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光学工程的发展范文1
中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0142-02
随着光学技术的发展，对光学仪器和光电仪器设计的要求也越来越高，这就要求设计者具备扎实的理论基础、较高的设计技巧和现代光学系统设计计算能力。目前，社会上对光学设计的专业人才有着越发迫切的需求，为此，高校肩负着培养具有良好光学设计能力的工程型人才的重任。
为了帮助学生巩固应用光学专业基础知识，掌握评价光学系统的基本方法，提高学生对光学系统的应用能力和设计能力，该校在光学工程学科研究生教学中开设了“光学工程与系统设计”课程。该课程在本科工程光学的基础上，系统、全面地讲解光学工程的理论、应用和系统设计方法，帮助学生提高在工程应用中解决实际问题的能力。
“光学工程与系统设计”课程针对光学工程学科研究生开设，要求学生具有一定的光学工程基础知识，教学目标是培养光学工程的高级应用人才。授课内容除注重于基本概念的讲解和基本原理的分析外，拟通过大量丰富的光学系统应用实例，培养和提高学生发现和解决工程问题的能力。
因此，该门课程在较短的课时内，既要有对专业基础知识的深入理解，又要结合工程生产实践，以解决实际设计问题为目的，使学生在系统、全面地掌握光学设计理论和设计方法基础上，能够独立完成大多数典型光学部件和系统的设计工作。因此，要达到较好的授课效果，对授课教师提出了较高的要求。
在“光学工程与系统设计”的授课中，如何将理论与实际相结合，充分调动学生学习兴趣，使学生逐步适应从习惯于科学理论、理想假定的学习者到光学工程专业技术人员的转变，培养和提高学生发现和解决工程问题的能力，是重点考虑的问题。该文将对教学中遇到的问题及经验进行做出总结。
1 “光学工程与系统设计”教学中面临的主要问题
在该课程的教学过程中，主要存在的问题有以下几点。
1.1 学时少，相应配套课程不完善，学生基础知识水平不均衡
“光学工程与系统设计”课程涵盖光学成像理论、典型现代光学系统的结构原理和光学特性、光学系统设计方法等等方面，涉及知识内容非常广泛。在有限的学时内，要完成所有的教学内容，达到使学生系统、全面地掌握光学设计理论和方法，提高学生现代光学系统设计能力，培养学生工程素质的目的，对学生的基础知识、综合能力的要求都较高。而在实际教学中，由于学生可能来自于不同的本科专业，在光学工程类基础课程方面的知识水平表现出很不均衡，相应的配套课程也不够完善。因此，如何在本课程的教学中，如何缓这些矛盾，弥补这些缺陷，达到好的授课效果，对教师提出了很大挑战。
1.2 学生工程意识淡薄，动手能力差，不能将理论与实际相结合
学生对工程设计的特点仍旧缺乏认识，对工程问题较为生疏，工程意识非常淡薄，因此造成了动手能力差，不能将所学的理论知识与实际应用有机结合的问题。而本课程正是以培养具有良好光学设计能力的工程型人才为目标，因此，如何理论结合实际，在对实际问题的分析与讨论中，培养学生学习与发展的能力和创造性解决工程问题的能力，是重点要解决的一个问题。
1.3 学生的学习积极性问题
教育学认为：兴趣是学习最好的老师。学生对所学习的课程产生了兴趣，才能更加认真、更加投入地汲取课程的知识，更好地发挥思维和智力的潜能，做出创造和发明。正是由于本课程涉及内容广泛，学生基础知识水平不均衡，如果不能够采取合理措施，将理论与实践相结合，充分调动起学生学习的主动性，就更容易造成部分学生对课程丧失兴趣，消极学习。因此，作为专业课程老师，怎样培养学生的学习兴趣，不使学生感觉学习过程无聊、无用而索然无味，是授课教师必须认真思考的问题。
2 教学改革实践与探索
针对以上问题，我们在教学过程中，从教学体系、教材、课件、教学方法等多方面进行改革探索，以完善教学内容、创新教学方法为出发点，从提高学生兴趣，加强师生互动，讲解深入浅出，理论结合实际，融入科研内容等多方面着手，改善教学效果，取得了较好的成效。主要采用了以下手段后。
2.1 精心规划授课内容，注意衔接，有的放矢
该课程许多内容涉及到几何光学、物理光学、激光原理等基础课程知识，希望学生能够具有一定的相关基础，在授课时才能产生较好的效果。然而，如前所述，在教学中存在学生基础知识水平不均衡，配套课程不够完善的问题。为解决这一矛盾，在授课体系与授课内容方面，进行了精心的规划，力求合理。
首先，在授课内容方面，重视教材内容的科学组织，在内容的编排上注意知识本身的内在规律性、系统性及相互联系，增强课程各个部分之间的逻辑性，有的放矢，从而节省学时，解决课程容量大与学时有限的矛盾。其次，在讲授必要内容的基础上，注意与前期课程的衔接，但并不完全依赖于前期课程知识的掌握，而是注重启发、引导学生自主的复习、掌握、扩展原有知识，例如通过布置思考题目、提供参考文献、课上讨论等方式，帮助和鼓励学生通过主动学习，来解决基础知识水平不均衡的问题。同时，在授课中并不简单的按照教材施教，而是及时结合科研项目，充分利用与课程有关的最新研究成果，补充本领域的前沿技术。
通过合理的规划授课内容，并在授课过程中，注意衔接，有的放矢，激励学生课下主动学习的方式，提高了教学质量。
2.2 理论结合实际，重在能力培养
