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光學工程的發展范文1
中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0142-02
隨著光學技術的發展，對光學儀器和光電儀器設計的要求也越來越高，這就要求設計者具備扎實的理論基礎、較高的設計技巧和現代光學系統設計計算能力。目前，社會上對光學設計的專業人才有著越發迫切的需求，為此，高校肩負著培養具有良好光學設計能力的工程型人才的重任。
為了幫助學生鞏固應用光學專業基礎知識，掌握評價光學系統的基本方法，提高學生對光學系統的應用能力和設計能力，該校在光學工程學科研究生教學中開設了“光學工程與系統設計”課程。該課程在本科工程光學的基礎上，系統、全面地講解光學工程的理論、應用和系統設計方法，幫助學生提高在工程應用中解決實際問題的能力。
“光學工程與系統設計”課程針對光學工程學科研究生開設，要求學生具有一定的光學工程基礎知識，教學目標是培養光學工程的高級應用人才。授課內容除注重于基本概念的講解和基本原理的分析外，擬通過大量豐富的光學系統應用實例，培養和提高學生發現和解決工程問題的能力。
因此，該門課程在較短的課時內，既要有對專業基礎知識的深入理解，又要結合工程生產實踐，以解決實際設計問題為目的，使學生在系統、全面地掌握光學設計理論和設計方法基礎上，能夠獨立完成大多數典型光學部件和系統的設計工作。因此，要達到較好的授課效果，對授課教師提出了較高的要求。
在“光學工程與系統設計”的授課中，如何將理論與實際相結合，充分調動學生學習興趣，使學生逐步適應從習慣于科學理論、理想假定的學習者到光學工程專業技術人員的轉變，培養和提高學生發現和解決工程問題的能力，是重點考慮的問題。該文將對教學中遇到的問題及經驗進行做出總結。
1 “光學工程與系統設計”教學中面臨的主要問題
在該課程的教學過程中，主要存在的問題有以下幾點。
1.1 學時少，相應配套課程不完善，學生基礎知識水平不均衡
“光學工程與系統設計”課程涵蓋光學成像理論、典型現代光學系統的結構原理和光學特性、光學系統設計方法等等方面，涉及知識內容非常廣泛。在有限的學時內，要完成所有的教學內容，達到使學生系統、全面地掌握光學設計理論和方法，提高學生現代光學系統設計能力，培養學生工程素質的目的，對學生的基礎知識、綜合能力的要求都較高。而在實際教學中，由于學生可能來自于不同的本科專業，在光學工程類基礎課程方面的知識水平表現出很不均衡，相應的配套課程也不夠完善。因此，如何在本課程的教學中，如何緩這些矛盾，彌補這些缺陷，達到好的授課效果，對教師提出了很大挑戰。
1.2 學生工程意識淡薄，動手能力差，不能將理論與實際相結合
學生對工程設計的特點仍舊缺乏認識，對工程問題較為生疏，工程意識非常淡薄，因此造成了動手能力差，不能將所學的理論知識與實際應用有機結合的問題。而本課程正是以培養具有良好光學設計能力的工程型人才為目標，因此，如何理論結合實際，在對實際問題的分析與討論中，培養學生學習與發展的能力和創造性解決工程問題的能力，是重點要解決的一個問題。
1.3 學生的學習積極性問題
教育學認為：興趣是學習最好的老師。學生對所學習的課程產生了興趣，才能更加認真、更加投入地汲取課程的知識，更好地發揮思維和智力的潛能，做出創造和發明。正是由于本課程涉及內容廣泛，學生基礎知識水平不均衡，如果不能夠采取合理措施，將理論與實踐相結合，充分調動起學生學習的主動性，就更容易造成部分學生對課程喪失興趣，消極學習。因此，作為專業課程老師，怎樣培養學生的學習興趣，不使學生感覺學習過程無聊、無用而索然無味，是授課教師必須認真思考的問題。
2 教學改革實踐與探索
針對以上問題，我們在教學過程中，從教學體系、教材、課件、教學方法等多方面進行改革探索，以完善教學內容、創新教學方法為出發點，從提高學生興趣，加強師生互動，講解深入淺出，理論結合實際，融入科研內容等多方面著手，改善教學效果，取得了較好的成效。主要采用了以下手段后。
2.1 精心規劃授課內容，注意銜接，有的放矢
該課程許多內容涉及到幾何光學、物理光學、激光原理等基礎課程知識，希望學生能夠具有一定的相關基礎，在授課時才能產生較好的效果。然而，如前所述，在教學中存在學生基礎知識水平不均衡，配套課程不夠完善的問題。為解決這一矛盾，在授課體系與授課內容方面，進行了精心的規劃，力求合理。
首先，在授課內容方面，重視教材內容的科學組織，在內容的編排上注意知識本身的內在規律性、系統性及相互聯系，增強課程各個部分之間的邏輯性，有的放矢，從而節省學時，解決課程容量大與學時有限的矛盾。其次，在講授必要內容的基礎上，注意與前期課程的銜接，但并不完全依賴于前期課程知識的掌握，而是注重啟發、引導學生自主的復習、掌握、擴展原有知識，例如通過布置思考題目、提供參考文獻、課上討論等方式，幫助和鼓勵學生通過主動學習，來解決基礎知識水平不均衡的問題。同時，在授課中并不簡單的按照教材施教，而是及時結合科研項目，充分利用與課程有關的最新研究成果，補充本領域的前沿技術。
通過合理的規劃授課內容，并在授課過程中，注意銜接，有的放矢，激勵學生課下主動學習的方式，提高了教學質量。
2.2 理論結合實際，重在能力培養
