大学光学知识点总结范文

大学光学知识点总结范文第1篇

关键词： 大学物理 中学物理 几何光学 衔接

中学物理课程与大学物理课程在教材上有着一定程度的重复，更有着深度、广度与难度的提高和拓展，不可避免地在大学物理与中学物理之间存在着内容和环节上的一些脱节。因此，找到大学物理教材和中学物理教材内容上的衔接点，然后抓住衔接点使大学新生顺利完成从中学向大学的过渡，不仅可以提高学生学学物理的兴趣，而且有助于大学后继课程的学习，有利于学生综合素质的提高。因此，对现行大学物理课程和中学物理课程的衔接情况进行研究具有一定的必要性。

本文中，以理工科类所采用的大学物理教材、普通高中理科生所采用的人教版物理教材和初中生采用的人教版物理教材（主要是前两者）为参考，对大学物理的几何光学部分（大学物理下册第17章几何光学［1］）如何与中学物理中相应知识（选修2―3的第1章光的折射和第2章光学仪器［2］）衔接的问题进行了分析和探讨，理清这些问题将有助于促进大学物理课程改革健康有序地发展，同时也希望为中学物理课程改革提供一定的借鉴。

1.大学物理课程和中学物理课程基本要求的对比

对照《大学物理基本要求》［3］与《全日制普通高中物理课程标准》（简称为《新课标》），从教学目标看，《中学物理课程标准》把基础物理知识与技能学习、自主探究的过程训练和方法体验、情感与价值观的培养有机地结合起来。而《要求》则强调在系统掌握物理知识和方法的同时，还要注重培养学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识，努力实现学生的知识、能力、素质三方面的协调发展。显然，大学物理教学要求是在高中物理要求的基础上加以提高。

所以，将《要求》和《新课标》中对几何光学部分的基本要求做比较，分析大学物理中几何光学部分知识点的分布特点，结果见下表。

通过对比可以发现，大学物理几何光学部分中有60%以上的知识点在中学物理中出现过。然而，大学物理的内容既不能是对中学物理知识的重复讲解，又不能完全抛开中学物理的内容，直接引入新的知识，否则就会出现知识连接脱轨的现象，那么大学物理应该如何衔接中学物理知识，并顺利引入新的知识呢？下面我将针对部分典型问题进行具体分析。

2.共同涉及知识点的相关要求及教材衔接处理

通过对比，大学物理中几何光学部分的知识点在中学物理中已涉及的主要有以下几个：几何光学基本定律、折射率、光在平面上的反射和折射、全反射、薄透镜及其成像公式和作图法、光学仪器。

1）几何光学基本定律包括：光的直线传播定律，光的反射定律（镜面反射和漫反射），光路可逆性，光的折射定律。前三个定律一带而过，做衔接的铺垫。

2）折射率：在折射定律中将中学的折射率细分为：①相对折射率=n=（第二种介质相对于第一种介质的折射率）；②绝对折射率n=（相对于真空的折射率）。然后斯涅耳定律是折射定律的另一种常用形式，由相对折射率和绝对折射率两个公式推导而来：nsini=nsinr。

3）光在平面上的反射和折射：大学物理教材上点了一下实像和虚像，由同心光束在折射时被破坏导出一种现象叫像散，从而接入新知识“视深度”，视深度是入射光线交主光轴的点离界面距离P与折射光线反向延长线交主光轴的点离界面距离p′，得p′=p。

4）全反射、薄透镜，薄透镜的作图法和光学仪器部分：除了基本的定义和条件外，还介绍了一些全反射的用途和薄透镜的一些内容，其他只做了解用。

3.新增知识点的相关要求及教材衔接处理

大学物理几何光学部分知识点中新引入的知识点主要有以下几个：斯涅耳定律、视深度、光在球面上的反射和折射、薄透镜的横向放大率、薄透镜的光焦度与焦距。下面以一个典型例子分析大学物理教材对该部分知识的设计。

如图，从光源S发出光线SA到半径r、曲率中心为C、顶点为O的球面反光镜AOB上，反射光线交主轴于S′。则光线SAS′的光程为=nl+nl′；其中（余弦定理）：

光程是角度φ的函数，根据费马定理，物象间的光程应取极值或常量。故对其求导并令其倒数为零。

=n［2r（r-p）sinφ］+n［-2r（p′-r）sinφ］=0；

化简得-=0

在近轴条件下，φ很小，可认为cosφ≈1，此时l≈和l′==-p′；带入上式得+=

当入射光是平行光时即p=-∞，得p′=，此时p′即是焦点，焦距f′=可得近轴区域的球面反射成像公式：+=，是一个普遍适用的物像公式。

就像这样的推导方法一样，先由中学的知识开端，加进大学物理的内容，使定律从理想状态的使用条件推广到普遍适用的公式。

4.结语

大学物理中几何光学部分的内容除一些知识外，绝大多数概念学生在中学阶段已有接触，故教材设计中的展开应适度，避免重复。

对于大学物理中的新增知识点，由于大学生都已初步具备了独立思考、分析和应用知识的能力，就不能像对待中学生一样，应用图画或大量例子使其理解的设计方法，大学教材对新知识的设计，应注重知识点之间的联系，注重综合分析能力和知识应用能力的锻炼，还应突出设计手法上的灵活多变。总之，大学物理教材的设计在知识的衔接上既不能繁琐地重复讲解，又不能出现知识的断点，这样才能真正做到大学物理教材设计的最优化。

参考文献：

［1］尹国盛，彭成晓.大学物理（下册）［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［2］张大昌，彭前程等.普通高中课程标准实验教科书物理选修3―1.人民教育出版社，2007.

大学光学知识点总结范文第2篇

关键词：对分课堂；教学改革；工程光学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）11-0091-02

一、引言

《工程光学》课程主要包括几何光学和物理光学两大部分。作为开展光学理论和光学技术教育的专业课，它对于学生学习其他光电专业课程、培养综合能力具有十分重要的意义。通过本课程的学习，能够使学生了解本专业的前沿发展现状和趋势，掌握与本专业相关的光学知识，具备运用工程基础知识和本专业基本理论知识解决问题的能力，以及具有系统的工程实践学习经历[1]。

结合作者近几年的一线教学经历，目前该课程的教学状况存在的主要问题如下：几何光学内容学生之前未接触过，内容开始就引入光线概念对光波进行光路计算，学生理解掌握上难度较大，而后又涉及各类光学系统、光度学和色度学、像差理论、像质评价、光学设计等内容，涵盖范围较广。由于本专业的课程体系设置中有关光学的课程较少，学生对该部分内容的整体掌握度较差。物理光学内容中的干涉与衍射部分与《大学物理》课程内容结论上有很大部分重叠，但理性更强，学生接受程度下降，导致积极性不高。

此外本课程一般开设在大二第二学期，对大二学生来说，专业课课程任务比较重。在对本门课程投入时间和精力有限的条件下，想掌握该门课程重点内容可以说是难上加难。体现在课堂表现上，学生抬头率和师生互动程度都不太理想；而在课后作业上，不少学生采取抄袭的形式来完成作业，没有达到教师布置作业的目的。因此在学期末考试环节，学生普遍存在临时抱佛脚，突击看教材背作业的情况。

为提升《工程光学》课程的课堂教学效果，同时也为增强学生学习主动性和积极性提供一定的参考，作者结合“对分课堂”在其讲授的另一门课程中的实践总结，探索如何利用“对分课堂”对《工程光学》课程进行教学改革。

二、《工程光学》课程的“对分课堂”设计

复旦大学教师教学发展中心特聘研究员、心理系博导张学新教授融合讲授式课堂与讨论式课堂的优点，于2014年提出“对分课堂”的教学模式[2]。“对分课堂”将教学过程分为教师的课堂讲授、学生课后的内化吸收和学生的课堂讨论这三个相互联系的过程，如图1所示[3]。其核心思想是将课堂时间根据实际情况分配给教师讲授和学生讨论，并且将教师讲授与学生讨论隔堂进行，保证学生讨论前有足够的时间进行知识内化吸收[4]。

《工程光学》课程是作者所在学院面向大二学生开设的一门专业核心课，课程共占16周64学时，每周上课二次，连续2节，每节45分钟。由于《工程光学》课程内容涉及知识点较多，如一开始就对全部内容开展“对分课堂”模式，担心难以把握课程进度进而影响教学效果。因而考虑对该门课程重点内容进行“对分课堂”教学模式试验，效果突出的话推广到整门课程。下面以几何光学中的“光路计算”知识点为例进行阐述：

1.第一次课：教师首先介绍光线、法线、光轴、顶点、正方向、曲率半径、截距、孔径角等基本概念，着重讲授曲率半径、截距、夹角（光轴、光线、法线三者间的夹角）的符号规则，进而以实际光线为例，运用学生已有的正弦定律知识进行光路计算，并举实例进行光路计算推演。

2.课堂之外：学生掌握了教师讲授的基本内容以及重点难点后，将光路计算扩展到近轴光线的计算上，进而得出近轴区的成像公式。该成像公式是“光路计算”知识点的重点内容，学生运用该公式完成相应作业。该环节由学生课后自主完成，老师可以制定一些任务要求，如做读书笔记的“亮闪闪”，提问题的“考考你”，寻求解决问题的“帮帮我”。任务要求可以根据学生不同的学习能力进行设计，既能调动学生的积极性又能体现差别化。

3.第二次课：学生分组讨论自己学过并掌握的内容，小组之间、学生与教师之间进行互动交流，将学生学习消化知识点后提出的疑点难点通过该环节达到学习掌握的目的。由于该讨论环节与讲授环节分为两次课进行，学生经过课堂之外的内化吸收后再讨论可以提高讨论效果，从而更容易激发学生的学习兴趣。

总结

“对分课堂”教学模式下教师是课程课堂教学的主导者，学生是课堂内外学习活动的主体。在师生积极的良性互动过程中，能促进学生自学能力、应用知识能力、合作能力、表达交流能力的提升。在《工程光学》课程实施“对分课堂”教学模式过程中，如何克服学生学期末动机不足、作业抄袭等现象，如何制定有效且合理的作业评价机制等都是实施过程中需重点考虑并解决的问题。

参考文献：

[1]杭州电子科技大学教务处.测控技术与仪器专业培养计划[Z].杭州电子科技大学本科专业培养计划，2015.

[2]张学新.对分课堂：大学课堂教学改革的新探索[J].复旦教育论坛，2014，12（5）：5-10.

[3]王舒.对分课堂在英语视听说课程的应用效果研究[D].汕头大学，2016.

[4]杜艳飞，张学新.“对分课堂”：高校课堂教学模式改革实践与思考[J].继续教育研究，2016，（3）：116-118.

Practice and Reflection on Improving the Teaching Effect of "C++ Programming" Course by PAD Teaching

XU Ying1，GU Yu2

（a.College of Life Information Science and Instrument Engineering；

b.School of Automation，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China）

Abstract：Engineering optics course is a professional core course of measurement and control technology and instrument specialty of Engineering Specialty in Colleges and universities，and it is the essential foundation for studying other professional courses. According to the characteristics of the "Engineering Optics" course，wide content coverage，strong theory，difficult to learn and teach，the teachers with PAD teaching method can make students participate in teaching activities，to stimulate student interest in learning，improve students' autonomous learning and independent thinking ability，so as to achieve better teaching effect.