本课程除了具有知识的系统性、理论性强的特点外，更重要的特点是应用性强。在工程设计中，需要灵活地运用学过的理论知识，用理论指导实践，才能使设计朝着成功的方向前进。当设计过程出现问题时，怎样利用理论知识和实践经验，来有效地进行修正，最终得到满足使用要求的系统设计，这种解决工程问题的能力的提高，是本课程最核心要解决的问题。
为此，我们在基础理论讲授后，通过抛出一个或几个实际工程设计问题，引导学生进行深入思考与讨论，完成自主设计。例如在学习了像差理论及典型显微光学系统后，要求学生设计一款高倍率显微系统，针对该系统设计过程中发生的各种问题，包括怎样从低倍率系统逐步过渡到高倍率系统，怎样实现复消色差，以及工程实际中如何实现系统装调等等问题，一一进行讨论和分析，通过引导学生发现问题，鼓励学生自主分析解决问题，提高学生的实践能力。
这样的理论与实际相结合的过程，深受学生好评，学生们一致认为，通过这样的练习，不但加深了对理论知识的理解，更大大提高了他们发现和解决工程问题的能力。
2.3 创新授课方法，刺激学生主动学习
由于授课内容的更新以及理论与实际相结合的要求，教师在授课方法上也必须进行相应的创新，才能够达到预期的效果。学生是课堂教学的主体，只有激发学生求知的动力，课堂教学才有可能成功。除了传统的讲授方式外，在本课程的授课过程中，更加注重启发式教学和讨论式教学。启发式教学方法，是指通过具有启发式的提问，激励学生学习的兴趣，从而培养学生的创造性思维能力。讨论式教学方法，是指通过讨论问题，积极引导学生进行独立思考，培养学生的自主学习能力。
在具体做法上，除了采用布置思考题目，推荐参考文献的方式外，还通过将学生分为合作小组，针对某一任务进行组内合作，然后组织各小组就各自研究成果在全班进行交流，鼓励学生之间就技术问题进行讨论、质疑与辩论，加深理解。
通过启发式与讨论式教学方法的引入，增强了师生互动，提高了学生的学习兴趣，刺激学生主动学习的欲望。
3 结语
在“光学工程与系统设计”的教学中，针对存在的问题，从规划授课内容、理论结合实际以及创新授课方法等等方面进行了教学改革的实践与探索。通过合理地规划授课内容，理论与实际相结合，以及引入启发式和讨论式的教学方法，注重对学生发现和解决工程问题的能力的培养，刺激学生学习的主动性与积极性，提高了教学质量，收到了良好的效果。
参考文献
[1] Warren J Smith.现代光学工程[M].北京：化学工业出版社，2011.
[2] 李丽，刘晓波.工程光学教学改革探索[J].实验技术与管理，2009，26（8）：129-131.
[3] 张文涛，蒋曲博，汪杰君，等.《光学设计》课程教学方法改革初探[J].科技创新导报，2011（2）：179-181.
[4] 张薇.光电子发光与显示技术课程教学改革的探索与实践[J].科技创新导报，2013（16）：156-157.
光学工程的发展范文2
科交叉的边缘科学，它是用现代科学技术的理论和方法，研究新材料、新技术、新
仪器设备 ，用于防病、治病、保护人民健康，提高医学水平的一门新兴学科。
生物医学工程在国际上做为一个学科出现，始于20世纪50年代，特别是随着宇
航技术的进步 、人类实现了登月计划以来，生物医学工程有了快速的发展。在我
国，生物医学工程做为一 个专门学科起步于20世纪70年代，中国医学科学院、中
国协和医科大学原院校长、我国著名 的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学
科最早的倡导者。1977年中国协和医科大学生物 医学工程专业的创建、1980年中
国生物医学工程学会的成立，有力地推进了我国生物医学工 程的发展。目前，我
国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构，从事着生物医学的科研 教学工作
，在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。
显微镜的发明 “解剖”一词由希腊语“Anatomia”转译而来，其意思是用
刀剖割，肉眼观察研究人体结构。17世纪Lee Wenhock发明了光学显微镜，推动了
解剖学向 微观层次发展，使人们不但可以了解人体大体解剖的变化，而且可以进
一步观察研究其细胞 形态结构的变化。随着光学显微镜的出现，医学领域相继诞
生了细胞学、组织学、细胞病理 学，从而将医学研究提高到细胞形态学水平。
普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平，难以分辨病毒及细胞
的超微细结构 、核结构、DNA等大分子结构。而20世纪60年代出现的电子显微镜，
使人们能观察到纳米(nm )级的微小个体，研究细胞的超微结构。光学显微镜和电
子显微镜的发明都是医学工程研究 的成果，它们对推动医学的发展起了重要作用
。
影像学诊断飞跃进步 影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域
之一。50年代X光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法，而今天由于X线CT技
术的出现 和应用，使影像学诊断水平发生了飞跃，从而极大地提高了临床诊断水
平。即计算机体断层 摄影(computed tomography CT)，即是利用计算机技术处理人
体组织器官的切面显像。X线CT 片提供给医生的信息量，远远大于普通X线照片观
