对光学工程的认识精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的对光学工程的认识主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：对光学工程的认识范文

【关键词】光学；光学教育；光学现状；光学发展

1.前言

随着科技的发展，光学技术也在不断进步，新的光学分支不断涌现，光学知识不断扩展，必然对光学教学产生冲击，而为了适应光学技术的发展，光学教学必须要教学内容不断更新、知识面要不断扩展等特点。为我国培养出具有创新思维和创新能力的科技人才。

2.我国光学教育的发展历程

2.1 萌芽时期

2.1.1 从上一辈直接传承到下一辈

当时的人们把有关光学方面的知识、技巧和工艺应用在了谋生和生活上，他们没有真正意义上的老师，都是从上一代怎样制造与光学有关的器具。这仅仅是为了生活，然而却在潜意识下产生了“光学”的应用和教学的过程。

2.1.2 从研读古书到写书撰写

从西周开始，就出现了大量有关于光学知识的书籍。在这个时代，人们把自己对于光学知识的理解编撰成书，供后人学习和研究。当时的人们已经开始观察与光有关的现象，并记录下来；还有些手工业者也把自己的光学工艺制造技术记录成册。而后人将这些知识和工艺方法进行进一步的扩充和传承。

2.2 形成和发展时期

这段时期是由明末开始到1937年。在这段时期里，中国的光学发展开始经历一个形成和发展的过程。也就是这一时期光学教育真正开始进入课堂。由于传教士来到中国传教，把西方的光学知识传入到中国，也就是这时，开始进入光学教育的形成时期。

2.3 战争维持时期

战争的出现不仅没把光学教育停滞，反而在西北地区有所发展。

2.4 空前繁荣时期

进入21世纪，科技的进步，对于光学的发展是迅猛的，达到了以前没有达到的高度。

3.光学教学的现状

3.1 光学教育中出现的问题

3.1.1 光学教学内容的更新跟不上光学应用的步伐

光学的应用领域在不断的扩大，不再仅仅局限于视光学和精密测量于加工领域，而是发展的越来越深入，与我国的工农业、科学技术以及人类的生活的领域都密切相关。然而先进的光学教育内容更新却跟不上光学应用的步伐。部分学校的教学内容还与几十年前的内容一样，整个教学内容体系完全落后于实际科学技术的发展。学生无法从课本学到与生活、生产紧密相连的光学技术。

3.1.2 专业需求导致光学教学内容被局限

目前，很多高校的非物理专业的大学物理光学教学越来越偏中于与自己专业相关的光学领域的知识，而对于与本专业无关的光学内容则进行了删减。有的光学内容过偏或者过简都会导致学生对光学知识只有一个片面的了解，使他们学不到真正的光学知识并失去兴趣。

3.1.3 光学目标的歧义化

课堂教学是光学教学的主要形式。而由于目前大学的教育模式和考核制度，使得学生把更多的注意力集中在与结课有关的光学内容和试题，而不是由兴趣出发而主动的去了解和学习。

3.1.4 现代光学内容设计过少甚至被忽略

虽然当今的光学技术发展迅猛，光学的应用领域在不断扩展，但是部分高校对于现代光学知识的内容知识浅尝辄止或者不涉及，缺乏时代信息，与现代光学内容几乎没有关系。

3.1.5 光学实验教学存在问题

在实验课时，学生知识根据课本的知识来完成实验，并不会去了解实验的设计思想。由于理论与实验的不同步，使得学生在实验室对实验的步骤不明，不了解实验数据的物理意义。

3.2 光学教学中出现的困难

3.2.1 光学教学面临着学生规模的不断扩充，而高校的教学资源很难达到要求的困难。

由于光学专业的学生的队伍每年都在扩大，使得部分高校的教学资源的升级很难与学生规模扩大的步伐同步，这就使得很难做到每个学生都充分了解光学内涵。

3.2.2 在光学教学中，很难更正学生之前对光学概念或现象的认识错误，这也给光学教育带来了难度。

学生从出生大长大通过自己的眼睛观察这个世界，并形成了自己的世界观，但往往他们所认识的都是表像，但是这种已经形成的观点一旦形成就很难更正。在课堂上老师讲解完知识后，由于学生众多，很难对每个学生是否正确掌握光学知识做一一了解的并更正，而错误的理解会导致对某个光学体系的错误认识，影响学习光学。

3.2.3 光学课堂上，教师与学生之间缺乏交流。

由于光学的内容偏向于物理，比较枯燥和抽象，而教师在教学的过程中，很难引起学生的共鸣，使老师不能及时里了解学生的理解状态，只能在课后通过考试时才能得到部分反馈的信息。

3.2.4 部分高校对光学的教学仍以传统教学为主。

在部分高校光学课堂上应用的现代化的教学手段，但教学的内容比较局限，不新颖，而且都是通过PPT呈现在学生面前，运用模型的时候很少，使学生不能直观的感受到光学内容，而只能在脑海中想象。

4.光学教育的发展对策

4.1 光学课程的改革

光学课程是学生学习现代化科学技术的基本课程。在光学教育改革中，应该把学习知识的教育内容转变为以科学素质教育为主的课堂教育内容，着重培养学生的创造能力和自主学习能力。在课程上利用近几年的教学研究成果，是课堂知识和现代的光学技术发展挂钩，使知识不陈旧，能引起学生的兴趣，主动去了解并去学习有关光学的知识，为学生的知识、能力、素质的发展提供条件。

4.2 加强相关专业的配合

学生学习光学知识，不应局限于仅仅学习光学知识，应跟上时代科技的发展，学习光学技术发展中产生的新分支和与其他专业的相关性，扩充自己的知识面，为我国的科技发展做贡献。

4.3 光学问题向导式学习

4.3.1 问题向导式教学的概念和模式

4.3.1.1 问题向导式教学的概念

问题向导式教学是指在课堂教学时，教师根据所要讲述的教材内容，引出相关内容和概念时，向学生进行提问，引发学生的思考与理解。

4.3.1.2 问题向导教学的模式

①一问一答模式。一问一答模式可以是教师提问，引导学生思考而回答问题；也可以是学生提问，老师回答问题来解决学生在学习光学是的疑问；还可以是学生通过计算机作为中介向老师提问或回答问题。

②集体辩论模式。它是指在课堂上后者课后，教师组织学生进行学生与学生之间的相互问答模式。通过这种模式，可以让学生进行交流并把自己所理解的光学知识渗透该对方，提高学生对光学知识的理解，并在这一过程中提升学习的兴趣。同时加强学生之间的交流，增强集体感。

4.3.2 问题向导式教学的作用

①提高师生间互动的频率。由于光学知识是枯燥乏味的，而课堂上的沉寂使师生之间缺乏交流。而通过这种模式，可以增加师生间的交流。在交流的过程中，师生间相互了解、互相认可，不但提高了教学质量，增进了师生间的友谊还达到了良好的教学效果。

②培养学生的思辨能力。学生在参加辩论时，通过提问和回答问题，把自己的思想观点说出来并进行探讨，也对别人的问题进行探讨，是其不再拘泥与过去的思考模式。

参考文献

[1]明海，陈博，章江英.大力加强光学专业学生的素质教育和创新能力的培养――促进光学、电学类高等人才的培养[J].光电子技术与信息，2010，17（4）：15-18.

[2]蔡履中.光学[M].北京：科学出版社，2011.

[3]吴寿煌，吴大炜.试论21世纪物理专业《光学》之教学改革[J].黑龙江高教研究，2011（6）：101-103.

第2篇：对光学工程的认识范文

关键词：研究生实验课程；教学；创新能力

中图分类号：G642.4？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）50-0177-02

自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来是我党提出的建设创新型国家的指导方针。建设创新型国家需要技术创新作为核心驱动力，需要培养高水平的创新型人才做支撑。研究生是教育体系中最为重要的一环，已经掌握了本学科的基础理论知识，思维活跃，精力充沛，创造力强，是形成高水平成果的黄金时期。研究生创新能力的培养，不仅需要深入扎实的理论功底，而且需要具备较强的工程实践能力。因此，研究生实验课程的设置，对提高研究生的动手能力、创新能力具有举足轻重的作用。光电类研究生实验课程可以进一步深化书本上所学的理论知识，提高和深化自身对物理本质的认识，提高研究生的实验技能，增强实验能力。

文献指出[1]：美国麻省理工学院（MIT）的电气工程与计算机科学系（全美同类学科排名中名列第一）和伊利诺斯大学香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）开设了非常丰富的光电类实验课程，并建立了非常完善的考核评价体系。国内浙江大学、华中科技大学和天津大学等多所光电学科排名靠前的大学在研究生阶段都开设了光电类实验课程。国防科技大学光学工程一级学科是“十一五”国家重点建设学科，在2012年全国光学工程学科评估中综合排名第四，学院以光电技术在国防现代化中的重要作用为牵引，主要从事国防现代化建设中的关键技术攻关研究和光电学科领域的科学研究、工程技术应用以及高素质人才的培养工作。鉴于光电类研究生实验的重要性，2010年，学校与学院投入了大量的人力、物力、财力，重点建设了学校“十一五”重点建设课程《高等光电技术实验》，结合几年的实验教学，浅谈自己的几点体会与思考。

