摘?要：“應(yīng)用光學(xué)”是光學(xué)領(lǐng)域非常核心的一門課程，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)于培養(yǎng)光學(xué)工程以及相關(guān)方向的人才具有重要意義。本文基于近年來(lái)該門課程在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)和課程調(diào)研，提出了一些問(wèn)題和一些針對(duì)性的改革措施，包括適當(dāng)?shù)卣{(diào)整“應(yīng)用光學(xué)”課程的課上授課內(nèi)容，增加課后自主學(xué)習(xí)內(nèi)容、建立課程模擬系統(tǒng)，加大課程的過(guò)程考核以及開(kāi)展合作培養(yǎng)模式等。通過(guò)課程的改革探索，對(duì)于提高教學(xué)效果和培養(yǎng)面向未來(lái)的光電人才都是有益的。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用光學(xué)；教學(xué)改革；過(guò)程考核；合作培養(yǎng)

1?概述

光學(xué)作為物理學(xué)的一個(gè)重要學(xué)科方向，是隨著物理學(xué)的發(fā)展逐漸發(fā)展成熟的。人類對(duì)于光的探索和應(yīng)用，有著非常悠久的歷史。近年來(lái)，光學(xué)的應(yīng)用更是滲透到了生活的方方面面，比如常見(jiàn)的各種眼鏡、隨處可見(jiàn)的掃碼技術(shù)以及光刻機(jī)等。光學(xué)的前沿研究也非?；钴S，形成了一系列分支領(lǐng)域，如微納光學(xué)、信息光學(xué)、量子光學(xué)等［16］。光學(xué)的研究和應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域都有著重要意義。培養(yǎng)合格的人才是大學(xué)的主要任務(wù)之一，而課程在培養(yǎng)人才的過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，因此課程的設(shè)計(jì)和研究就顯得非常有意義。

2?課程背景

“應(yīng)用光學(xué)”屬于光學(xué)的一個(gè)重要學(xué)科分支，但是又和基礎(chǔ)的光學(xué)課程有著明顯的區(qū)別?；A(chǔ)的光學(xué)課程一般包括“物理光學(xué)”和“幾何光學(xué)”，偏重于探尋的光的本質(zhì)和光學(xué)傳播現(xiàn)象，而“應(yīng)用光學(xué)”課程則是基于“幾何光學(xué)”，偏向于如何利用光。簡(jiǎn)單講，“應(yīng)用光學(xué)”課程是從“幾何光學(xué)”出發(fā)，理解光線的傳播，特別是近軸近似情況下的傳播，使得相關(guān)專業(yè)的學(xué)生能夠掌握光學(xué)系統(tǒng)的成像特征以及理解光學(xué)系統(tǒng)的像差和相關(guān)的計(jì)算，最終能夠利用所學(xué)內(nèi)容理解實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)，并且能夠進(jìn)行一定光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？傊?，“應(yīng)用光學(xué)”作為光學(xué)的一個(gè)重要學(xué)科方向，涉及應(yīng)用光的各個(gè)方面，具有非常重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義［7］。

接下來(lái)，我們探討“應(yīng)用光學(xué)”的課程內(nèi)容。對(duì)于不同的專業(yè)和不同學(xué)校，同一門課程根據(jù)學(xué)生和專業(yè)特點(diǎn)往往會(huì)有一些差別，我們以北京化工大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例，探討該門課程的內(nèi)容。首先為“幾何光學(xué)”基礎(chǔ)部分。第一，需要講授“幾何光學(xué)”的基本定律和成像的概念，這部分內(nèi)容為“幾何光學(xué)”的基礎(chǔ)內(nèi)容；第二，需要講解球面和共軸球面系統(tǒng)，包括光線經(jīng)過(guò)單個(gè)折射面的傳播以及經(jīng)過(guò)共軸球面系統(tǒng)的傳播等內(nèi)容；其次是理想光學(xué)系統(tǒng)。第一，該部分介紹光學(xué)系統(tǒng)中常見(jiàn)的一些參數(shù)的定義和計(jì)算方法，如焦點(diǎn)、焦距等；第二，在該部分中還會(huì)介紹到平面鏡、平面系統(tǒng)以及光學(xué)系統(tǒng)中的光闌，包括孔徑光闌、視場(chǎng)光闌和漸暈光闌，此外還有景深等成像光學(xué)系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)涉及的概念和計(jì)算方法；第三，光能涉及的一些概念和定義，比如光通量、發(fā)光強(qiáng)度、光照度、光亮度等內(nèi)容。再次為像差理論部分。第一，講授光線的光路計(jì)算，分為子午面內(nèi)的光線光路計(jì)算、軸外點(diǎn)的細(xì)光束的光路計(jì)算和空間光線的光路計(jì)算，為像差的計(jì)算打好基礎(chǔ)；第二，介紹光學(xué)系統(tǒng)中的像差，包括球差、彗差、像散、場(chǎng)曲、畸變和色差等，該部分中重點(diǎn)讓學(xué)生掌握球差和彗差的計(jì)算。最后為常見(jiàn)的光學(xué)系統(tǒng)。該部分主要包括人眼系統(tǒng)、放大鏡、望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡系統(tǒng)，通過(guò)該部分內(nèi)容讓學(xué)生了解常見(jiàn)的光學(xué)系統(tǒng)以及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程。此外，除了上述課程內(nèi)容外，在我們選定的教材里面，實(shí)際上還介紹了很多內(nèi)容，如攝影和投影系統(tǒng)、光電接收器和光學(xué)設(shè)計(jì)等［8］。從課程內(nèi)容上看，“應(yīng)用光學(xué)”課程內(nèi)容是非常豐富的，也比較容易擴(kuò)展；此外也可以發(fā)現(xiàn)，課程內(nèi)容對(duì)理論基礎(chǔ)和計(jì)算要求都比較高。