本課程除了具有知識的系統性、理論性強的特點外，更重要的特點是應用性強。在工程設計中，需要靈活地運用學過的理論知識，用理論指導實踐，才能使設計朝著成功的方向前進。當設計過程出現問題時，怎樣利用理論知識和實踐經驗，來有效地進行修正，最終得到滿足使用要求的系統設計，這種解決工程問題的能力的提高，是本課程最核心要解決的問題。
為此，我們在基礎理論講授后，通過拋出一個或幾個實際工程設計問題，引導學生進行深入思考與討論，完成自主設計。例如在學習了像差理論及典型顯微光學系統后，要求學生設計一款高倍率顯微系統，針對該系統設計過程中發生的各種問題，包括怎樣從低倍率系統逐步過渡到高倍率系統，怎樣實現復消色差，以及工程實際中如何實現系統裝調等等問題，一一進行討論和分析，通過引導學生發現問題，鼓勵學生自主分析解決問題，提高學生的實踐能力。
這樣的理論與實際相結合的過程，深受學生好評，學生們一致認為，通過這樣的練習，不但加深了對理論知識的理解，更大大提高了他們發現和解決工程問題的能力。
2.3 創新授課方法，刺激學生主動學習
由于授課內容的更新以及理論與實際相結合的要求，教師在授課方法上也必須進行相應的創新，才能夠達到預期的效果。學生是課堂教學的主體，只有激發學生求知的動力，課堂教學才有可能成功。除了傳統的講授方式外，在本課程的授課過程中，更加注重啟發式教學和討論式教學。啟發式教學方法，是指通過具有啟發式的提問，激勵學生學習的興趣，從而培養學生的創造性思維能力。討論式教學方法，是指通過討論問題，積極引導學生進行獨立思考，培養學生的自主學習能力。
在具體做法上，除了采用布置思考題目，推薦參考文獻的方式外，還通過將學生分為合作小組，針對某一任務進行組內合作，然后組織各小組就各自研究成果在全班進行交流，鼓勵學生之間就技術問題進行討論、質疑與辯論，加深理解。
通過啟發式與討論式教學方法的引入，增強了師生互動，提高了學生的學習興趣，刺激學生主動學習的欲望。
3 結語
在“光學工程與系統設計”的教學中，針對存在的問題，從規劃授課內容、理論結合實際以及創新授課方法等等方面進行了教學改革的實踐與探索。通過合理地規劃授課內容，理論與實際相結合，以及引入啟發式和討論式的教學方法，注重對學生發現和解決工程問題的能力的培養，刺激學生學習的主動性與積極性，提高了教學質量，收到了良好的效果。
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光學工程的發展范文2
科交叉的邊緣科學，它是用現代科學技術的理論和方法，研究新材料、新技術、新
儀器設備 ，用于防病、治病、保護人民健康，提高醫學水平的一門新興學科。
生物醫學工程在國際上做為一個學科出現，始于20世紀50年代，特別是隨著宇
航技術的進步 、人類實現了登月計劃以來，生物醫學工程有了快速的發展。在我
國，生物醫學工程做為一 個專門學科起步于20世紀70年代，中國醫學科學院、中
國協和醫科大學原院校長、我國著名 的醫學家黃家駟院士是我國生物醫學工程學
科最早的倡導者。1977年中國協和醫科大學生物 醫學工程專業的創建、1980年中
國生物醫學工程學會的成立，有力地推進了我國生物醫學工 程的發展。目前，我
國許多高?？蒲袉挝痪O有生物醫學工程機構，從事著生物醫學的科研 教學工作
，在我國生物醫學工程科學事業的發展中發揮著重要作用。
顯微鏡的發明 “解剖”一詞由希臘語“Anatomia”轉譯而來，其意思是用
刀剖割，肉眼觀察研究人體結構。17世紀Lee Wenhock發明了光學顯微鏡，推動了
解剖學向 微觀層次發展，使人們不但可以了解人體大體解剖的變化，而且可以進
一步觀察研究其細胞 形態結構的變化。隨著光學顯微鏡的出現，醫學領域相繼誕
生了細胞學、組織學、細胞病理 學，從而將醫學研究提高到細胞形態學水平。
普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平，難以分辨病毒及細胞
的超微細結構 、核結構、DNA等大分子結構。而20世紀60年代出現的電子顯微鏡，
使人們能觀察到納米(nm )級的微小個體，研究細胞的超微結構。光學顯微鏡和電
子顯微鏡的發明都是醫學工程研究 的成果，它們對推動醫學的發展起了重要作用
。
影像學診斷飛躍進步 影像學診斷是20世紀醫學診斷最重要發展最快的領域
之一。50年代X光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法，而今天由于X線CT技
術的出現 和應用，使影像學診斷水平發生了飛躍，從而極大地提高了臨床診斷水
平。即計算機體斷層 攝影(computed tomography CT)，即是利用計算機技術處理人
體組織器官的切面顯像。X線CT 片提供給醫生的信息量，遠遠大于普通X線照片觀
察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已經問世，能快速掃描
和重建圖像，在臨床應用中取代了多數傳統的CT， 提高了診斷準確率［1］。醫學
工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonanc
e)原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(MRI)，它不僅 可分辨病理解剖