一、研究生实验设置应与所学基础理论知识相结合

结合我院人才培养的目标和光电类学员的特点，学院于2012年修订了新的培养方案[2]，方案中强调了加强基础理论知识的培养，更加注重实践能力的培养，大力提倡和鼓励光电创新实践活动。结合学院专业设置，本科阶段开设了《激光原理》、《激光技术》、《应用光学》、《光纤传感技术》、《光电技术》等一系列专业基础课程。《高等光电技术实验》结合本科所学习的基础理论课程，优选和设计实验，开设了“光学技术”、“激光技术”和“光纤技术”3个单元共9类实验[3，4]。“光学技术”单元主要侧重成像光学系统、非成像光学系统与各种类型的工程干涉仪；“激光技术”单元主要侧重典型的三种激光器：气体激光器、半导体激光器和固体激光器，以及气体激光器的一个典型应用，也是学院一个特色学科——激光陀螺。“光纤技术”单元主要侧重于光纤的性能测试，单模光纤特性与干涉仪实验以及光纤通信技术。以“激光技术”单元为例，4个子实验分别让学员熟悉和掌握了典型的激光器，实验中对法珀腔的参数调节、测量、性能分析，半导体激光器参数的测量，激光二极管泵浦的Nd：YAG固体激光器调谐及工作参数测量等均涉及到本科课程《激光原理》的知识，氦氖激光器横模、纵模的选择、KTP晶体倍频、主动调Q、被动调Q等均涉及到本科课程《激光技术》的知识。激光陀螺实验可以使学员具备运用激光技术的基本概念和方法解决工程实际问题的能力。由此可以看出，研究生实验与本科基础课程的紧密结合，有利于加深学员对激光的理解，提高和深化学员对光电类基础知识的掌握，对研究生学员后续开展科研工作、提高创新能力具有重要作用。

二、在实验教学中提高研究生的创新能力

美国教育家杜威早就指出：“任何知识的学习，既是为某一理论提供依据，又是创建和形成新理论的素材。”这种思想就更加促进我们对光电类研究生创新能力的培养，同时也要求教员投入更多的精力在实验教学中加强对学生创新意识和创新能力的培养[5，6]。《高等光电技术实验》教学中充分体现了这一点，教学中每一个教员负责一个实验，实验中首先介绍基本原理和理论知识，促使学员回忆和巩固以前学过的基础知识，结合特定的实验方法，引导学员从多个角度和多个层面对实验现象进行分析，认识实验中出现的物理现象，体会其中的物理奥妙和物理本质。完成每一个子实验后，对实验结果进行研究性、启发性探讨，提出优化的实验方案，倡导结合实验进行创新性实验，提高学员的创新能力和动手能力。将光电技术综合实验中心设置为开放性实验室，鼓励学员到实验室来完成自己新的想法、新的思路和新的创意。利用光电技术综合实验中心这一优良的平台，搭建实验系统，积极参加各种创新竞赛。为将来进入各个教研室从事科研工作提供便利。

三、建立完善的考核机制

根据《高等光电技术实验》这一实验课的特质，不像其他教学课程，评定学员成绩不能完全依赖于期末考试和实验报告，借鉴国外高水平院校的经验，实验课程的考核由平时成绩和实验报告两部分构成，加大平时成绩的比重，平时成绩占60%，实验报告占40%。平时成绩包括实验操作规范、实验操作记录情况和实验完成情况。其中实验操作规范、实验操作记录情况占平时成绩的15%，实验完成情况占平时成绩的45%。若在实验过程中，对实验建设和实验安排及新的创意等提出合理的建议的，可适当加分。由于实验系统有限，故在《高等光电技术实验》中需要将学员分配为固定的若干组，这样在实验中往往发现有个别学员很少参与讨论，并且自己动手的机会都少了，不主动与其他学员合作，由于与其他学员一组，最后完成的实验报告也与其他学员一致，这样就会产生弊端。需要教员在实验过程中及时提醒学员，合理安排实验顺序，请每个学员对物理现象等进行阐述，并强调实验报告需要独立完成。学员通过这样的学习过程，提高了实际解决问题的能力和团队合作能力。

四、结论

研究生的实验教学是培养研究生创新能力的重要手段，在实验教学中如何提高研究生的创新能力，需要不断的摸索和尝试。本文作者结合近几年《高等光电技术实验》的教学经验，浅谈了几点自己的教学体会，但还有很多问题需要解决和探索，需要我们所有教员共同努力，共同搭建一个优秀的研究生实验创新平台。

（致谢：本文作者们诚挚感谢光电技术综合实验中心和梁永辉教授等为课程《高等光电技术实验》所付出的艰辛劳动，感谢他们为作者们提供了有一个很好的研究生实验课程的教学平台和实践机会。）

参考文献：

[1]郑晓东，闻春敖，王晓萍，刘向东，刘旭.世界著名大学光电类实验课成绩评价体系初探[J].实验室研究与探索，2011，30（7）：115-118.

[2]国防科学技术大学研究生院.国防科学技术大学研究生2012年培养方案[Z].2012.

[3]谭中奇，姜广文，谢文科，张斌，汪之国.浅谈研究生课程《高等光电技术实验》的教学体会[J].高等教育研究学报，2012，35（1）：68-70.

[4]胡浩军，梁永辉，马浩统，谢文科，毛宏军.关于改进光电工程类本科专业实践能力培养环节设置的思考[J].高等教育研究学报，2012，35（1）：57-59.

第3篇：对光学工程的认识范文

现实社会中，全世界的小孩都玩捉迷藏，谁都可以一辈子回味儿童游戏的欢乐，那遥远的隐身实践何尝不正是虚实转化欲望的萌芽。只有城里的小孩体会过哈哈镜，谁也忘不了神奇的变形曾经的傻笑，那惊喜的背后或许刻下了实虚转化的烙印。部分小孩可能因为新衣裳而盼望过年，谁也不会否认光鲜的外表何等甜蜜，但是他（她）们基本不会意识到这种化自卑为异彩的幸福里就包含实虚转化的成份。大多数人对高尖技术的本质难以理喻，捧读其专著味同嚼蜡，少有收获。但是，这不妨普通读者从自我兴趣出发，通过不同的角度对自然和人类的创新加以审视和讨论，在认识论的海阔天空里遨游。

1 光学的技术创新及其应用

为了纪念千年来人类在光和光应用技术领域的重大发现，提高公众对光的重要性的认识，推进光在能源、教育、农业和健康方面的发展，联合国早前宣布2015年为“光和光基技术国际年” [1]。

1.1 关于实虚转化技术的历程，有很多令人骄傲的成果

在专家学者关于光学理论发展的主线上，1015年阿拉伯学者伊本?海赛姆的五卷本光学著作发表；1815年菲涅尔提出光波理论；1865年麦克斯伟提出光电磁传播理论；1905年爱因斯坦提出光电效应理论，1915年又通过广义相对论将光列为宇宙学的内在要素；1965年英籍港人高锟在光传输于光纤的光通信方面取得成就，后来获得诺贝尔奖[1]。英国科学家道尔顿（John Dalton，1766-1844）被称为天才，原因之一是他对自己缺陷的认识深刻到推动人类的知识，知道自己的色觉问题而请求死后解剖他的眼睛。

在光学知识的普及教育认识上，已知光的形式多种，包括引起人类视觉的可见光以及人眼不能识别的红外线、紫外线、X射线、γ射线、无线电波和微波。北京大学教授饶毅在科学网上的《色》，通过物理学中色与波长的关系，以及神经生物学中色与感觉的关系展示了视错觉（Visual Illusion），不是所有的动物都有视觉，植物只有光感而没有视觉，感光细胞具有高度的敏感性。

在工程技术的主线上，光学材料的发展是从板状硬性镜面到纤维状柔性线条的形态变化过程，也是从原材料直接加工到纳米技术复合材料的发展过程，材料表面加工技术也是一条由粗到精的辅线。光功能似乎无穷无尽，应用于图像信号通讯增强人们的联系和交流，应用于杂技魔术娱乐人们的生活，应用于夜视、无损检测拓展人类肉眼的能力，应用于提高光效技术可以限制能源浪费并减少光污染，应用于腐蚀分析可以保护文化遗产，应用于探索未知以了解我们栖息的世界和生存的宇宙[1]，现实中很多丰富多彩的信息被转化成单调乏味的数字，实虚转化早已白天黑夜渗透人类社会生活。

1.2 关于实虚转化技术的现状，有很多进行中的工作

从技术而言，实现了从传统的变换光学方法的第1代，到光学传递函数的第2代，再以这两者为基础，拓展到在正折射率材料上实现隐身及幻觉的发展的第2.5代。而量子隐形传态技术无疑是革命性的全新一代。2015年2月26日出版的《自然》以封面标题的形式公报了中国科技大学潘建伟项目组的“多自由度量子体系的隐形传态”研究成果[2]，利用单光子非破坏测量技术实现自旋和轨道角动量多自由度贝尔态测量，搭建了6光子11量子比特的纠缠实验平台，量子信息可以被瞬间传递并被复制，量子物理一个深远而令人费解的预言迈开了现实的第一步，实现了原来只在科幻中的“超时空传输”，证实了爱因斯坦的想象。2009年，他们研制了“量子电话样机”，并在商业光纤网的基础上组建了可自由扩充的光量子电话网，实现了“即通及安全”的量子保密电话。国家目前正以此建设世界最长的量子保密通信骨干网络工程――“京沪干线”，并实施战略性先导科技专项“量子科学实验”工程。未来十年，量子保密通信有望走向大规模应用。