大学光学知识点总结范文第3篇

【关键词】物理光学；课程教学；教学改革

物理光学是光信息科学与工程专业的重要专业基础课，主要是以光的电磁理论为基础研究光在各向同性和各向异性介质中的传播、光的干涉和衍射、光的吸收、色散和散射以及与之相关的一些典型应用，不仅是学生进一步认识、理解光的本质和特性重要课程，而且还是该专业很多后续专业课程，如信息光学、激光原理、光纤通信以及光电子技术等专业课程的基础[1]。由于物理光学在光信息科学与工程专业课程体系中的重要性，在湖北工程学院物理光学还被列为该专业的四门学位课程之一，总开课学时为80学时，其中理论64学时，实验16学时。虽然，开课学时充裕，学生对物理光学重要性的认识和重视程度也较好，但是在学习过程中大多仍感觉比较困难，不能很好把握其内涵和精髓，灵活运用物理光学理论去分析、处理问题，大多是机械地套用公式，学习效果不佳。对此我们物理光学教学组系统调研、分析了近4届学生在物理光学学习过程中存在的主要问题，并探索与之相应的教学改革，获得了较好的效果。

1物理光学教学中存在的问题

1.1数学和电磁理论基础薄弱，重结论轻过程，不能领会结论的物理内涵及思想

物理光学中很多重要结论都涉及到以电磁场理论为基础的比较复杂数学推导，如基尔霍夫衍射公式、晶体光学的菲涅尔方程以及光与介质相互作用的经典理论等[2]。很多学生面对复杂、枯燥的推理过程往往没有耐心，不能积极主动学习，采取只死记硬背公式和结论的消极学习方法，没有领会公式和结论所蕴含的物理意义，更没有从这些推理过程中获得物理思维的锻炼和培养。而且，过多的理论推导和复杂数学公式还使得一些数学基础较差的学生一开始产生畏难情绪，学习信心不足。

1.2注重知识的积累，忽视了知识的消化和内化

在物理光学教学过程中，学生往往只注重结论的简单记忆，忽视了结论的由来、物理内涵以及与其它结论之间关联性的分析和总结，从而将其消化和内化。例如，对光波的时间域频谱特性与空间域频谱特性而言，学生普遍能够很快很好地掌握前者，而对后者，由于以前接触较少，相对比较抽象，只有少数学生可以较快较好地掌握。由于知识只是在大脑中的简单堆积，并没有被消化和内化到自身知识体系和思维中，不仅自身分析、处理问题的方法和能力得不到锻炼，而且随着课程进度的不断推进，知识点越来越多而杂，学习困难越来大，甚至出现学习兴趣锐减和作业抄袭的现象。

1.3实验教学对理论教学促进作用不明显

物理光学课程中包括16学时的实验教学，目的是通过一些验证性实验进一步加深学生对物理光学重点知识的理解和掌握。但是，由于存在实验教学和理论教学进度不匹配，学生并没有带着疑问和怀疑的态度去做实验，实验兴趣不高。再加上物理光学实验一般实验操作比较复杂，学生往往疲于应付基本的实验操作和数据的测量，实验过程中对相应问题的思考不够，从而导致实验对理论的补充和拓展效果并不明显。

2物理光学教学改革的探索

2.1凝练基本理论的导出，锻炼学生思维

对较复杂的理论导出进行凝练，挖掘其内在的逻辑关系和导出过程中的关键环节，构建直观、清晰的物理图像，将学生先从繁杂的数学运算中解放出来，对理论的导出有一个直观、整体的认识。再针对其中的一些关键数学推导进行重点讲解，一方面使学生进一步认识其物理内涵，另一方还可以增进学生对数学之美的体会，增强学生对复杂理论导出学习的兴趣。例如在基尔霍夫衍射公式导出过程中，我们首先给学生明确这次课的主要目的，即获得夫琅和费衍射和菲涅尔衍射的基尔霍夫衍射积分公式，为后面学习做准备，以及基尔霍夫衍射公式导出的基本流程和各部分关键问题，让学生从整体上把握本次课的脉络、框架和物理图像。其次，针对理论导出中各个关键问题，例如由场论中的格林定理导出基尔霍夫积分定理、小孔衍射特点及其在基尔霍夫积分定理中的具体体现以及基尔霍夫衍射公式的几个关键近似处理进行详细地讲解和演算，使学生逐个掌握，并在此基础上感受严密的理论推演的内在美，激发学生的学习兴趣。最后再次结合理论导出的基本流程和关键问题对整个课程进行总结，进一步固化学生对物理图像和物理内涵的理解。经过几年的不断尝试，现在在讲授这些较复杂的理论导出时，学生积极性和接受程度都有了显著地提高。

2.2以典型物理模型为基础，引导学生主动拓展

归纳、总结能够反映物理光学各部分内容的典型物理模型，并以它们作为课堂教学切入点，进行重点讲解，不仅使学生能够掌握模型的物理内涵，而且还要使学生深刻领会模型所蕴含的分析问题、处理问题的思想和方法。引导学生利用模型的结论和分析方法去分析、探讨新的相关知识。例如，在光的干涉这部分内容中，只需要重点讲解双缝干涉、平行平板的干涉以及楔形平板的干涉三个基本物理模型的干涉情况及其中蕴含的物理思想和分析方法。对于其它干涉系统产生的干涉现象，如菲涅尔双棱镜、菲涅尔双面镜、渃埃镜、劈尖、薄膜、迈克尔孙干涉仪、马赫-泽德干涉仪以及法布里-珀罗干涉仪等产生的干涉，可以通过引导学生首先将其归纳到上面三个基本物理模型所代表的类型中，然后利用在典型模型中获得的物理思想和分析方法进行研究和学习。这样学生就可以以基本干涉模型为基础，积极主动地学习其它相关的光的干涉知识，不断地拓展和深化自己对光的干涉的认识和理解。采用这中尝试后，由于学生自己可以以基本物理模型为基础对新的知识进行分析和研判，在教学过程中师生之间互动比以前畅通多了，还有一些学生课堂上提出了一些非常好的问题和观点，说明学生学习主动性有了显著地改善。

2.3强化知识之间的关联性，促进知识的二次消化

物理光学中很多知识点之间都存在很强的关联性[3]。这既包括同一部分不同知识点之间，例如光波场的时间频率域和空间频率域表示，晶体各项异性的折射率椭球、折射率曲面、波失曲面和菲涅尔椭球表示法，自然双折射和感应双折射等；也包括不同部分知识点之间，例如光的干涉和衍射、各向同性介质界面的折反射与晶体界面的折反射等。挖掘并理清这些知识点之间的关联，一方面将极大地促进学生对各知识点物理内涵、外延及其相关应用的理解和把握，实现知识的二次消化，使其得到进一步升华，内化到学生知识体系之内及自身能力之中。另一方面，通过知识之间的内在关联可以通过类比等方式，从简单易懂的知识入手，逐步加学生深对相对复杂难懂的知识的理解和认识。例如，对各向同性介质界面的折反射，学生一般都很容易掌握，但对晶体界面的折反射就感觉难度较大。但是，若将二者对比起来，除了晶体界面折反射涉及到不同方向有不同折射率外，其它两者完全一样，这样有利于学生更好理解光波在晶体界面折射和反射。除了课堂上适当利用知识之间关联性促进、加深学生对知识的理解外，我们还尝试将一些知识之间的关联性作为课后练习，让学生自己挖掘、总结。例如，学术一般知道干涉和衍射实际上都是光波相干叠加引起的光强的重新分布，但对它们的具体差异感觉比较模糊。为此，我们以讨论双缝干涉和双缝衍射的异同作为一次课后讨论作业，让学生进行课后探讨。结果不仅进一步促进了学生对干涉衍射物理本质的认识和理解，而且很多同学由于在本次作业中表现突出，获得了一定的成就感，大大地增强了其学习的积极性。

2.4利用计算机辅助教学，引导学生主动求证和探索

物理光学的很多结论都是以数学公式的形式给出的。数学公式虽然表述简练，但表述并不直观，学生难以很快地建立直观的物理图像。有些教材中虽然给出了数学公式表述结论在特定条件下的图像，但由于不是学生自己做出来的，大多数学生都是被动地看看就过去了，难以留下深刻印象。若可以让学生自己根据结论作出他想看的直观的物理图像，则在其自身求知欲望的推动下，对结论的认识和理解程度就会显著提高[4]。在教学过程，以Matlab软件为平台，将一些数学公式表示的结论，如菲涅尔公式、干涉和衍射的光强分布公式等，编写成可以通过简单修改参数作出不同条件下直观物理图像的小程序，给学生演示数学公式描述的具体物理图像，并让学生自己课后利用这些小程序分析、总结不同条件下异同。显然，这种实时演示和自我验证相结合的方法，效果很明显，不仅促进了学生对结论的认识和理解，还激发了一些学生自己动手尝试的现象。在每一届的物理光学课程中，总有一些学生不满足于借助计算机简单地对数学公式所描述的直观物理图像进行验证，还尝试一些难度更大的验证，甚至探索，例如借助计算机开展光学多层膜反射率和透射率的计算、基于基尔霍夫衍射公式的衍射光强的数值计算等。这不仅进一步促进了学生对物理光学相关知识的掌握和拓展，而且对他们思维和能力的锻炼和培养有很大帮助。2.5强化实验对理论的补充和拓展针对实验教学中存在问题与不足，对实验教学过程进行了相关改革。首先，改变实验教学和理论教学单独开课的状况，将它们纳入一个整体，由同一名教师在同一学期承担。这样教师就可以根据理论教学的进度适时安排实验教学，将二者有机融入一体，增强实验对理论的补充和拓展。其次，强化实验教学各个环节的管理，避免学生过分注重实验操作，而忽视实验中必须的思考。为此，进一步提高了对学生实验规划、实验操作问询、实验数据处理与分析以及实验总结方面的要求，让学生带着问题、想着问题、找着问题做实验。这样虽然显著地增加了教师和学生的工作量，但实验效果提高更明显。一方面，由于实验对学生的理论知识产生了很好的补充和拓展，使得教师和学生在后续的理论教学和学习中更轻松，可以花费相对较少时间和精力。另一方面，通过撰写详细的实验规划和实验总结报告，不仅是对知识的一个分析、总结、凝练的过程，可以极大地促进学生知识的内化，而且也是锻炼和培养严密逻辑思维和谨科学态度的有效途径[5]。经过几届的尝试，目前我们课题组在物理光学实验的实验规划、实验问询问题以及实验总结方面积累了越来丰富和完善的资料，对实验教学的把握不断增强，实验教学效果和学生满意度也不断提高。

3结束语

针对物理光学涉及到较多复杂数学公式，理论性较强，概率较抽象，识点多而杂，容易混淆的特点，为了提高物理光学教学效果，我们物理光学教学组针对物理光学中的基本理论、典型物理模型、知识之间的关联等进行总结、归纳和凝练，并在教学过程中进行相关的教学尝试和改革。此外，我们还探讨了借助计算机辅助教学、改革实验教学以实现对理论教学的补充、拓展及深化的途径和方法。这些探讨和实践将学生从枯燥的理论中解脱出来，激发了学习的主动性和积极性，不仅促进了学生对知识物理内涵的理解和掌握，还锻炼和培养了学生分析问题、处理问题的思维和能力。

参考文献

[1]哈斯乌力吉,吕志伟,张爱红,等.物理光学教学改革的探索[J].电气电子教学学报,2007,(S1).

[2]王伟.物理光学课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2011.28(4):110-111.

[3]黄元申,李柏承,徐邦联,等.物理光学本科教学体会[J].上海理工大学学报(社会科学版),2014,(3):293-296.

[4]张晶,李建映,邓婷,等.基于Matlab的物理光学实验教学研究[J].广西师范学院学报(自然科学版),2014,(1):122-127.

[5]鄂茂华,曾昭宏.改革物理光学实验教学模式的探讨[J].实验技术与管理,1996,(1):58-59.