結構形態的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，顯示某些疾 病在
早期價段的改變，有利于臨床早期診斷?？梢哉J為MRI工程的進步，促進了醫學診
斷學 向功能與形態相結合的方向發展，向超快速成像、準實時動態MRI、MRA、FM
RI、MRS發展。 根據核醫學示蹤，利用正電子發射核素(18F，11C，13N)的原理，
創造 的正電子發射體層攝影(PET)，是目前最先進的影像診斷技術。美國新聞媒體
把PET列為十大 醫學生物技術的榜首。PET問世不過30年歷史，但它已顯示出對腫
瘤學、心臟病學、神經病 學、器官移植，新藥開發等研究領域的重要價值［2］。
影像學診斷水平的不斷提高 ，與20世紀生物醫學工程技術的發展密切相關。
介入醫學問世 介入醫學是一種微創傷的診療技術。Dotter和Judkin(1964 年
)是最早使用介入技術治療疾病的創始人，他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行
擴張治 療取得成功。1967年Margulis首先使用過介入放射學(Interventional Ra
diology)，這是醫 學文獻出現“介入”一詞的最早記載。1977年 Gruenzing成功
地進行了首例冠狀動脈球囊擴 張術獲得成功以后，介入性診療技術由于其創傷小
、患者痛苦少，安全有效而倍受臨床歡迎 。20世紀80年代隨著生物醫學工程的發
展，高精度計算機化影像診查儀器、數字減影血管造 影(DSA)、射頻消融技術以及轉貼于
高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相 繼問世，使介入性
診療技術發生了飛速進步，臨床應用范圍不斷擴大，從心血管、腦血管、 非血管
管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證，并使診療效果明顯提高
，患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術視 為與藥物診療、手術診療
并列的臨床三大診療技術之一，也有人把介入診療技術稱之為20世 紀發展起來的
臨床醫學新領域--介入醫學［3，4］。
人工器官的應用 當人體器官因病傷已不能用常規方法救治時，現代臨床醫
療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能，人們
稱這種裝置 為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前，風濕性心臟
瓣膜病的治療，除了應 用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外，對病損的瓣膜很難
修復改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環技
術，在心臟停跳狀態下切開心臟，進行更換人 工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修
補，使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科 之所以能達到今天這樣
的水平，主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工 血管等新材
料、新技術的結果［5］。
腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良，而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病
晚期患者的生 命，腎病治療學也因此有了很大進步。
現代生物醫學工程中人工器官的發展也非常迅速，除上述人工器官外，人工關
節、人工心臟 起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用，使千千
萬萬的患者恢復了健康。 可以說，人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外，
其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。
此外，放射醫學、超聲醫學、激光醫學、核醫學、醫用電子技術、計算機遠程
醫療技術等先 進的醫療技術和儀器設備都是現代醫學工程研究開發的成果，綜上
可見，20世紀生物醫學工 程的發展，顯著提高了醫學診斷和治療水平，有力地推
動著醫學科學的進步。
21世紀生物醫學工程展望 縱觀醫學新技術誕生和發展的 歷史，從倫琴發現
X線到今天X射線診療技術的發展，從朗茲萬發現超聲波到今天B超診斷的 廣泛應用
，從布洛赫和伯塞爾發現核磁共振到今天MRI的問世，從赫斯費爾德發明CT到今天
C T成像系統的應用，都是以物理學工程技術為基礎、醫學需求為前提發展起來的
醫學新技術 。循著20世紀醫學發展的軌跡，我們有理由預測21世紀新的醫學診療