从功能而言，实现了从包袱似的立体隐身、到地毯式的平面隐身，从近程幻觉到远程幻觉，从负折射率材料再到正折射率材料的升级。实现了从音频到远程视频，实现了从电脑模拟到3D打印。3D打印机功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，这是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，3D打印就是把一片一片的打印叠加到一起，成为一个立体物体，其中的模拟原型也可以通对实物进行3D扫描测量来获取成像。

从应用对象而言，实现了从单种斗篷到多种斗篷，从斗篷的具体实物到照明物体的概念化，再到把具有折射率材料的范围从点扩成面覆盖。显然，这样的认识还是感性和表层的。

1.3 关于实虚转化技术的未来，有太多令人鼓舞的课题

在核心技术理论上，光的波粒二象性实质是指其同时具有波动性和粒子性所融为一体的二重性，还是此时的波动性和彼时的粒子性所一分为二的二元性？如果是后者，其转换是瞬间即现的还是有过程的？转换过程有哪些影响因素？转换的条件是如何的？能物理建模或数学建模吗？还有，云计算能从变幻莫测的极光模拟中提取出规律性吗？

在关联技术研究上，无论光学隐幻技术发展得多强大，那还是一门光学。其应用仅仅是刺激人类的视觉而已，这还是一个静悄悄的世界。那么，把声学交叉进来，通过对波场波动特性的调制，付之以生动的灵性。无论光学隐幻技术发展得多完美，那也还是一门相对的技术。其基础强烈依靠照明物的外形结构，这还是一个表面化的世界。那么，把多余的结构撇除，通过对光学数字信号重组技术，弥补照明物轻量化后、与传统比较的缺失。在工程技术应用上，以光电磁及其传播理论为基础，以纳米材料及其加工理论为微观和细观技术代表，以海市蜃楼及其模拟技术为宏观典型的研究可成为近期的研究热点。

2 实虚转化技术的哲学解读

2.1 实虚转化换代质变

2008年科学家已宣布他们距离制成可使人类隐身的材料仅有一步之遥。据称，来自美国加州大学伯克利分校的研究人员开发出了一种新型纳米材料，可使3D物体周围的光线折射后绕过物体，从而达到隐形的效果，研究团队表示今后将有足够大的这种材料出现，可使人类隐身。该成果也已经发表在《自然》和《科学》上，其原理主要基于负折射现象，这是俄国科学家Veselago在1968年提出的：当光波从具有正折射率的材料入射到具有负折射率材料的界面时，光波的折射与常规折射相反，入射波和折射波处在于界面法线方向同一侧。负折射率材料是在本世纪初才开发出来的，此前负折射现象只能在人不可见的微波波段实现，而新材料则能够在可见光波段实现负折射。新材料使用纳米级网眼结构的银和镁氟化物，研究人员表示光线在这种材料中传播就像水流绕过石头一样，结果是从物体正面仅可以看到背面传来的光线。另一方面，这种材料可以迅速应用于通信和其他领域，例如使用这种负折射率材料制造“超级透镜”，能够突破光波衍射极限，观察到更微小的物体。

应该说，上述报道的技术内容还未超出汪教授讲座的范围，也即由于第1代和第2代最后都要获取电磁参数实现实虚转化，这不是技术的质变，只是同一技术的不同技巧。由于第2.5代避开了对材料参数的要求，即使还需要获取电磁参数实现实虚转化，但是所依赖的物理参数已改变，已是技术的质变。

2.2 实虚互化循环升级

从实物到隐形只是实虚转化的第一步，其表现是从有到无。从实物到幻觉是实虚转化的第二步，幻觉（伪装）多了欺骗，其表现是从有经过原有的无、到了新的有。因此，实现了有无有的循环。但是这只是单向循环，或者说是简单的循环。正如该技术的材料从负折射率材料到正折射率材料的升级一样，该技术也只有进一步从“实虚转化”发展到“虚实转化”，也就是从顺变到逆变，从单向转化上升到双向互转，双向简单循环，才能为“虚 实互转”打下基础，混乱中找到一一对应、有条不紊。最终实现双向复杂循环。否则，就像字体转换结果的乱码，宛如天书。但是，虚实互化技术的实现也就同时意味着实虚转化技术的危机，当对方能虚实转化时，我方的实虚转化就失去了意义。这种从无到有、从研发到淘汰的技术生态，究竟是双向复杂循环的螺旋升级，还是哲学中的物极必反呢？

2.3 组合技术放大效应

百多年前，人类进入了机电一体化时代，现在，光机电磁一体化技术已娴熟应用在社会的各个角落。时髦的管理者常拿1+1>2来谆谆强调组合的放大作用，古老的传说也同时告诫人们关于两个和尚没水吃的无奈。这是什么原理呢？肯定不是化学反应，但是也不能完全肯定全部是物理作用的结果。也许是组合与混合的微妙区别，或者是局部与整体的正确关系。

可以预见的是，这些正确的组合也不够了，人类欲罢不能的贪婪终将通过云计算技术把时间这个动态因素、通过纳米技术把材料这个静态因素，也一并深刻地嫁接进去，培育出虚实融化、变幻无常的奇妙世界。科学技术真是第一力。

2.4 实虚转化永远处于量变质变的动态发展中

这是时展的必然。慢吞吞的转化绝不是隐方的大忌，同样在野外开阔地隐身，狙击手的服装只要随环境渐变，但是有时也要随强光剧变。任何剧变就意味着超大规模量的计算或微元。幻觉还分为静幻和动幻。浙江大学是国内光学研究的佼佼者，研发的光学隐形材料――光在该装置内“转弯”，但穿过装置后仍按原来的方向传播。据研发人员透露，下一步就是要让这种材料也能让电磁波“转弯”。据悉，浙大的“光学工程”在全国95个“一级学科”中排名第一。实虚转化技术的动态既包括技术自我发展，也包括技术应用环境的适应性。春夏秋冬的全球地理，白天黑夜的世界风貌，前身后世的高山海洋，该技术都能贴切服务、运用自如吗？

2.5 实虚互化技术反映事物的矛盾性

矛盾是事物发展的动力源泉。战争对安全的需要与现实有矛盾。那么，从周边环境实时取样，分解其构成编程成模块，使得战舰可与大洋波涛实虚互化，战机可与蓝天云彩实虚互化，战车可与山林灌木实虚互化。交通对安全的需要与现实有矛盾。那么，从事故环境的车水马龙时段实时取样，在环境的事故多发时段连续播放，从虚到实强烈提示安全标识，引导过往人车秩序井然。而奔驰工程师研制的隐形奔驰将不可避免地发生严重相撞事故，现实还有人对其充满痴迷，认为可以在任何地方停车而不用担心被开罚单。不过，也许要赔的是痴迷者的生命。青春对美丽的需要与现实有矛盾。那么，从本人的脸庞扫描取样，分解其色素组织编程调制，使得红逗暗疮可与红粉娇嫩实虚互化。奥运会对健体强魄的精神与巨额投入的现实需要有矛盾。那么，从虚到实转换出一盘不耗燃料的熊熊圣火来兴奋大众吧。公园对著名景观的需要与现实有矛盾。那么，从虚到实塑造一个远隔千山万水的风暴名胜来过把瘾吧。观众对晚会魔术的需要与现实有矛盾。那么，从虚到实塑造一个翻天覆地的英豪来崇拜吧。

2.6 实虚互化技术反映事物的相对性

从物质的层面来说，虚与假两个概念没有什么区别。发散思维中的哲学使概念的创新形成原理的创新，具备相对性。以实虚来分析，与真假就不等同，有实的真和实的假，例如空中的彩虹和色盲，也有虚的真和虚的假，例如镜中花和影视作品中的穿越。实虚真假构成了图1所示的12种概念关系，如果再把有和无这两个概念加进去，则可产生20种相对的概念关系。如果进一步把空这概念加进去，就更多概念关系。因此，从哲学的角度来说，概念的组合相互促进发散。

图1 概念的交互关系

光学的三原色也具有相对性，自然界以红、黄、蓝为三原色，计算机则以红、绿、蓝为三原色。这是因为人眼接收到的光线本来就有两种类型：一种是反射光或透射光，另一种是光源直接发出的光。我们在自然界中看到的大部分物体都是因为反射光或透射光的作用，而计算机显示器上出现的色彩则是光源的作用。因此出现两种“三原色”没有孰对孰错，只是相对的光源类型不同而已。那么，当打印电脑中设计的彩色模型时，是否要把绿色转换成黄色才有等同的视觉效果呢？

