浅谈色度学实验教学内容的规范化

范秋梅 邓瑞平 丁仁强

北京理工大学光电学院颜色科学与工程国家专业实验室 北京 100081

浅谈色度学实验教学内容的规范化

范秋梅 邓瑞平 丁仁强

北京理工大学光电学院颜色科学与工程国家专业实验室 北京 100081

针对目前我国高校色度学教学的实际情况，实验教学水平的参差不齐，实验教材的缺乏；建议以色度学教材为依据，研究制订色度学实验的具体实施方案，编写实验指导教材，规范色度学的实验内容；提高色度学的教学质量。

色度学；教学情况；实验内容；规范化

1 色度学课程现状

1.1 色度学的形成及应用领域

具有正常视觉的人都能看到颜色，但要说明颜色是什么就难了［1］。牛顿是揭示颜色与光之间关系的第一个人，19世纪格拉斯曼等在研究颜色视觉机理、颜色混合规律等许多方面做出了重要的贡献［2］。对颜色的定量度量自1931年CIE首次建立色度系统以来已有80余年的历史，它的研究与发展经历了3个阶段：颜色匹配、色差度量、色貌的预测，这3个发展阶段的成果组成了近代色度学的理论［3］。色度学是研究人类颜色视觉规律、颜色测量的理论和技术的科学，它涉及物理光学、视觉生理、视觉心理和心理物理等学科领域，以人类的平均感觉为基础，以色光对于人眼的刺激强度来度量，是一门综合性的科学［4］。在人们眼中所反映出的颜色，不单取决于物体本身的特性，而且还与照明光源的光谱成分有着直接的关系， 因此在人眼中反映出的颜色是物体本身的自然属性与照明条件的综合效果。随着色度学的发展，它的应用范围越来越广泛，不仅指导着彩色电视机、彩色摄影、彩色印刷、染料、纺织、造纸、交通信号、照明技术等工业行业的生产和军事伪装及识别等领域的工作，同时也被广泛地应用到产品检验和产品质量监控中，如宝石级别的评价、石油中含硫量的检测以及水环境污染的监测等。另外，在地质方面，地质沉积物的色度值可以反映沉积物的组分，从而能够间接的推测出当初的沉积的环境。随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，数字图文图像颜色管理系统中对数字化彩色图文信息的获取、处理、传递、显示、复制等过程已成为当今颜色科学与技术领域的发展热点之一［5］。由此可见，色度学的应用范围越来越广，色度学已成为许多相关学科学生的必修课。

1.2 色度学的主要教材

目前，在我国高校中主要使用的色度学教材有：《色度学》（汤顺青主编，1990），主要介绍颜色基本理论和测量原理、国际照明委员会（CIE）正式推荐的色度学规定和测色方法、测色仪器的类型和工作原理等方面的内容，这本书的主要特点是颜色基本理论和概念论述的清晰明确，通俗易懂，但由于出版时间较早，缺少新的色度学相关理论和知识；《现代颜色技术原理及应用》（胡威捷等编，2007），主要介绍颜色科学的基础、色貌理论、颜色复现技术及应用、颜色测量等方面的内容，这本书重视内容的先进性和资料的实用性，较为全面地反映了现代颜色科学的研究成果和应用前景；《印刷色彩与色度学》（胡成发编，1993），主要介绍颜色视觉、颜色度量、减色法原理、印刷色彩实验的方法等方面的内容，这本书主要供印刷专业的实施师生使用。图像处理专业普遍适用的有《数字图文图像颜色管理系统概论》（廖宁放等编，2009），主要介绍颜色与视觉、CIE标准色度系统、图像色貌模型、颜色管理系统变换空间、ICC颜色管理算法与编程等方面的内容，这本书的特点是集合了国内外数字图文图像颜色管理系统的基础理论和应用技术的各阶段成果，主要供图像处理相关专业使用。