大学光学知识点总结范文第4篇

关键词：信息光学；教材建设；教学改革

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）09-0030-02

信息光学是利用光学方法实现二维函数的傅里叶变换，并结合通信中的线性系统理论阐述光学现象，包括光的传播、衍射、成像等。近年来，信息光学已发展为现代光学的重要分支，并已渗透到科学技术的诸多领域，成为信息科学的重要组成部分[1-2]。目前出版的信息光学教材，对二维线性系统分析、标量衍射理论、光学成像系统的频率特性、部分相干理论等基本理论的讲解是详细的、完善的[3-4]，但也存在不少问题，主要表现在：（1）教材普遍过厚，而教学课时却不断压缩，现成教材可讲授的内容不到全书的1/2。（2）部分内容偏难，不适合地方性高等院校的本科教学。（3）种类过少，可选择的余地小，各高校的实验条件与科研方向不尽相同，教学侧重点也不一样，难以找到适合本校专业特点的通用教材。因此，我们在充分调研国内外最新的同类教材基础上，结合多年的教学研究与实践，编写了一本有哈尔滨理工大学特色、实用性较强的教材，于2008年初由黑龙江教育出版社出版。经过近五年的教学实践表明，该教材有力推动了信息光学课程的建设与改革，达到了预期的目的。下面从三方面分别介绍本教材的特点、在教学改革中的作用以及课程教学改革的情况。

一、合理定位与优化教材内容

从2006年以后，为缩减教学时数，哈尔滨理工大学应用物理专业将原计划的激光全息原理与技术和傅里叶光学两门专业课程合并为一门信息光学，理论52学时，实验6学时。自建系以来，激光全息技术一直是哈尔滨理工大学光电信息科学与工程系的专业特色，实验条件较好。为突出专业特色，并结合编者的科研经历，教材中激光全息部分所占的比重较大，特别加强了全息显示、全息图的复制及全息存储等应用内容。另外，在教材内容的编排上也作了一些改进。例如，将透镜的两种性质，即傅里叶变换特性和成像性质编为一章，这样一方面实现了分析方法上的统一，另一方面也可作为下一章光学成像系统的频谱特性内容的铺垫；又如，将光学滤波器及其应用放在空间滤波的傅里叶分析之前进行讲解，并将阿贝―波特实验作为方向滤波器的应用，这些处理便于学生充分理解滤波器在空间滤波中的作用，掌握光学信息处理的实质性思想。

教材力求简明、扼要。考虑到哈尔滨理工大学学生的特点及学时的限制，教材中删减了一些繁冗的数学推导过程，重在突出概念的物理意义，避免由于数学上过于繁杂导致学生信心和学习兴趣的减退。简明扼要的教材脉络清楚、突出重点，更有利于学生自学能力的培养，也有利于学生的复习。学生预习时，在看懂一些内容的同时，也会产生疑问，这样会促使他们上课认真听教师讲解或拓展的每个知识点，也会督促他们查找相关的更为详细的参考书，从而提高其自主学习、独立思考的能力。另外，教材中对本领域的最新研究进展描述较少。取而代之的是，在课堂教学的中后期，教师提供信息光学的各种应用方向，学生选择自己感兴趣的，通过网络查询，获取最新发展资料，并以报告的形式向其他同学介绍。实践证明，这不仅开阔了学生视野，同时锻炼了学生的归纳、总结及语言表达能力。

教材中的例题和习题对增强教学效果、帮助学生消化概念和理解规律具有非常重要的作用。因此，我们除了自编大量的思考题便于学生预习、复习外，还有目的地编写了一些能够激发学生兴趣和探索精神的开放式习题。例如，以往关于全息光栅的制作和特点是由教师讲解、学生被动接受的。在本教材中，我们将这部分内容编成一道习题，让学生根据已学过的光波干涉的知识，按要求设计、制作全息光栅的过程，并探讨全息光栅的特点，了解它的应用情况。教学中适当地留一些这种作业比单纯的课堂讲授会收到更好的教学效果。

二、以教材编写促进教学资源和师资队伍建设

我们在编写传统纸质教材的同时，尝试开展立体化教学资源的建设。编制了图、文、声、像并茂的多媒体课件，和板书教学配合使用，相得益彰；编写了信息光学习题集，并有完整的解答步骤，方便学生自学和复习，为建立信息光学试题库奠定了基础；为辅助教学，我们还向学生推荐了一些国内外的优秀教材，特别是J. W. Goodman编著的英文原版书《Introduction to Fourier Optics》，为将来的双语教学作准备。虽然引进原版外语教材是进行双语教学的最终目标，但当前也存在一些实际问题，如教材体系、教学基本要求与国内存在较大差异，学生接受有难度等。因此，比较可行的方法是对原版教材进行改编，提取满足国内教学要求的内容，降低难度和厚度，再结合相关的中文教材，既满足国内双语教学的需要，又能辅助学生充分理解教学内容。

在教材编写的过程中，参与的每位教师都需要深入研究大量的国内外相关教材，掌握研究现状，思考和探索课程体系、教学内容与教学方法的改革，诸多细致的工作极大促进了师资队伍的建设，提高了教师的授课质量。本教材由哈尔滨理工大学和哈尔滨工程大学的教师合作编写，除了三位教授主编外，还有一些青年教师参与。这样，不仅加强了校际间的合作，做到优势互补，而且为青年教师提供了锻炼的机会，形成了合理的教师梯队，为课程建设的进一步发展提供保障。

三、教学方法与手段的改革

教材内容体系确定后，课程教学改革的另一个重要问题是通过课堂讲授把这些内容转化为学生自己的知识。在教学中，既要提炼出准确的基本原理，通过一定的教学方法让学生掌握，更重要的是要授人以渔而不仅是授人以鱼。因此，在使用教材进行具体教学的过程中，还必须坚持开展教学研究，加强教学环节，努力改进教学方法，提高教学效果。我们主要从科学性、系统性、启发性及趣味性等几个方面进行改革，提高学生分析问题、解决问题的能力，培养学生的科学素质和创新能力。

（一）以教师提问带动学生提问

爱因斯坦曾经说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。我们在备课时，专门会设计几个富有启发性的问题，这些问题有的是来源于实验或实际应用，有的就是对知识点的凝练。问题的提出能够引起学生的思考，学生在思考解决问题的方法时，可能会产生新的问题，从而形成一种良性循环。结合教材中的习题设计，在布置作业时，除了一些以巩固所学基础知识为目的的常规习题外，还适当布置一些探究式作业，鼓励学生深入讨论并能提出问题。有的学生作业，一道题就像一篇小论文，讨论得非常深入，而且遇到的问题直接在作业中提出，教师会在批改作业时及时给予解答。对于共性的问题，在习题课上统一进行讲解。因此，除了通常的辅导答疑，又增加了一项作业答疑。这样的作业虽使教师批改的工作量加大了，但学生的收获很多。

（二）注重学生归纳总结能力的培养

在教学初期，一章结束后，教师进行本章小结，归纳概括出主要知识点，并引导学生学会如何进行总结。在后续几章的教学中，将小结内容以作业的形式留给学生，要求学生对本章所涉及的基本理论和方法进行总结，这样不仅能加深学生对课程内容的理解，而且更能培养学生独立思考和分析问题的能力，提高学生的综合能力及表达能力。

（三）改革期中考试，提高教学质量

课程考核由出勤（10%）、作业（10%）、期中（20%）和期末（60%）构成。自从学校统一要求部分课程增加期中考试以来，这一环节一直困扰着许多教师。经过实践证明，随堂笔试和课后大作业的形式是不足取的，学生抄袭严重，有“法不责众”的心理，无法反映出每位学生的真正水平，成绩也难以拉开档次。在最近两轮的课程中，我们采用了口试的方法，收到了很好的教学效果。教师根据所学内容的知识点自编了与学生人数相同数量的试题，并设计软件，由学生在电脑中随机抽取，在规定的时间内答出，教师根据解答的结果给出相应的成绩。这种“一对一”的考核方式促使学生在考试前进行全面复习，彻底避免了一些学生投机取巧的做法。另外，利用这次当面交流的机会，教师可以及时了解学生的学习及思想动态，并给予相应的帮助。

（四）加强计算机辅助理论与实验教学的融合

信息光学的课堂教学采用黑板与多媒体相结合的模式。对理论性较强、数学推导较复杂的部分，要在黑板上详细讲解；对一些图形或图像较复杂的部分，采用PPT、Flash和视频会有效提高教学效果和效率。如，在讲解激光全息部分，教师在网上下载了一些制作新颖的动态全息图，这一方面提高了学生的学习兴趣，另一方面也能起到“抛砖引玉”的作用，引导学生通过网络获取新知识；在讲解光学信息处理等应用部分时，给学生播放一些本领域的专家所作的科普性报告，能够激发学生的求知欲和探索精神，学生也会感到学以致用。另外，根据教材内容和实验条件配备了3个必做实验和3个选做实验，在实验教学中也尝试将计算机引入实验室，除了利用课件讲解必要的实验原理、内容和要求外，将现代化的数据和图像处理软件（如origin，visio等）引入教学，摒弃过时了的坐标纸、格尺等手绘作图的方法，收到了极好的教学效果，受到学生的普遍欢迎，为本科毕业设计奠定了基础。目前该做法已在本系的其他专业实验中推广。

通过教材编写，有力地推动了该课程的教学内容、教学体系、教学方法和教学环节的改革，锻炼和稳定了该课程的教师队伍，促进了课程建设，提高了教学水平和教学质量。但是，在网络教学平台的建立、双语教学以及教学课件和影像资料等方面，还需要不断总结教学经验，进一步完善课程的教学建设。

参考文献：

[1][美]J.W.Goodman；秦克诚，刘培森，陈家壁，曹其智译.傅里叶光学导论[M].北京：电子工业出版社，2006：1.

[2]吕乃光.傅里叶光学[M].北京：机械工业出版社，2006：2.

[3]苏显渝，李继陶.信息光学[M].北京：科学出版社，1999：34.

大学光学知识点总结范文第5篇

1 地球物理学专业开设矿物岩石学的必要性与存在问题

地球物理学专业目标在于培养具备地球物理学和地质学的基础理论、基础知识和基本技能，具有扎实的数学物理基础和很强的计算机能力，能够在科研机构、学校、以及地震、石油、矿产资源、环境和基础工程等方面从事地球物理研究、教学、技术开发和管理工作的高级专门人才。地球物理学专业的主要研究对象仍是地球，矿物岩石是组成地球最重要的物质，学生掌握相关矿物岩石知识，对于地球物理相关专业课的学习和工作具有重要意义。

矿物岩石学课程涵盖内容多、理论性较强，开设该课程以来，一直是任课教师和学生重点关注课程之一。矿物岩石学是资源勘查工程专业的学科基础课程，具有较为完整的课程体系[1，2]。在我校，矿物岩石学课程体系被分为结晶学与晶体光学及实验（理论课24，实验课24）、矿物岩石学及实验（理论课32学时，实验课36学时）。如此多的教学内容在地球物理学专业中仅仅有40个学时。因此，对于地球物理专业的矿物岩石学，课程内容设计十分困难。如果设计的内容较多，教学时间不够，学生学起来比较吃力，如果设计内容少，学生又感觉到没什么价值。怎样抓住这几门课程的内在联系，以某一个主线把各门课程的基本知识整合在一起是这门课程的重中之重。这就需要对原有的教学内容进行合理的取舍，构筑起正确的课程结构和框架。合理安排矿物岩石学中结晶学、矿物学、晶体光学以及岩石学的内容，不仅有利于学生的掌握，而且对于后续课程的安排也具有指导意义。

2 地球物理学专业矿物岩石学课程内容设置

矿物岩石学是一个较为庞大的课程体系，包括结晶学、矿物学、晶体光学、岩浆岩、变质岩多个核心内容。根据地球物理学专业特点，以矿物岩石学基本知识为主线，对课程内容、学时分配等进行相应整合。把总共40个学时的矿物岩石学分为32个学时理论课和8个学时实验课。结晶学部分主要讲授晶体和晶体的基本性质、晶体的对称、晶体的定向、单形和聚形分析、晶体的规则连生等与矿物学密切相关的内容。晶体光学部分只讲授晶体的光性分类、光性均质体和非均质体的光波传播特点、偏光显微镜的原理及应用，不再涉及具体矿物的光学特征。结晶学和晶体光学部分重点讲述基本理论，为矿物和岩石的学习奠定一定基础即可，总共安排6个学时。矿物学部分重点放在总论上，重点介绍矿物的形态、矿物的物理性质、矿物的化学成分和矿物的分类命名，总共安排12个学时。矿物的各论部分放到实验课进行学习。岩浆岩部分重点介绍岩浆及岩浆作用、岩浆岩的化学成分特征、矿物组合规律、岩浆岩的结构、构造、产状，岩浆岩各论部分主要安排在实验课学习，总共8个学时。变质岩部分重点介绍变质岩与变质作用、变质岩的化学成分、矿物成分、变质岩的结构构造，变质岩各论部分也安排在实验课学习，总共6个学时。