2.7 实虚转化技术的能动规律

实虚互化技术不仅被人类掌握，也属于动植物的生物技能。动物在实践中主动演化自己，通过伪装伏击猎物，通过扮妆吸引异性或恐吓竞争对，这成功的背后没有主动的认识吗？禾雀花模拟禾花雀，蝴蝶兰模拟蝴蝶，而蝴蝶又模拟生存环境中各种花的图案，兰花螳螂、魔花螳螂和刺花螳螂则已分不清是动物模拟植物，还是植物模拟动物，这相互依赖的背后肯定包涵着智慧。

水中的章鱼帝可以从形和色两方面协调双变，不可一世；地上的变色龙虽则有的进化与树枝近形，但大多在危急时就只能以色隐形，或者就在茫茫沙漠中枯?ㄒ皇溃欢?空中短命的彩蝶居然懂得变换翼面单色微粒的排列间隙来折射光线，从而表现出不是颜色的艳丽，这也符合前面所述的两种三原色的原理，不枉此生。因此从广义而言，人类并不是纳米技术的发明者，动植物要积极主动得多。可怜的是，愤怒小鸟受玻璃幕墙实物虚景的欺骗，不撞南墙不回头、撞了南墙头破血流，悲惨一生。因此，在实虚转化技术的研发应用中，人类不但需向生物虚心学习，还需要检讨如何尊重自然，发挥更大的主观能动性。

第4篇：对光学工程的认识范文

（兰州城市学院培黎工程技术学院，甘肃兰州730070）

摘要：构建光学课程的教学新模式，培养大学生的科研创新能力，以适应新升本院校建设教学应用型本科大学、实施高教强省战略的需要，我们从创新教育理念出发，在教学实践中进行了一些尝试并取得了良好的效果。

关键词 ：新升本院校；光学；教学新模式；科研训练

DOI：10.16083/j.cnki.22-1296/g4.2015.06.019

中图分类号：G642.0文献标识码： A 文章编号：1671—1580（2015）06—0044—02

基金或课题：甘肃省教育科学“十二五”规划课题（［2012］GSGXG045）；兰州城市学院教育教学研究项目（2012-JY-38，2013-JY-16）。

收稿日期：2014—12—22

作者简介：郭中华（1979— ），女，甘肃金昌人。兰州城市学院培黎工程技术学院，副教授，研究方向：光学及光学实验教学。

郑庭海（1971— ），男，陕西延安人。兰州城市学院培黎工程技术学院，副教授，研究方向：教育管理。

经典的光学理论和实验方法在促进科学技术进步方面一直发挥着重要的作用，而光学课程是物理学专业的重要基础课。面向地方经济建设，以应用型本科教育为发展目标，光学课程的教学体系也应转变为以科学素质的教育为主， 注重教育的社会功用，培养知识与技能兼备的高层次应用型人才，形成教学与科研的良好互动。面对现代光学技术的飞速发展、知识体系的不断更新及教学手段的现代化等因素，如何优化课程结构，重新构造课程体系，选取适合于应用型本科教学目标的光学教学内容，改变传统的教学培养模式，焕发传统学科的生命力，培养研究型和创新型人才显得尤为迫切。

结合多年的课堂教学经验以及大量的调研工作，我们以课程体系的改革与创新为契机，构建体现应用型本科院校特点的光学课程教学模式，突出学生创新能力的培养。从教学内容的选取、开放实验平台的建设、加强与周边学科的关联几个方面入手，形成了自己的一些特色，并取得了良好的教学效果。

一、简化经典教学内容，引入学科发展新技术，实现教学内容的现代化

适当引入现代光学知识内容，介绍学科发展的新技术，开阔学生的视野，实现教学内容的现代化，这是光学课程教学内容改革的趋势，［1］ ［2］对于学生探求基础知识的价值、潜移默化地培养学生的科学素养和思维能力是十分必要的。

对于经典光学的教学内容改革，［3］ ［4］不应该只是内容的简单扩充，而要把教学内容中最基本的原理和现代光学技术理论中能够相对应的基础知识作为重点，对教学内容进行更新和整合。比如：对光的干涉和衍射现象的原理分析，需要涉及非常复杂的数学过程，这些过程现在完全可以简化，因为利用科学计算程序的数值方法不仅可以进行精确计算，［5］还可以进行数值仿真和模拟，所以只需要讲清图样的分布特点即可；在几何光学部分，简化一些基本原理，诸如费马原理在反射、折射原理中的推导、理想光具组作图法求像和像差原理介绍等，加入以基本光学原理为基础的现代光学技术介绍，如光导纤维及其应用、光电开关、指纹锁、集成光学简介等；对于光的量子理论不宜过多讲解光电效应等学生熟知的现象，而应该从光的本性角度来分析光与物质相互作用的量子光学规律；在现代光学基础部分加入激光技术的发展和应用研究等内容，开拓学生的知识视野。

在教学中渗透前沿科技基础知识，拉近学生和前沿知识的距离。比如：在光纤传光原理中可引入梯度折射率材料的基本理论、自聚焦透镜的成像特征以及光栅光纤传感技术的介绍，［6］指点学生联系光栅、光纤、折射率这几个知识点进行思考，使学生认识到基础知识具有的生命力和反映的时代性，激发学生获取新知识的求知欲，借此机会可让学生查阅资料，了解其相关发展和应用，还可以设计相关的实验项目或创新课题，进行分析或演示等。

二、借助现代教育技术构建开放实验平台，在强调物理概念的同时，构建物理图像，进行素质教育和创新教育

在光学课程的教学中，常存在着理论内容和实验教学的脱节，因此，在课堂教学中应注重相应实验现象的讲解，让学生了解实验装置结构，建立数量级的概念，强调物理概念的同时构建物理图像，可以借助现代教育技术来实现学习资源的优化。依托校园网、高等学校教学资源网和数字图书馆，提供丰富的教学课件、讲义及多媒体素材等，扩大学生知识的信息量，将基础理论、科研进展及光学技术的应用结合起来。

此外，依托丰富的教学资源和当前的硬件设备构建开放实验平台。首先，开放课程实验教学内容，学生可结合自己的学习计划和时间安排选取实验内容、设计实验方案、选择所需的实验仪器，在教师的指导下进行测试和结果分析，充分发挥学习的主观能动性；其次，响应学院实验室开放的政策，开设开放性实验项目，拓展光学、光学实验的广度和深度，启发学生去建立物理图像，由此增加近代光学新知识的引入，增加物理学知识在工业、科技等领域中的应用范例；最后，结合课程实验，启发学生进行课程设计和教学研究，同时，鼓励和引导学生积极参与大学生物理科技作品竞赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛项目、大学生科技创新项目等科技活动，发挥学生的创造性，这不仅可以使学生了解本专业领域的工程实际问题或学科前沿动态，还有利于学生科学素质的培养。

目前，实验中心已开放多项开放性实验项目，并指导学生撰写和发表相关研究论文多篇，同时，指导学生参与科技创新项目、课外学术科技作品项目，多次获得省级和国家级奖励。这种以团队合作形式进行的实践活动使得学生综合应用所学知识分析和解决实际问题，不仅扩大了学生的知识视野，启发他们的思维，而且通过这些活动培养了学生的设计思想和敢于创新的精神，更重要的是，他们的团队协作能力、交流表达能力等科研素养也得到了有效的提高。

三、深入研究课程内容与周边学科的联系，打开学生的创新思路

能源问题是当今人类致力于开发利用的重点领域，而目前我国可再生能源专业人才自主研发能力薄弱。2006年，我国开始实施的《可再生能源法》明确规定，教育行政部门应当将可再生能源知识和技术纳入普通教育、职业教育课程。

我院为了培养能源利用的应用型人才，迎接新能源时代的到来，开设了新能源科学与工程专业。依托其实验平台，我们在光电检测、光电性质研究和光伏技术应用等方面开设了研究性实验项目，从相关科研项目或生活实际需求中提取原料和课题供给学生从事研究，并积极组织学生参加各种交流活动，进行研究性实验。

四、结束语

我们在光学课程方面进行了上述积极有益的探索和改革，提升了课程教学的整体水平，获得了良好的教学效果，学生的动手能力、团队合作能力、综合素质有了明显的提高，很多学生愿意继续深造，报考光学、光学工程方向的研究生。但是课程改革是一项长期的工作，需要从多方面、多层次开展，需要不断地与时俱进，以创新教育理念为出发点，以后可以研究将现代化教学手段的应用与开放式教学相结合；探讨双语教学、讨论指导课等新的教学方式、教学方法的改革；探讨课程群的建设，包括精品课建设、教辅资料建设、加强信息物理基础教育等；引入更加人性化、立体化的考核方式，公平体现学生的学习能力，并对教学效果进行评价，以提高学校人才培养质量和社会服务能力，促进新升本院校整体教育教学质量的提高。

［

参考文献］

［1］陈万金等.关于高师光学课程体系和教学内容改革的思考与实践［J］.吉林师范大学学报（自然科学版），2006（2）.

［2］于国萍，游璞.改革光学教材，适应社会需要［J］.光电子技术与信息，2005（2）.

［3］赵凯华，钟锡华.光学［M］.北京：北京大学出版社，2008.

