农业院校工程光学实验教学改革

罗 霞 罗 阔 李 震 刘洪山 谢家兴 代秋芳

（华南农业大学 工程学院，广东 广州 510642）

1 引 言

我校对电子科学与技术专业人才培养方案进行了全面修订，本专业是工程光学、光电子技术、激光原理与技术、光电子器件、微电子技术基础、集成电路设计相互渗透而形成的高新技术学科。电子科学与技术专业学生应该具备较强工程实践能力和跟踪电子科学与技术领域发展动态，能够在电子、通信、半导体技术与器件、光电测控与传感、光电子信息等部门，从事研究、开发、教学、管理、具有创新精神的高素质应用型人才，成为科技兴农的主力军。从此次培养方案的调整来看，实验教学也要做相应的改革。

工程光学是该专业的专业基础必修课程，包括两部分内容，一部分是从光线与几何学的角度描述光的传输及其成像特征的几何光学,另一部分是从电磁波角度描述光的本性和其传播规律的物理光学[1]。通过实验教学，不但能够培养学生动手操作能力，而且能够激发学生的创造性思维，因此如何有效地改革工程光学实验教学方法，提高教学质量，显得尤为重要。

2 改革实验教学方法，激发学生自主学习兴趣

传统的实验教学是以教学为中心，要求学生按照实验指导书的要求，按部就班一步步地做实验，就可以完成一个验证型的实验。这样的实验，只能让学生熟悉基本的操作技能，没有时间和空间来发挥学生的创新能力，收效甚微。因此，必须改变这样的实验教学方式，以学生为中心，在学习过程中充分发挥学生的主动性，体现学生的创新精神[2]。

为此，在制定实验教材时，应淡化实验原理、过程和实验仪器的介绍，在安排具体的每一个实验时，实验指导老师给出实验达到的结果，对于实验具体方案，需要哪些实验仪器，以及具体的实验步骤都交给学生思考，按照实验要求，学生就会提前利用课余时间进行实验的准备，认真查阅相关资料，写出实验预习报告，充分消化理解，让学生主动自主学习。通过这样的安排实验教材，能充分调动学生学习的积极性，丰富学生的专业理论知识的学习，激发学生的创新思维。

另外，在“以学生为中心，宽口径，厚基础”的培养模式下，我院对实验室进行开放管理，并建立了学生创新实验室，学生可以自己选择做实验的时间，可以一个人做也可以多人合做，做完实验后由指导老师检查合格后才算完成。同时，在实验老师的指导下，可以充分利用实验室资料，为优秀学生提供大型综合创新实验。在指导学生实验的过程中，广泛接触学生，了解学生，有助于进一步提高实验教学质量[3-4]。

3 增加综合设计型实验，培养学生创新能力

我校工程光学的教学是由两个学期完成的，在第二学期末，增加工程光学综合设计型实验，目的是要求学生综合运用光学知识完成相应的工程实践项目。实验的内容是选择实验方法、手段的重要依据，也是实现培养目标、提高实验质量的重要环节。根据电子科学与技术专业培养模式和工程光学实验教学大纲的要求，更新了实验的内容，剔出了一些陈旧过时的题目，增加了一些代表新技术趋势的题目，力求做到高起点，有创新，具有前瞻性。

3.1 运用激光干涉技术实现微位移的测量

以激光干涉技术实现微位移的测量为例，原理采用迈克尔逊白光干涉系统如图1所示，激光通过扩束准直系统L1提供入射的平面波，此平面波经分光棱镜BS分为二束，一束经参考镜M1，反射后成为参考光束；另一束为透射光，经测量镜M2反射，此二束光在BS上相遇，由于激光的相干性，因而产生干涉条纹，将干涉条纹通过成像透镜成像在光电探测器上（COMS）,通过图像采集卡，将光信息送到计算机处理，并编写相应的图像处理软件，在计算机上实现微位移的测量。这是一个集光、电、信息技术于一体的综合性的实验，这样的实验我们要求学生自己设计实验，用光学器件设计光路，调整光学器件的位置，组成迈克尔逊干涉仪的基本光路，将干涉的光信息通过数据线送到图像采集卡进行数据处理与分析，最后通过编程由计算机显示设备显示位移量的测量。通过实验，使同学们深刻地认识到不仅要掌握好光学知识，而且数字图形图像处理学和计算机技术也都要精通，才能够完成一个完整的光学测量。

图1.迈克尔逊干涉系统

3.2 偏振光的产生与检测

光的偏振尤其是光波在晶体中的行为鲜明地表现出光波是横波这样一个特性，在光学工程和科学技术的各个领域有着广泛的应用[5]。对偏振光的产生和检测，我们进行了改革，光通过起偏器、LN电光晶体的同时，给电光晶体上加一个音频信号，该信号通过电光晶体后就变成了调制的光信号，通过1/4波片，检偏器后，在传播方向上用光电探测器接收信号，然后进行光电转换、解调、检波、放大，最后送到扬声器将信号还原。实验不仅让学生懂得了光的偏振现象，同时使学生掌握电光晶体的双折射现象，如何测量LN电光晶体的半波电压，以及1/4波片的性质，并验证了光通信。这样的实验综合运用光学、电子技术、通信技术等知识，同学们通过完成实验，深深地感受到不但能够深刻理解和巩固所学的知识，而且能够激发创新思维和独立思考问题的能力，使学有所用，受益匪浅[6-8]。

4 利用学科优势培养高素质人才

我校工程学院的“南方农业机械与装备关键技术” 实验室是教育部、农业部重点开放实验室和广东省高等学校重点实验室，该实验室的各类基础设备（例如多光谱成像仪、高光谱农产品检测装置、拉曼光栅光谱仪等）、研究课题离不开光学的基本理论和研究方法，教师在教学、实验教学以及研究型实验教学工程中，充分利用实验室设备，并结合科研课题让学生了解与工程光学相关的一些研究项目和具体应用，极大地提高了学生的学习热情，培养了学生科研型学习能力，并鼓励一些优秀学生参与到科研活动中，发挥学生的才华，为实验室建设提供学生力量[9-11]。

5 结 论

工程光学作为专业基础必修课程，在培养学生工程能力和提高素质教育方面发挥重要作用。工程光学的实验教学是工程光学教学过程中的重要组成部分，是树立学生实践观念，培养分析解决实际问题能力，启迪学生创新思维，提高学生综合素质的重要环节。文中为了提高实验教学水平，通过不断的改革实验教学方法，激发学生自主学习的兴趣，增加工程实践的新内容，利用学科优势培养高素质人才，结合科研型实验教学理念，以“学生为中心”探索和总结出一套适合实验教学的教学方法，有效地培养出适合社会需要的合格人才。

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[11]罗志勇,陈昌国,郑泽根.在实验教学中实施创新教育[J].实验技术与管理,2005,22(5):17-19.