矿物岩石学课程的突出特点为实验教学内容较多，实验教学环节是培养和锻炼学生动手能力和显微镜基本操作技能的重要组成部分。学生通过对手标本和显微镜下薄片的观察，将理论教学内容应用到实践中，有效培养了学生综合分析的能力。因此无论是理科还是能源类工科院校都把实验作为这类课程的非常重要的环节，多数课程的实验学时约占整个课程学时的一半，甚至更多。受学时限制，跨专业课程的实验安排存在较大困难，地球物理学矿物岩石学的实验课只有8个学时。在有限的时间里既要保证教学内容，又要保证教学效果。矿物学安排2个学时，主要讲解常见的浅色矿物（玉髓、石英、钾长石、斜长石、条纹长石、方解石、白云母、萤石等）和暗色矿物（橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、石榴子石、电气石等），使学时能通过手标本的颜色、形态、解理、硬度等认识这些矿物。岩浆岩安排2个学时，使学生掌握常见的超基性岩（橄榄岩）、基性岩（辉长岩、辉绿岩、玄武岩）、中性岩（闪长岩、闪长玢岩、安山岩）、酸性岩（花岗岩、花岗斑岩、流纹岩）。变质岩安排2个学时，主要观察糜棱岩、蛇纹石大理岩、云英岩、板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、混合岩。使学生在实验室通过对手标本颜色、结构、构造、矿物组成方面的学习，掌握岩石的基本鉴定技能。剩下的2个学时，凭借中国石油大学（华东）及周边地区的天然露头优势，如，学校内花岗岩、片麻岩、混合岩、大理岩等石材众多，在教师指导下，学生自选观察点，进行详细观察、描述，使学生明白实验室标本和野外标本存在一定差异。

3 地球物理学矿物岩石学课程考核方式

目前的教育管理体制，考试扮演着关键的角色。考试像是指挥棒，很多时候，考试考什么，学生就学什么。要想培养创新型人才，对学生进行科学而有效的评价、激励极其重要。课程考试不应简单的以闭卷考试方式，而应将部分考核放在平时，以课堂讨论、读书报告、实验考核等形式完成，成绩也不能一刀切以期末为主，应多重复合。⒖际苑绞椒治课上、课后、实验、期末四个部分。前三部分总共占30%，期末占70%。① 课上部分包括考勤、回答问题和课堂研讨环节。考勤占5%。回答问题以抢答形式进行，设置5%的成绩，每次课前提问，每人两次机会，都回答对的，给予全部成绩，这样方式极大的督促了学生课下复习的积极性。除了包括必要的考勤外，还将实施课堂研讨环节。将选课学生划分为若干个小组，每个小组自选或者教师指定矿物岩石学课程中重要的知识点，通过查阅资料、讨论、制作ppt等方式准备报告，采用课堂讨论或者报告形式进行汇报，计入课上考核成绩，占5%。② 课后部分，占总成绩5%。针对理论课程中需要学生自学或者相对比较深入的知识点，可以通过课后作业，书写报告的形式考察学生。比如，课程中岩浆的成因及多样性、岩浆岩结构成因、变质相及变质带等问题。这些问题需要学生以教材为基础，通过查阅相关参考教材、文献、专著等，总结相关观点，书写报告，培养学生书写读书报告的能力。③实验课程考试方式将按照课堂内考核、课堂外考核和延伸考核进行，共占10%。课堂内考核主要包括学生平时听课及回答问题的专注情况、实验报告撰写情况以及期末阶段学生鉴定未知矿物岩石的能力。课堂外考核依据学生学校内花岗岩、片麻岩、混合岩、大理岩等石材的考察，撰写报告。延伸考核主要是针对某些学习兴趣较高的学生，结合相关教师的科研项目或者大学生创新创业计划项目进行科学研究工作，针对其研究思想及效果给予成绩，培养具有一定科研潜力的学生。④ 期末考试。期末考试将针对课程中重要的概念、定义、理论等采取灵活多变的题型，考察学生对知识点以及应用知识解决问题的能力。涉及理论知识部分：选用课程知识体系中核心概念、理论进行考核；知识的灵活运用部分：与传统的“死记硬背”题目相比，灵活考查知识题目更能体现学生对知识点的掌握程度，可以采用地质素描图、选择等方式。比如：侵入岩的产状包括整合侵入和不整合侵入，整合侵入又包括岩床、岩盆、岩盖等，不整合侵入包括岩墙、岩脉、岩基、岩株等。以往考试都是以填空题形式进行考核，考生死记硬背，甚至不知道岩床或者岩墙是什么，有什么区别。按照灵活运用知识点要求，可以采用看图填空的形式，利用模式图或者野外地质素描图、照片等，要求学生看图填写各个地质体的名称，这样学生不但掌握了分类，还掌握的各个地质体概念、区别等；综合分析部分：对于期末考试题目中可以设置一些综合题，即两个或者两个以上知识点的综合归纳、分析或者运用，避免了大部分同学只记住了课程的知识点，但缺乏归纳总结的能力。如花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩区别，只考核了岩浆岩中相似岩石的区别。改革后的题目可变为花岗岩、钾长片麻岩、花岗岩闪长岩、斜长片麻岩区别？这样的题目将岩浆岩与变质岩融合在一起，这样就将课程内两个具有联系的重要知识点放在一起，考查了学生归纳总结的能力。

4 地球物理学专业矿物岩石学课程建设效果

本课程体系和考核方式通过对两届地球物理学专业学生实施，取得了良好的教学效果，学生在各个方面的能力都有所提高。具体包括：① 学生上课积极性明显提高。通过课前学生团体汇报、学生点评等方式，使全体学生能参与到教学过程中，充分调动学生听课、提问、回答问题的积极性。② 查阅资料、书写读书报告能力提高。通过学生课后作业、课上报告等环节训练，使学生真正掌握如何快速、准确查阅相关知识点资料并总结归纳的能力，具备针对某一科学问题书写读书报告的本领，为学生毕业设计奠定一定基础。③ 分析解决问题能力提高。通过理论考试中知识点运用、综合分析考题比例的提高，使学生在平时养成总结归纳、分析解决问题的习惯。

5 结束语

高等院校跨专业授课的课程较多，不同专业的培养目标差别较大，同一门课程在不同专业方向所起的作用差别较大，这就要求教师有针对性的对教学内容进行调整以适合不同专业的要求。中国石油大学（华东）地球物理学专业矿物岩石学的课程内容设置和考核方式符合其专业基本要求，建立了新的课程体系，完善了考试制度，使学生对跨专业课程更感兴趣，培养了学生实践动手能力和查阅资料能力，为将来的学习工作奠定了良好基础。

[参考文献]

[1]桑树勋.矿物岩石学课程体系教学改革的理论与实践. 煤炭高等教育.1999，第3期，74-78

[2]郗爱华，唐洪明，刘小洪，何 江，王振宇.石油院校“矿物岩石学”精品课程建设与改革.中国地质教育.2012年第3期，23-25

项目资助：山东省教学改革项目“基于大学生实践创新能力培养的地学系列专业基础课程教学模式研究”和中国石油大学（华东）教学改革项目“地球物理学专业中地质类必修课程的课程体系建设研究―以《矿物岩石学》为例”联合资助。

大学光学知识点总结范文第6篇

【关键词】应用技术型高校 光学课程 教学质量 第二课堂

为贯彻落实国务院常务会议做出的“引导部分普通本科高校向应用技术型高校转型”的战略部署和教育部《关于地方本科高校转型发展试点的指导意见（征求意见稿）》精神，地方本科院校各项工作都要转向校企合作培养适合地方经济发展的专业技术型人才。

光学课程属于高等院校光电类专业和物理类专业的专业基础课。随着光电科技的发展，光学知识日新月异，光电科技被广泛应用于日常生活和科研的各个领域，小到一根荧光棒，大到光纤通信。光学知识作为一门课程，在培养应用技术型人才时如何提炼重点和安排培养手段是当前正值思考的问题。

从光学发展史来说，在由远古时代至20世纪两千多年的漫长岁月中，光学经历了由微粒说发展至波动说，最后提出了波粒二象性的漫长光学现象本质和光本性认识过程，这便是我们所熟知的经典光学时期。之后，随着1960年第一台激光器的出现，光学这门有着悠久历史的学科再一次焕发青春，涌现出许多新的理论和技术，并渗透至各行各业，形成了现代光学。因此，光学内容不再仅限于几何光学及波动光学的内容，还应包括现代光学的许多新内容和新技术。于是，作为培养应用技术型人才的新升本科院校而言，光学的教学既要扎根必要的光学基本理论和基本技能，又要适当向现代光学中一些比较基础的知识和技术拓展，介绍光学基本原理在现代高科技中的一些应用实例，努力做到基础光学内容的现代化以及现代光学内容的基础化。以下结合光学课程教学改革实践经验，笔者总结了四点提高光学课程教学质量的途径：

第一，注重理论知识与先进技术的协同讲解，强调知识的应用创新

对于新升本应用型高校来说，学生基础相对薄弱，要在有限的几十个学时（一般来说51个课时）中既要系统讲授内容繁杂的经典光学部分，又要适当拓展现代光学内容，如何有效地保障教学质量，确实存在难度。为此，在教学内容上，可以根据光学内容与后续课程的关联程度、学生现有光学知识水平以及光学发展现状，知识点轻重分明，特别加强重要知识点在先进技术中的应用知识，通过理论知识与先进技术的协同讲解，让这些重要的知识点在学生脑袋里根深蒂固和活学活用。

1.避免重复讲授知识。例如，几何光学基本原理中的光的直线传播、折射定律、反射定律等内容在中学阶段就已经讲授过，在大学期间无须重复讲授，最好作为学生课前温习功课内容。

2.贯穿全部课程的知识点要详细讲授。例如，费马原理及其引出的光程概念贯穿整个光学课程后续内容，如果不把光程概念讲透彻，后续内容很难理解。

3.简单介绍知识点。例如，重点讲解单球面折射成像及薄透镜成像，同时简单介绍单球面反射成像，因为单球面反射成像是单球面折射的特例。

4.结合先进技术讲解重点知识。例如，讲授光的干涉与衍射内容时，可介绍现代光学的全息照相科技，让学生深刻体会到干涉和衍射知识的实际应用价值，培训学生学习知识应用知识创新的思维;反之，介绍常用光学仪器时，一定要增加现代常用光学仪器，让学生感受到科技进步，同时特别注重技术基于的理论知识，比如讲解照相机时，要讲解几何光学和光电效应（CCD技术）的知识。总之，讲解理论时介绍相关技术，介绍硬件时关注基础理论，以此教学模式不断磨炼学生学知识用知识的技术创新能力。

第二，校企合作开展第二课堂实践教育，提升学生专业实践能力

传统的教学模式往往是教师注重课堂教学，并不重视甚至完全忽略了第二课堂的开发。课堂上，教师滔滔不绝地在讲台上讲满一堂课，学生坐在下面被动听课，即使课堂上注意师生互动交流，但由于时间、空间等条件的限制，使得学生接收到的信息量还是比较少的。而第二课堂却不受时间、空间等条件的限制，学生有更多的时间思考及实践，真正发挥其学习主动性，进一步领会、掌握课堂知识，甚至应用于实践当中，同时在实践当中还能发现问题，并想方设法解决问题，进一步提高了学生的学习和应用知识的能力。伴随校企合作协同育人机制的逐步建立，第二课堂的开发变得愈发容易。允许和安排学生直接参与产学研合作项目是锻炼学生能力的途径之一。学习光学课程结束，进入校企合作项目，比如偏光显微镜、微分干涉功能、大视场显微镜的设计等项目中，迫使学生思考光学课程知识与设备技术的结合，这样一来，知识的学习及其应用得到充分的发挥，可以更好地践行应用技术型人才的培养方案。

第三，聘请企业专家型教师专题讲学，弥补暂时缺少“双师型”教师的尴尬局面

光学类“双师型”教师既要精通光学理论，又要擅长光电技术，最好是教授型光学工程师。然而，新升本地方普通院校缺少此类人才。高校教师往往也是从其他高校毕业后任教，缺少光学实际应用的经验积累。高校如何弥补此类尴尬的局面呢？把企业的工程师请进课堂或者让他们在企业为学生授课，直接方式就是聘请他们为外聘教师。选择企业或者学校等灵活的授课地点，选择产品的介绍或者工作经验的总结，都对光学专业的学生产生新鲜知识的刺激，极大地增强了教学趣味和提高学生的学习兴趣。

第四，制作精品课程课件，保障课堂教学效率

传统的光学课堂教学大部分是用粉笔在黑板上描绘光路图，这种教学手段耗时耗力，让学生感觉枯燥无味。利用现代多媒体技术，精心制作课件，让光路图显示为清晰明朗的色彩图片，而且光路图中条条光线的制备变成鼠标的点击，节省时间的同时，提高了绘图的标准性，更精彩的是可以动画显示光路的行进路程，光学知识变得直接易懂，光学教学变得轻松愉快。精彩的课件结合教师形象地讲解，让光学课程教学进度和质量都有所保障。

上述四种提升光学课程教学质量的途径是在不断实践总结出来的。实施结果显示，光学专业学生的实践动手能力得到大幅提升，毕业设计题目来源取材于社会和市场实际需求，同时，就业竞争力提高，学校的应用型声誉在实习中和社会中都不断得到提升。实施效果证明，这四种提升途径分别从教学方法、教学模式、师资配备和教学效率等方面为光学课程教学质量的提升提供了有力的保障。

【参考文献】

[1]梁绍，刘昌年，盛正华.光学（第3版）[M] .北京：高等教育出版社，2005.

