黃志永

（黃山學院 信息工程學院，安徽 黃山 245041）

1 基本情況概述

工程光學實驗課程是獨立設置的必修專業(yè)課實驗課程，它既要以學生做過的大學物理實驗為起點，又要與后繼的實驗課程適當配合，實驗教學內(nèi)容從基礎的幾何光學實驗到后面的干涉衍射和偏振實驗，實驗內(nèi)容多，實驗操作難度較大，黃山學院的光信息科學與工程專業(yè)的工程光學實驗開設的實驗項目如表1所示。

表1 黃山學院工程光學實驗課實驗項目表

2 存在的主要問題

1.學生基礎理論不足，對光學概念的理解仍然處于高中學的幾何光學知識框架內(nèi)。比如對于透鏡成像的研究過程，不會使用符號法則，對放大的像不會考慮景深帶來的系統(tǒng)誤差；只會畫最簡單的光路圖等，這些問題都反應了學生在上實驗課前理論知識欠缺。

2.缺乏光學實驗經(jīng)驗。工程光學實驗本身的較為復雜，許多學生高中沒有系統(tǒng)地做過實驗，沒有足夠的耐心全身心投入到實驗過程中，由于后期實驗使用手持讀數(shù)顯微鏡，而顯微鏡的視場范圍是有限的，很長時間找不到清晰的像，易讓學生產(chǎn)生挫敗感，甚至放棄實驗。

3.缺少實驗拓展。工程光學實驗容易和物理學中的光學實驗項目重復，都是以傳統(tǒng)的驗證性實驗為主。比如平行光管的調(diào)節(jié)和使用，透鏡組節(jié)點的測定等，這些實驗在固定的導軌上進行實驗，調(diào)節(jié)過程較為簡單，缺少動手能力的鍛煉。

4.實驗考核較為單一。以往實驗成績往往按照學生完成的基本情況結(jié)合學生提交的實驗報告給出綜合的成績，這樣的成績判定缺乏科學性，容易產(chǎn)生讓學生偷懶抄實驗數(shù)據(jù)獲得成績的情況。

3 實驗教學改革的研究思路

根據(jù)工程光學實驗課程中出現(xiàn)的問題，對實驗內(nèi)容和實驗教學環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化。

3.1 優(yōu)化實驗內(nèi)容，淘汰側(cè)重于理論的驗證性實驗

工程光學實驗課程是該專業(yè)課程中對學生進行科學系統(tǒng)的實踐性課程，應該更側(cè)重于應用，例如原先實驗大綱中關(guān)于透鏡組節(jié)點的測定等實驗內(nèi)容偏重于基礎光學方面，理論性大于應用性不符合該專業(yè)的培養(yǎng)目標，故可考慮刪去，而增加白光全息照相，平行光管測量透鏡分辨率2 個實驗，此外，對傳統(tǒng)的實驗項目進行改進。

3.1.1 對位移法測量透鏡焦距的改進

位移法測量透鏡焦距是傳統(tǒng)測量透鏡焦距的方法，其理論基礎是貝塞爾公式，主要使用的是白熾燈的光源。通過將物和屏的距離調(diào)至四倍焦距之外，移動凸透鏡分別記錄放大像和縮小像的位置，從而測出凸透鏡位移，用對稱性計算出透鏡的焦距。學生通過光學導軌來完成實驗，調(diào)節(jié)難度不大，共軸等高調(diào)節(jié)較為簡單，通過實驗改進，在光學平臺上即一個二維平面上完成實驗，對光路的調(diào)節(jié)難度就大大提高，加深學生對于共軸等高調(diào)節(jié)過程的印象[1]。同時也可以改變實驗光源，讓學生通過氦氖激光器來完成透鏡焦距測量實驗，拓展了焦距測量實驗，使學生了解了更多光源下焦距測量的方法。

3.1.2 對偏振光檢測的實驗改進

通過增加光功率計可以測出偏振光的光強，從而驗證馬呂斯定律，并填寫表2。

表2 驗證馬呂斯定律

實驗內(nèi)容除了定性的記錄實驗數(shù)據(jù)還多了定量計算，豐富了實驗內(nèi)容，提高了實驗的難度。其中光功率計要求在暗室的環(huán)境操作，對共軸等高的調(diào)節(jié)要求較高。

3.1.3 對邁克爾遜干涉儀的改進

傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉儀是整體式的，由于儀器中分光板和補償扳的位置是固定的，只能調(diào)節(jié)入射光和反射光的傾角，實驗難度就大大降低了，采用WSZ型光學實驗平臺，把邁克爾遜干涉儀改成自組光路形式，讓學生在平臺上通過激光良好的自準直性能自組光路，如圖1，學生通過實驗不僅了解了邁克爾遜干涉儀的原理，而且對激光的自準直調(diào)節(jié)也有了更加深入的理解。