1.3 高校色度学课程及相关实验开设现状

据了解，目前高校开设色度学课程及相关实验的专业有印刷与包装、光电、珠宝鉴定、电视编导、电视摄影、平面设计等相关专业。不同的院校，该课程的类型设定不同，课程计划学时不同，实验学时不同，教学时间安排不同，所选教材不同［6］。我校颜色科学与工程国家专业实验室开设的色度学课程有：为光学工程专业博士研究生开设的必修课，讲授36学时，开课时间为博一的第一学期，所用教材为廖宁放教授等主编的《数字图文图像颜色管理系统概论》；为光学工程专业硕士研究生开设必修课，讲授36学时，实验12学时，开课时间为研一的第一学期，所用教材为胡威捷等主编的《现代颜色技术原理及应用》；为光电学院本科生开设的必修课，讲授18学时，实验12学时，开课时间为第七学期，所用教材为金伟其教授等主编的《辐射度光度与色度及其测量》；为全校本科生开设的选修课《颜色科学与应用》，讲授32学时，开课时间为每个学期，所用教材为黄庆梅副教授自编的PPT课件。根据这些课程开设的色度学实验有：颜色匹配实验、照明光对物体色的影响测量实验、颜色样品光谱反射比与光谱透射比的测量实验等。浙江大学光电科学与工程学院开设的色度学实验有：光源色的光谱测量及色度参数计算、物体色的光谱测量及色度学评价、CRT与LCD之间传输色差评价、CRT三色通道色品恒定性检验等。

2 规范高校色度学实验内容的必要性

实验教学在培养学生的创新思维、实践动手能力、分析问题、解决问题能力等方面，具有其他课程不可替代的作用，重视和加强实验教学并且逐步改革实验教学模式是素质教育改革的必然趋势。作为相关专业理工科大学生的必修课，色度学实验课程的规范是必需的而且具有深远意义［7］。随着色度学的不断发展以及它在相关专业中的重要地位，色度学实验教材的建设和内容的规范迫在眉睫。色度学是一门以大量实验为基础的实验性科学，色度学的学习，不仅要学习相关的色度理论，而且相关实验的全面开设和加强，也对相关专业学生进行工程培养的重要组成部分。开设色度学课程及实验的专业以前只有印刷、纺织、造纸、光学等，随着科学技术的发展和人们生活水平提高，电子商务、珠宝学、口腔学、环境学、地质学等学科都开设了色度学课程或实验，尤其是电子商务的迅猛发展，涌现了大量关于颜色信息数字化及传递失真的问题，使得颜色信息的数字化及彩色管理系统的研究成为当前颜色科学及图像科学领域的又一大热门课题，这一课题反映了色度学的巨大应用前景。随着色度学的发展，色度学教材在不断地更新、完善，但色度学的实验教材发展却一直没有同步发展，至今我国还没有统一规范的色度学实验教材，由于没有统一规范的实验教材，各院校很难统一规范实验教学的内容及深度，有些院校虽然开设了一些色度学实验，但由于没有教材，实验的仪器是否适合，实验的内容是否合理，实验的结果是否正确，都无法得到保障。尤其是一些对色度学了解不深的专业，用来开设色度学实验的仪器，可能选择得不够恰当，这样一来，不但不能达到色度学实验教学的目的，反而有可能影响学生对色度学的正确理解。

3 规范高校色度学实验内容的建议

根据目前我国高校色度学实验的开设情况，以及颜色科学与工程国家重点专业实验室近年的色度学实验教学经验及存在的问题，提出规范色度学实验内容的一些建议，希望可以同从事色度学教学的同仁们进行探讨。

3.1 组织编写色度学实验教材的建议

实验教材是传授知识的载体，是规范实验内容深度和广度的工具，在色度学教材已经日趋完善的情况下，建议：首先，实验指导教材的主编单位，对国内外色度学实验教学的情况，做深入、细致、广泛的调研，充分了解目前世界上色度学实验教学的基本内容和基本方法。其次，通过颜色科学的相关学会，邀请色度学的专家学者以及讲授课程的教师，召开实验指导教材的研讨会，根据大多数院校的专业课程体系的需要和实验的设备条件，商讨确定实验的具体内容，并尽快出版发行，以便色度学实验教学可以得到正确的指导。