技術可能在以下10個方 面有重大突破和創新：
(1)各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化，遠程醫療信 息網絡化，
診療用機器人將被廣泛應用。［6］
(2)介入性微創，無創診療技術在臨床醫療中占有越來越重要的地位。激光技
術，納米技術 和植入型超微機器人將在醫療各領域里發揮重要作用。
(3)醫療實踐發現單一形態影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著
PET的問世和應 用，形態和功能相結合的新型檢測系統將有大發展。非影像增顯劑
型心血管、腦血管影像診 查系統將在21世紀問世。
(4)生物材料和組織工程將有較大發展，生物機械結合型、生物型人工器官將
有新突破，人 工器官將在臨床醫療中廣泛應用。
(5)材料和藥物相結合的新型給藥技術和裝置將有很大發展，植入型藥物長效
緩釋材料，藥 物貼覆透入材料，促上皮、組織生長可降解材料，可逆抗生育絕育
材料、生物止血材料將有 新突破。
(6)未來醫療將由治療型為主向預防保健型醫療模式轉變。為此，用于社區、
家庭、個人醫 療保健診療儀器，康復保健裝置，以及微型健康自我監測醫療器械
和用品將有廣泛需求和應 用。
(7)除繼續努力加強生物源性疾病防治外，對精神、心理、社會源性疾病的防
治診療技術和 相應儀器設備的研制受到越來越多的重視與開發，研制精神分析、
心理安撫、生物反饋型診 療技術和設備將是生物醫學工程的新起點。
(8)創傷是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型創傷防護裝置、生命急救
系統是未來生 物醫學工程的重要課題。
(9)即將迎來的21世紀是分子生物學時代，有關分子生物學的診療新技術將快
速發展，遺傳 、疾病基因診療技術，生物技術和微電子技術相結合的DNA芯片、雪
白芯片和診療系統將被 廣泛應用。
(10)空氣污染、環境污染嚴重危害著人類健康，研究和開發勞動保護、家庭保
健、個人防護 用的人工氣候微環境是未來不能忽視的問題。
1997年我國了關于衛生工作改革與發展的決定，提出了奮斗目標：“到2
000年，基本實 現人人享有初級衛生保健”，到2010年國民健康的主要指標在經濟
發達地區達到或接近世界 中等發達國家水平，在欠發達地區達到發展中國家的先
進水平。1999年國家科技部召開了“ 發展生物醫學工程技術戰略研討會”，國家
工程院開展了有關發展我國醫療器械工業戰略研 究等，對推動生物醫學工程產業
發展、落實創新工程戰略布置起著重要作用。20世紀人類與 疾病做斗爭，在醫學
診療技術上取得了重大成就；但面向21世紀的巨大挑戰，我們要動員起 來，調整
政策，制定規劃，改革醫學研究教學的舊模式，發揮現代科學多學科交叉合作的優
勢，創建全新的生物醫學，為人民造福。
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光學工程的發展范文3
關鍵詞：測控技術與儀器；特色專業建設；人才培養
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）09-0172-02
一、建設背景
進入21世紀，國際競爭日趨激烈，競爭的焦點是人才的競爭，是全民素質的競爭。隨著科學技術高速發展，專業發展出現了一些新問題，表現在專業之間的交叉不斷增加，相近專業內涵界限不清，專業與學科聯系更加密切。同時由于高等學校本科招生不斷擴大，勢必造成各專業辦學規模也不斷擴大，由于發展速度過快，教學質量參差不齊。同時由于“測控技術與儀器”是由十幾個專業合并而來，從名稱上體現不出特色與優勢。為此對于辦學有鮮明特色的學校，必須探索一個適合自身特點，形成一個既有歷史特色，又符合教育、教學發展規律的新專業。經過多年的教學實踐，總結長春理工大學“測控技術與儀器”專業的辦學基礎與特色，依據本科教學的規律，對該專業建設進行了全面地研究與規劃，制定出了一套全新的具有鮮明特色的專業培養方案，用以指導本專業的教學工作。
二、建設方法與步驟
1.建設指導思想。以當前人們普遍關注的本科生教學改革為對象，探討適合人才培養與特色教育發展的教學方法，形成具有創新意識與能力的人才培養機制?？偨Y長春理工大學測控技術與儀器的特點，建設成為以光電測控技術為優勢的國家級特色專業，并以此形成辦學的特色與品牌。
2.建設主要內容和方法。主要從培養方案、課程體系、教學內容三個方面入手，重點進行教學計劃、教學大綱、課程建設、實驗實習、畢業設計（論文）等教學環節規范。在此基礎上完善教師隊伍、創新基地、實驗示范中心等內容建設。建設分五步進行，調研階段整理資料階段建設內容研討建設內容實施總結與交流。①調查研究。面向高校：通過到國內設有“測控技術與儀器”專業的大學走訪、實地考查、與教師座談等方式，對測控專業的辦學現狀有了進一步了解。國內目前設置該專業的院校由幾十所發展到140余所，其中此專業側重電信的有45%，側重機電的有35%，側重計算機的有10%，側重光電的有11所。以光電技術為主的學校多數集中在光通信、光電對抗等方面，進行光學精密儀器總體與結構為主并形成優勢的學校只有天津大學、浙江大學及長春理工大學3所。