[2]李玉红.“光学”课程教学改革实践与成果[J].高等理科教育，2006（2）：97-99

[3]岳保旺，高雁.几何光学课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备，2014（7）：43-44.

大学光学知识点总结范文第7篇

关键词：空间体验；数据经验；身体体验；开放实验

建筑物理光学部分的内容涉及了多个学科，包括几何光学、生物学、自然采光、人工光源、色彩学等，教学重点在于使学生综合运用以上知识，以在建筑空间设计中达成光学视觉和心理感觉的舒适。但在实际教学过程中，以上知识点相对独立[1]。学生容易把学习重点放在基本公式和概念知识点上，把这门课程当作高中物理的延续，以掌握考点作为学习主要目标，难以做到各个知识点的综合理解，在建筑设计课中也不能综合应用相关光学知识。文章所尝试的改革以光学实验课为突破口，通过设计一系列开放式、探究性的实验，试图链接和强化各个知识点，并引发知识拓展和应用。通过把实验回归到“空间”中，倡导使用各种实验手段，实现光在空间的呈现，使学生在空间光学操作中理解光学知识和空间设计。

1现状与反思

传统建筑物理光学实验以验证性实验为主，通过数据测量来验证和加深知识点的理解。实验注重数据求证，实验设备和操作步骤也是固定的，实验目的是为重现预定的结果[2]。在这种预设好的实验情景下，学生得不到自主探索的机会。从服务建筑设计的角度，建筑设计课的特点在于结果的开放性和不可预知性，传统实验不能满足此目标。传统光学实验并不强调空间作用，只注重光线本身的验证。但对于建筑设计而言，空间与光是硬币的两面，两者是相互依存和关联。空间是通过光在表达，空间也是光的容器，两者都难以独立存在与成立。光学实验课为空间和光的结合提供了可能，可以改变单一目标的实验模式。倡导学生对光线的空间分布进行自主研究，并将空间与光的呈现结果作为实验内容与评价重点。从现实层面，各种数字软件在模拟建筑环境方面发挥着越来越大的作用。建筑光学软件以DIAlux、Radiance、Ecotect等为代表，Skethup、Revit、Lumion等建筑设计常用建模软件也能进行光线效果模拟。这些计算机辅助手段扩展了光学模拟的范围，光学数据结果的实时反馈，客观上给光和空间的融合提供了基础。

2基于空间体验的实验改革

基于以上分析，本文提出“数字模拟”+“身体体验”的实验模式。借助实验手段更新和数字模拟技术对传统实验进行了一系列改进。

2.1基于空间体验的实验手段改进

光学实验课中的照明模型试验，是通过缩尺模型模拟人工照明环境，通过对照度参数进行数据记录验证实验结果。所采用的主要试验设备为：建筑室内模型，以及照度计、亮度计等光学测绘设备，属于验证性实验。建筑模型虽然方便测绘，但数据误差较大，不能真实体现光分布效果以及人在空间中的光感受。基于这一原因，我们在实验中不再使用缩尺模型，而是将模型放大到实际尺度——用1∶1空间尺度模拟光环境。经过综合考虑，将已有建筑光学实验室（层高4.5米）改造为足尺实验空间。具体做法是将原有吊顶拆除，布置集成灯具架；室内界面按照照明模型实验的要求改装。另外，增加智能控制台和升降灯具架，可设定多种光环境模式。改进后实验室在满足原有实验同时，还可实现以下功能：（1）光源高度调节。室内布置六盏可变高度灯具，通过在竖向位置的变化模拟不同顶棚高度。（2）灯具光通量控制。在操作面上方布置六盏光通量可调控灯具。光通量变化通过订制的智能控制台进行控制，六盏灯具可单独开启，可单独调光。（3）环境光色变化。通过HUE灯可变特性，改变室内人工照明光色，用于光色与效率、光色与情绪等的自主探索和研究。传统实验受到模型的限制，只能改变灯具高度，测量设备高度也会影响数据结果的准确性。改进后，实验在实际建筑空间内进行，测绘工具自身尺度相对于建筑空间尺度可以忽略，能够保证数据准确性。通过实验手段改变，实验得到的数据更加真实和具体，影响光环境各类复杂因素也能够反映到数据结果中。人工照明方式种类多样，而在传统模型实验中，只能模拟一种类型，实验不能够进行拓展，与实际有脱节。改进后的实验室能提供多种类型照明方式——线状、点状、面状等，订制实验灯具能够进行光源亮度、高度等参数调节。学生通过调节参数，能够模拟大部分实际照明情况（图1）。从实际效果看，学生能够通过简单培训，掌握操作要领。能够更加方便和准确地获得室内照度等数据，在老师引导和启发下，同学们能够自主设计光环境效果，并通过实验器材获取相关照明数据。结合大创等大学生自主课题，学生结合自身兴趣开展了针对在特定光环境下人的行为反映、心理感受等方面的学习型研究。

2.2基于真实空间的数据模拟实验

光学物理数值来自大量对人眼睛主观感受的观测和数据分析，背后指向人的主观感觉。数字本身没有意义，数据反映的人体感受更有价值。主观个体感受是对规律的验证，根据个体感受差异，对已有结论进行验证或质疑，能够发现问题，找到学习和研究突破点。为鼓励同学在实测中求证和感受数据意义，教学计划中去掉材料透光率、反射率模拟实验，增设“光环境数据模拟”实验。实验对象为同学们日常使用的五个教室。这五个教室采光均匀度差，存在眩光等视觉不利现象。因为朝向不合理、前后遮挡、采光口位置不当等原因，天然采光难以满足日常使用要求。实验要求针对不同教室情况展开数据采光模拟，并进行优化设计，主要步骤如下：（1）根据实体空间建立空间虚拟模型；（2）使用日光模拟软件进行日光模拟；（3）结合现场实测确认需要解决的采光问题；（4）提出优化方案，并修改建模；（5）进行二次数值模拟，验证改造效果；（6）重复3～5步骤，直到方案最优化。实验主要解决两个方面问题。一是实现了光线感受与数据之间的连通。通过对实际空间的数据测绘和感受以及模拟数的对比，数据背后所代表的视觉感受意义得到主观验证。二是实现数据模拟手段下的辅助设计。通过提出设计改造目标，引导学生将数据结果应用到建筑空间设计中，学习通过数据的辅助进行空间优化设计。这一过程培养了同学对光学数据的敏感性，各类光学指标（如照度、亮度等）通过实验获得直观感受。从实验效果看，学生能够在实验过程中主动观察和分析原因，尝试使用测试仪器验证，并能够基于建筑结构、构造等知识提出解决方案。改进方案虽不能具体实现，但数字模拟手段能够实时呈现改造效果，并出具相关光学数据，辅助学生判断改造效果。从实验报告看，除开窗外，学生还使用光导管、电动遮阳等改造措施，并结合不同建筑部位和空间特点进行布置（图2）。各个光学知识以及采光技术都综合集成到设计方案的解决过程中，实现了知识点的融合、与设计课的融合以及建筑采光技术的综合应用。但如前面所述，受客观条件限制，实验结果不能呈现在真实环境中，实验设计构想并没有全部实现。

2.3开放性实验——真实空间光学改造

为进一步引导学生从建筑设计角度进行光学应用和设计，弥补上一个实验的缺憾。受到同济大学郝洛西教授光环境教学成果的启发，我们借鉴其光环境实验的教学思路[3]，设计了一个基于真实空间的开放性实验——“光与空间”装置实验。首先，将实验场所设定为真实建筑空间。经过实测和综合考虑，选定建筑系教学楼的三层走廊大厅为主要实验空间。因此处人工照明设计存在缺陷，地面照度仅为20lx，仅仅满足通行的视觉最低要求。由于光线昏暗等原因，师生难以在此长时间停留，是一处消极空间。其次，实验目标设定为解决实际问题。实验要求通过对人工光源的改进与设计，不仅提高空间照度，更要求改善空间光效果，吸引更多的使用者。实验按组进行，空间场所选定为单侧走廊、空中连桥、直跑楼梯等几处有代表性的空间，要求结合空间特点和人的行为进行设计。评价标准也包括了光线空间效果、对人行为的影响效应等几个方面。实验过程即是同学深入理解光与空间关系的过程。每一组同学从方案到实际都经过了多次尝试和调整，这也是进行自主验证以及优化迭代的过程。第一阶段同学们设计制作一个光装置，光线经过不同材料以及透光孔呈现不同的效果。在此阶段，我们提出问题——想象的光效果与实际光效果的差异是如何产生的？通过什么手段能够进一步优化方案？同学们需要找到问题所在，并运用所学知识提出解决方法。通过这一阶段的实验，同学们能够切身体会材料的真实光学效果，并自主进行光线效果改进（图3）。第二阶段，将初步的光学装置放入到选定的空间中，进行效果验证和优化。这一阶段，光在空间的呈现效果得到验证。在保证避免眩光等不利情况同时，引导学生进一步观察人在光环境中的反应，并提出问题——如何让路的使用者驻足，并参与到光影互动中？在这一阶段加入空间概念，并在实际空间体验中反思光学效果，并进行再次优化和改进（图4）。在制作过程中，空间效果与计算机模拟效果都会有差异，也会有意料之外的发现。光线在实体空间中更有层次，更丰富；增加与人的互动设计后，光线在人的行为和心理上也产生影响。同学们通过实验对光线的心理作用有了直观判断和理解。如图所示光装置作业，设计主题为“在海中”。设计团队首先对所选场地——中庭侧廊进行空间分析，认为目前最需要的是保留廊道的空间形态，通过加入光对廊道空间性质进行再限定与重定义。最终，光装置通过动态水纹在墙面与天花板上产生光影，路过行人进入光影中，产生特殊的廊道空间氛围，并能够进一步引发光影互动与停留（图5）。

3实验效果总结

“光+空间”的实验目标下，通过改进实验空间和场景、加入数字技术辅助、开展真实空间的开放性实验等措施，能更加全面探讨空间中光学问题，为学生提供自主发现问题机会，并鼓励自主解决和验证问题。经过实践检验，实验教学成果有了较大的改进，学生的积极性和自主性得到提高。同时也发现一些不足，一并总结如下。

