王吉明，劉友文，赫崇君，楊雁南，張廣斌，李香蓮，丁 冰

(1.南京航空航天大學 理學院，南京 211106;2.青島酒店管理職業(yè)技術學院 基礎部，山東 青島 266100)

現(xiàn)代光學實驗教學體系的研究與實踐

王吉明1，劉友文1，赫崇君1，楊雁南1，張廣斌1，李香蓮1，丁 冰2

(1.南京航空航天大學 理學院，南京 211106;2.青島酒店管理職業(yè)技術學院 基礎部，山東 青島 266100)

針對高校光信息科學與技術及相關本科專業(yè)的現(xiàn)代光學實驗教學，系統(tǒng)地闡述了現(xiàn)代光學特色化實驗教學體系的建設理念。以南京航空航天大學現(xiàn)代光學實驗室的建設和教學改革為例，探討了現(xiàn)代光學實驗教學體系的構建，對相關實驗教學體系和實驗室的建設有一定的借鑒意義。

現(xiàn)代光學實驗；光信息科學與技術；實驗教學體系；研究

現(xiàn)代光學的理論基礎是麥克斯韋電磁場理論和愛因斯坦光量子理論?，F(xiàn)代光學應用技術的發(fā)展是在20世紀60年代初激光器發(fā)明之后，由于激光本身的特性，決定了光子作為信息和能量載體的可能性，因此激光器技術、光信息處理、光通信與光傳感技術、納米及生物光子學技術等現(xiàn)代光學技術迅速發(fā)展起來[1]。相應地，以這些技術為基礎的現(xiàn)代光學實驗也正逐漸成為現(xiàn)今高校實驗教學的重要組成部分。

光信息科學與技術專業(yè)是近年來在多所高校開設的一個新專業(yè)，主要學習光信息科學與技術的基本理論和技術，熟悉光學、電子學技術和計算機技術，進行科學實驗與科學思維的訓練。目前國內(nèi)有四十多家高校開設了該專業(yè)，由于是新興的專業(yè)，因此各個學校的教學側重點、教學課程體系以及教學模式不盡相同。專業(yè)的建設大都處在發(fā)展與完善階段，主要的教學改革目標集中在專業(yè)培養(yǎng)目標與培養(yǎng)方案設置、課程體系的改革規(guī)劃、實踐教學基地建設等方面[2_6]。其中，現(xiàn)代光學實驗的教學體系建設是一個核心的問題，其關鍵在于實驗內(nèi)容建設和教學體系改革。我們以南京航空航天大學現(xiàn)代光學實驗室的建設和教學改革為例，通過闡述建設理念和經(jīng)驗，探討現(xiàn)代光學實驗教學體系的建設途徑。

1 現(xiàn)代光學實驗教學體系的建設理念

現(xiàn)代光學實驗教學體系建設之初，我校就確立了自己的建設思路。以學院現(xiàn)有的教學、科研資源為基礎，以理學院應用物理系和物理實驗中心為依托，以實驗課程與實驗內(nèi)容建設為先導，以培養(yǎng)創(chuàng)新思維、訓練學生實驗技能和夯實學生現(xiàn)代光學理論與技術為目的，發(fā)揮研究性實驗導向作用。根據(jù)已建設完成的實驗，整合和利用物理實驗中心相關實驗教學資源，構建實驗項目合理、受益學生面廣、具有一定特色的專業(yè)兼顧公共的實驗教學平臺，推進實驗教學模式的優(yōu)化和學生培養(yǎng)質(zhì)量的提高。同時通過構建網(wǎng)絡化、智能化、系統(tǒng)化的實驗教學模式，進行教學資源的共享，在我實驗中心開放性實驗教學網(wǎng)絡平臺上，構建具有先進教學理念的實驗課程體系，提高實驗室管理水平和實驗教學水平，培養(yǎng)學生的科學思維能力和創(chuàng)新能力。

建設過程，以新增實驗項目的開設為重點，對實驗內(nèi)容進行有效融合，結合應用物理系光學工程專業(yè)教師的研究方向，開設研究性實驗，現(xiàn)代光學實驗室教學平臺建設完成后，目前已成為一門開放的、開設內(nèi)容豐富、實驗技術先進的實驗課程。

建設過程中我們著重注意以下3個原則：

1.1 教研融合的原則

實驗室建設以現(xiàn)代光學實驗教學要求為基礎，形成相對穩(wěn)定的實驗教學課程。以實驗課程學習的形式來發(fā)揮平臺在學生培養(yǎng)過程中的作用，達到提高學生的現(xiàn)代光學實驗能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，拓展學生的創(chuàng)新視野的目的;在教學實驗基礎之上，尤其注重結合應用物理系光學工程各研究小組的科研項目，進行研究性實驗和拓展性實驗的開設，讓學生在學習實驗知識的同時，得到研究能力的培養(yǎng)，拓展了學生在光學工程領域的視野。