面向企業：通過兩種方式進行了調研：一是在每年的畢業生招聘會期間，與各企業相關人員座談，了解他們的需求和對往屆學生的評價；二是每年到與本專業相關的單位去實地調研，特別是近年來國外光學、光電相關企業在我國“長三角”、“珠三角”及周邊地區建廠，急需大量的光電測控方面人才。我校培養的“測控技術與儀器”專業的人才就業情況很好，特別是光學儀器方向的人才。我校培養光學、光電儀器方向的學生近五年來實際就業率達到85%以上，近幾年來社會對側重光電專業人才的需求有上升趨勢。跟蹤國際：通過訪問發達國家著名高校、聘請回國人員講座等辦法，了解國外高等學校辦學方式與經驗。國外控制技術伴隨計算機技術的發展已達到較高的水平，特別是機器人、多軸轉臺等的智能控制研究方面，美國、日本、英國等達到相當高的水平。而我校在光電檢測方面具有相當優勢，但控制方面教學與科研都是弱項，使得“測”、“控”出現嚴重脫節現象。②培養方案調整根據掌握的資料，結合實際情況進行綜合與分析。我校是以光學儀器發展而來，是以光學儀器創造品牌，這一點始終不能放棄。近年來許多大學遵循“寬口徑，厚基礎”原則，按專業培養學生。但我校一直沿用專業方向培養，這樣更有利于突出特色。我校“測控技術與儀器”專業原來下設4個專業方向：“光學儀器”、“檢測技術及儀器”、“精密儀器”和“光學工藝與光學設計”。由于近幾年教育部增加了一些有特色的目錄外專業，我校以“測控技術與儀器”專業中的“光學工藝與光學設計”方向分離出來，在2003年申辦了“光電信息工程”專業。這樣測控技術與儀器專業只有“光學儀器”、“檢測技術及儀器”和“精密儀器”3個方向。但在近幾年實際執行中，“測控技術與儀器”專業的“精密儀器”在分方向時很少有學生選擇，基本分不出班級，所以實際上本專業就是兩個方向。而“光學儀器”方向與“光電信息工程”的專業有交叉。所以在實際運行過程中，本方向越辦越窄，而且已失去了原有的優勢的地位。現代測控技術多學科的交叉，發揮我校在精密儀器基礎、憑借光學相關課程、實踐教學和光學儀器總體設計方面長處，結合現代控制技術的發展。對專業方向進行了重新調整，即形成“光學精密儀器”、“檢測技術及儀器”和“光電測控技術及系統”3個專業方向，形成以光學儀器和光學設計優勢，光電測控技術領先，檢測技術和信息處理并進的人才培養方案。
三、具體建設內容
根據社會對人才的需求、培養方案的具體內容，設立適應人才市場的培養方向，構建經濟社會發展需要的課程體系。同時設立“王大珩創新實驗班”進行創新人才培養方法的探索。具體建設內容如下。
光學工程的發展范文4
【Key words】Optical CAD；Teaching Means；Zemax
0 引言
《光學CAD》課程是南京郵電大學光電工程學院光信息科學與技術等相關專業的一門專業選修課，是光電信息工程專業的特色課程，是一門重要的實踐性課程，所有內容都是基于前期學習過的《應用光學》和《物理光學》的理論知識，該課程與先修的理論基礎構成一個完整的體系，完成了由理論學習到工程實踐的過渡[1]。其相關知識和工具的使用是該專業本科生今后就業和繼續深造經常需要的基本必備能力。南京郵電大學光電工程學院早在2010年就進行了將光學設計軟件Zemax應用于《應用光學》雙語課程的教學改革[2]，為《光學CAD》課程做好了前期學習的基本鋪墊。
1 課程及其教學內容的特點
現代光學儀器的研發離不開成熟的光學設計思想[3]。在工程光學學科中，光學設計是光學發展中關鍵的一步，對光學發展以及教育有著重要的影響[4]?！豆鈱WCAD》課程的目的就是基于先修課程的理論知識，應用于實際的光學軟件設計中，使學生能夠掌握光學設計的基本思路，對基本光學系統能夠進行分析與優化設計。該課程安排在本科生學習的第7個學期進行，共32個學時，一方面，先修課程《應用光學》和《物理光學》早已完成；另一方面，這個學期的學生正面臨今后就業和繼續深造的抉擇期，所以，該課程的學習對學生的影響意義深遠。
《光學CAD》課程的主要內容有：光學系統的基本參數建立、光學系統的像質評價、光學系統的優化和建立和基本光學系統的設計（包括雙膠合透鏡、簡單的擴束系統設計等）。為了更好的體現課程的實踐性，課程的所有學時都安排在學校的計算機輔助實驗室進行，所有的教學內容都是基于先修課程的理論知識，結合光學設計軟件Zemax，一邊講解理論知識，一邊在軟件中進行演示操作或設計，學生和老師同步進行軟件的具體操作，基本做到“手把手”的教學效果。
在該課程中選擇Zemax軟件作為教學中光學設計工具是完全根據目前的實際應用情況來決定的：由于其優越的性價比，近幾年來Zemax光學設計軟件在光學設計領域所占份額越來越大，在全球已經成為最廣泛應用的軟件之一，2013年Zemax公司還在上海成立了中國子公司?；旧纤械挠嘘P光學工程師的應聘單位已將是否會使用Zemax軟件作為招聘的基本條件。所以，該課程的學習，可以使學生在就業中提高競爭力，而且走上工作崗位后，可以少走彎路，直接發揮自己的專業特長。
2 理論與實踐教學內容的結合
