工程光学实验教学的研究与探讨

　　一、引言

　　工程光学是光电信息专业本科生的必修课。作为物理学中的一门经典学科，工程光学在注重论述光学基本原理的同时，结合工程实际，使学生在学习过程中较全面掌握光学基本理论和实际应用技术。[1，2]学生通过学习工程光学，可在掌握经典光学理论的基础上，对光学设计的理论与专业知识本文由论文联盟http://www.LWlm.cOm收集整理有更进一步的认识，了解光学零件的制造方法与基本工艺，将传统光学理论与工程实践相结合，为进一步研究开发光学仪器打下基础。

　　工程光学实验与工程光学理论课相配合，着重于培养学生研究型的学习能力和创新能力，使学生具备科学实验的素质和实验技能，促进学生综合素质的全面提升，使之成为理论与实践创新相结合的复合型人才。本文结合教学实践，对工程光学实验教学作了一定的探讨，以期可以通过实验教学内容和教学方式的研究进一步提高光学实验的教学质量。[3，4]

　　二、实验课程教学模式及与理论课程的衔接

　　作为应用光学专业课的配套实验课，工程光学实验依赖于应用光学课程的教学，主要包括七个实验：平行光管调校、放大率法测量透镜焦距、望远系统参数的测定、单透镜的球差和色差、近视远视及其校正、畸变及其校正、照相机的景深。授课学时为16学时。通过这些实验，可以让学生进一步巩固应用光学的理论知识。通过实验的准备和光学系统的搭建，可以培养学生的动手能力。实验规定学生必须在课堂时间内完成相应的实验内容，并熟悉相应的仪器如平行光管、经纬仪等设备的使用方法，掌握实验的基本思想和设计方法，进一步加深对理论知识的掌握。[5，6]

　　掌握理论知识是成功进行实验研究的基础。传统的实验指导书基本按照实验目的、实验内容、实验步骤的顺序排列，很多学生容易在不理解实验原理的基础上，仅仅照指导书按部就班地操作，这样虽然也有可能得出正确的结论，但是对提高学生的知识水平并没有作用。引导学生理解相关的专业理论是做好实验的首要条件，需要老师和学生的共同努力。除了需要老师增强专业知识，提高教学质量以外，还需要学生端正实验态度，掌握光学类知识的学习方法，认真学习理论知识，将课堂中所学的知识有效地与实验相结合。这就需要在专业课和实验课的教学中，克服理论教学和实验教学不同步的情况。理论课的老师需要了解实验课指导书的具体内容，熟悉实验设备，而实验课的老师则需要了解理论课的进度及课本内容，以及在理论课堂教学时，学生是否有一些不能掌握的难点会对实验教学造成影响，要经过教学实践不断完善实验指导书。这样理论教学与实验教学才能相辅相成，达到事半功倍的教学效果。

　　三、实验报告的撰写

　　要想成功地完成实验指导书上的实验，预习是至关重要的。很多学生在完成实验报告时往往是把实验指导书照抄一遍，不求甚解。其实，实验报告的完成首先应该先预习相关原理，进行阐述和理解，如有疑问可以带到实验课上讨论，并通过实验过程中观察到的现象解答自己在实验预习时遇到的相关问题。

　　在预习过程中，可以针对实验所围绕的知识点查阅教材和各种有关的资料，思考除实验指导书中所述步骤之外，有没有其他方法可以验证相关原理。撰写实验报告的原理及实验步骤部分，可以将实验指导书中的相关文字采用较精练的语言来阐述，而不是按部就班地照抄。老师要鼓励学生将自己思考设计的与书中不同的实验方法撰写下来，与现有方法做对比。如果实验条件允许，可以安排相关实验，以激发学生的创新能力。

　　光学实验的主要内容主要是首先进行仪器的调节，然后观察并分析实验现象，学生通过数据记录和表格处理分析实验结果。整个过程环环相扣，密不可分。如望远系统参数的测定实验，采用经纬仪作为实验主要仪器，掌握望远系统出射瞳孔的形状和位置、视场角、放大倍数、目镜视度和系统视差等基本参数的测量方法。在这个实验中，首先需要学生掌握经纬仪的使用方法。经纬仪是测量任务中用于测量角度的精密测量仪器，可测量水平角，根据测角原理设计，可以用于测量角度以及粗略的距离测取。整套仪器由仪器、脚架部两部分组成。经纬仪根据度盘刻度和读数方式的不同，分为电子经纬仪和光学经纬仪，目前工程光学实验中主要使用光学经纬仪。作为一种测量仪器，经纬仪的使用在应用光学的理论课程上并不会做重点的介绍，因此在做实验的时候，学生对该种仪器还是比较陌生。这就需要学生在课前对该种测量仪器做一个初步的了解，教师在实验课堂上也应着重讲述经纬仪各部件的功能以及调节使用方法，在学生对该仪器有了一个初步的了解和接触之后再进行正式的实验。值得一提的是，实验器具有时候型号并不完全相同，操作部件的位置也有区别，这就需要教师在课前检查并熟悉所有的实验装置，有针对性地向学生讲解各台仪器有可能存在的区别。