1.2 開放共享原則

課程體系的建設要充分體現(xiàn)開放性的原則。除完成光信息科學與技術專業(yè)本科生、光學與光學工程專業(yè)研究生的實驗教學內(nèi)容之外，還要能夠支撐不同學科本科生、研究生的交叉選課，從而能夠為全校的教學服務。

1.3 體現(xiàn)特色與水平原則

建設的著眼點應放在加強實驗教學體系，提高學生的實驗動手能力，了解和掌握現(xiàn)代光學先進的實驗技術和實驗手段上。同時，要在特色和水平上下工夫，鼓勵學生開展開拓性與研究性實驗項目。例如，使三維面形測量技術、調(diào)制相位精密檢測技術、空間光調(diào)制器系列實驗等部分實驗項目，能夠與科研項目交叉，進一步開拓新實驗，對大學生創(chuàng)新項目、提供相關實驗支持，對部分專業(yè)研究生提供部分實驗支持。

2 現(xiàn)代光學實驗教學體系的建設

在開設現(xiàn)代光學相關理論課程，如《激光原理與技術》《信息光學》《現(xiàn)代光學測量》等的基礎上，各高校大都一并開設了現(xiàn)代光學相關實驗。而各高校的現(xiàn)代光學實驗教學內(nèi)容又都不盡相同，主要可分為三類：(1)基礎型。這種模式是偏重理學的培養(yǎng)模式，注重寬口徑培養(yǎng)，加強光學基本理論的訓練，實驗項目設置注重光學基礎的掌握與應用。培養(yǎng)的學生專業(yè)基礎扎實，在光學與光學工程學術科研方面具有優(yōu)勢。(2)應用型。根據(jù)自身學科和研究方向優(yōu)勢，有重點地建設實驗室并相應地設置實驗教學計劃，涉及方向如光電子器件設計與制造、激光加工與材料處理、光學系統(tǒng)設計和先進光電測試技術等。這類發(fā)展模式的特點是，實驗室建設先進、完備，相應的實踐基地建設較完善。(3)理工結合型。以物理學基礎、光電子學基礎、光信息應用技術基礎并重培養(yǎng)的模式，對基礎課程與專業(yè)課進行結構調(diào)整和課程整合，注重實驗項目內(nèi)涵，突出光信息科學與技術專業(yè)的特色。這類發(fā)展模式的優(yōu)點是，在短時間內(nèi)能有效利用現(xiàn)有實驗資源，實驗課程豐富且設置合理，培養(yǎng)的學生知識結構合理，同時具有創(chuàng)新的意識與創(chuàng)新的能力。根據(jù)實驗室已有資源，結合理學院特點，我們現(xiàn)代光學實驗室的教學平臺建設與課程體系按照第三類理工結合的方式進行。

2.1 現(xiàn)代光學實驗教學體系的建設

主要建設內(nèi)容是，根據(jù)教學硬件條件和開放實驗教學網(wǎng)絡系統(tǒng)，建設與完善現(xiàn)代光學教學體系。建立了網(wǎng)上自選實驗開放系統(tǒng)，進行開放性實驗教學。建設過程中，從現(xiàn)代光學的核心理論概念與技術、學科發(fā)展前景出發(fā)，根據(jù)實驗項目，對現(xiàn)代光學實驗教學體系進行建設與完善，完成體系中的實驗項目與相關實驗學科方向內(nèi)容的整合，有重點、有特色地在后續(xù)實驗室建設計劃中增置相關實驗器材，發(fā)展與教學體系相關的實驗項目，防止無目的、無計劃、重復性及低端實驗儀器及實驗項目的建設。計劃建立的教學內(nèi)容和分類表格如圖1所示。共五個系列的實驗，這些實驗系列分別代表了現(xiàn)代光學的各個分支和學科發(fā)展方向，各個系列均有多組實驗。

圖1 現(xiàn)代光學實驗教學內(nèi)容與分類

2.2 現(xiàn)代光學實驗項目完善

實驗教學平臺建設的重點在新增實驗教學內(nèi)容、實驗資源的整合性與開放性上，關鍵是新開實驗項目與后續(xù)增加的實驗項目的實驗收益性。根據(jù)現(xiàn)有實驗儀器，結合實驗室新實驗項目建設，我們對新開設實驗的實驗內(nèi)容、實驗教學模式及實驗儀器的有效使用與運行進行了研究，對后續(xù)實驗項目的開設進行管理與整合，對新實驗、已有實驗進行資源整合，將現(xiàn)代光學實驗室發(fā)展成為一個開放的、共享的、先進的教學平臺。以激光原理與技術系列實驗為例，實驗室原有脈沖固體激光器、氣體He_Ne激光器兩個實驗，考慮到半導體激光器(LD)、發(fā)光二極管(LED)在現(xiàn)代光電技術中的廣泛應用，增加了LD/LED輸出特性測試實驗;同時，為加強學生對激光光束調(diào)控的認識，增加了光束參數(shù)變換和測量實驗，這些新舊實驗項目構成了較完備的實驗系統(tǒng)。光通信是現(xiàn)代光學技術很重要的一個應用方向，由于原實驗室無光通信方面的實驗，因此增加了光纖通信方面的實驗項目。通過我們兩年多的建設，根據(jù)以上的五個系列的現(xiàn)代光學光學教學內(nèi)容，目前已有的教學實驗項目如表1所示，每個系列與其中9項(加*)為近兩年新增加的實驗項目。