［4］姚启钧.光学教程［M］.北京：高等教育出版社，2008.

第5篇：对光学工程的认识范文

【关键词】光电检测技术 课程内容 实验 考核

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2016）02-0069-02

随着现代科学技术的快速发展，光电检测技术作为一门研究光与物质相互作用的新兴技术，因其测量精度高、速度快、非接触、频宽与信息容量极大、传递信息效率高、自动化程度高等突出特点，成为现代检测技术最重要的手段和方法之一。在工业、农业、军事、航空航天以及日常生活中应用得非常广泛，是现代信息类工科学生必须掌握的知识。

自2004年起，光电检测技术课程成为北京信息科技大学光信息科学与技术和测控技术与仪器两个专业共同的一门重要专业课。该课程将光学检测技术与现代微电子技术、计算机技术紧密结合起来，深入讲解各种光电转换技术及器件的原理、特性和基本用法，结合具体应用，详细介绍各种激光干涉、衍射，光纤传感等光电检测方法、技术及系统，最终让学生深入理解光电技术的基础理论和基本知识，对各种光电器件和光电检测技术有一个全面的认识，并且掌握多种光电检测方法，以便在实践中熟练应用，为学生今后的工作打下坚实的基础。理解和掌握这门课程，对于提高学生素质和培养分析能力、创新能力都有重要意义。

同时由于光电检测技术以光电子学为基础，以光电子器件为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用，这正是学院仪器科学与技术和光学工程两个一级学科共同的研究方向。学院众多教师在该方向的长期科学研究过程中，不断加深对光电检测技术的基本理论、实施方法、系统和关键技术的理解和应用，在光、机、电、计算机相结合的激光干涉测量、激光衍射测量、激光跟踪测量、光纤传感检测、光电多自由度监测等各种物理参数测量仪器和系统方面展开了深入研究，取得了丰硕的研究成果并积累了丰富的科研经验。

2013年开始，以精品课程为目标，我们深入开展了光电检测技术课程建设，涉及课程教学内容的更新、实验环节的改进和考核方式的改革等。

一 教学内容

如图所示，一个典型的光电检测系统包括光学处理部分、电子学处理部分，两者通过光电转换部分有机连接成一个整体。与之相对应，光电检测技术课程内容多、发展快、涉及知识面广。为此，我们首先对授课内容进行比较分析和归纳总结，提炼出最基础的关键原理，同时吸取众家之长，结合专业特点，补充有代表性的最新应用。

首先对应用光学、物理光学、信息光学等课程已经讲授的内容大幅度减少授课学时，例如光电检测中常见光源、光学系统和设备相关内容的学时压缩一半；但鉴于辐射度和光度学是专业选修课，一部分学生没有选修，一部分学生选修后掌握不够多，将该部分知识的讲解课时适当增加，补充了一些与学生日常生活关联度高的内容，增强学生学习的兴趣；强化光电转换器件部分，如前所述，该部分所介绍的各种光电转换器件是光电检测技术的关键环节，深入介绍了各种光电子发射探测器、光电导探测器、光伏探测器、光电成像器件的原理、特性和基础应用，还专门介绍了应用日益广泛的红外热成像探测器；同时考虑到调制解调技术在光电检测系统中的广泛使用，专门对此技术做了重点讲解。调整后整体内容更丰富，兼顾了基础原理和实际应用，学生反馈良好。

――――――――――――――――――――――――

* 北京信息科技大学课程建设项目资助

我们还将课程内容与后续的专业综合实践环节相配合。因为学院两个专业都开设有专业综合实践环节，该环节主要培养学生综合运用所学知识掌握某些光机电系统的设计能力，将所学与实际应用有机结合起来，最终提高学生分析问题和解决问题的能力，培养他们的创新意识及创新能力。光电检测技术正是与专业综合实践相对应的一门重要的综合性课程，我们在授课过程中有意识地将后期综合实践可能涉及的内容经提炼后引入到课程教学中，前期培养学生的综合应用意识和能力，为后续的综合实践环节打好基础。

二 实验环节

课程设有8个学时的实验。通过较充分的实验，使学生在掌握光电检测技术基本理论知识的基础上，培养设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析。

但我们发现，学生在综合运用理论和技术手段设计系统的能力有所欠缺，主动性不足。为此，我们特别增加了学生自主设计实验，例如让学生自主设计一个光强自动控制装置，能够探测环境的光强，当环境光暗到一定程度后（根据环境情况，制定特定的照度值），能点亮LED。并且环境光越暗，LED越亮。通过此实验，促使学生了解各种光强探测原理及传感器，选择合适的光强探测传感器并设计其驱动电路，掌握输出光强控制方法并设计相关电路，掌握实验调试方法和实验数据分析处理方法。整个实验由学生自主设计，在设计方案审核通过后自主搭建系统并完成功能调试，最终提交完整的设计报告，包括任务分析、调研、系统方案设计、成本核算、具体电路设计、调试过程和测试结果处理。这样的实验学生参与度高、效果更好，对提高学生知识的综合运用能力和手脑结合的能力有较大帮助。

三 考核方式

该课程加强了过程考核，增加了平时作业、课堂表现、小组专题宣讲和实验部分在总成绩中的占比，特别是对于平时表现和实验部分成绩优秀的学生，本人申请获批后，可以免书面考试，以实物作品、论文、竞赛来代替。

对于大多数学生的期末考试，在出题过程中有意识地与课程目标紧密呼应。本课程的课程目标按照工程教育认证标准，主要涉及了通用标准毕业要求各种能力的培养，因此试卷题目也从各个角度对学生的以上能力进行考核。例如，为考核学生了解光电检测技术的现状和发展趋势情况，我们出了让学生填写近年来诺贝尔物理奖主要内容的题目。又比如，为了考核学生掌握基本的创新方法，具有追求创新的态度和意识；具有综合运用理论和技术手段设计系统的能力，设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素的情况，我们在考试中有针对性地出了分值较高的光电检测系统综合设计型题目，加强了对学生综合分析和设计能力的考核。

四 结束语

借助光电检测技术课程建设，我们对该课程展开了全面探索和改进，紧密结合工程教育专业认证的要求，梳理了课程教学的内容，增加了学生自主综合实验，改进了课程考核方式，增强了学生的学习兴趣，提高了学生的综合分析和设计能力，初步达到了建设目标。

参考文献

[1]雷玉堂.光电检测技术（第2版）[M].北京：中国计量出版社，2009

[2]浦昭邦、赵辉.光电测试技术（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2010

第6篇：对光学工程的认识范文

（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093）

摘要：为提升智能科学与技术专业学生的实践能力，文章提出基于Arduino对该专业的实践教学进行设计，重点阐述结合智能专业的特点以及Arduino的实践性，对LED灯、温度传感器和开关基本操控的实验教学设计；同时探讨基于Arduino的智能车实现的可能性，为Arduino的智能应用设计做铺垫。

关键词 ：Arduino;智能科学与技术；实践；教学设计

基金项目：2014年上海大学生创新创业训练计划项目(SH2014046)。

作者简介：杨振堃，男，本科大三学生，研究方向为智能科学与技术；胡春燕（通讯作者），女，讲师，研究方向为计算机应用及智能应用，hhuchy@163．com。

0 引 言

智能科学与技术是面向前沿高新技术的基础性本科专业，其覆盖面广泛，专业涉及：机器人技术，以新一代网络计算为基础的智能系统，微机电系统( MEMS)，与国民经济、工业生产及日常生活密切相关的各类智能技术与系统，新一代的人一机系统技术等。经过近几十年的发展，智能技术及其应用已经成为IT行业创新的重要生长点，例如智能机器人、智能化机器、智能化电器、智能化楼宇、智能化社区、智能化物流等，对人类生活产生了重要影响。而自动化工程、机电工程、计算机工程等工程学科的核心内容就是智能科学与技术，它的工程性和实践性非常强，所培养的学生正是目前高新技术研究及产业发展急需的人才，同时此类人才也会对传统产业的提升和改造起到积极作用。该专业融合机械、电子、传感器、计算机软硬件、人工智能、智能系统集成等众多先进技术，是现代检测技术、电子技术、计算机技术、自动化技术、光学工程和机械工程等学科相互交叉和融合的综合学科。它涉及到的技术有检测技术、控制技术、计算机技术、网络技术及有关工艺技术，正影响着国民经济的很多领域，已成为一个国家科技发展水平和国民经济现代化、信息化的重要标志。智能科学与技术专业以光、机、电系统的单元设计和总体集成及工程实现的理论、技术与方法为主要内容，面向前沿高新技术，培养具备基于计算机技术、自动控制技术、智能系统方法、传感信息处理等科学与技术，进行信息获取、传输、处理、优化、控制、组织等并完成系统集成，具有相应工程实施能力，具备在相应领域从事智能技术与工程的科研、开发、管理工作的宽口径知识和较强适应能力及现代科学创新意识的高级技术人才。

