浅谈如何在光电信息工程专业的理论课程教学中联系实际

耿滔+贾宏志

摘要：本文从两个方面浅析了在光电信息工程专业的理论课程中，如何理论联系实际，提升学生学习理论课程的主动性，变要我学为我要学。一是将理论知识与实际的光学仪器相结合，通过讲解仪器的工作原理来学习理论知识；二是将教师的科研工作联系到教学中，使得课堂教学能反映当前社会科学技术发展的最新水平，拓宽学生的视野。

关键词：光电信息工程专业；理论课程教学；联系实际

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）01-0092-02

光电信息工程专业最早起源于上世纪50年代初的“光学仪器”专业，其后为了适应国家加速信息化发展对人才培养的需要，专业名称几经变更，如1993年调整为“光学技术与光电专业”，1998年更名为“信息工程”和“光信息科学与技术”专业等。该专业几经发展，成为光学、光电子学、电子信息技术科学的交叉学科，是与实际应用紧密联系的专业。

我国的高等教育法将“培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，发展科学技术文化，促进社会主义现代化建设”的目标以立法的形式对各高等院校提出了基本的要求。但目前光电信息工程专业的本科专业培养普遍存在与产业需求脱节的问题，使得毕业生在相关专业的就业比例不高。为了解决这一问题，不少高校引入了生产实习环节，且这一环节越来越受到重视，在培养计划中占的比重逐渐提高。而另一些研究型高校将目标对准了高端应用，开始探讨和培养光电信息工程专业的研究型本科人才。

一、将理论知识的讲解与实际的光学仪器相结合

现今是科学技术飞速发展的时代，这使得本专业领域的科学研究成果日新月异，大量的前沿成果被持续不断地应用到新系统、新产品中，这需要学生有扎实的基础理论知识，并在此基础上建立起良好的自习能力，能够消化、了解本领域的前沿理论，把握当代光电信息技术的发展动态。但在实际授课过程中，往往会出现学生对理论课程学习热情不足的现象，这是因为理论课程本身具有较抽象，数学概括程度较高的特点，对学生的自然科学基础课程，如高等数学、线性代数、大学物理，甚至数学物理方法等，具有一定的要求。

比如在信息光学的课程中，需要学生掌握各种特殊函数及其相应的傅里叶变换，并要求能综合应用傅里叶变换的相似性定理，位移定理等对成像系统进行分析和计算，这就对学生前期的数学课程提出了一定的要求。另一方面，又需要学生对前期物理光学课程中学习过的菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射等知识有较好的掌握，这样才能全面理解空域的衍射理论和频域的角谱传播理论之间的区别和联系，从而为信息光学处理的后续课程打下基础，这又对学生前置的专业课程提出了一定的要求。而学生常常会因为前续课程没有学好，或者前续课程已经遗忘，对这些课程产生即难学又无用的感觉，导致学习积极性下降，使得自身专业理论基础薄弱，失去了发展的后劲。

所以，这些现实情况对本专业理论课程的教学提出了很高的要求，一是在授课过程中要将教材中的理论知识与实际应用紧密联系在一起，将一些抽象问题具象化，不能让学生产生我学了这些理论知识到底有什么用的疑问。例如在讲解光栅的课程中，如果教师只是对光栅方程进行数学推导，并让学生记住方程，这种教学明显是枯燥无趣的。学生学完之后会产生我为什么要学这个的疑问，感觉背了一堆公式，除了能解几个题以外毫无用处。但如果教师在教学时能结合光栅光谱仪等应用到光栅的实际仪器进行讲解，向学生阐述仪器的基本原理，不仅能让学生深入了解光栅这一光学器件的作用，更重要的是让学生了解自己所学的知识可以实际应用于哪些领域，变要我学为我要学，大幅提升学习的主动性。

另一方面，还需要教师能将学生学过的专业课程的知识相互串联起来，让学生做到温故而知新，让他们明白原来以前学过的知识可以应用的各种不同的场合，让他们明白知识体系不是孤立存在的，而是一个有机整体，其中只要有一个地方脱节，就会影响到整个知识体系的掌握。例如在相关传导波和倏逝波的教学课程中，可以与学生学过的瑞利判据和仪器的分辨本领结合起来讲解，甚至可以扩展到我们对空间特性的认识，这样学生不仅复习了原有的知识，还可以较好地掌握新学的知识。这样学生才会主动地去复习前置课程，对自身的不足进行补充，同时知识体系相互串联起来，不易遗忘。

二、将教师的科研工作联系到教学中

专业理论课程的教学需要教师能够活跃在本领域的科研第一线，在教学过程中将还没有来得及写进教材，但已经实际应用于各种新型光电器件的最新研究成果传授给学生，让学生的知识体系跟上科学技术的发展，不让学生产生我们学的东西都停留在上世纪乃至上上世纪的感觉。例如目前课本中的衍射理论主要是基于傍轴近似的标量衍射理论，在授课过程中，教师可以从傍轴近似推广介绍到离轴的标量衍射理论，并对比不同理论的优点和缺点，拓展学生的知识面，让学生有继续学下去的欲望。再比如说对于偏振这一问题的讲解，除了书本上的线偏振、圆偏振和椭圆偏振以外，目前柱矢量光，即径向偏振光和角向偏振光也得到了充分的研究，并逐渐被利用到超分辨成像、光学微操控等领域，教师应该结合当前的研究现状，对书本知识进行补充和拓展，避免学生的知识与当前科技发展的最新水平相脱节。

再比如，在讲解衍射公式时，通常会提到衍射极限问题。教师可以以此展开，向学生介绍目前科学界在突破衍射极限这一问题上所做的努力以及已取得的成果，同时阐述近场光学扫描显微镜、共聚焦显微镜和受激发射损耗荧光显微镜是分别应用什么原理来实现超分辨成像的，以及这些系统在不同领域的应用，这样可以拓宽学生的视野，使得课堂教学能反映当前社会科学技术的发展，从而有效激发学生的学生热情。

考虑到很多仪器特别是大型仪器，是系统工程的结合，综合了光机电各学科的知识，因此在备课时需要跨学科的与其他专业的教师进行交流，互通有无，而很多高端仪器应用了最新的研究成果，这又需要教师不断更新自己的专业知识，不能与当今的科技发展速度脱钩。由此可见，想要在光电信息工程专业的理论课程教学中联系实际，充分激发学生的学习热情，对任课教师也提出了更高的要求。

三、结束语

为了达到上述目的，我们需要通过大范围调研目前已实际应用于日常生活、工业生产、以及科学研究的各类光电仪器，联合光学、电气、机械和通讯等领域的专业教师联合备课，了解其设计思想，掌握其工作原理，然后进行分类整理，利用科学软件对部分仪器进行建模、仿真。在理论教学过程中，利用3D仿真等现代化教学手段，结合实际的仪器应用对专业理论知识进行讲解，使学生觉得学能致用，从而大幅提升学生的学习主动性。另一方面，教师要做好自己的研究工作，积极申请国内科研项目，并能将研究成果联系到教学中。

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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