3.1打通数值与感受的关联

足尺实验空间能够全面反映光线在实体空间效果。真实空间实时数据也能够反映出光线实际效果，同时带来真实光环境感受。在一定光场景下，测绘数据是客观的，与之匹配的光效果却能带来直观感受。在这里，测量验证转变成为一种体验手段，实验者通过这一行为建立数据与主观感受的联系。实验数据和相关建筑光学概念能够内化到主观感受与体验层面，对概念和数据的理解得到加强。

3.2实现开放性设计与自主性的学习

实验的开放性特点主要体现在结果的开放性和手段的开放性。实验结果以实际效果为导向，实验手段不拘泥于某一固定操作步骤，鼓励迭代模拟和反复验证。目标明确、步骤开放的实验设计，能够让学生自发应用各种实验工具和器材，实验结果往往出乎意料。此类实验能够训练学生自发展开光学设计，改变设计思维模式，实现建筑物理课向建筑设计课的延伸和融合。

3.3对实验过程的科学性反思

建筑学背景学生相对缺少科学研究层面的严谨态度和科学方法。在实验过程中，同学们获得测量数据或者模拟数据后，无法自主展开科学整理与分析，需要老师在这一方面加强引导。这对实验老师提出了更高的要求，不仅仅要进行知识传授和实验设计，还要有做科研的经验和积累，在同学们遇到问题时能够及时引导。

3.4与设计课程的衔接与结合

在与设计课融合方面，需要从设计课的角度进行光学设计引导，两者是相辅相成的。相关课时有限，在规定时间内学生难以完成任务。所以设计课老师和建筑物理老师最好是建筑学背景，能够比较自然地在教学过程中进行衔接。在教学计划的时间安排上也需要与专业课程有相关顺序的安排。

结语

建筑物理课不是纯粹的基础物理知识，而是作为建筑学的组成部分，在于提高建筑功能质量，创造适宜的生活和工作环境。我们以上所做的尝试是将光学问题回归到空间中解决，光的基本物理现象与运动规律基于空间载体进行体验和研究，实现光学知识为建筑服务的目的。在这一实验思路下，将知识的“数据经验”与“身体体验”相结合，实现知识的主动获取和综合运用。我们的尝试还在不断调整和完善中，希望能够引发更多讨论，并引起更多建筑物理教学的反思和创新。

参考文献：

[1]牛笑,杨梦阳,赵兵兵.建筑物理课程模块化教学改革[J].辽宁工业大学学报(社会科学版),2022,24(01):116-118.

[2]董旭娟,雷一彬.研究性教学模式在建筑物理实验课程中的应用探索[J].建筑与文化,2021(07):30-31.

[3]郝洛西.同济大学建筑学专业建筑物理光环境教学成果专辑[M].上海:同济大学出版社,2016.

大学光学知识点总结范文第8篇

【论文摘 要】《光学设计》是一门实践性很强的课程，是光学工程和光信息科学与技术专业的主修课。本文对《光学设计》课堂教学内容的组织、教学方法的改进以及考核方式的改革等进行了探讨，以期对该课程的教学改革提供方法与思路。

《光学设计》是许多工科院校的“光信息科学与技术”、“光学工程”等专业的主修课程，北京信息科技大学光信息科学与技术专业在应用光学、物理光学等必修课基础上也开设了这门重要的专业选修课。《光学设计》是一门将几何光学与物理光学知识与实践相结合的学科，通过该课程的学习，学生可以系统的了解光学设计方面的知识，了解一些最常用的光学系统的设计方法，以及了解光学设计的发展方向。该课程的特点是应用性较强，涉及的内容较多，如何在有限的学时内，通过该课程的学习，培养学生熟练设计各种光学系统的能力，提高学生的分析能力和实践能力，这对授课教师提出了严峻挑战。该课程一般通过理论教学和实践教学两个环节完成教学内容，本文将几年来的课堂教学工作所积累下来的心得与体会加以总结，主要涉及到教学内容的组织，教学方法的改进与考核方式的变革等。

一、精心组织授课内容，理清主线，突出重点。

光学设计课程囊括的知识点比较多，面向不同的教学对象，因为其本身知识积累就不同，而不同的教材组织方式，调强的知识重点也不尽相同，因此需要教师因人而异、不断调整授课内容的组织方式。北京信息科技大学光信息科学与技术专业将该课程核定为32学时，在这么短的课时内，如何选择讲授的知识点来保证教学活动的完成，根据本专业的特点，我们精心组织了教学内容，主要为了理清思路，并突出重点。光学设计涉及到的内容可分为：高斯光学、像差理论、典型光学系统、计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等。高斯光学是光学系统分析的基础，光学系统初始结构计算就是基于高斯光学理论的；像差理论是光学设计的重中之重，只有深刻了解了像差理论，才能够自主、灵活的设计光学系统；典型光学系统包括放大镜、显微镜、望远镜等系统，是了解实际光学系统的钥匙，也是光学系统初始结构计算的理论基础；而计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等是实践性很强的内容，也是把上述理论知识与实际设计过程联系的纽带。只有理清了这些内容的知识体系，才能有的放矢，条理清楚的讲授。我们经过探索，发现在授课时选择一个实际的光学系统（如开普勒望远镜系统），从它的基本结构讲起，引出物镜和目镜的各自特点，用高斯光学知识分析其放大率、视场角等参数，再引申到实际系统像差对像质的影响，最后讲授怎样设计这样一个系统以及设计中应该注意的问题。这样就能把所有要讲授的内容串联起来，学生就能更好地理清思路，知道哪部分内容的作用以及怎样学习效率更高。另外，讲解时不能一概而论，必须突出重点，每个知识模块的学时要分配得当。比如像差理论是本课程的重点，需要占用较多的学时讲解；而且像差理论这一部分应该把重点放在各种系统参数（比如，光阑大小、位置，材料折射率、相对色散等）对初级像差的影响上，因为这是一个优秀光学设计工程师必须练好的最重要的基本功。最后，处理好知识点与实际光学系统之间的关系。比如要提醒学生每一部分知识点都要结合与实际光学系统设计（包括加工、检测）的关系来学习，做到有的放矢、思路清晰。

二、教学方法的改进

1．课堂教学与课外科技创新实践相结合

学习基本原理知识的目的是为了更好地应用到实际生活中。我们积极鼓励学生参加各种科技创新活动，坚持课堂教学与课外创新实践活动相结合，强化实践能力培养，提高学生的设计与综合分析能力。比如，在学习了照相系统基本知识以后，我们鼓励学生调研如今市场上的各种照相机（包括数码相机、传统相机、摄像机等），让学生考察照相机的基本结构以及重要技术参数，并让学生尝试自己设计一台照相机系统。这样，学生的学习积极性得到大大提高，他们在设计过程中遇到很多问题，再重新回过头在课堂找答案，被动接收变为主动学习，学习效率大大提高。

2．现代多媒体教学技术的使用

多媒体教学是以计算机为核心的教学手段，能交互的综合处理文本、图形、图像、动画、音频及视频等多种媒体信息，更丰富、更复杂的信息多媒体教学对全面提高教学质量，增进教学效果起着不可替代的推进作用。基于多媒体的光学设计课程教学优势包括：第一，图文并茂，简洁直观，激发学生学习兴趣，提高学生学习的主动性。比如在讲授望远系统时，我们把目前世界上的各种望远系统图片投影到黑板上，并列举各系统的优缺点，使学生顿时产生了浓厚的学习兴趣。第二，把教师从繁重的板书中解放出来，更有利于教师语言、人格魅力的发挥，学生可以在相同的时间内获取更多的知识，提高课堂教学效率和教学质量。比如，在讲授各种目镜结构时，由于目镜的种类很多，有惠更斯目镜、冉斯登目镜、凯涅尔目镜、对称式目镜以及广角目镜等，一一板书这些目镜结构和特点非常花时间，而且作用不大。使用多媒体就可以很快的展示各种目镜结构以及特点，从而把更多时间放到讲授目镜选型以及设计中去。第三，教师为主导，学生为主体，二者相互有机结合，实现教与学的良性互动。比如，在学习球差与系统相对孔径以及光阑的关系这部分内容时，我们让学生自己提出各种参数，然后现场用多媒体计算光线轨迹并画出光路图、像差图等，学生再根据像差图提出新的修正结构，直到得出满意的球差。在这个过程中，教师与学生不再是填鸭式的灌输与接受知识，而是很好的互动，并激发了学生学习兴趣。

3．光学设计软件的应用

在光学设计课程教学中，为了演示光线追迹结果及光学系统在各种不同情况下、不同输入光场时的输出光场情况等，需要编制相应的模块软件。但由于编制这样的模块软件工作量大、难度较高，往住使任课老师放弃在教学过程中演示复杂的光学现象，即使有人花大量时间和精力编制出一些，也因为功能不强、效果不佳而影响教学效果。我们将诸如zemax、oslo、code－v等功能强大的商业光学设计软件引入光学设计课程的教学过程，可以减小设计工作量，并且使课程课件的深度得到加强，从而扩大学生的感性认知和视野，增强教学效果。

现有的成像光学分析与设计软件主要有三种，分别为：美国optical research association 公司的code－v软件；lambda research corporation公司的oslo软件；focus software inc开发的zemax软件。其中zemax软件由于界面友好，容易上手，目前占据市场最大份额；我们在课堂教学中采用的也是zemax软件。该软件可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射、绕射等光学模型，并结合优化、公差等分析功能，是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。课堂利用zemax的计算与模拟功能，鼓励学生通过自主探索，在掌握理论知识的前提下，让学生建立相应的物理模型和数学模型，通过自己输入参数去完成对光学系统的形象化和具体化，并对光学系统像差进行详细了解，为进一步设计提供参考依据。例如，如果要给学生讲授cook三片式透镜组（入瞳10mm，全视场角40°）的结构以及性能，通过zemax可以很形象地显示。图1所示，cook透镜组的二维和三维结构图都可以画出，而且所选三个视场（0视场、10°视场、20°视场）的光线轨迹也可以准确画出，这样就使得学生有更形象、直观的认识。如果要了解该透镜组性能，就可以利用zemax光线追迹程序快速计算出每一条光线的轨迹，并算出各种像差值。该cook透镜组的几种像差图见图2所示，这里只显示了四种像差图：点列图、波像差图、调制传递函数图和场曲、像散及畸变图。根据这些像差图，学生可以对该系统的像差有个全面的认识，可以更进一步改进并优化结构参数。而计算实际像差利用传统的手工计算花费时间是巨大的。

总之，利用光学设计软件，可以使光学设计课程授课效率更高，学生学习兴趣更浓，学习效果更好。

三、课程考核方法的改革

考试已成为课程改革的一部分，与课程的实施方法相辅相成，从而更客观地反映教与学的效果，达到拓展学生的个性，激发其学习能力和兴趣的目的。传统理工科课程通常以闭卷笔试加平时成绩相结合的方式进行考核。针对《光学设计》的课程特点，我们采用了以考核综合知识和能力为主导的考试方法。具体包括：①建立小课题，指导学生撰写小论文。比如让学生们调研目前流行的单反相机的原理并进行初步设计，学生通过查资料，深入调研，强化学生自己思考的过程，同时也能考察一个学生的综合素质。②开展课堂讨论，给予总结评价。这部分的考核主要是通过讨论来考察学生对知识点的应用和具体解决问题的能力。③试卷考核。该部分主要考概念题和思考题，加深学生对理论基本知识的理解和掌握。

通过这三种方式来全面综合地考察、评定学生对该门课程的学习掌握和理解程度，从而更好地反馈和指导教学。这样的考核方法覆盖指标更全面，考核的结果就会更客观合理，能够真实全面反映学生的学习情况与能力水平，有利于对学生的知识和能力进行综合评价。