到目前為止，我們已經(jīng)對(duì)“應(yīng)用光學(xué)”的范圍和課程內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，可以看出“應(yīng)用光學(xué)”課程具有內(nèi)容范圍廣、工程屬性強(qiáng)的特點(diǎn)，那么有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，就需要不斷地進(jìn)行教學(xué)探索和改革。首先，該門課程的授課對(duì)象為北京化工大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的大三學(xué)生，課程性質(zhì)為專業(yè)選修課，作為大三的學(xué)生，已經(jīng)有了一定的專業(yè)基礎(chǔ)，但是按照近幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，學(xué)生在光學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備方面仍然略顯不足。其次，該門課程的學(xué)時(shí)設(shè)置僅為32學(xué)時(shí)，而從前面的討論中，我們可以發(fā)現(xiàn)該門課程內(nèi)容是比較多的，如何在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到課程目標(biāo)，對(duì)教師和學(xué)生都有很大的挑戰(zhàn)。最后，“應(yīng)用光學(xué)”在很多學(xué)校都屬于專業(yè)必修課，盡管在我們專業(yè)目前課程性質(zhì)為選修課，但是對(duì)于實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)面向未來(lái)的光電人才的專業(yè)目標(biāo)，該門課程的重要性也是毋庸置疑的。因此，作為授課教師，對(duì)于課程進(jìn)行持續(xù)性的探索和改革就非常有必要。

3?課程調(diào)研

為了更好地進(jìn)行課程的改革和實(shí)踐，我們針對(duì)最近的一次選課學(xué)生進(jìn)行了課程調(diào)研。該次調(diào)研我們是安排在課程內(nèi)容完成以后進(jìn)行的，即在學(xué)生學(xué)習(xí)完課程內(nèi)容以后開(kāi)展，這樣可以更好地從學(xué)生角度了解一些課程的信息。

本次調(diào)研總共有23位學(xué)生參與，首先，我們分析下學(xué)生對(duì)于課程重要性的認(rèn)識(shí)。本次調(diào)研的結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)一學(xué)期的課程的學(xué)習(xí)以后，總共有11位同學(xué)認(rèn)為課程非常重要，有8位同學(xué)認(rèn)為比較重要，剩余4位同學(xué)認(rèn)為一般。該結(jié)果說(shuō)明通過(guò)課程的學(xué)習(xí)大概有50%同學(xué)認(rèn)為課程對(duì)自己是非常重要的，對(duì)自己有幫助；同時(shí)也說(shuō)明80%左右的學(xué)生都認(rèn)可課程內(nèi)容。但是，我們?yōu)槭裁丛诖藦?qiáng)調(diào)是經(jīng)過(guò)課程學(xué)習(xí)以后的結(jié)果？因?yàn)閺慕陙?lái)課程的選課情況來(lái)看，實(shí)際上在學(xué)習(xí)課程內(nèi)容之前，不少學(xué)生并未認(rèn)識(shí)到課程的重要性。

接下來(lái)，我們通過(guò)本次調(diào)研探討課程的難點(diǎn)內(nèi)容。本次調(diào)研的結(jié)果顯示，有50%左右的學(xué)生都覺(jué)得光路計(jì)算和像差理論最難掌握；有13%左右學(xué)生認(rèn)為光學(xué)系統(tǒng)最難掌握；此外，還有學(xué)生認(rèn)為公式多、畫圖、光闌、望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡比較難掌握；最后還有10%左右的學(xué)生認(rèn)為課程內(nèi)容都難。該結(jié)果為我們的教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)改革提供了一定依據(jù)，可以更好地安排教學(xué)活動(dòng)，幫助學(xué)生掌握課程難點(diǎn)。此外，我們還調(diào)研了學(xué)生每周課后在該課程上的投入時(shí)間，結(jié)果顯示70%左右的學(xué)生每周在課后能留出2～4個(gè)小時(shí)學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，這個(gè)時(shí)間包括完成作業(yè)的時(shí)間，剩余30%的學(xué)生大部分每周花的時(shí)間都少于2小時(shí)。總之，該結(jié)果明顯可以看出學(xué)生課后在課程上的投入不夠，而這會(huì)大大影響教學(xué)效果。