察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已经问世，能快速扫描
和重建图像，在临床应用中取代了多数传统的CT， 提高了诊断准确率［1］。医学
工程研究利用生物组织中氢、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计算机断层成像系统(MRI)，它不仅 可分辨病理解剖
结构形态的变化，还能做到早期识别组织生化功能变化的信息，显示某些疾 病在
早期价段的改变，有利于临床早期诊断。可以认为MRI工程的进步，促进了医学诊
断学 向功能与形态相结合的方向发展，向超快速成像、准实时动态MRI、MRA、FM
RI、MRS发展。 根据核医学示踪，利用正电子发射核素(18F，11C，13N)的原理，
创造 的正电子发射体层摄影(PET)，是目前最先进的影像诊断技术。美国新闻媒体
把PET列为十大 医学生物技术的榜首。PET问世不过30年历史，但它已显示出对肿
瘤学、心脏病学、神经病 学、器官移植，新药开发等研究领域的重要价值［2］。
影像学诊断水平的不断提高 ，与20世纪生物医学工程技术的发展密切相关。
介入医学问世 介入医学是一种微创伤的诊疗技术。Dotter和Judkin(1964 年
)是最早使用介入技术治疗疾病的创始人，他们用导管对下肢动脉阻塞性病变进行
扩张治 疗取得成功。1967年Margulis首先使用过介入放射学(Interventional Ra
diology)，这是医 学文献出现“介入”一词的最早记载。1977年 Gruenzing成功
地进行了首例冠状动脉球囊扩 张术获得成功以后，介入性诊疗技术由于其创伤小
、患者痛苦少，安全有效而倍受临床欢迎 。20世纪80年代随着生物医学工程的发
展，高精度计算机化影像诊查仪器、数字减影血管造 影(DSA)、射频消融技术以及转贴于
高分子(high-polymer)新材料制成的介入技术用的各种导管相 继问世，使介入性
诊疗技术发生了飞速进步，临床应用范围不断扩大，从心血管、脑血管、 非血管
管腔器官到某些恶性肿瘤等都具有使用介入诊疗的适应证，并使诊疗效果明显提高
，患者可减免许多大手术之苦。有人把介入诊疗技术视 为与药物诊疗、手术诊疗
并列的临床三大诊疗技术之一，也有人把介入诊疗技术称之为20世 纪发展起来的
临床医学新领域--介入医学［3，4］。
人工器官的应用 当人体器官因病伤已不能用常规方法救治时，现代临床医
疗技术有可能使用一种人工制造的装置来替代病损器官或补偿其生理功能，人们
称这种装置 为人工器官(artificial organ)。如20世纪50年代以前，风湿性心脏
瓣膜病的治疗，除了应 用抗风湿药物、强心药物对症治疗外，对病损的瓣膜很难
修复改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以应用人工心肺机体外循环技
术，在心脏停跳状态下切开心脏，进行更换人 工瓣膜或进行房、室间隔缺损的修
补，使心脏瓣膜病、先天性心脏病患者恢复健康。心外科 之所以能达到今天这样
的水平，主要是由于人工心肺机的问世和使用了人工心脏瓣膜、人工 血管等新材
料、新技术的结果［5］。
肾功能衰竭、尿毒症患者愈后不良，而人工肾血液透析技术已挽救了大量肾病
晚期患者的生 命，肾病治疗学也因此有了很大进步。
现代生物医学工程中人工器官的发展也非常迅速，除上述人工器官外，人工关
节、人工心脏 起搏器、人工心脏、人工肝、人工肺等在临床都得到应用，使千千
万万的患者恢复了健康。 可以说，人体各种器官除大脑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，放射医学、超声医学、激光医学、核医学、医用电子技术、计算机远程
医疗技术等先 进的医疗技术和仪器设备都是现代医学工程研究开发的成果，综上
可见，20世纪生物医学工 程的发展，显著提高了医学诊断和治疗水平，有力地推
动着医学科学的进步。
21世纪生物医学工程展望 纵观医学新技术诞生和发展的 历史，从伦琴发现
X线到今天X射线诊疗技术的发展，从朗兹万发现超声波到今天B超诊断的 广泛应用
，从布洛赫和伯塞尔发现核磁共振到今天MRI的问世，从赫斯费尔德发明CT到今天
C T成像系统的应用，都是以物理学工程技术为基础、医学需求为前提发展起来的
医学新技术 。循着20世纪医学发展的轨迹，我们有理由预测21世纪新的医学诊疗
技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新：
(1)各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化，远程医疗信 息网络化，
诊疗用机器人将被广泛应用。［6］
(2)介入性微创，无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技
术，纳米技术 和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。
(3)医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着
PET的问世和应 用，形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂
型心血管、脑血管影像诊 查系统将在21世纪问世。