Arduino是开源电子原型平台，特点是便捷灵活、方便上手，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。Arduino构建于开放原始码simple I/O介面版，而且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。Arduino不仅能通过各种各样的传感器感知环境，而且还可以通过控制灯光、马达和其他装置来反馈和影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino的编程利用Arduino编程语言（基于Wiring）和Arduino开发环境（基于Processing）来实现。基于Arduino的项目，既可以只包含Arduino，也可以同时包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，它们之间通过通信(比如flash，Processing，MaxMSP)来实现。

1 平台软件介绍

Arduino是一个开放源代码的单芯片微电脑，它使用Atmel AVR单片机，采用基于开放源代码的软硬件平台。

Atmel AVR系列是一种基于改进的哈佛结构、精简指令集( Reduced Instruction Set Computing，RISC)的微控制器，由Atmel公司于1996年研发。AVR系列是首次采用闪存(Flash Memory)作为数据存储介质的单芯片微控制器之一。目前为止，AVR处理器发展了6个系列，分别是：tinyAVR，ATtiny系列；megaAVR，ATmega系列；XMEGA，ATxmega系列；Application-specific AVR，面向特殊应用的AVR系列，增加LCD控制器、USB控制器、PWM等特性；FPSLIC，FPGA上的AVR核；AVR32，32位AVR系列，包含SIMD和DSP以及音视频处理特性，与ARM形成竞争。

Arduino IDE和各种组件如图1和图2所示，组件包括Arduino Uno R3开发板、ArduinoXbee V5.0传感器扩展板、Bluebee蓝牙模块、LCD1602 12C液晶模块、继电器模块、蜂鸣模块、光敏电阻模块、可调电位器、舵机等。

2 实践操作

2.1 Arduino基础实验设计与实现

2.1.1 基于Arduino对LED灯的控制

LED( Light Emitting Diode)中文称作发光二极管，是一种固态的半导体器件，它能够直接把电转化为可见光。智能应用中有很多场合会涉及对LED灯的控制。在基础实验的实践中，首先测试LED小灯的控制，利用其I/O口和外接直插LED灯来完成实验，使用到的实验器材有Arduino控制器、USB下载线、红色M5、直插式LED、220Ω直插电阻、面包板和面包板跳线。连接后的实物如图3所示。

Arduino的语法结构中有两个必不可少的函数，分别是void setup0和void loop0，它们是setup0函数中初始化动作的区块，所有串行端口、脚位输出入都在这里进行初始化，loop0函数是板子重复执行动作的区块。arduino上传程序后，首先从setup0函数开始运行，setup0函数运行一次后便进入loop0函数中不停循环运行，实现的核心部分是设置引脚pinMode和写人数字脚digitalWrite两个函数。

在此基础上可以对LED灯的变化加入更多方式，例如流水灯的变换，实验原理与上述LED灯控制变化没有太大区别，但是需要在LED灯和导线数量上有所增加。LED灯的摆放形式可以进行各种变换，图3展示的只是一种最简单的形式，还可增加LED灯数量，根据个人创新设计摆出更多漂亮图案。

2.1.2 基于Arduino对温度传感器的控制

智能应用中根据温度进行操作的例子很多，如空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。为了解温度信息的采集过程，在实践中使用DS18820型号的温度传感器，并用Arduino控制传感器进行实时温度检测。本次实验用到的器材有：Arduino Uno板、温度传感器DS18820、数据下载线和面包线。电源线、地线分别连到Arduino实验板的+5V、GND端口，数据总线连至数字端口12，实物连接如图4所示。在实验中，Arduino板子和软件实现温度传感器与电脑的连接，并能实时显示温度。由于温度显示反应较慢，测得温度数值较相近，但仍能看出温度变化。

2.1.3基于Arduino对开关的控制

开关可以分为按键开关和轻触开关，在电子设备领域有着广泛应用，例如数码产品、遥控器、通讯产品等。

本实践使用按钮控制LED灯，按钮按下时灯亮，放开时灯灭，实践元件有按键开关、红色直插LED、220Ω电阻、10KΩ电阻、面包板及面包板跳线。

编程读取模拟0口电压值，当电压值大于1000时，设置第7引脚为高电平，此时LED灯点亮；当电压值小于1 000时，则设置第7引脚为低电平，LED灯熄灭。

2.2 Arduino拓展实验设计与实现

以循迹智能车为例，循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，于是可以根据接收到的反射光强弱来判断小车的“轨道”。而红外探测法就是最常采用的方法。

红外探测法利用的是红外线在不同颜色的物体表面具有不同反射性质的特点：在小车行驶过程中不断向地面发射红外光，红外光在白色纸质地板上发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。Arduino单片机就以是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的轨迹和小车的行走路线。但需要注意的是红外探测器探测距离是有限的。

基于Arduino控制的简易自动寻迹小车系统，包括小车系统构成软硬件设计方法。以Arduino Uno为控制核心，利用红外光电传感器对白色路面中的黑色轨迹进行探测，并将路面检测信号反馈给Arduino单片机。程序烧进板子后，Arduino单片机对采集到的信号予以分析判断，及时控制驱动电机来调整小车方向，使小车沿着黑色轨迹自动行驶，实现小车自动寻迹。

TCRT5000红外对管在机器人设计和工业制造中应用非常普遍，可利用TCRT5000制作黑白寻迹机器人。由于红外线对颜色的反射率不同，所以将反射信号的强弱转化成电流信号是TCRT5000红外对管的工作原理，检测到黑色时高电平有效，检测到白色时低电平有效。

该控制系统的组成部分有主控制电路模块、电源、红外检测模块、电机及驱动模块等。当小车进入循迹模式后，便开始不停扫描检测与探测器连接的单片机I/O口，当检测到其中某个I/O口有信号以后，进入程序进行判断处理，这其中最重要的是要先确定3个探测器中哪一个探测到了黑线。其循迹流程图如图5所示。

3 结语

智能科学与技术作为一门全新的专业，自面世以来就一直受到社会各界的广泛关注，其代表了科技的大趋势，成熟的智能科学与技术必将会成为人类未来生活不可或缺的一部分。目前智能科学与技术尚在起步阶段，在某些领域只存在于理论，想得到具体实践还需要一定过程；高昂的价格也是阻碍其广泛发展的原因之一。

对LED灯、温度传感器和开关的基本操控实践，使该专业学生对智能应用设计有了初步认识。学生通过Arduino模拟环境感受智能控制，体会智能专业在生活中的应用，避免局限于枯燥、抽象的理论学习。同时，该实验实践加深了智能专业学生对C语言编程的认知，通过实际操作，多编程多调试，将理论联系到实践，再由实践回到理论，实践与理论知识完美融合，达到知识灵活运用的目的。智能专业的学生要善于创新、开阔视野、深入思考，走在智能应用的最前沿，了解有关智能应用的最新成果，提高专业敏感度，善于学习，借鉴有用的成果，将其运用到专业的理论学习和实践操作当中。

参考文献：

[1]张昊，李擎．谈智能科学与技术专业及相关学科的发展[J]北京：北京信息科技大学，2013.

[2]段尧清．城市信息化水平测评的理论与方法研究[D]．武汉：华中师范大学，2001.

[3]辛光红，基于Android系统的Arduino智能车设计[D]．三亚：三亚学院理工学院，2014.

[4]孙红，蒋念平，陈玮，等．智能科学与技术专业理论教学与工程实践的融合[D]．上海：上海理工大学，2012．

[5]李响．基于Arduino的植物叶片叶绿素含量光学检测仪器的研制[D]．北京：北京信息科技大学，2013．

[6]孟魁，基于Arduino的物流实验体系建设[D]．荆州：长江大学管理学院，2013.

[7]宁慧慧，余红英，基于单片机控制的简易自动寻迹小车设计[D]．太原：中北大学信息与通信工程学院，2009．

第7篇：对光学工程的认识范文

关键词： 国家特色专业； 信息显示与光电技术； 规划与实践

中图分类号： G642.0文献标识码： A文章编号： 1009-055X（2013）02-0118-05

目前， 我国高等教育是按专业来培养人才的， 专业是大学学术组织存在的本质特征。高校专业建设是高校教学基本建设的核心， 建设一流大学的关键， 在于建立一批高水平的、 有特色的专业。

“特色”就意味着“与众不同”， 专业特色指的是专业的特别或出色之处。大学的生命力在于专业水平的高低， 而专业的生命力则在于专业特色是否鲜明。

华南理工大学是立足于华南面向全国建设的一所以工科为主的国家重点大学。在国家大力发展新型显示产业、 半导体照明产业、 太阳能电池产业等战略新兴产业的背景下， 主动适应国内外高新技术产业发展、 满足社会经济建设的急需， 我校结合自身光电学科的优势， 于2007年向教育部申请， 开始建设“信息显示与光电技术”本科专业。经过近5年的规划和建设， 该专业教师队伍建设、 实验室建设、 专业教材建设、 学生课外社会实践、 课外科研活动等方面， 取得了一些长足的进步。于2011年获批成为广东省“战略性新兴产业特色专业”、 国家“战略性新兴产业特色专业”。目前， 该专业已经成为一个师资队伍充满活力、 专业特色鲜明、 广受学生欢迎的国家级特色专业。