四、教师自身能力提高

教师是课程改革最直接、最关键的群体，因此教师的自身成长与课程的建设发展密切相关。教师的专业成长不仅仅是教学经历和教学经验的累积与丰富，更是教师由被动到主动参与课程决策、课程运作和课程评价，促进课程、教师和学生共同发展的过程。在不断变革的社会大环境下，教师应树立终身教育和终身学习的观念，即“教育既是为了促进个人的终身全面发展，又是为了促进社会的持续发展和全面进步。”只有具备这样的观念，才能不断解决教育中出现的各种问题，才能建构新课程条件下的目标、教学、评价体系。另外，很多人对于光学设计存在错误的认识，认为只要学好几种光学设计软件就可以进行光学设计。其实，光学设计是一种创造性的工作，它需要经验也需要设计人员有正确的设计思想和设计理念，而软件只是工具而已。光学设计总要从像差补偿开始，如果没有对基础像差理论的深入、正确理解，只是按照已有参数按步就班地操作，光学设计则成了完全的技术工作，毫无思想性可言。对于这部分理论内容要有“板凳要坐十年冷”的准备，从复杂、枯燥的公式中理解设计的基础，打好光学设计的基础。光学设计是一门需要慢慢磨的手艺，作为教师的我们就更要负起责任，不断提高自身水平，不浮躁、不图快，踏踏实实的不断学习，积极地参与科研，积累更多的光学设计经验，这样才能更好地讲授好这门课。

五、结束语

随着科学技术的发展，光学系统的作用越来越被重视，迫切需要光学设计的专业人才，为此高校肩负着培养具有良好光学设计人才的重任。本文对光学设计教学内容与课程设置的安排、教学方式的优化改革以及考核方式多样化等问题进行了研究与讨论，为学生更好地掌握光学设计知识、将来更好地服务于社会打下良好的基础。

参考文献

1 王之江.光学设计理论基础［m］.北京：科学出版社，1985

2 李 林.计算机辅助光学设计的理论与应用［m］.北京：国防工业出版社，2002

3 黄一帆、李 林.光学设计教程［m］.北京：北京理工大学出版社，2009

4 张卫纯、王开圣.浅谈《光电检测技术》课程的课堂教学［j］.甘肃科技，2009（18）：170～171

5 沈常宇、李晨霞、倪 凯.光学原理课程教学改革与人才培养的研究与实践［j］.黑龙江教育，2006（6）：57～58

大学光学知识点总结范文第9篇

【关键词】《光学设计》 教学改革 探索与实践

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2011）01－0015－02

《光学设计》是许多工科院校的“光信息科学与技术”、“光学工程”等专业的主修课程，北京信息科技大学光信息科学与技术专业在应用光学、物理光学等必修课基础上也开设了这门重要的专业选修课。《光学设计》是一门将几何光学与物理光学知识与实践相结合的学科，通过该课程的学习，学生可以系统的了解光学设计方面的知识，了解一些最常用的光学系统的设计方法，以及了解光学设计的发展方向。该课程的特点是应用性较强，涉及的内容较多，如何在有限的学时内，通过该课程的学习，培养学生熟练设计各种光学系统的能力，提高学生的分析能力和实践能力，这对授课教师提出了严峻挑战。该课程一般通过理论教学和实践教学两个环节完成教学内容，本文将几年来的课堂教学工作所积累下来的心得与体会加以总结，主要涉及到教学内容的组织，教学方法的改进与考核方式的变革等。

一、精心组织授课内容，理清主线，突出重点。

光学设计课程囊括的知识点比较多，面向不同的教学对象，因为其本身知识积累就不同，而不同的教材组织方式，调强的知识重点也不尽相同，因此需要教师因人而异、不断调整授课内容的组织方式。北京信息科技大学光信息科学与技术专业将该课程核定为32学时，在这么短的课时内，如何选择讲授的知识点来保证教学活动的完成，根据本专业的特点，我们精心组织了教学内容，主要为了理清思路，并突出重点。光学设计涉及到的内容可分为：高斯光学、像差理论、典型光学系统、计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等。高斯光学是光学系统分析的基础，光学系统初始结构计算就是基于高斯光学理论的；像差理论是光学设计的重中之重，只有深刻了解了像差理论，才能够自主、灵活的设计光学系统；典型光学系统包括放大镜、显微镜、望远镜等系统，是了解实际光学系统的钥匙，也是光学系统初始结构计算的理论基础；而计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等是实践性很强的内容，也是把上述理论知识与实际设计过程联系的纽带。只有理清了这些内容的知识体系，才能有的放矢，条理清楚的讲授。我们经过探索，发现在授课时选择一个实际的光学系统（如开普勒望远镜系统），从它的基本结构讲起，引出物镜和目镜的各自特点，用高斯光学知识分析其放大率、视场角等参数，再引申到实际系统像差对像质的影响，最后讲授怎样设计这样一个系统以及设计中应该注意的问题。这样就能把所有要讲授的内容串联起来，学生就能更好地理清思路，知道哪部分内容的作用以及怎样学习效率更高。另外，讲解时不能一概而论，必须突出重点，每个知识模块的学时要分配得当。比如像差理论是本课程的重点，需要占用较多的学时讲解；而且像差理论这一部分应该把重点放在各种系统参数（比如，光阑大小、位置，材料折射率、相对色散等）对初级像差的影响上，因为这是一个优秀光学设计工程师必须练好的最重要的基本功。最后，处理好知识点与实际光学系统之间的关系。比如要提醒学生每一部分知识点都要结合与实际光学系统设计（包括加工、检测）的关系来学习，做到有的放矢、思路清晰。

二、教学方法的改进

1．课堂教学与课外科技创新实践相结合

学习基本原理知识的目的是为了更好地应用到实际生活中。我们积极鼓励学生参加各种科技创新活动，坚持课堂教学与课外创新实践活动相结合，强化实践能力培养，提高学生的设计与综合分析能力。比如，在学习了照相系统基本知识以后，我们鼓励学生调研如今市场上的各种照相机（包括数码相机、传统相机、摄像机等），让学生考察照相机的基本结构以及重要技术参数，并让学生尝试自己设计一台照相机系统。这样，学生的学习积极性得到大大提高，他们在设计过程中遇到很多问题，再重新回过头在课堂找答案，被动接收变为主动学习，学习效率大大提高。

2．现代多媒体教学技术的使用

多媒体教学是以计算机为核心的教学手段，能交互的综合处理文本、图形、图像、动画、音频及视频等多种媒体信息，更丰富、更复杂的信息多媒体教学对全面提高教学质量，增进教学效果起着不可替代的推进作用。基于多媒体的光学设计课程教学优势包括：第一，图文并茂，简洁直观，激发学生学习兴趣，提高学生学习的主动性。比如在讲授望远系统时，我们把目前世界上的各种望远系统图片投影到黑板上，并列举各系统的优缺点，使学生顿时产生了浓厚的学习兴趣。第二，把教师从繁重的板书中解放出来，更有利于教师语言、人格魅力的发挥，学生可以在相同的时间内获取更多的知识，提高课堂教学效率和教学质量。比如，在讲授各种目镜结构时，由于目镜的种类很多，有惠更斯目镜、冉斯登目镜、凯涅尔目镜、对称式目镜以及广角目镜等，一一板书这些目镜结构和特点非常花时间，而且作用不大。使用多媒体就可以很快的展示各种目镜结构以及特点，从而把更多时间放到讲授目镜选型以及设计中去。第三，教师为主导，学生为主体，二者相互有机结合，实现教与学的良性互动。比如，在学习球差与系统相对孔径以及光阑的关系这部分内容时，我们让学生自己提出各种参数，然后现场用多媒体计算光线轨迹并画出光路图、像差图等，学生再根据像差图提出新的修正结构，直到得出满意的球差。在这个过程中，教师与学生不再是填鸭式的灌输与接受知识，而是很好的互动，并激发了学生学习兴趣。

3．光学设计软件的应用

在光学设计课程教学中，为了演示光线追迹结果及光学系统在各种不同情况下、不同输入光场时的输出光场情况等，需要编制相应的模块软件。但由于编制这样的模块软件工作量大、难度较高，往住使任课老师放弃在教学过程中演示复杂的光学现象，即使有人花大量时间和精力编制出一些，也因为功能不强、效果不佳而影响教学效果。我们将诸如ZEMAX、OSLO、CODE－V等功能强大的商业光学设计软件引入光学设计课程的教学过程，可以减小设计工作量，并且使课程课件的深度得到加强，从而扩大学生的感性认知和视野，增强教学效果。

现有的成像光学分析与设计软件主要有三种，分别为：美国Optical Research Association 公司的CODE－V软件；Lambda Research Corporation公司的OSLO软件；Focus Software Inc开发的ZEMAX软件。其中ZEMAX软件由于界面友好，容易上手，目前占据市场最大份额；我们在课堂教学中采用的也是ZEMAX软件。该软件可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射、绕射等光学模型，并结合优化、公差等分析功能，是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。课堂利用ZEMAX的计算与模拟功能，鼓励学生通过自主探索，在掌握理论知识的前提下，让学生建立相应的物理模型和数学模型，通过自己输入参数去完成对光学系统的形象化和具体化，并对光学系统像差进行详细了解，为进一步设计提供参考依据。例如，如果要给学生讲授cook三片式透镜组（入瞳10mm，全视场角40°）的结构以及性能，通过ZEMAX可以很形象地显示。图1所示，cook透镜组的二维和三维结构图都可以画出，而且所选三个视场（0视场、10°视场、20°视场）的光线轨迹也可以准确画出，这样就使得学生有更形象、直观的认识。如果要了解该透镜组性能，就可以利用ZEMAX光线追迹程序快速计算出每一条光线的轨迹，并算出各种像差值。该cook透镜组的几种像差图见图2所示，这里只显示了四种像差图：点列图、波像差图、调制传递函数图和场曲、像散及畸变图。根据这些像差图，学生可以对该系统的像差有个全面的认识，可以更进一步改进并优化结构参数。而计算实际像差利用传统的手工计算花费时间是巨大的。

总之，利用光学设计软件，可以使光学设计课程授课效率更高，学生学习兴趣更浓，学习效果更好。

三、课程考核方法的改革

考试已成为课程改革的一部分，与课程的实施方法相辅相成，从而更客观地反映教与学的效果，达到拓展学生的个性，激发其学习能力和兴趣的目的。传统理工科课程通常以闭卷笔试加平时成绩相结合的方式进行考核。针对《光学设计》的课程特点，我们采用了以考核综合知识和能力为主导的考试方法。具体包括：①建立小课题，指导学生撰写小论文。比如让学生们调研目前流行的单反相机的原理并进行初步设计，学生通过查资料，深入调研，强化学生自己思考的过程，同时也能考察一个学生的综合素质。②开展课堂讨论，给予总结评价。这部分的考核主要是通过讨论来考察学生对知识点的应用和具体解决问题的能力。③试卷考核。该部分主要考概念题和思考题，加深学生对理论基本知识的理解和掌握。

通过这三种方式来全面综合地考察、评定学生对该门课程的学习掌握和理解程度，从而更好地反馈和指导教学。这样的考核方法覆盖指标更全面，考核的结果就会更客观合理，能够真实全面反映学生的学习情况与能力水平，有利于对学生的知识和能力进行综合评价。

四、教师自身能力提高

教师是课程改革最直接、最关键的群体，因此教师的自身成长与课程的建设发展密切相关。教师的专业成长不仅仅是教学经历和教学经验的累积与丰富，更是教师由被动到主动参与课程决策、课程运作和课程评价，促进课程、教师和学生共同发展的过程。在不断变革的社会大环境下，教师应树立终身教育和终身学习的观念，即“教育既是为了促进个人的终身全面发展，又是为了促进社会的持续发展和全面进步。”只有具备这样的观念，才能不断解决教育中出现的各种问题，才能建构新课程条件下的目标、教学、评价体系。另外，很多人对于光学设计存在错误的认识，认为只要学好几种光学设计软件就可以进行光学设计。其实，光学设计是一种创造性的工作，它需要经验也需要设计人员有正确的设计思想和设计理念，而软件只是工具而已。光学设计总要从像差补偿开始，如果没有对基础像差理论的深入、正确理解，只是按照已有参数按步就班地操作，光学设计则成了完全的技术工作，毫无思想性可言。对于这部分理论内容要有“板凳要坐十年冷”的准备，从复杂、枯燥的公式中理解设计的基础，打好光学设计的基础。光学设计是一门需要慢慢磨的手艺，作为教师的我们就更要负起责任，不断提高自身水平，不浮躁、不图快，踏踏实实的不断学习，积极地参与科研，积累更多的光学设计经验，这样才能更好地讲授好这门课。