　　经过初步的仪器接触后，学生可以进入到正式的实验过程，该实验以远处的标尺作为观察对象，这就需要学生可以互相配合，及时反馈测量位置做出正确的标记。该实验不仅可以锻炼学生的实际操作能力，也可以培养学生的团队合作精神，对于学生来说是一个很好的锻炼。在实验报告的撰写中，学生不仅需要记录实验数据，也需要阐述实验中曾经遇到的问题和解决方法，并且思考放大率和物体位置无关的原因，及如何检验用角度表示的视差值等问题，进一步提高对该实验的认识。

　　四、实验课程的考核

　　实验课程的主要教学目标是使学生在掌握理论知识的基础上，学习基本的实验方法和专业实验技能，因此在该门课程的考核上需要与理论课程有所区别，可采取平时成绩占70%，期末成绩占30%的做法。

　　平时成绩的考核主要包括对学生预习情况的掌握，对学生实验过程的观察两方面。前文中提到，学生对即将要做的实验项目预习的深入程度会直接影响到实验的进展情况。把实验预习情况作为一项评估内容，可以督促学生做好实验预习，以便他们更好地完成实验，鼓励学生通过其他渠道查阅相关的实验资料，扩展对实验的认识。

　　实验过程的考核主要是针对学生的实验习惯和操作方法等方面。从实验习惯方面来说，由于工程光学的实验设备一般比较贵重，且对于精度的保持要求很高，因此除了对实验设备的存放环境有要求之外，还需要叮嘱学生爱护实验设备，不能将与实验无关的物品，特别是水杯等，随意放置在实验平台上。光学实验最重要的就是培养学生细心和认真的实验态度，养成严谨的实验习惯，这不仅有助于部分学生在研究生深造时更快地进入专业实验操作的状态，也有助于培养学生对工作谨慎认真的态度。学生按批次教学，每一批次不超过20人，可以确保大家都有动手的机会。在实验过程中，教师必须仔细观察学生的操作情况，及时纠正不规范的实验习惯。特别是在碰到仪器故障时，教师应该教导学生如何排查故障情况，沉着冷静地解决问题。在记录实验数据时，有的小组可能和其他小组相比误差较大，此时应仔细分析排查误差产生的原因是由于客观误差还是主观误差引起。可以让学生重复几次实验步骤，或者同一小组的学生轮流读数，再观察实验结果。

　　期末成绩的考核主要包括对学生实验报告的评定，考查学生对已做实验的掌握度两方面。实验报告的评定除了看版面是否整洁，实验原理、目的、步骤是否清楚等，主要考察学生对数据的表达方式和处理方法，思考题的回答等。同时，要排查实验报告的数据是否有雷同的现象。此外，鼓励学生撰写实验体会和实验过程中问题排查的经验等，有助于学生实验知识的积累。

　　在考查学生对已做实验的掌握度方面，可逐组考察，采用抢答的形式，每组考核时间约为10～15分钟，可将部分实验装置带到现场，针对实验中的操作和原理等方面提出有针对性的问题，并可以适当地提出一些具有设计性的问题，考察学生是否在完成书本上的实验同时，能够提出自己的实验方案，考虑实验方案在细节上是否可行等。这样有助于培养学生的创新精神，培养良好的科研思维习惯。

　　五、总结

　　作为光电信息专业本科生必修的专业基础实验课，工程光学实验的教学在整个光学专业课的教学中起着至关重要的作用。本文针对光学实验教学模式及考核方法等方面进行了研究与探讨，主要从实验课程教学模式及与理论课程的衔接、实验报告的撰写及实验课程的考核等方面做了一系列的阐述。希望可以有助于在工程光学实验的教学实践中有效地培养学生实践能力、科学思维方法及创新能力，这样不仅有益于学生的下一步深造，也有助于学生培养良好的工作习惯。通过相关实验教学方法的讨论，也可以进一步提高光学实验的教学质量。