一、 信息显示与光电技术人才需求现状

信息显示与光电产业是一项新兴的高科技产业， 有“朝阳产业”之称， 有着巨大的潜力和广阔发展前景。根据世界知名调研公司Standford Research的报道， 信息显示与光电技术在全球已形成了年产值愈1000多亿美元的庞大产业群[1]。我国是一个信息显示与光电技术产业大国， 近年来相关产业和新技术发展迅速， 并已将其列为国家支柱产业和新的经济增长点。广东省作为我国信息显示与光电技术产业最大的省份， 更是明确在“广东省战略性新兴产业发展十二五规划”中将“高端新型电子信息、 新能源汽车、 半导体照明”确立为三大率先突破的产业。在这三大产业中， “高端新型电子信息、 半导体照明”这两个产业是与信息显示与光电技术密切相关的。

在高端新型电子信息产业中， 其重点之一是发展新型显示技术产业。新型的液晶平板显示产业， 近年来已成为全球彩电、 手机、 电脑等显示器产业最为关注的产业经济领域。全球主要面板厂商普遍看好液晶电视市场的巨大商机， 并将此作为大尺寸TFT-LCD产业的下一个爆炸性增长契机。另外， 作为下一代显示技术AM-OLED显示也开始受到人们的关注。广东省作为全国最大的彩电生产基地， 拥有一批诸如创维、 康佳、 TCL等知名电视生产厂商， 其电视产量约占到中国电视总产量的60%， 在信息显示技术领域具有深厚的技术及产业基础。目前已建成及在建的大型新型显示器件项目超过十个， 其中包括深圳华星光电的8.5代液晶面板生产线、 广东中显科技有限公司的OLED研发和产业化项目、 彩虹集团的OLED生产项目等等。

半导体照明由于具有节能、 环保、 寿命长等优点， 受到了全世界的关注。我国面对世界照明产业的重大转型和LED的兴起， 2003年底紧急启动“半导体（LED）照明产业化技术开发重大项目”， 并从2009年开始通过“十城万盏”等示范工程， 使得我国LED照明产业发展迅速。其中， 广东省在半导体照明产业的发展更是引人注目， 2011年广东省LED产业总产值突破1500亿元， 连续三年实现翻番增长。企业3000多家， 从业人员55万人， 带动就业220万人， 产值和规模继续位居全国首位。

在目前信息显示与光电技术产业背景下， 必然引发企业对专业技术人才的高度需求。遗憾的是， 在相关技术领域， 国内企业中掌握核心技术的本地化人才很少， 国内企业的核心技术部门大多被外籍工程师控制， 国内相关技术人才的培养体系不足以支撑国内信息显示与光电技术产业的人才需求， 这成为阻碍国内信息显示与光电技术产业发展的重要因素。为了给我国尤其是广东省的信息显示与光电技术产业培养更多的专业技术人才， 我校于2007年成立了“信息显示与光电技术”专业， 是广东省第一个针对信息显示与光电技术产业的本科专业。

二、 信息显示与光电技术专业的专业背景与特色

华南理工大学“信息显示与光电技术”专业， 是依托材料学院发光材料与器件国家重点实验室建设的国家战略新兴产业特色专业。发光材料与器件国家重点实验室聚集了一批高水平的科研人员， 包括中国科学院院士以及诺贝尔奖金获得者， 在新型发光材料的设计与合成、 稀土离子发光、 发光薄膜制备及结构调控、 发光器件物理机制等方面开展了大量原始创新的工作， 取得了国际领先水平的研究成果， 是国际知名的光电领域专业研究机构。

专业只有办出特色， 才能有牢固的立足之地和广阔的发展空间。为此， 我们根据依托单位的科研优势凝练和培育专业特色， 提出了以“材料与器件为基础， 突出信息显示、 半导体照明和太阳能电池三大应用技术”为特色建设“信息显示与光电技术”专业。雄厚的师资力量、 一流的科研设备资源， 为建设特色专业奠定了坚实的基础； 有鲜明科研特色的本科毕业生， 又为科研工作输送优质的研究生源。专业建设与科研工作的互动效应十分明显。

三、 课程体系建设

有深厚基础知识的学生， 未来将具有深远的发展潜力； 有宽泛学科知识的学生， 未来将具有强大的适应能力； 培养具有更强大适应能力、 更深远发展潜力的学生， 是重点高校的办学宗旨[2-3]。本专业按照厚基础、 宽口径的指导思想来设计课程体系， 培养基础扎实能力突出的新型工科人才。

信息显示与光电技术专业， 是材料学、 光学、 电学、 信息工程等多学科交叉的专业。在专业教学计划方面， 设置了基础课程、 专业基础课程、 专业课程等三个层次的课程， 各层次的课程又开设了必修课和选修课两类课程。在专业选修课设置上， 根据专业特色， 按照跟踪学科前沿、 掌握先进技术的原则设置一定学时的选修课， 增加教学计划的柔性， 拓宽学生的知识面。对不同专业方向感兴趣的学生， 所学习的必修课相同， 差异仅体现在选修课上。这样的课程设置， 体现了强化学科基础、 淡化专业方向， 可提高毕业学生的综合适应能力。

在基础课程方面， 开设了大学物理、 大学化学、 量子力学、 固体物理等理论性较强的基础课程， 夯实学科基础， 使毕业学生将来具备自行扩展光电知识和技能的能力。

在专业基础课程方面， 除了开设一些必修基础课程外， 还开设了材料科学导论、 有机电子学基础、 光度学、 发光学与发光材料、 激光技术、 光电子器件与工艺、 半导体材料与器件、 平板显示技术和现代薄膜技术等专业基础课程。

在专业课程方面， 主要围绕平板显示、 半导体照明和太阳能电池三个方向， 开设液晶材料与显示技术、 有机半导体材料、 TFT技术及其应用、 半导体照明技术、 LED光学设计技术、 LED驱动设计技术、 LED散热设计技术、 太阳能电池技术、 显示器件驱动技术等课程。坚持基础性和先进性相结合的原则， 将经典与现代有机结合， 及时将科研成果引入课程教学； 坚持分析与综合并重、 经典与现代并重、 软件实现与硬件实现并重的原则， 合理分配学时和内容。

新材料是新器件的基础， 新器件是新技术的基础， 我们开设的基础性、 专业基础性以及专业性等三个层次的课程， 都是围绕着材料、 器件和技术等三个方面来安排的。优化专业课程体系模块， 厚基础宽口径设置教学计划， 将为培养基础扎实、 能力突出的新型工科人才奠定坚实的基础和保障。

四、 师资队伍建设

师资人才队伍是学科建设的基础。建设一支年龄、 职称、 学历、 学科结构合理， 学术水平高， 发展潜力大的师资队伍， 是“信息显示与光电技术”国家特色专业建设成败的关键。经过近五年的发展， 本专业已形成了以著名高分子光电材料专家曹镛院士、 彭俊彪教授等为核心的高水平教学团队。

（一）坚持“育人为本”的教学理念

育人为本， 以学生为主体， 全面推进素质教育， 以提高教学质量为核心； 注重因材施教， 以培养创新人才为重点， 努力提高学生的创新精神和创新能力； 强化实践教学， 进一步加强实践教学环节， 推进教育教学与生产劳动和社会实践的紧密结合， 切实提高学生的实践能力； 加快教学过程中信息技术的应用， 推进教学方法改革， 促进高等教育优质教学资源的建设与共享； 把教师作为办学的主体， 建立有效的团队合作机制， 加强青年教师培养， 激励教师积极投身教学工作[4]。

在师资队伍建设中， 提出“人事相宜、 和谐发展”的队伍建设理念， 从师资培养、 岗位设置、 激励措施等方面进行改革， 建立有效的队伍建设机制， 体现教师成长和事业发展的和谐促进。

（二）围绕核心课程， 建设多学科交叉的专业教学团队

在教学团队建设过程中， 学校各级管理部门积极为教学团队提供多种服务、 指导和支持， 确立教学团队的学术主导地位， 将教学团队的管理权力进一步下放， 扩大团队的管理自， 积极整合教师资源， 为教学团队的组建和发展构建坚实的平台。在团队内部管理方面， 实行专业总负责人、 专业方向负责人、 团队成员三级管理机制。专业总负责人提出总体建设目标， 分解到专业方向负责人和团队成员， 做到五个有： 有明确的建设目标， 有具体的推进措施， 有合理的工作授权， 有全程的检查督促， 有良好的思想沟通。

围绕专业核心课程， 依据专业方向， 建设教学团队。实施岗位责任制， 分为信息显示技术、 半导体照明技术、 太阳能电池技术三个专业方向。每个专业方向有带头人， 负责相关课程群（包括教学人员的安排、 课堂教学、 课程建设、 教材建设、 实验体系建设等）， 并依托相关的科研平台组建教学小组。注重理论教学与实践教学相结合， 科学研究与教学研究相结合， 课程建设与学科建设相结合。