(4)生物材料和组织工程将有较大发展，生物机械结合型、生物型人工器官将
有新突破，人 工器官将在临床医疗中广泛应用。
(5)材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展，植入型药物长效
缓释材料，药 物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育
材料、生物止血材料将有 新突破。
(6)未来医疗将由治疗型为主向预防保健型医疗模式转变。为此，用于社区、
家庭、个人医 疗保健诊疗仪器，康复保健装置，以及微型健康自我监测医疗器械
和用品将有广泛需求和应 用。
(7)除继续努力加强生物源性疾病防治外，对精神、心理、社会源性疾病的防
治诊疗技术和 相应仪器设备的研制受到越来越多的重视与开发，研制精神分析、
心理安抚、生物反馈型诊 疗技术和设备将是生物医学工程的新起点。
(8)创伤是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型创伤防护装置、生命急救
系统是未来生 物医学工程的重要课题。
(9)即将迎来的21世纪是分子生物学时代，有关分子生物学的诊疗新技术将快
速发展，遗传 、疾病基因诊疗技术，生物技术和微电子技术相结合的DNA芯片、雪
白芯片和诊疗系统将被 广泛应用。
(10)空气污染、环境污染严重危害着人类健康，研究和开发劳动保护、家庭保
健、个人防护 用的人工气候微环境是未来不能忽视的问题。
1997年我国了关于卫生工作改革与发展的决定，提出了奋斗目标：“到2
000年，基本实 现人人享有初级卫生保健”，到2010年国民健康的主要指标在经济
发达地区达到或接近世界 中等发达国家水平，在欠发达地区达到发展中国家的先
进水平。1999年国家科技部召开了“ 发展生物医学工程技术战略研讨会”，国家
工程院开展了有关发展我国医疗器械工业战略研 究等，对推动生物医学工程产业
发展、落实创新工程战略布置起着重要作用。20世纪人类与 疾病做斗争，在医学
诊疗技术上取得了重大成就；但面向21世纪的巨大挑战，我们要动员起 来，调整
政策，制定规划，改革医学研究教学的旧模式，发挥现代科学多学科交叉合作的优
势，创建全新的生物医学，为人民造福。
参考文献
［1］Ge Wang Micheal WV. Preliminary study on helical CT algorithms for
pati ent motion estimation and compensation .IEEE Trans. Medical Imagi
ng，1995，14(2) ：205
［2］Minn H， Lapela M， Klemi PJ et al. Predication of surviva l with fl
uorin-18-fluoro deoxyglucose and PET in head and neck caner. J Nucl M e
d， 1997，38：1907
［3］Scheinman MM. Catheter Ablation. Circulation， 1991， 83：1489 -1498
［4］杨于彬，生物医学工程与介入性诊疗技术，世界医疗器械，1997，3(9 )：5
0-52
［5］Katircioglu F ， Yamak B，Battalogla B， et al .Long term re sults of
mitral valve replacement with preservation of the posterior leaflet. J
Heart Valve Dis， 1996，5(3)：302
光学工程的发展范文3
关键词：测控技术与仪器；特色专业建设；人才培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0172-02
一、建设背景
进入21世纪，国际竞争日趋激烈，竞争的焦点是人才的竞争，是全民素质的竞争。随着科学技术高速发展，专业发展出现了一些新问题，表现在专业之间的交叉不断增加，相近专业内涵界限不清，专业与学科联系更加密切。同时由于高等学校本科招生不断扩大，势必造成各专业办学规模也不断扩大，由于发展速度过快，教学质量参差不齐。同时由于“测控技术与仪器”是由十几个专业合并而来，从名称上体现不出特色与优势。为此对于办学有鲜明特色的学校，必须探索一个适合自身特点，形成一个既有历史特色，又符合教育、教学发展规律的新专业。经过多年的教学实践，总结长春理工大学“测控技术与仪器”专业的办学基础与特色，依据本科教学的规律，对该专业建设进行了全面地研究与规划，制定出了一套全新的具有鲜明特色的专业培养方案，用以指导本专业的教学工作。
二、建设方法与步骤
1.建设指导思想。以当前人们普遍关注的本科生教学改革为对象，探讨适合人才培养与特色教育发展的教学方法，形成具有创新意识与能力的人才培养机制。总结长春理工大学测控技术与仪器的特点，建设成为以光电测控技术为优势的国家级特色专业，并以此形成办学的特色与品牌。