由于學生對先修課程中有關理論知識可能有些遺忘，在該課程的教學過程中還包含了一部分的理論講解，結合教育心理學，上課的前幾分鐘不太適宜新知識的教學，所以，每次上課的剛開始，都是通過一些含有知識點問題的提問，啟發學生去思考問題，回顧前面所學的知識，再根據學生的具體反映情況，來對理論知識進行適度的回顧與講解。在具體的理論知識教學中，例如，像差理論的學習，一邊和學生一起回顧課本上的各種像差的概念，一邊通過Zemax軟件的具體操作學習，分別把各種像差的直觀圖形和分析功能在Zemax中顯示或演示出來，從而既可以加深學生對有關像差理論知識的掌握，又可以讓學生熟練軟件的具體操作。
該課程的培養目標，是夯實學生的光學專業基礎，培養學生靈活運用基礎知識的能力，培養學生的分析、發現和解決問題的能力，培養學生的實踐動手能力與創新能力，是理論與實踐相結合的要求體現。現代科技任務要求人們既具有獨立工作能力，又具有團隊協作能力，例如，光學設計者要與其他相近領域（如光學機械、制造與檢測）人員能成功溝通與相互促進。為此培養目標，老師對學生的光學設計任務的下達既要體現個人對理論知識的運用能力，又要體現實團隊的光學設計實踐能力。
因此，學生可以2～3人一組、分工協作，老師下達至每一組的任務書都不同，即每個學生的設計任務不同，如光學特性參數要求不同或像差要求不同，這部分任務可鞏固學生理解光學系統像質與視場、孔徑、焦距等參數之間的關系等等。而且，在技術要求上，模擬工程領域設計實務要求，如必須對曲率半徑按國標（如GB3158-82）要求進行規整。通過這些教學方法，避免學生懶惰或相互抄襲，在成績評定上，將設計結果的創新性程度、對工程設計實務的考慮周全程度等方面作為評分點，并且同設計任務一起，詳盡地發到學生手中，引導學生主動設計有用、可制造、成本低的光學系統，培養學生設計中主動考慮工程實踐的意識，培養學生的創新設計意識，避免學生僅為完成任務而設計、或僅為創新而設計虛擬無用的光學系統。
在具體的任務完成過程中，每一組學生可以通過討論協商根據不同的要求來選擇初始結構，然后再按照光學設計的基本流程，設置變量、評價函數，對初始結構進行優化設計，每一步具體的操作設計中，都需要學生的合作來完成。在實際的教學過程中，老師通過引導學生，如果在具體是設計過程中出現了設計問題，那么組員間就要相互討論先從理論知識方面查找原因，再根據光學設計流程查找實踐操作上的原因，最后讓學生自己找到解決問題的方法，讓學生在該課程的學習中得到成就感，積極調動他們學習的主觀能動性。
光學工程的發展范文5
關鍵詞：實驗教學；激光應用；光學信息技術；開放式教學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）12-0136-02
一、引言
實驗是學生從實踐中學習的重要手段，如何在有限的時間內讓學生學到更多的知識，掌握更新的技能是實驗教學必須考慮的問題[1]。光電信息類各專業的學生必須具備較強的工程實踐能力和研究創新能力，才能適應時展需求[2]。傳統的以課堂為中心，學生圍著教師轉的教學方法已經不再適應新形勢的需要，如何轉變傳統人才培養模式，是擺在實驗教學工作者面前的問題，這就要求我們不斷地開發新的實驗，積極探索提高實驗教學效果的方法和途徑，使學生的實踐能力得到更大的提高。在光學工程專業的實驗教學中，加強實驗教學改革，創新實驗教學模式，設立開放探索性實驗教學平臺，以學生獨立操作為主，教師輔導為輔，自主地進行實驗設計與探索，這樣的實驗教學模式可以讓學生感到自己是在真正地做實驗，而不是年復一年地重復別人的實驗[3]。
在激光與光學信息技術應用實踐教學體系建設的過程中，我們在基礎光學實驗中增加了現代光學的內容，注重了定性觀察、定量研究和結果思考。設計型、科研型和創新型實驗的引入，可以讓學生自己設計、獨立操作和分析結果，允許實驗失敗，不以實驗結果論成績，這種實驗教學模式力圖激發學生興趣，使過去被視為既傷眼睛又枯燥乏味的光學實驗，變成了興趣盎然、富有挑戰性的課程。同時，我們加入了開放式實驗教學的元素，學生的主動性被充分調動起來，激發了其潛在好奇心和求知欲，從而培養學生的科學精神、創新思維以及自主分析問題、解決問題的能力，為今后走向就業崗位和自主創業打下良好的基礎[4]。
二、激光與光學信息技術應用實踐教學體系的建立
激光與光學信息技術實驗中心是一個不斷發展與進步的實驗教學基地，伴隨著精品課程的建設，我們更新教學手段，注重啟發式教學，通過網絡答疑等形式，加強師生間的互動交流，并將最新的科研工作和教學相結合，建立了新的教學評價體系，將理論考核、實驗動手能力和科研創新能力結合起來，綜合考慮評價學生的成績。同時，我們注重配套實驗室的建設，重點加強科研型和創新性實驗的設置與建立，將最新的光電產品引入實驗教學，結合學術導師的課題內容，搭建起綜合性創新型實驗平臺，以便于學生了解光學產業前沿及創新思維的培養。同時，我們探究并實現了開放式實驗教學模式，實現了實驗室資源共享，培養了同學之間的團隊合作意識。
1.嚴格化實驗室教學和管理制度。激光與光學信息技術實驗中心是一個系統性強的實驗教學基地，其內容全面，體系合理，結構科學。激光應用光學實驗室中，光學儀器的造價比較高、精密度高，在日常實驗教學中，要求實驗儀器保存和維護狀況良好。在實驗操作過程中，實驗環境和客觀人為等因素都可能影響實驗結果，所以，加強實驗設備的管理與維護，建立完善的實驗規章制度是非常必要的。我們要求每位同學必須穿鞋套進入實驗室，實驗全程注意衛生，實驗室內不能隨意搬動儀器設備。在做實驗之前，必須首先熟悉光學元件和儀器設備的使用規則和維護措施，預習好實驗內容，做好實驗的準備，實驗前實驗教師會針對實驗內容做隨機提問和簡短答辯，實驗操作期間不得隨意進出實驗室，如果惡意損壞儀器應照價賠償，等等。