（三）建设“传、 帮、 带”的工作培训机制， 加快青年教师的成长

实行“传、 帮、 带”的培训体系。对新入职教师进行正规的培训， 参加学校组织的教师岗前培训班， 取得国家颁发的教师资格证才能加入教学团队； 注重中青年教师能力的提升， 定期参加教育部高校师资培训交流中心等国内权威培训机构组织的培训学习； 加强和企事业单位的合作， 鼓励教师参加企事业单位中组织的工程技术类培训， 及时更新对光电产业的了解； 由专人整理优秀老教师的宝贵经验， 作为培训教材； 加强双语教学课程的建设， 由英语表达流利、 具有国外学习和进修的教师担任双语课程的教学， 教学成绩突出的教师还可选派出国研修以拓展视野。

五、 教学条件建设

（一）重视专业教材编写， 建设一套切合新专业技术实际需求的教材体系

教材是体现教学内容和教学方法的载体， 是教学工作的基本要素， 是保障和提高教学质量的重要基础。战略性新兴产业， 由于属于高新技术产业， 没有或者很少有传统的、 经典的教材和讲义可供借鉴和使用。为了提高课堂教学质量， 我们在积极引进兄弟院校优秀教材和讲义的基础上， 成立专业主干教材编写组， 着手编写切合新专业实际、 切合我校课程体系实际的“信息显示与光电技术”系列教材。包括《有机半导体电子学》、 《TFT技术及应用》、 《半导体照明技术》、 《平板显示器驱动技术》、 《太阳能电池技术》等。同时， 还采取一些激励措施， 鼓励专业教师根据专业特点， 紧密结合科研实际， 编写高水平的选修课程教材， 加快新办专业教材体系建设和完善。在努力保持教学内容的基础性、 先进性和前沿性前提下， 在教材内容的取舍和教材编写风格上下功夫， 力争将学生从教材繁复的公式推导迷魂阵中解放出来。形成文字教材、 电子教材、 辅助教材和参考资料相配套的系列教学用书和教学软件， 适应多样化的教学需要。

（二）精选专业实验内容， 构建一个培养学生综合能力的实验教学新体系

“信息显示与光电技术”专业是具有“新材料、 新器件、 新技术”鲜明应用特色的工科专业。专业实验教学是其本科培养计划极其重要的组成部分。我们的专业实验内容主要围绕这三个方面来开设。

为了体现“新材料”特色， 我们开设了有机发光材料合成、 液晶材料综合性能测试、 有机材料热性能测试、 薄膜材料形貌观测与分析、 有机发光材料分子量测量等相关的专业实验课程。

为了体现“新器件”特色， 我们开设了发光器件阻抗测试、 发光器件EL测试、 发光器件PL测试、 发光器件吸收光谱测试、 发光器件加速老化寿命测试、 发光器件载流子迁移率测试、 发光器件显色指数测试、 发光器件发光效率测试等专业实验课程。

为了体现“新技术”特色， 我们开设了太阳能电池综合性能测试、 平板显示器驱动电路编程实验、 发光二极管光电综合性能测试、 OLED显示屏综合性能测试、 OLED显示屏激光修复实验、 激光器功率测试、 LED配光设计实验等专业实验课程。

我们遵循“实践性、 开放性、 自主性和创新性”（四性）和“教学与科研、 理论与实践、 经典与现代、 虚拟与实训”（四结合）来精心选择专业实验内容， 通过基本实验、 综合性实验、 设计性实验、 科学小实践等来组成四级实验教学体系。在实验教学中， 充分应用各种最新的硬件和仿真软件， 能硬则硬， 能软则软， 或软硬结合。另外， 我们还注意淡化理论教学与实验教学的界限， 将理论教学与实验教学有机结合， 实验教学作为理论教学的延伸。

通过近五年的努力， 我们初步构建起了比较完善的实验教学体系。充分发挥了专业实验在专业课程教学中的作用， 激发了学生的学习兴趣， 丰富了学生的感性认识， 加深了学生对基本概念、 定理和定律的理解， 降低了学习过程中的难度， 培养了学生的观察能力、 思维能力、 动手操作能力、 分析归纳能力以及创新能力， 有力地保障了专业培养计划的顺利实施。

（三）寓教于研， 充分发挥国家级科研平台对教学的支撑和促进作用

“信息显示与光电技术”国家特色专业， 所依托的高分子光电材料与器件研究所， 拥有“发光材料与器件国家重点实验室”、 “发光材料与器件国家引智基地”、 “特种功能材料教育部重点实验室”等三个国家级科研平台和多个省级、 校级科研平台。本学科拥有雄厚的科研实力， 为了将其转化为优质的本科教学资源， 我们遵循“寓教于研， 教学科研相长、 学科专业并进、 教师学生共赢”的理念， 采取多项举措来建设国家特色新专业。

鼓励教师结合自己的科研课题， 提炼可供大学生参与的研究题目， 积极指导学生参与华南理工大学SRP（大学生研究计划）、 华南理工大学攀登计划以及省级、 国家级大学生创新实验计划等项目[5]， 使特色专业的学生在四年的大学学习期间， 人人有机会参与学生科研项目， 使学生的动手能力和科研创新意识得到提高。

对有继续读研深造的优秀本科生， 在大学三年级开始实行导师制。多个国家级的科研平台， 提供了本科生大量从事辅助研究的机会。教师是学生创新实践的领路人， 学生是教师科学研究的好帮手。在教师眼里学生不再是累赘和负担， 在学生眼里教师永远严谨慈祥。本科生导师制作为一种积极的教育辅助机制， 让本科生直接参与到导师的科研项目中， 在实践中进行锻炼， 帮助学生从以学习知识为主的本科阶段， 顺利过渡到以知识创新为主的研究生阶段， 可进一步提高学生的科研创新能力。

鼓励教师结合自己的科研课题， 精选适合本科生实际能力的题目， 指导本科生的毕业设计。这种基于教师科研实际的题目， 使学生的毕业设计不会流于形式走过场， 有助于培养学生运用知识的创新能力， 培养学生严谨的科学精神和务实的工作作风。

（四）以产学研基地为依托， 建设完善的实践教学体系

华南理工大学是华南地区最具影响力的国家重点工科大学， 建校60年来， 为国家特别是华南地区培养了大量的工程型技术人才， 素有工程师摇篮之美誉。华南地区是我国最大的电子信息产业基地、 最大的光电产业基地。据权威部门统计， 广东省的信息显示产业、 半导体照明产业占全国百分之五十以上的市场份额。巨大的产业市场、 广泛的产业界校友人脉资源， 为“信息显示与光电技术”专业的“产业化”办学理念提供了得天独厚的条件。

我们聘请校外企业家担任专业兼职教授， 多人次不定期来校进行专题产业技术讲座， 拉近学生与知名企业家的距离， 近距离感受企业家的人格魅力和榜样的力量。带领大一新生在开学之初期， 到知名企业参观学习， 进行专业认知教育， 认识、 感知新专业， 明确大学期间的学习目标。组织学生每个寒暑假到企业去实习， 走进车间走进生产线， 融入产业工人角色， 培养学生的动手能力和产业意识。

四年来， 我们跟TCL集团、 创维集团、 康佳集团等电子信息龙头企业， 以及大族激光、 国星光电、 鸿利光电、 木林森、 雷曼光电、 勤上光电等光电产业上市公司， 建立了各种形式的产学研合作关系， 为培养研究应用型人才做了大量有益的尝试。

（五）以国际友好学校为纽带， 培养具有国际化视野的新一代大学生

本专业依托单位是2006年教育部与国家外国专家局联合， 在全国首次设立的“111计划”50个引智基地之一， 聘请了包括美国加州大学教授、 2000年诺贝尔化学奖获得者A.J.Heeger教授在内的十多位海外著名学者为客座教授， 每年来学校进行学术讲座、 研究与交流， 让普通的本科大学生近距离感受到国际学术大师的魅力。

华南理工大学地处珠江三角洲， 处于改革开放的前沿阵地， 与海外与港台有悠久的、 广泛的历史渊源。本专业借助于地缘优势以及本单位的海外学术交流优势， 与澳大利亚新南威尔士大学、 美国加州大学、 香港科技大学、 新加坡国立大学等多所海外高校建立了科研合作以及学生互换计划。基于科研合作基础上的海外交流， 使本专业与海外友好学校的关系更密切， 有助于互相借鉴建设经验， 积极发挥专业品牌的辐射作用， 有利于培养具有国际化视野的开放性的新一代大学生。

专业建设旨在培养满足社会需要、 受社会欢迎的高质量的人才， 专业的特色尤为重要。我们根据战略新兴产业对人才需求的形势， 结合本单位的学科优势， 凝练“信息显示与光电技术”专业的特色为“以材料与器件为基础， 突出信息显示、 半导体照明与太阳能电池三大技术”的专业特色， 培养“科研化、 国际化、 产业化”的工科人才。

专业建设是一项长期的系统工程， 为了探索国家特色新专业的建设经验， 我们还将继续加强与国内外高校与企业界的联系， 不断优化专业建设理念， 努力使专业建设工作再上一个新台阶。

参考文献：

[1]童林夙. 2012年后的平板显示世界[J].现代显示， 2007， （77）： 6-16.

[2]牛大伟. 应用型本科人才培养模式的创新与实践[J]. 实验科学与技术， 2012， （10）： 153-154.

[3]林健. 高校工程人才培养的定位研究[J]. 高等工程教育研究， 2009， （5）： 11-17.