2.建设主要内容和方法。主要从培养方案、课程体系、教学内容三个方面入手，重点进行教学计划、教学大纲、课程建设、实验实习、毕业设计（论文）等教学环节规范。在此基础上完善教师队伍、创新基地、实验示范中心等内容建设。建设分五步进行，调研阶段整理资料阶段建设内容研讨建设内容实施总结与交流。①调查研究。面向高校：通过到国内设有“测控技术与仪器”专业的大学走访、实地考查、与教师座谈等方式，对测控专业的办学现状有了进一步了解。国内目前设置该专业的院校由几十所发展到140余所，其中此专业侧重电信的有45%，侧重机电的有35%，侧重计算机的有10%，侧重光电的有11所。以光电技术为主的学校多数集中在光通信、光电对抗等方面，进行光学精密仪器总体与结构为主并形成优势的学校只有天津大学、浙江大学及长春理工大学3所。面向企业：通过两种方式进行了调研：一是在每年的毕业生招聘会期间，与各企业相关人员座谈，了解他们的需求和对往届学生的评价；二是每年到与本专业相关的单位去实地调研，特别是近年来国外光学、光电相关企业在我国“长三角”、“珠三角”及周边地区建厂，急需大量的光电测控方面人才。我校培养的“测控技术与仪器”专业的人才就业情况很好，特别是光学仪器方向的人才。我校培养光学、光电仪器方向的学生近五年来实际就业率达到85%以上，近几年来社会对侧重光电专业人才的需求有上升趋势。跟踪国际：通过访问发达国家著名高校、聘请回国人员讲座等办法，了解国外高等学校办学方式与经验。国外控制技术伴随计算机技术的发展已达到较高的水平，特别是机器人、多轴转台等的智能控制研究方面，美国、日本、英国等达到相当高的水平。而我校在光电检测方面具有相当优势，但控制方面教学与科研都是弱项，使得“测”、“控”出现严重脱节现象。②培养方案调整根据掌握的资料，结合实际情况进行综合与分析。我校是以光学仪器发展而来，是以光学仪器创造品牌，这一点始终不能放弃。近年来许多大学遵循“宽口径，厚基础”原则，按专业培养学生。但我校一直沿用专业方向培养，这样更有利于突出特色。我校“测控技术与仪器”专业原来下设4个专业方向：“光学仪器”、“检测技术及仪器”、“精密仪器”和“光学工艺与光学设计”。由于近几年教育部增加了一些有特色的目录外专业，我校以“测控技术与仪器”专业中的“光学工艺与光学设计”方向分离出来，在2003年申办了“光电信息工程”专业。这样测控技术与仪器专业只有“光学仪器”、“检测技术及仪器”和“精密仪器”3个方向。但在近几年实际执行中，“测控技术与仪器”专业的“精密仪器”在分方向时很少有学生选择，基本分不出班级，所以实际上本专业就是两个方向。而“光学仪器”方向与“光电信息工程”的专业有交叉。所以在实际运行过程中，本方向越办越窄，而且已失去了原有的优势的地位。现代测控技术多学科的交叉，发挥我校在精密仪器基础、凭借光学相关课程、实践教学和光学仪器总体设计方面长处，结合现代控制技术的发展。对专业方向进行了重新调整，即形成“光学精密仪器”、“检测技术及仪器”和“光电测控技术及系统”3个专业方向，形成以光学仪器和光学设计优势，光电测控技术领先，检测技术和信息处理并进的人才培养方案。
三、具体建设内容
根据社会对人才的需求、培养方案的具体内容，设立适应人才市场的培养方向，构建经济社会发展需要的课程体系。同时设立“王大珩创新实验班”进行创新人才培养方法的探索。具体建设内容如下。
光学工程的发展范文4
【Key words】Optical CAD；Teaching Means；Zemax
0 引言
《光学CAD》课程是南京邮电大学光电工程学院光信息科学与技术等相关专业的一门专业选修课，是光电信息工程专业的特色课程，是一门重要的实践性课程，所有内容都是基于前期学习过的《应用光学》和《物理光学》的理论知识，该课程与先修的理论基础构成一个完整的体系，完成了由理论学习到工程实践的过渡[1]。其相关知识和工具的使用是该专业本科生今后就业和继续深造经常需要的基本必备能力。南京邮电大学光电工程学院早在2010年就进行了将光学设计软件Zemax应用于《应用光学》双语课程的教学改革[2]，为《光学CAD》课程做好了前期学习的基本铺垫。
1 课程及其教学内容的特点
现代光学仪器的研发离不开成熟的光学设计思想[3]。在工程光学学科中，光学设计是光学发展中关键的一步，对光学发展以及教育有着重要的影响[4]。《光学CAD》课程的目的就是基于先修课程的理论知识，应用于实际的光学软件设计中，使学生能够掌握光学设计的基本思路，对基本光学系统能够进行分析与优化设计。该课程安排在本科生学习的第7个学期进行，共32个学时，一方面，先修课程《应用光学》和《物理光学》早已完成；另一方面，这个学期的学生正面临今后就业和继续深造的抉择期，所以，该课程的学习对学生的影响意义深远。
《光学CAD》课程的主要内容有：光学系统的基本参数建立、光学系统的像质评价、光学系统的优化和建立和基本光学系统的设计（包括双胶合透镜、简单的扩束系统设计等）。为了更好的体现课程的实践性，课程的所有学时都安排在学校的计算机辅助实验室进行，所有的教学内容都是基于先修课程的理论知识，结合光学设计软件Zemax，一边讲解理论知识，一边在软件中进行演示操作或设计，学生和老师同步进行软件的具体操作，基本做到“手把手”的教学效果。
在该课程中选择Zemax软件作为教学中光学设计工具是完全根据目前的实际应用情况来决定的：由于其优越的性价比，近几年来Zemax光学设计软件在光学设计领域所占份额越来越大，在全球已经成为最广泛应用的软件之一，2013年Zemax公司还在上海成立了中国子公司。基本上所有的有关光学工程师的应聘单位已将是否会使用Zemax软件作为招聘的基本条件。所以，该课程的学习，可以使学生在就业中提高竞争力，而且走上工作岗位后，可以少走弯路，直接发挥自己的专业特长。