2.實驗體系的分層次教學。根據理論教學內容及專業培養目標，實驗課程中各個實驗項目的具體實現形式可以采用驗證型、操作型、演示型、設計型中的一種或多種。為了保證實驗課程的教學質量，該實驗課程實行小班上課，以組為單位，每組使用一套實驗系統，每組人數和小班人數根據具體的實驗內容和學時長短確定。實驗課程在設計時，采用分層次教學的思想。整個教學內容包括兩大類：一是基礎實驗環節，二是實驗提高環節?；A實驗環節是根據培養目標，對所有學生實施的基本實驗教學內容，以配合理論教學順利進行。實驗提高環節是針對能夠輕松完成基礎實驗環節，又有進一步提高愿望的部分學生實施的實驗教學內容，以實現培養優秀工程技術人員及研究型人才的目標。根據學生的個性和發展需求，按研究型、應用型、特長型三類模式培養，對不同類型學生按照不同的培養方法，培養不同的能力，鼓勵個性化發展。加強具有探索性原理實驗環節的建設，夯實專業理論基礎。光電信息類課程理論性比較強，內容比較抽象，學生理解有一定的難度。為此，國內許多高校往往會有針對性地開設一些原理性課程實驗，但是這類實驗多為驗證性的演示實驗，教學效果并不理想。針對這一現狀，激光應用實驗室準備系統性地開設一些具有探索性原理的科研型實驗環節，切實保證本科教學效果。這在國內同類專業院校實驗室建設中是一次新的大膽嘗試。實驗課是使學生加深理解課程內容、提高實踐能力的重要環節。在實驗教學中，我們突破傳統的實驗課模式，設置了大型綜合性設計型實驗，對于綜合性設計實驗，教師只提出方向，不規定具體的實驗題目，由學生自己創意、制訂方案，論證其可行性，然后由教師審核。審核通過后學生自行搭建光路，編制軟件，調試實驗。在實驗報告中，要求闡明題目的意義、方案的可行性以及調試的結果，最后談自己的感想，需要改進的方面及措施。這些創新型實驗調動了學生的學習積極性，發揮了學生的想象力，培養了學生的創新意識和能力。
3.實驗考核評價體系。在實驗教學中，確立公平、公正的實驗考核評價體系也是對學生成績公平性的體現。我們嘗試著把實驗成績劃分為三部分：實驗預習成績、實驗操作成績和實驗結果報告成績。其中，實驗預習成績主要來自于學生的預習實驗報告以及實驗開始之前的隨機提問抽查；實驗操作成績的評定主要依據學生在實驗過程中的具體表現，包括對實驗儀器的熟悉程度、對實驗過程和實驗現象的了解和理解情況以及實驗過程中排除操作故障的能力，并對學生的表現進行記錄作為考核的依據，在學生離開實驗室之前，檢查每組學生的實驗數據是否完整合理；實驗報告成績依賴于學生的實驗報告是否完整、準確，誤差分析是否合理，實驗現象分析是否正確，實驗誤差是否在允許范圍之內以及誤差的處理和分析情況來評定。
4.關于開放式實驗教學的探索和實踐。開放式實驗教學是一個系統工程，是從封閉的教學模式中走出來，為學生提供一個能夠充分發揮自主性、創造性的學習環境，提供更為豐富的、可以留給學生更大思考空間的教學模式[4]。同時，開放實驗室可以實現實驗設備的共享，相關領域知識的滲透，加強同學之間的合作、交流、討論與提高。開放實驗項目向本專業或相關專業的學生公布，主要面向本科優等生和低年級研究生，學生對感興趣的項目提出申請，由指導教師及相關實驗教師共同做好錄取工作，學生的實驗項目確定后，制訂出實驗方案，再將方案提交給指導教師和實驗技術人員，共同商定實驗日程。在學生進入實驗室時，先由實驗技術人員對學生培訓，培訓內容包括實驗室規章制度、實驗室儀器設備使用、低值耗材使用及日常排列要求等。在培訓過程中盡量細節化，這樣做即讓學生對實驗室布局和儀器設備有了更深的了解，也能最大限度的提高儀器設備的使用安全性，保證實驗的順利進行。當學生在實驗中遇到各種困難、障礙時，可以自由討論，也可以和教師一起研究和討論，共同尋求解決問題的方法，這樣能對培養學生的創新思維起到重要的作用，為今后從事科學研究與開發奠定基礎，同時也完善了實驗教材中實驗項目的知識結構，豐富了實驗教學內容，適應新時代人才培養的要求[5，6]，實現師生互動、教學相長，對實驗教學工作者的業務能力也提出了更高的要求。
三、結語
在傳統光電實驗中增加現代內容，注重定性的觀察與定量分析，理解實驗過程，探究實驗結果，加入開放性實驗教學元素，讓學生自己設計和研究，提高實驗興趣和挑戰性，這樣的教學改革受到學生的普遍歡迎，并在日常教學實踐中起到良好效果。綜合性實驗教學體系使學生的視野開闊了，實驗技能提高了，不僅培養了他們對光學探究的能力，并且在一定程度上提高了學生的創新思維能力、實踐能力和科研能力。在不斷的探索過程中，激光與光學信息技術應用實踐教學體系已經基本建立，基礎型、設計型、科研型和創新型元素相結合，能夠合理安排實驗資源，同時也實現了因材施教。在不斷的建設、總結和教學實踐過程中，我們認真思考，勇于開拓，也體會到實驗教學改革是多方面的，也是系統性的。我們將在不斷探索、研究的基礎上，繼續更新與完善。
參考文獻：
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[2]余厚全，吳凌云.電子信息類專業實驗教學的幾點思考[J].實驗室研究與探索，2009，28（6）：102-104.