表1 現(xiàn)代光學實驗項目

其中，第四個系列實驗即先進光信息檢測技術系列實驗，是根據(jù)我們發(fā)展模式有所偏重建設的有特色和水平的實驗項目。例如，考慮到偏振光學近年來在現(xiàn)代光學技術中的應用，我們增加了調(diào)制偏振光相位延遲測量實驗，主要是根據(jù)根據(jù)補償相位原理和電光調(diào)制原理進行相位延遲量的精密測量，可以訓練學生對偏振光學理論和技術的深刻理解;增加的空間光調(diào)制實驗，為自己搭設的實驗，涉及使用液晶空間光調(diào)制器對空變偏振矢量光束的調(diào)控，可以增加學生對如線偏振光束、徑向偏振光束等新型矢量光束的了解，同時熟悉和掌握空間光調(diào)制器的操作和應用。其他系列實驗里，如全息光學與技術謝列實驗里的激光全息干涉振動分析，同樣也是由老師自己搭建實驗平臺進行實驗的開設。

以上實驗項目目前對光信息科學與技術、應用物理等專業(yè)的本科生開設。光信息專業(yè)學生所有實驗項目為必修，應用物理專業(yè)選修其中部分實驗項目，對高一級培養(yǎng)層次的研究生，主要針對光學、光學工程、物理電子學等專業(yè)的學生，且在大學階段未進行相關實驗項目的訓練，設置了現(xiàn)代光學實驗選修課，選擇以上實驗中的4～5項，如電光、聲光與磁光調(diào)制、調(diào)制偏振光相位延遲測量、條紋投影三維面形測量、空間光調(diào)制器等實驗項目開設研究性實驗，包括改進實驗平臺、增加實驗內(nèi)容、在實驗深度上進行調(diào)整等。在以后的實驗教學中，將進一步考慮在開放實驗教學平臺上，針對電子信息科學類、機電類、儀器儀表類、電氣信息類的各專業(yè)本科生開設選修實驗。

為方便實驗教學，我們編寫了《光學實驗講義》，其中包括基礎光學實驗和現(xiàn)代光學實驗兩部分，已經(jīng)過三屆學生使用，反映良好。

3 結束語

依據(jù)教研融合、開放共享和體現(xiàn)特色與水平的原則，以理工結合為特色，我們闡述了現(xiàn)代光學特色化實驗教學體系建立和完善的經(jīng)驗。目前，已完成了現(xiàn)代光學實驗課程體系建設，包括現(xiàn)代光學實驗教學基礎性實驗項目建設、研究性實驗項目擴展、實驗講義編寫、現(xiàn)代光學實驗網(wǎng)絡教學資源等。該實驗室有可供學生實驗教學使用的固定的實驗室，有較為先進的實驗儀器設備并能夠保證教學使用，除專業(yè)實驗課程外，能輻射相關學科，開設內(nèi)容豐富先進的實驗課程。其與我們開設的基礎光學實驗、應用物理實驗一起，構成我校光信息科學與技術、應用物理學等本科專業(yè)，以及光學、光學工程等研究生專業(yè)的完備實驗教學體系，同時現(xiàn)代光學實驗室可作為畢業(yè)設計研學的實驗基地。

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[2]陳國慶，吳亞敏.光信息科學與技術實驗室建設的實踐和探索[J].實驗技術與管理，2005，22(11)：121 _123.

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[6]王仕璠，劉藝，余學才.現(xiàn)代光學實驗教程[M].北京：北京郵電大學出版社，2004.

Research on the Teaching System of M odern Optics EXperiment

WANG Jiming1，LIU Youwen1，HE Chongjun1，YANG Yannan1，ZHANG Guangbin1，LIXianglian1，DING Bing2
(1.College of Science，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China; 2.Education Department，Qingdao Hotel Management College，Qingdao266100，China)

We presened the construction idea ofmodern optics experiment system for the undergraduate program of optical information science and technology.From the construction and development of the Modern Optics Laboratory of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，we discussed the practical experience and gave the construction procedure.Our experience would benefit the related teaching reformation.

modern optics experiment;optical information science and technology;system of experiment teaching;research

G542.423；O43

A

10.3969/j.issn.1672_4550.2014.01.039

2013_02_06；修改日期：2013_04_07

南京航空航天大學教改項目（V0968_083）。

王吉明（1977_），男，副教授，主要從事微納光學與光子學的研究工作以及光信息科學與技術專業(yè)的教學工作。