2 理论与实践教学内容的结合
由于学生对先修课程中有关理论知识可能有些遗忘，在该课程的教学过程中还包含了一部分的理论讲解，结合教育心理学，上课的前几分钟不太适宜新知识的教学，所以，每次上课的刚开始，都是通过一些含有知识点问题的提问，启发学生去思考问题，回顾前面所学的知识，再根据学生的具体反映情况，来对理论知识进行适度的回顾与讲解。在具体的理论知识教学中，例如，像差理论的学习，一边和学生一起回顾课本上的各种像差的概念，一边通过Zemax软件的具体操作学习，分别把各种像差的直观图形和分析功能在Zemax中显示或演示出来，从而既可以加深学生对有关像差理论知识的掌握，又可以让学生熟练软件的具体操作。
该课程的培养目标，是夯实学生的光学专业基础，培养学生灵活运用基础知识的能力，培养学生的分析、发现和解决问题的能力，培养学生的实践动手能力与创新能力，是理论与实践相结合的要求体现。现代科技任务要求人们既具有独立工作能力，又具有团队协作能力，例如，光学设计者要与其他相近领域（如光学机械、制造与检测）人员能成功沟通与相互促进。为此培养目标，老师对学生的光学设计任务的下达既要体现个人对理论知识的运用能力，又要体现实团队的光学设计实践能力。
因此，学生可以2～3人一组、分工协作，老师下达至每一组的任务书都不同，即每个学生的设计任务不同，如光学特性参数要求不同或像差要求不同，这部分任务可巩固学生理解光学系统像质与视场、孔径、焦距等参数之间的关系等等。而且，在技术要求上，模拟工程领域设计实务要求，如必须对曲率半径按国标（如GB3158-82）要求进行规整。通过这些教学方法，避免学生懒惰或相互抄袭，在成绩评定上，将设计结果的创新性程度、对工程设计实务的考虑周全程度等方面作为评分点，并且同设计任务一起，详尽地发到学生手中，引导学生主动设计有用、可制造、成本低的光学系统，培养学生设计中主动考虑工程实践的意识，培养学生的创新设计意识，避免学生仅为完成任务而设计、或仅为创新而设计虚拟无用的光学系统。
在具体的任务完成过程中，每一组学生可以通过讨论协商根据不同的要求来选择初始结构，然后再按照光学设计的基本流程，设置变量、评价函数，对初始结构进行优化设计，每一步具体的操作设计中，都需要学生的合作来完成。在实际的教学过程中，老师通过引导学生，如果在具体是设计过程中出现了设计问题，那么组员间就要相互讨论先从理论知识方面查找原因，再根据光学设计流程查找实践操作上的原因，最后让学生自己找到解决问题的方法，让学生在该课程的学习中得到成就感，积极调动他们学习的主观能动性。
光学工程的发展范文5
关键词：实验教学；激光应用；光学信息技术；开放式教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）12-0136-02
一、引言
实验是学生从实践中学习的重要手段，如何在有限的时间内让学生学到更多的知识，掌握更新的技能是实验教学必须考虑的问题[1]。光电信息类各专业的学生必须具备较强的工程实践能力和研究创新能力，才能适应时展需求[2]。传统的以课堂为中心，学生围着教师转的教学方法已经不再适应新形势的需要，如何转变传统人才培养模式，是摆在实验教学工作者面前的问题，这就要求我们不断地开发新的实验，积极探索提高实验教学效果的方法和途径，使学生的实践能力得到更大的提高。在光学工程专业的实验教学中，加强实验教学改革，创新实验教学模式，设立开放探索性实验教学平台，以学生独立操作为主，教师辅导为辅，自主地进行实验设计与探索，这样的实验教学模式可以让学生感到自己是在真正地做实验，而不是年复一年地重复别人的实验[3]。
在激光与光学信息技术应用实践教学体系建设的过程中，我们在基础光学实验中增加了现代光学的内容，注重了定性观察、定量研究和结果思考。设计型、科研型和创新型实验的引入，可以让学生自己设计、独立操作和分析结果，允许实验失败，不以实验结果论成绩，这种实验教学模式力图激发学生兴趣，使过去被视为既伤眼睛又枯燥乏味的光学实验，变成了兴趣盎然、富有挑战性的课程。同时，我们加入了开放式实验教学的元素，学生的主动性被充分调动起来，激发了其潜在好奇心和求知欲，从而培养学生的科学精神、创新思维以及自主分析问题、解决问题的能力，为今后走向就业岗位和自主创业打下良好的基础[4]。
二、激光与光学信息技术应用实践教学体系的建立
激光与光学信息技术实验中心是一个不断发展与进步的实验教学基地，伴随着精品课程的建设，我们更新教学手段，注重启发式教学，通过网络答疑等形式，加强师生间的互动交流，并将最新的科研工作和教学相结合，建立了新的教学评价体系，将理论考核、实验动手能力和科研创新能力结合起来，综合考虑评价学生的成绩。同时，我们注重配套实验室的建设，重点加强科研型和创新性实验的设置与建立，将最新的光电产品引入实验教学，结合学术导师的课题内容，搭建起综合性创新型实验平台，以便于学生了解光学产业前沿及创新思维的培养。同时，我们探究并实现了开放式实验教学模式，实现了实验室资源共享，培养了同学之间的团队合作意识。