最后，我們?cè)谠摯握{(diào)研的結(jié)尾還讓學(xué)生寫出了自己的收獲，比如一些比較典型的：知道了基本的光學(xué)系統(tǒng)原理和光路圖，能夠利用計(jì)算和作圖法分析簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)；對(duì)一些典型的光學(xué)系統(tǒng)有了深刻了解，掌握了各種光學(xué)儀器分析參數(shù)；和物理光學(xué)相比能更好地解決光學(xué)系統(tǒng)計(jì)算方面的問(wèn)題。

4?課程改革

“應(yīng)用光學(xué)”的課程內(nèi)容相對(duì)比較多，而事實(shí)上如果我們?nèi)ズ瓦m用于光學(xué)工程等專業(yè)學(xué)科的課程內(nèi)容做比較［9］，就會(huì)發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)合格的光學(xué)設(shè)計(jì)方面的人才，還需要其他課程配合?？紤]到我們課程的教學(xué)計(jì)劃只有32個(gè)學(xué)時(shí)，要在有限的時(shí)間內(nèi)完成課程內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)，我們就需要對(duì)課程內(nèi)容和課程安排不斷進(jìn)行改進(jìn)。此外，從以上討論中我們也可以看出來(lái)，為了更好地提高教學(xué)效果，還需要提升學(xué)生的主動(dòng)性。總之，為了適合電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，培養(yǎng)面向未來(lái)的光電人才，我們都需要解決好課程存在的一些問(wèn)題，下面我們就針對(duì)課程的改革提出一些想法。

首先，進(jìn)行課程內(nèi)容改革，包括以下幾個(gè)方面：

（1）考慮到僅有32個(gè)學(xué)時(shí)課程，我們?cè)谑谡n時(shí)就需要突出重點(diǎn)，注意課程和其他相關(guān)課程的銜接，比如和普通物理課程內(nèi)容的銜接。我們?cè)瓉?lái)在“幾何光學(xué)”的基本定律部分安排2個(gè)學(xué)時(shí)，而實(shí)際上此處講解的一些定律和原理，如反射定律、折射定律等在其他課程中都已經(jīng)學(xué)過(guò)，因此，在該部分的授課過(guò)程中我們可以以引導(dǎo)學(xué)生回顧和引入為主。此外，我們?cè)诮榻B典型的光學(xué)系統(tǒng)部分內(nèi)容時(shí)安排了6個(gè)學(xué)時(shí)，那么我們可以嘗試將該部分授課學(xué)時(shí)進(jìn)行一定縮減，比如改成4個(gè)學(xué)時(shí)。同時(shí)對(duì)于內(nèi)容進(jìn)行一定調(diào)整，此處原來(lái)安排了4個(gè)學(xué)時(shí)的經(jīng)典的光學(xué)系統(tǒng)，可以調(diào)整為課堂上講授2個(gè)學(xué)時(shí)，另外2個(gè)學(xué)時(shí)可以節(jié)省下來(lái)，留出一些問(wèn)題，然后讓學(xué)生帶著這些問(wèn)題自學(xué)完成，同時(shí)也可以增加一個(gè)比較新的光學(xué)系統(tǒng)。這樣我們就可以將節(jié)約出來(lái)的2個(gè)學(xué)時(shí)調(diào)整到學(xué)生覺(jué)得很難掌握的部分，即光路計(jì)算和像差理論部分。

（2）光線的傳播屬于課程內(nèi)容的重點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中往往會(huì)重視光路的各種公式計(jì)算，但是很難建立起實(shí)際的物理圖像，因此我們可以在講解理想光學(xué)系統(tǒng)的部分內(nèi)容時(shí)，利用計(jì)算機(jī)去展示在不同系統(tǒng)中的光線傳播，逐步建立適合該課程的模擬系統(tǒng)，這樣一方面方便學(xué)生建立物理圖像，另一方面也有益于學(xué)生更好地去理解光學(xué)系統(tǒng)中的物理概念，比如焦點(diǎn)、主點(diǎn)等。