[3]張明霞.高等院校光學實驗教學模式改革與實踐研究[J].天水師范學院學報，2007，27（5）：72-74.
[4]田麗娟，陶波.開放式實驗教學模式培養創新人才[J].黑龍江教育學院學報，2010，29（3）：67-70.
光學工程的發展范文6
關鍵詞： 生物醫學工程專業 醫學信號檢測與儀器 產學研人才培養模式 課程群
在美國及歐洲等經濟發達國家，早在上世紀50年代就指出生物醫學工程的重要性，目前海外知名高校均設有生物醫學工程專業，本專業世界排名前三位的高校分別是美國約翰霍普金斯大學、哈佛大學和賓夕法尼亞大學。生物醫學工程專業招生分數在這幾所學校中也往往遠高于其他專業，其畢業生也受到其他各大高校研究室、大型生物醫學研發企業和各大醫院青睞，畢業后發展前景良好。
目前，全國設置生物醫學工程專業的高校達140所左右，在天津市開設生物醫學工程專業的高校僅有天津大學、天津醫科大學、河北工業大學和天津工業大學，其他天津市市屬高校均未開設該專業。其中天津大學以光學儀器為專業特色，天津醫科大學以醫學背景為主解決一些臨床存在的工程問題，河北工業大學以電磁計算為專業特色。
天津市把醫療器械產業作為調整經濟結構，促進經濟轉型升級過程中重點培育的新興產業，加強醫藥器械研發的產、學、研聯合，支持醫療器械產業走“專、精、特、新”道路，著力培育醫療器械特色產業。天津市人才的需求情況：2013年，天津市生物醫藥產業工業總產值突破1000億元。生物醫藥企業2000余家。2012年，主營業務收入超過百億元企業3家，50～100億元企業3家，10～50億元企業6家，1～10億元企業58家。天津市醫療器械生產企業284家（2013年底統計），其中規模以上企業共36家，醫療器械注冊企業2500余個。技術服務企業：行業產值近億元。因此天津市急需這方面的高端專業人才。
生物醫學工程專業是21世紀最具發展前景的專業之一，為適應我國和天津市“十三五”經濟建設和科技發展的需要，推動“天津市醫療儀器產業”的發展，天津工業大學設置了天津市首個專門以培養醫學信號檢測及儀器方向高端專業人才為主的“生物醫學工程”本科專業。本專業在與學校辦學定位和專業結構布局相統一的基礎上，以培養復合型人才，增強學生工程技術和工程實踐能力為目標，逐步形成產學研相結合的人才培養模式。為了適應這種發展趨勢，天津工業大學生物醫學工程專業2012年本成為“天津市生物醫學工程學會”理事單位；2013年成為“天津濱海新區轉換醫學產業技術戰略聯盟”理事單位；2014年與中國醫學科學院生物醫學工程研究所共同組建“天津市醫學電子診療技術工程中心”；2015年成為“中國生物醫學工程學會健康工程分會”成員，這些發展都是為了加快發展產學研相結合的人才培養模式。
課程建設總體思路是按照目前的專業定位進行課程的建設，形成以《生理學》、《生物醫學電子學》、《傳感器與醫學工程》、《醫學電子儀器設計》、《嵌入式系統》、《醫學成像新技術》、《醫學儀器概論與標準》等為核心課程，構建醫學信號檢測及儀器為方向的課程群，帶動整個生物醫學工程課程體系的建設和發展。
本專業開設的主要理論課程有：高級語言程序設計（C）、大學物理、電路理論、模擬電子技術、數字電子技術、信號與系統、高頻電子、生物醫學電子學、人體解剖、生理學、工程光學、傳感器與醫學工程、醫學電子儀器設計、醫學成像新技術、醫學儀器概論與標準、嵌入式系統、數字信號處理及DSP技術、EDA原理及應用、電磁場與電磁波、通信原理、虛擬儀器技術、光電檢測技術與系統、電磁兼容、生物醫學光子學、醫學圖像處理、生命科學導論等。
主要實踐課程有：電路理論實驗、模擬電子技術實驗、數字電子技術實驗、生物醫學電子學實驗、生理學實驗、傳感器與醫學工程實驗、醫學電子儀器設計實驗、醫學成像新技術實驗、電工實踐、電子實踐、電子系統設計與工程實踐（1，2）、嵌入式系統設計專題實踐、生物醫學工程實踐1（偏重醫學信號檢測原理與方法）、生物醫學工程實踐2（偏重醫學電子儀器的開發與實現）、畢業實踐、畢業設計。
本專業畢業生可以在培養具有生命科學、醫學信號檢測理論與方法、醫學電子儀器設計等方面知識和能力，德智體全面發展，能在生命科學研究領域、醫療儀器及器械領域、健康產品領域、醫療衛生事業單位等從事研究、設計、市場、銷售、教學、管理和服務等方面工作，具有醫學信號檢測及儀器方向的創新型、復合型、應用型人才，適應國家和天津市“十三五”的醫療儀器產業的發展需求。本專業學制四年，學生畢業后可獲得工學學士學位。