1.严格化实验室教学和管理制度。激光与光学信息技术实验中心是一个系统性强的实验教学基地，其内容全面，体系合理，结构科学。激光应用光学实验室中，光学仪器的造价比较高、精密度高，在日常实验教学中，要求实验仪器保存和维护状况良好。在实验操作过程中，实验环境和客观人为等因素都可能影响实验结果，所以，加强实验设备的管理与维护，建立完善的实验规章制度是非常必要的。我们要求每位同学必须穿鞋套进入实验室，实验全程注意卫生，实验室内不能随意搬动仪器设备。在做实验之前，必须首先熟悉光学元件和仪器设备的使用规则和维护措施，预习好实验内容，做好实验的准备，实验前实验教师会针对实验内容做随机提问和简短答辩，实验操作期间不得随意进出实验室，如果恶意损坏仪器应照价赔偿，等等。
2.实验体系的分层次教学。根据理论教学内容及专业培养目标，实验课程中各个实验项目的具体实现形式可以采用验证型、操作型、演示型、设计型中的一种或多种。为了保证实验课程的教学质量，该实验课程实行小班上课，以组为单位，每组使用一套实验系统，每组人数和小班人数根据具体的实验内容和学时长短确定。实验课程在设计时，采用分层次教学的思想。整个教学内容包括两大类：一是基础实验环节，二是实验提高环节。基础实验环节是根据培养目标，对所有学生实施的基本实验教学内容，以配合理论教学顺利进行。实验提高环节是针对能够轻松完成基础实验环节，又有进一步提高愿望的部分学生实施的实验教学内容，以实现培养优秀工程技术人员及研究型人才的目标。根据学生的个性和发展需求，按研究型、应用型、特长型三类模式培养，对不同类型学生按照不同的培养方法，培养不同的能力，鼓励个性化发展。加强具有探索性原理实验环节的建设，夯实专业理论基础。光电信息类课程理论性比较强，内容比较抽象，学生理解有一定的难度。为此，国内许多高校往往会有针对性地开设一些原理性课程实验，但是这类实验多为验证性的演示实验，教学效果并不理想。针对这一现状，激光应用实验室准备系统性地开设一些具有探索性原理的科研型实验环节，切实保证本科教学效果。这在国内同类专业院校实验室建设中是一次新的大胆尝试。实验课是使学生加深理解课程内容、提高实践能力的重要环节。在实验教学中，我们突破传统的实验课模式，设置了大型综合性设计型实验，对于综合性设计实验，教师只提出方向，不规定具体的实验题目，由学生自己创意、制订方案，论证其可行性，然后由教师审核。审核通过后学生自行搭建光路，编制软件，调试实验。在实验报告中，要求阐明题目的意义、方案的可行性以及调试的结果，最后谈自己的感想，需要改进的方面及措施。这些创新型实验调动了学生的学习积极性，发挥了学生的想象力，培养了学生的创新意识和能力。
3.实验考核评价体系。在实验教学中，确立公平、公正的实验考核评价体系也是对学生成绩公平性的体现。我们尝试着把实验成绩划分为三部分：实验预习成绩、实验操作成绩和实验结果报告成绩。其中，实验预习成绩主要来自于学生的预习实验报告以及实验开始之前的随机提问抽查；实验操作成绩的评定主要依据学生在实验过程中的具体表现，包括对实验仪器的熟悉程度、对实验过程和实验现象的了解和理解情况以及实验过程中排除操作故障的能力，并对学生的表现进行记录作为考核的依据，在学生离开实验室之前，检查每组学生的实验数据是否完整合理；实验报告成绩依赖于学生的实验报告是否完整、准确，误差分析是否合理，实验现象分析是否正确，实验误差是否在允许范围之内以及误差的处理和分析情况来评定。
4.关于开放式实验教学的探索和实践。开放式实验教学是一个系统工程，是从封闭的教学模式中走出来，为学生提供一个能够充分发挥自主性、创造性的学习环境，提供更为丰富的、可以留给学生更大思考空间的教学模式[4]。同时，开放实验室可以实现实验设备的共享，相关领域知识的渗透，加强同学之间的合作、交流、讨论与提高。开放实验项目向本专业或相关专业的学生公布，主要面向本科优等生和低年级研究生，学生对感兴趣的项目提出申请，由指导教师及相关实验教师共同做好录取工作，学生的实验项目确定后，制订出实验方案，再将方案提交给指导教师和实验技术人员，共同商定实验日程。在学生进入实验室时，先由实验技术人员对学生培训，培训内容包括实验室规章制度、实验室仪器设备使用、低值耗材使用及日常排列要求等。在培训过程中尽量细节化，这样做即让学生对实验室布局和仪器设备有了更深的了解，也能最大限度的提高仪器设备的使用安全性，保证实验的顺利进行。当学生在实验中遇到各种困难、障碍时，可以自由讨论，也可以和教师一起研究和讨论，共同寻求解决问题的方法，这样能对培养学生的创新思维起到重要的作用，为今后从事科学研究与开发奠定基础，同时也完善了实验教材中实验项目的知识结构，丰富了实验教学内容，适应新时代人才培养的要求[5，6]，实现师生互动、教学相长，对实验教学工作者的业务能力也提出了更高的要求。
三、结语
在传统光电实验中增加现代内容，注重定性的观察与定量分析，理解实验过程，探究实验结果，加入开放性实验教学元素，让学生自己设计和研究，提高实验兴趣和挑战性，这样的教学改革受到学生的普遍欢迎，并在日常教学实践中起到良好效果。综合性实验教学体系使学生的视野开阔了，实验技能提高了，不仅培养了他们对光学探究的能力，并且在一定程度上提高了学生的创新思维能力、实践能力和科研能力。在不断的探索过程中，激光与光学信息技术应用实践教学体系已经基本建立，基础型、设计型、科研型和创新型元素相结合，能够合理安排实验资源，同时也实现了因材施教。在不断的建设、总结和教学实践过程中，我们认真思考，勇于开拓，也体会到实验教学改革是多方面的，也是系统性的。我们将在不断探索、研究的基础上，继续更新与完善。
参考文献：
[1]巫建坤，赵双琦.工程光学基础课程的实验教学改革[J].实验室研究与探索，2007，20（1）：39-40.