3.2 色度学实验教材基本内容的设计思路

实验教材的内容应根据色度学教材的内容及不同的学科专业要求，按不同层次设置。

3.2.1 以色度学教材为依据 设置适用所有相关专业的基础实验

例如，色度学中最基本的心理物理学实验—颜色匹配实验，颜色匹配可以是颜色光的混合，即颜色的相加，也可以是染料的混合，即颜色的相减［8］。根据颜色是光源、物体、观察者之间交互结果的理论［9］，开设照明光对物体色的影响测量实验，利用仪器测得的色品坐标计算被测样品在D65光源和A光源两种照明光下色品坐标的变化。颜色样品光谱反射比的测量实验，根据样品的反射率，分别计算出2个样品在CIE D65标准照明体下10°视场标准观察者的三刺激值X，Y，Z和色品坐标x，y，z。在CIE 1976L*a*b*均匀颜色空间中的L*，a*，b*，Cab*，hab*。测量的样品可以根据每个学校的特色和学生所学专业背景进行准备，但是样品的测量方法、得到的参数和计算的内容应统一，测量仪器的选择应慎重，因为我国色度学的实验教学仪器的生产不规范，有些厂家的仪器，从原理上就有问题。

3.2.2 设置色度仪器拆装实验

色度学是一门实践性很强的工程学，要想真正掌握这一学科，仅仅学习它的理论知识并进行一些验证性实验是远远不够的，光电专业的学生应加大实验的深度［10］，开设拆装实验。利用可拆卸光学模拟式教学测色仪进行拆装实验，可以让学生动手拆卸及组装该教学测色仪，真正直观地认识和了解测色仪的照明系统、光度系统、接收系统、控制系统和数据处理系统的工作原理和工作过程，为学生将来能够设计制作色度测量仪器打下坚实的基础。

3.2.3 设置设计制作实验

设计制作实验是研究型实验，尤其是光电专业的学生，不仅应掌握颜色测量仪器的使用，还要研究色度测量仪器的设计、制造和测量方法。例如，色度测量演示仪的设计制作，颜色匹配实验系统的设计制作等。可以让学生利用色度学的理论、方法和测试手段，结合专业背景，开展初步的研制工作，这样的实验内容设置，更能起到培养学生实际的工程能力，体现了多学科交叉融合的特点，从而实现工程教育的目标［11］。

这些色度学实验内容的思路，是根据颜色科学与工程国家专业实验室多年的色度学教学经验与问题所设计，希望可以同广大颜色科学的专家学者，共同探讨，互相学习。

4 规范高校色度学实验内容的意义

加强色度学实验教学内容的规范化，色度学实验的开设才能真正达到让学生理解色度学理论，掌握色度学测量方法，了解颜色测量仪器的教学目的，同时提高色度学教学质量，促进色度学的发展，使色度学的应用领域更加广阔。

［1］ 大田登.色彩工学［M］.刘中本，译.西安：西安交通大学出版社，1997.

［2］ 朱正芳，汤顺青.色度学及其进展［J］.物理，1996（6）：342-347.

［3］ 胡威捷，汤顺青，朱正芳.现代颜色技术原理及应用［M］.北京：北京理工大学出版社，2007.

［4］ 荆其诚，焦书兰，喻柏林.色度学［M］.北京：科学出版社，1979.

［5］ 廖宁放，石俊生，吴文敏.数字图文图像颜色管理系统概论［M］.北京：北京理工大学出版社，2009.

［6］ 郭炳冉，鲍淑兰.规范发育生物学实验教学内容的思考［J］.实验技术与管理，2008，25（9）：23-27.

［7］ 黄永建，王亚芳，董爱国.开设“色度学实验”的实践与探索［J］.中国地质教育，2008（3）：41-43.

［8］ 汤顺青.色度学［M］.北京：北京理工大学出版社，1990.

［9］ 陈红雨.定量测量色度学实验设计［J］.实验技术与管理，2010，27（9）：132-135.

［10］ 王霞，金伟其，胡威捷.《三度学及其测量》课程建设的探索与实践［J］.光学技术，2007，33（11）：201-205.

［11］ 王书颖，平澄.色度学实验［J］.物理实验，1999（3）：10-12.

Preliminary Study on the Normalization for Experiment Teaching Contents of Colorimetry Courses

Fan Qiumei， Deng Ruiping， Ding Renqiang

Beijing Institute of Technology， Beijing， 100081， China

In consideration of present situation of colorimetry teaching in China universities，e.g.the unevenness of experiment teaching levels，lack of teaching material on experiments etc，it is suggested that on the basis of the teaching material of colorimetry courses，to formulate detailed implementation programs of colorimetry experiments，to prepare experiment instruction material，to normalize the experiment contents of colorimetry，and thus to improve the teaching quality of the course of colorimetry.

colorimetry； situation of teaching； experiment contents； normalization

2015-06-18

范秋梅，大专，高级实验师。邓瑞平，大专，实验师。