其次，加強(qiáng)過(guò)程考核，我們的教學(xué)方式要從傳統(tǒng)的“以教為主”向“以學(xué)為主”轉(zhuǎn)換。在平時(shí)授課過(guò)程中，可以增加一些以問(wèn)題為導(dǎo)向的自學(xué)、研討和調(diào)研內(nèi)容，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)的方式使學(xué)生在課堂之外增加課程的學(xué)習(xí)時(shí)間，同時(shí)通過(guò)解決問(wèn)題，也可以提高學(xué)生對(duì)課程的自我滿足，進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)興趣；此外，通過(guò)平時(shí)的過(guò)程考核引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，也可以逐步培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和解決問(wèn)題的能力，包括問(wèn)題歸納、文獻(xiàn)檢索和調(diào)研等。養(yǎng)成良好的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，未來(lái)當(dāng)學(xué)生真正遇到相關(guān)問(wèn)題，比如畢業(yè)后從事光學(xué)設(shè)計(jì)方面工作或者進(jìn)一步深造時(shí)需要搭建光學(xué)檢測(cè)方面的光路，那么就可以在課程的基礎(chǔ)上通過(guò)自主學(xué)習(xí)解決問(wèn)題。當(dāng)然，過(guò)程考核也存在一些挑戰(zhàn)，比如如果學(xué)生人數(shù)比較多，具體開(kāi)展就面臨非常大的工作量；此外，過(guò)程考核中的問(wèn)題的設(shè)計(jì)也非常重要，需要盡可能地保證讓每一個(gè)學(xué)生都能主動(dòng)參與進(jìn)去，同時(shí)教師也能夠根據(jù)結(jié)果進(jìn)行公平的考核。但是，考慮到過(guò)程考核的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)過(guò)程考核的教學(xué)嘗試和改革都非常有必要。

再次，“應(yīng)用光學(xué)”是實(shí)踐性非常強(qiáng)的一門學(xué)科，在教學(xué)活動(dòng)中可以嘗試增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，這對(duì)于提高該門課程的教學(xué)效果會(huì)有非常積極的效果。以本人授課的專業(yè)為例，學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程之前，往往在“應(yīng)用光學(xué)”方面的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)是非常少的，基本只有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程涉及的一些光學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，而這些實(shí)驗(yàn)都是設(shè)計(jì)好的，學(xué)生能夠進(jìn)行主動(dòng)設(shè)計(jì)和調(diào)整的機(jī)會(huì)很少。通過(guò)在課程中增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，可以讓學(xué)生自己完成一些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和開(kāi)展，比如簡(jiǎn)單的望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡系統(tǒng)，甚至激光光學(xué)系統(tǒng)，那么通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、光路調(diào)整、測(cè)量、觀察和報(bào)告的完成，這樣一方面明顯可以幫助學(xué)生更好地理解課程的內(nèi)容，比如光路計(jì)算等；另一方面，也可以為將來(lái)真正從事該方面工作打下比較好的基礎(chǔ)。

最后，培養(yǎng)面向未來(lái)的光電方面的人才，我們可以進(jìn)一步嘗試將光學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)界聯(lián)合起來(lái)，即通過(guò)課程、相關(guān)實(shí)驗(yàn)室和相關(guān)的產(chǎn)業(yè)界共同培養(yǎng)光學(xué)方面的人才。課程方面我們就不在此繼續(xù)贅述，科研實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)方面，比如有光電需求的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室可以提供一些相對(duì)基礎(chǔ)的光學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)需求，我們可以將學(xué)生分組，進(jìn)入不同實(shí)驗(yàn)室完成相關(guān)課題實(shí)驗(yàn)，這樣可以幫助學(xué)生將學(xué)習(xí)內(nèi)容和科學(xué)研究聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)課程的理解，同時(shí)也能幫助學(xué)生了解學(xué)術(shù)上的需求。而在產(chǎn)業(yè)界，可以和相關(guān)的企業(yè)進(jìn)行合作，邀請(qǐng)有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程人員來(lái)開(kāi)展一些相關(guān)課程的報(bào)告，幫助學(xué)生了解產(chǎn)業(yè)界的需求。

結(jié)語(yǔ)

總之，基于近年來(lái)的“應(yīng)用光學(xué)”課程教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和課程調(diào)研，我們?cè)诒疚闹刑岢隽艘恍╆P(guān)于課程內(nèi)容和課程活動(dòng)改進(jìn)的思路，相信對(duì)于課程的開(kāi)展和實(shí)踐有一定的借鑒意義。在實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中，我們也已經(jīng)進(jìn)行了一些改革嘗試，當(dāng)然，有些改革思路的實(shí)踐需要較長(zhǎng)時(shí)間的探索和印證。但是無(wú)論如何，為了培養(yǎng)面向未來(lái)的合格的光電技術(shù)人才，我們都需要在教學(xué)活動(dòng)中持續(xù)性地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：王本立（1986—?），男，漢族，陜西渭南人，博士，副教授，研究方向：微納光學(xué)。