五、结束语

随着科学技术的发展，光学系统的作用越来越被重视，迫切需要光学设计的专业人才，为此高校肩负着培养具有良好光学设计人才的重任。本文对光学设计教学内容与课程设置的安排、教学方式的优化改革以及考核方式多样化等问题进行了研究与讨论，为学生更好地掌握光学设计知识、将来更好地服务于社会打下良好的基础。

参考文献

1 王之江.光学设计理论基础［M］.北京：科学出版社，1985

2 李 林.计算机辅助光学设计的理论与应用［M］.北京：国防工业出版社，2002

3 黄一帆、李 林.光学设计教程［M］.北京：北京理工大学出版社，2009

4 张卫纯、王开圣.浅谈《光电检测技术》课程的课堂教学［J］.甘肃科技，2009（18）：170～171

5 沈常宇、李晨霞、倪 凯.光学原理课程教学改革与人才培养的研究与实践［J］.黑龙江教育，2006（6）：57～58

大学光学知识点总结范文第10篇

[关键词] 工程光学；教学改革；多元化；实践教学

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 1005-4634（2014）02-0089-04

0 引言

《工程光学》是测控技术及仪器专业的专业平台课，根据燕山大学本科生培养方案设置，其总学时为40学时，其中实验学时为6学时。在知识结构上，该课程以大学物理和高等数学知识为先导，同时又以光电检测技术、光学仪器设计、激光检测技术、红外检测技术和光纤传感及通信等课程为延拓。将几何光学和物理光学作为主要授课内容，讲授测量过程中涉及光学测量的各种方法，讲授其基本思想、原理与技术，并以此为理论基础，使学生在光学参量测量的过程中进行测量系统的分析与设计，并对其性能进行优化及误差分析，从而满足系统设计参数的要求和工程实际中的特定需要。

1 教学现状及存在问题分析

在目前的《工程光学》教学过程中，存在着以下问题。

1）在教学内容上，原来的教学大纲强调教学内容的系统性和完整性，导致物理光学的部分章节与大学物理中的相应内容存在一定重复[1，2]，在几何光学部分，存在大量的理论公式推导，抽象晦涩。

2）教学方法与手段单一。在以往的教学过程中，由于理论分析和公式推导内容较多，《工程光学》主要以板书教学为主。随着计算机辅助教学模式在教学中的推广，多媒体教学方式虽然提高了单位学时内的授课信息量，但也没有改变以教师为中心、学生被动式学习的基本状况，互动环节明显缺失，忽视了授课效果的及时反馈，未能充分地发挥学生的主观能动性，教学效果不理想[3，4]。

3）实验内容陈旧，只能完成一些基础性验证实验，而对设计性实验的实现能力较差。光学器件的设计和加工过程都十分繁杂，因此，根据设计性实验的要求购买或加工光学组件，其可行性不高。随着实践教学模式的探索与推广，实验室的作用应得到重视和充分的显现[5，6]。

在《工程光学》的教学改革过程中，探索多元化教学模式，实现课堂教学与实践性环节的有机结合，是十分必要的。

2 多元化教学模式探索

在《工程光学》教学改革过程中，尝试课堂教学与信息网络平台、实践教学和光学前沿讲座相结合的多元化相辅相成的改革方案。其框架见图1。

2.1 引入先进教学理念，改进课堂教学方法

本科生教育在整个教育体系中是一个系统性基础理论教育部分，而后续的研究生教育阶段将主要着眼于知识创新和技术攻关，具有更强的理论性、技术性、应用性和方向性。因此，本科生教育恰是一个打基础的阶段，应注重对学生科学思想的培养，对基础理论知识的全面系统性学习必须被视为重中之重。

在课堂教学过程中，应精选教学内容，课堂教学内容的设计必须以问题的解决为主线，致力于对学生分析和设计能力的培养。针对每个教学单元的重要知识点，教师选择有代表性、难度适中、综合性较强的光学系统，合理设计问题，以点带面，使学生在遇到实际问题时学会分析问题和解决问题，加深学生对光学原理在测量中实际应用的认识，锻炼分析和系统设计的能力，激发学生的学习动力。

板书教学这种传统的课堂教学方式，能够将教师的语言和肢体动作相结合，教学方式生动，能够使学生集中注意力，并使教学思路得以逐步地展示，从而使教师的讲解过程与学生的理解过程同步。以板书教学为主体，注重学生对基础性原理知识的掌握，最终达到较为理想的教学效果。多媒体教学能够综合文字、图像、声音、动画和视频，立体教学更适合人的思维习惯和记忆规律。通过声音、图像进行多维教学，使课堂上教与学的交流更为流畅、学生的思维更为敏捷、学生的学习效率和自主学习的积极性得到提高。由于授课学时的限制和系统化授课的要求，在保证知识结构完整性的前提下，将物理现象的呈现、应用背景的图片等通过多媒体的方式进行形象地展示，可使学生获得的信息丰富且直观，并激发学生的学习兴趣，使其带着问题对理论性的内容进行学习。

2.2 课堂教学与网络信息平台相结合

由于授课学时有限，除了课堂教学所涉及的核心内容之外，对于其先导课程大学物理中已经涉及的内容和难度较小的辅内容，可以通过网络信息平台的授课视频和学习资料来完成。与此同时，网络信息平台可以帮助学生完成课前预习、课后复习，并培养学生网络提问和教师离线解答的师生交流模式，更好地保证授课效果，并排查授课过程中的薄弱环节。

网络信息平台除了作为课堂教学的延伸之外，还应为教学内容和教学方式的改革提供及时的信息反馈。为了加强对教学过程的监督和管理，不断提高教学质量，在过去几年的教学工作中，学校教务部门也建立了教学质量评价体系，通过学生评分和督导组的教学评价，对每门课程的运行情况进行评价。这种方式在很大程度上对教学改革起到了促进作用，但过去时的反馈信息只能指导今后的教学工作，缺乏实时性。通过网络信息平台的留言板，方便老师对后续课程的教学内容及方式进行及时调整，并以此作为增进师生交流的互动平台。

建设《工程光学》课程网络习题库。为了配合课堂教学，使之产生更好的收效，课后的练习和自我测试是十分必要的。根据教学重点和难点问题，编制各类习题，并以期末考试和考研等各类考题为参照，编制典型习题，并提供习题讲解，从而方便学生课后复习和考前准备。

2.3 引入任务式教学模式，培养学生的实践能力

《工程光学》的教学改革尝试，要注重培养学生的工程能力、创新能力、学习知识和运用知识以及解决问题的能力，乃至团队协作能力。目前，《工程光学》课程设计、大学生创新训练、科技创新比赛以及《工程光学》开放性实验，是课程教学改革要涉及到的实践性环节。在实践性教学环节中，教师要转变教学观念，从教学的主导位置变为指导和辅助学生学习的角色。以明确的任务为驱动，使学生以主动的和实践的方式进行学习，并建立实践环节和课程教学内容之间的有机联系，实现课堂所学的书本理论知识的运用，从而培养学生的工程实践综合能力。

Zemax是目前功能较为强大的光学设计软件，因此，在课程设计中，可以用其完成光学系统的辅助设计，并帮忙学生完成课堂几何光学教学中各种典型光学系统的像差分析。在课程设计的过程中，以分组的形式安排了“照相物镜镜头设计与像差分析”、“牛顿望远镜设计与像差矫正”、“带有非球面矫正器的施密特-卡塞格林系统设计”、“多重结构配置的激光束扩大器”、“折叠反射镜面和坐标断点”和“消色差透镜设计”等多个设计任务。例如，在照相物镜镜头的设计中，如图2所示，应用Zemax软件可以对后置光阑三片物镜原始结构（其中，分别代表该多光组系统中的3个透镜元件）进行参数优化，输入参数并进行焦距缩放，从而生成初始参数及结构。如图3所示。

进而在Zemax中进行像差分析及参数优化，在初始结构的MTF 曲线中，可看出成像质量很差， 因此需要校正像差，如图4所示。调整其可变参量（包括6个曲率半径，2个空气间隔和3个玻璃的厚度），对物镜的结构进行逐次优化。每次调整后再次优化实时关注MTF图的曲线变化，最后使各个参数都在可接受范围之内，如图5所示。通过课程设计中对具体光学系统的设计和分析，学生们对课堂所学知识有了更新和更深刻的理解，通过学以致用，更加体会到所学知识的重要性。

在课程设计的基础上，鼓励学生结合课堂所学理论知识，开展创新性研究，申报大学生创新训练计划项目，教师指导学生进行选题和方案论证，以项目组的形式，明确每个学生的任务分工，使每个学生都有机会参与实际项目的研究或开发，通过项目的实施来驱动学习，在实践中加深和强化对理论知识的理解。对于大学生创新计划项目，导师不需特意强调成果，应注重其研究和实施的过程。

在创新训练基础上，鼓励学生参加科技创新比赛，通过赛事培养学生的自主创新意识和团队协作精神。学生可以亲身体验科学研究的全过程，以个性化的思路提出设计方案，从而大大增强学生解决问题的能力。通过精心的赛前准备，所设计的“光电主动式红外报警器”在燕山大学校团委组织的“世纪杯”科技创新大赛中获得了优异的成绩，这也极大地增强了学生的自信心，促使学生在实践中运用所学知识，进一步加深了对知识的理解。

利用实验室条件，《工程光学》课程设计的设计任务、大学生创新训练的相关内容、科技创新比赛的前期准备和方案实施等实践环节对实验的需求都可以得到很大程度上的解决。将开放性设计性实验、竞赛题目、科研课题与工程光学某些知识相联系，制定项目的实施方案，规划实验流程，列出实验仪器及元器件清单，通过实验验证项目方案的可行性。在不断发现问题、研究问题和解决问题的过程中，学生会对探索和追求未知的科学领域产生极大的兴趣，在学习的过程中变被动为主动，在研究过程中也不断提高了自身的创新能力，真正实现了以人为本、自主学习的教学理念。

2.4 开展现代光学前沿知识讲座

《工程光学》课程所讲授的内容是光学的基础性应用知识，通过开设光学讲座的方法，向学生传递这些知识在现代光学技术中应用的信息，更能使学生了解光学前沿的概况，给课堂教学内容赋予时代气息，拓展学生的知识面。通过这类活动，不但能增进学生对学科和本专业科研方向和科研梯队的了解，更能使学生充分认识到学习《工程光学》的意义，而且也增强了学生热爱专业、致力于专业课程学习的积极性，从而取得良好的收效。

2.5 教学安排及课时调整

《工程光学》教学改革已经在教学实践中推进了一年，取得了初步的成果，并将在今后的教学过程中不断探索、总结和提高。在上一个教学周期中，针对多元化教学模式的采用，已将整个学时安排进行了必要的调整。采用网络信息平台，针对大学物理中已经涉及的部分知识点，缩减了每堂课复习旧知识点和考前总复习的时间，网络试题库的建设节约了习题课的时间，以上两方面节约学时数约6个学时，从中分配4个学时进行课堂项目式教学，其余2个学时开设光学前沿讲座。更为深入复杂的设计任务则在为期1.5周的《工程光学》课程设计中完成。另外，学生通过大学生科技创新训练及科技创新比赛，除了获得实践能力的锻炼之外，还获得了大学四年中必修的“科技创新”学分。

3 结束语

在现今的高等教育中，注重人才的全面发展，多出人才、出好人才，是高等教育的最终目的。在工程光学教学和实践中，发现了不少问题，有些教学改革的想法还不完善，还将在今后的教学实践中不断探索行之有效的改革措施。通过教学实践和经验总结，提高教师的理论教学和实践教学水平，完善教学方法，取得更好的教学效果。通过多元化教学模式的尝试，在优化课程理论教学内容的同时，引入丰富的实践教学环节，使学生的工程应用能力、创新能力和综合素质得到有效的培养，为学生今后的研究和就业开辟更为广阔的空间。

参考文献

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