[2]余厚全，吴凌云.电子信息类专业实验教学的几点思考[J].实验室研究与探索，2009，28（6）：102-104.
[3]张明霞.高等院校光学实验教学模式改革与实践研究[J].天水师范学院学报，2007，27（5）：72-74.
[4]田丽娟，陶波.开放式实验教学模式培养创新人才[J].黑龙江教育学院学报，2010，29（3）：67-70.
光学工程的发展范文6
关键词： 生物医学工程专业 医学信号检测与仪器 产学研人才培养模式 课程群
在美国及欧洲等经济发达国家，早在上世纪50年代就指出生物医学工程的重要性，目前海外知名高校均设有生物医学工程专业，本专业世界排名前三位的高校分别是美国约翰霍普金斯大学、哈佛大学和宾夕法尼亚大学。生物医学工程专业招生分数在这几所学校中也往往远高于其他专业，其毕业生也受到其他各大高校研究室、大型生物医学研发企业和各大医院青睐，毕业后发展前景良好。
目前，全国设置生物医学工程专业的高校达140所左右，在天津市开设生物医学工程专业的高校仅有天津大学、天津医科大学、河北工业大学和天津工业大学，其他天津市市属高校均未开设该专业。其中天津大学以光学仪器为专业特色，天津医科大学以医学背景为主解决一些临床存在的工程问题，河北工业大学以电磁计算为专业特色。
天津市把医疗器械产业作为调整经济结构，促进经济转型升级过程中重点培育的新兴产业，加强医药器械研发的产、学、研联合，支持医疗器械产业走“专、精、特、新”道路，着力培育医疗器械特色产业。天津市人才的需求情况：2013年，天津市生物医药产业工业总产值突破1000亿元。生物医药企业2000余家。2012年，主营业务收入超过百亿元企业3家，50～100亿元企业3家，10～50亿元企业6家，1～10亿元企业58家。天津市医疗器械生产企业284家（2013年底统计），其中规模以上企业共36家，医疗器械注册企业2500余个。技术服务企业：行业产值近亿元。因此天津市急需这方面的高端专业人才。
生物医学工程专业是21世纪最具发展前景的专业之一，为适应我国和天津市“十三五”经济建设和科技发展的需要，推动“天津市医疗仪器产业”的发展，天津工业大学设置了天津市首个专门以培养医学信号检测及仪器方向高端专业人才为主的“生物医学工程”本科专业。本专业在与学校办学定位和专业结构布局相统一的基础上，以培养复合型人才，增强学生工程技术和工程实践能力为目标，逐步形成产学研相结合的人才培养模式。为了适应这种发展趋势，天津工业大学生物医学工程专业2012年本成为“天津市生物医学工程学会”理事单位；2013年成为“天津滨海新区转换医学产业技术战略联盟”理事单位；2014年与中国医学科学院生物医学工程研究所共同组建“天津市医学电子诊疗技术工程中心”；2015年成为“中国生物医学工程学会健康工程分会”成员，这些发展都是为了加快发展产学研相结合的人才培养模式。
课程建设总体思路是按照目前的专业定位进行课程的建设，形成以《生理学》、《生物医学电子学》、《传感器与医学工程》、《医学电子仪器设计》、《嵌入式系统》、《医学成像新技术》、《医学仪器概论与标准》等为核心课程，构建医学信号检测及仪器为方向的课程群，带动整个生物医学工程课程体系的建设和发展。
本专业开设的主要理论课程有：高级语言程序设计（C）、大学物理、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、高频电子、生物医学电子学、人体解剖、生理学、工程光学、传感器与医学工程、医学电子仪器设计、医学成像新技术、医学仪器概论与标准、嵌入式系统、数字信号处理及DSP技术、EDA原理及应用、电磁场与电磁波、通信原理、虚拟仪器技术、光电检测技术与系统、电磁兼容、生物医学光子学、医学图像处理、生命科学导论等。
主要实践课程有：电路理论实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验、生物医学电子学实验、生理学实验、传感器与医学工程实验、医学电子仪器设计实验、医学成像新技术实验、电工实践、电子实践、电子系统设计与工程实践（1，2）、嵌入式系统设计专题实践、生物医学工程实践1（偏重医学信号检测原理与方法）、生物医学工程实践2（偏重医学电子仪器的开发与实现）、毕业实践、毕业设计。
本专业毕业生可以在培养具有生命科学、医学信号检测理论与方法、医学电子仪器设计等方面知识和能力，德智体全面发展，能在生命科学研究领域、医疗仪器及器械领域、健康产品领域、医疗卫生事业单位等从事研究、设计、市场、销售、教学、管理和服务等方面工作，具有医学信号检测及仪器方向的创新型、复合型、应用型人才，适应国家和天津市“十三五”的医疗仪器产业的发展需求。本专业学制四年，学生毕业后可获得工学学士学位。
