學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及主動性較差，創(chuàng)新能力較弱；學(xué)生為應(yīng)付考試只能依靠死記硬背等等。因此，更新教學(xué)觀念、提高課程教學(xué)的多元化迫在眉睫。

二、 課程教學(xué)的思考及改進措施

（一） 課程內(nèi)容的編排

1. 優(yōu)選較新及權(quán)威的教材。本課程選用機械工業(yè)出版社出版的由呂乃光編著的《傅里葉光學(xué)》教材。該教材是高等教育光電信息科學(xué)與工程規(guī)劃教材，“十一五”國家級規(guī)劃教材以及北京高等教育精品教材，現(xiàn)在已出到第三版。該書有如下幾個優(yōu)點：理論體系嚴謹，物理圖像清晰；內(nèi)容循序漸進，深入淺出，方便教學(xué)和學(xué)生自學(xué)；注重物理思想和分析方法的討論，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。同時，該書的編者還編著了相應(yīng)的教材配套用書，專門用于傅里葉光學(xué)中的重點概念及課后習(xí)題的講解，方便了學(xué)生的自學(xué)及物理內(nèi)涵的理解。

2. 合理選擇課程內(nèi)容。為了更好地學(xué)習(xí)《傅里葉光學(xué)》，該書的第1章詳細介紹了相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，利于提升學(xué)生的知識儲備。第2、3章主要介紹二維線性系統(tǒng)及標(biāo)量衍射理論，為傅里葉光學(xué)的核心理論知識。第4、5章為利用傅里葉光學(xué)研究透鏡的成像及其頻率特性。第7章為全息術(shù)，介紹了全息的原理及應(yīng)用。第8章為傅里葉光學(xué)的核心應(yīng)用，即光學(xué)信息處理，講述了利用傅里葉光學(xué)實現(xiàn)各種信息變換，如光學(xué)濾波、圖像復(fù)原等等。為了適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展，該書增補了大量的理論知識及實際應(yīng)用案例，比如耦合波理論、數(shù)字全息術(shù)以及光電混合圖像識別等內(nèi)容。這些內(nèi)容特別適合于高年級本科生或者研究生依自身興趣進行自學(xué)，提升專業(yè)知識儲備。

（二） 課程教學(xué)方法

1. 啟發(fā)式教學(xué)。好奇心是人類進步的最大動力。帶著疑問去學(xué)習(xí)可以達到事半功倍的效果。采用研究性教學(xué)的方法，實現(xiàn)教學(xué)理念由“知識講解型”向“問題導(dǎo)向型”的轉(zhuǎn)變，突出核心理論知識及相應(yīng)情景的教學(xué)設(shè)計，促使學(xué)生對課程內(nèi)容進行思考探究，逐步提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研素養(yǎng)。具體教學(xué)方法為先從總體上介紹課程中每一章節(jié)的連貫性，隨后讓學(xué)生對已有知識加深印象，并將其與新學(xué)知識進行逐一對比說明，在逐步的對比中幫助學(xué)生消化理解新知識。比如，在講解透鏡的位相調(diào)制及傅里葉變換性質(zhì)時，首先引入中學(xué)時已知的成像過程，包括倒立放大的實像及虛像等知識點，讓學(xué)生進一步思考能否用傅里葉光學(xué)的知識來解釋，而不是僅僅停留于表面現(xiàn)象。隨后逐步引入位相調(diào)制及傅里葉變換等知識，同時讓學(xué)生逐步探索、歸納和總結(jié)，從而實現(xiàn)了新知識的構(gòu)建以及與原有知識的聯(lián)系。

2. 多媒體教學(xué)法。現(xiàn)有教材只能用圖表描述傅里葉光學(xué)的各種變換原理，缺乏可視化的教學(xué)資源，難免會讓學(xué)生感覺枯燥乏味。另外，本課程存在大量的繁雜的公式推導(dǎo)，更加會讓學(xué)生望而卻步。多媒體教學(xué)能同時展示圖像、文字及視頻，圖文并茂，視聽結(jié)合，富有吸引力。特別是通過一些動畫的展示，可以讓學(xué)生有許多直觀的理解，相比純粹的黑板板書有較大優(yōu)勢。比如，講解第3章的標(biāo)量衍射理論時，會涉及各種衍射圖樣的展示，如圓孔衍射、單縫及光柵的衍射等等。筆者從網(wǎng)上下載了各種高清彩圖及相關(guān)動畫予以展示。

3. 項目教學(xué)法。松綁教育理論認為，師生共同參與、雙向及動態(tài)的信息傳播才是真正有效的教學(xué)過程，而并非教師“填鴨式”的教育。鑒于此，筆者在臨近學(xué)期末的時候，特意抽出2～4學(xué)時（本門課程共計48理論課時）進行相關(guān)的項目驅(qū)動教學(xué)，所選小課題均為本課程的開放性思考題及相關(guān)前沿技術(shù)。活動方式包括將全班同學(xué)分為八個小組，小組成員分工協(xié)作，收集資料并準(zhǔn)備課件，由代表上臺講解。班級其余同學(xué)提出問題，展開討論互動。最后，總結(jié)評比，并記入期末總成績。

（三） 學(xué)期末考核方式

本課程采用多環(huán)節(jié)綜合評價體系，具體包括課堂表現(xiàn)（回答問題、考勤及討論情況等）、平時作業(yè)、專題報告及期末考試，通過考核促進教學(xué)。其中，期末考試占比較高。期末試卷均勻地涵蓋本課程講授的所有內(nèi)容，并適當(dāng)?shù)卦黾右恍╅_放性的考題，讓學(xué)生學(xué)會舉一反三，激發(fā)其創(chuàng)新思維。

總之，針對該課程存在的一些問題，筆者進行了幾點思考并提出了相應(yīng)的改進措施。實踐證明，多元化教學(xué)方式的效果良好，提升了學(xué)生對知識的理解廣度和深度，為他們今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

三、 結(jié)語

經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，筆者對《傅里葉光學(xué)》課程的教學(xué)內(nèi)容、方法以及相應(yīng)的考核方式有了幾點思考并做了一些改進，打破了傳統(tǒng)“填鴨式”的教學(xué)模式，積極引進研究性教學(xué)的理念和多元化的教學(xué)手段，提高了教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生的創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)。高等教育的教學(xué)活動是一個不斷探索與創(chuàng)新的過程，相信本課程的教學(xué)水平將蒸蒸日上。

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作者簡介：

范會博，江蘇省揚州市，揚州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院。