圖1 自組邁克爾遜干涉儀

3.2 增加二維光學平臺的實驗比例

傳統(tǒng)的光學實驗大部分是在一維導軌上調(diào)節(jié)，對光路的調(diào)節(jié)只需要調(diào)至共軸等高即可，實驗拓展性不夠，工程光學實驗采用WSZ型光學實驗平臺，該平臺系統(tǒng)由光學實驗平臺、工作臺、多維調(diào)整架、光源、光學元件組成[2]?？梢栽诙S的光學平臺上進行實驗，教師可以根據(jù)實驗要求，選擇合適的組件自組光路，進行開放式教學，培養(yǎng)學生的思維能力及實驗技巧，提高教學質(zhì)量。學生從簡單的光路調(diào)節(jié)入手，逐步增加難度，從最簡單的自組顯微鏡目鏡到后面復雜的自組邁克爾遜干涉儀，通過實驗平臺由淺入深，逐步調(diào)動學生實驗的積極性，主動性。

3.3 強調(diào)實驗預習的重要性，實驗和理論相結(jié)合

工程光學實驗課程中，前幾個實驗項目更加側(cè)重于基礎實驗儀器的使用[3]，隨著學生對光學理論的掌握,實驗難度逐漸提高，比較典型的實驗是阿貝成像原理和空間濾波，該實驗是第四學期信息光學課的理論應用，涉及到傅里葉光學的理論，如果不在實驗前對實驗理論進行詳細介紹，即使完成了實驗也不知其所以然。因此在實驗前應該補充大約半個小時的傅里葉光學的相關(guān)知識，沒有目標的教學是不能激發(fā)學生的主觀能動性的，還會造成適得其反的不良效果，導致學生對實驗教學的厭煩和困惑，理論教學必須跟上實驗操作，這樣才能避免實驗過程中的盲目性，實驗教學與理論教學既有相對獨立性，更要相互緊密聯(lián)系。預習時要提供給學生相應實驗儀器的ppt 和調(diào)節(jié)視頻，學生如果只是根據(jù)實驗講義的文字內(nèi)容很難對實驗儀器，實驗原理和過程有一個清晰的認識。

3.4 與網(wǎng)絡，多媒體教學相結(jié)合

工程光學實驗所用光學平臺里面的配件較多，需要學生自組光路，在實驗過程中學生往往面對較多的光學配件沒有頭緒，會耽誤很多時間。開課前錄制實驗配件介紹和使用的視頻，讓學生提前預習，可以有效利用課外時間，掌握光學配件及使用的基本知識。還把一些光學基本操作錄制視頻放在網(wǎng)絡上，比如共軸的調(diào)節(jié)，平行光的調(diào)節(jié),這些都是每個光學實驗中必須要掌握的基礎方法，但具體到某個實驗的操作還是讓學生自行摸索，不能完全演示，要充分調(diào)動學生自主學習的能動性[4]。在介紹實驗背景和數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)可以通過多媒體ppt的形式，讓學生對實驗有感性的認識，從而提高學生學習的積極性。比如在介紹偏振光的產(chǎn)生和檢驗時，通過介紹3d電影眼鏡和單反相機鏡頭中鍍膜用到的偏振光知識來激發(fā)學生的學習興趣，然后再開始實驗操作，能讓學生有更大的積極性。另外工程光學的光路圖比較復雜，在黑板上繪制光路圖要花很長的時間，通過多媒體演示就可以很方便地解決這個問題。在演示實驗中可以把比較好的實驗結(jié)果拍成照片，給下一組的學生在ppt上演示，提高學生的競爭意識和能動性。多媒體教學可以很好地豐富實驗的教學內(nèi)容。

3.5 實驗成績考核方法的改進

黃山學院工程光學實驗課的成績是按照大學物理的評價方法，預習報告20%，操作50%，數(shù)據(jù)處理30%。這樣的考核，很難調(diào)動學生預習的積極性，通過對近年工程光學實驗的教學總結(jié)，可以加大實驗預習和操作所占的比例，改變學生抄襲實驗數(shù)據(jù)的情況。比如學生必須把原始實驗數(shù)據(jù)附紙貼在實驗報告上，對于學生的操作情況進行現(xiàn)場打操作分，要求實驗結(jié)束后將實驗現(xiàn)象拍照發(fā)到指定qq群里。通過加強平時實驗教學的管理，優(yōu)化實驗成績的考核方式方法，可以讓學生重視實驗課程，提高實驗教學效果。

4 總 結(jié)

通過工程光學實驗教學改革，優(yōu)化實驗項目，并對傳統(tǒng)實驗進行改進，增加綜合性實驗和設計性實驗，提高學生參與實驗的投入程度，使實驗課能夠發(fā)揮提高學生動手能力、應用能力的作用，對后續(xù)的專業(yè)課程的學習起到很好的促進作用。