光学工程的应用精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇光学工程的应用，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：光学理论；幕墙工程；铝单板

中图分类号：TU228 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）31-0031-03

1 工程概况

1.1 幕墙工程简介

无锡太湖金融服务区工程位于无锡新区中央商务区，风景秀丽，地理位置与自然条件十分优越，该项目由8幢9～18层的商业办公楼建筑群构成，总建筑面积约25.5万m2。室外幕墙工程：其中4栋玻璃板块与穿孔铝单板组合幕墙和4栋不折边穿孔铝单板幕墙。本项目由无锡新区发展集团总公司投资，同济大学上海科瑞管理公司实行项目管理。建筑设计方案由德国瓦伦丁设计所负责，幕墙设计顾问由肯佩斯幕墙工程顾问（上海）有限公司承担。

1标段幕墙工程由江苏龙升幕墙工程有限公司施工总

承包。

2标段幕墙工程由无锡王兴幕墙装饰工程有限公司施工总承包。

1.2 幕墙施工企业简介

无锡王兴幕墙装饰工程有限公司主要从事新型节能环保建筑幕墙的应用，是门窗、采光天棚及建筑围护结构产品加工、安装的大型企业。

经过数十年的拼搏，公司规模不断扩大，已经发展成为年产值数亿元，具有国家专项工程甲级设计资质和具备国家施工壹级资质的大型建筑装饰企业。

公司荣获鲁班奖、白兰玉奖、扬子杯以及其他多项荣誉，在建筑行业中有着较大的影响和良好的声誉。近年来公司业绩显著，各项指标在同行业中名列前茅，多年连续被评为江苏省十强建筑装饰企业，江苏省建筑装饰优秀企业、优秀进沪施工企业、无锡市建筑装饰优秀企业、重合同守信用单位、企业资信等级AAA级单位等荣誉称号，通过了ISO9001-2000版质量体系认证。

无锡王兴幕墙装饰工程有限公司正以崭新的行业风貌不断地开拓创新，加强企业核心竞争能力的整合，深入推进企业文化建设，用先进文化引领发展，用制度文化规范行为，用和谐文化凝聚力量，使企业文化建设取得了新进展，呈现出勃勃生机。

2 光学理论

2.1 光学基本理论

几何光学：光的直线传播规律，反射、折射及衍射定律，成像规律。

物理光学：麦克斯韦方程组。波动理论（波动光学），量子理论（量子光学），相对论（相对林光

学）等。

2.2 光学现象的产生

光学现象主要来自太阳、月亮和其他光源的光线通过大气层时，发生选择性吸收、散射、反射和折射、衍射等，改变原来的路径和颜色，呈现出的各种色彩缤纷的光学现象。

3 穿孔铝单板幕墙结构的描述

穿孔铝单板幕墙面层为狭缝密拼（图1）。

穿孔铝单板孔径35×35mm。

穿孔铝单板与背衬板的间距60mm（扣件宽度）。

背衬板颜色：大红色四涂氟碳涂料层铝单板。

穿孔铝单板（900mm宽）两侧为LED灯。

建筑物高度和建筑物到路心距约35m，孔径取1‰，视觉值35×35。

4 光学理论在幕墙工程中推广应用

4.1 理论与应用的结合

随着科学技术的发展，光学基础理论与应用的结合，有力地推动幕墙工程建设，使幕墙工程更有生机和活力。

4.2 光学理论与应用结合的风险分析

4.2.1 穿孔铝单板幕墙背衬板接缝渗漏水风险。

4.2.2 背衬铝单板接缝对穿孔铝单板方孔的光学现象

影响。

4.2.3 穿孔铝单板横向、竖向狭缝密拼的质量控制

风险。

4.2.4 穿孔铝单板相临板缝的平整质量控制风险。

4.2.5 四涂氟碳喷涂背衬铝单板污渍对光学现象的

影响。

4.2.6 穿孔铝单板（900mm宽）两侧为LED灯设置对光学现象的影响。

4.2.7 在沿江河、湖泊、海洋地区，空气湿度大，对室外氟碳喷涂腐蚀性强，容易退色，对光学现象的影响较大，达不到设计效果，质量控制风险大。

5 穿孔铝单板背衬板的选择

穿孔铝单板背衬板应具备良好的镜面效果。最后德国瓦伦丁设计师莫莱纳在多种背衬铝单板样品中（二、三、四涂氟碳涂料层铝单板）选取大红色四涂氟碳涂料层背衬铝单板样品（图2）作为本工程穿孔铝单板幕墙背

衬板。

6 四涂氟碳涂料层背衬铝单板优点

四涂氟碳涂料层背衬铝单板具有良好的镜面效果和抗腐蚀性、耐侯性，能抗酸雨、盐雾和各种空气污染物，耐冷热性能极好，能抵御强烈紫外线的照射，四涂氟碳喷涂铝单板能长期保持不退色、不粉化，使用寿命长。能保持良好的穿孔铝单板幕墙装饰效果：“四涂氟碳喷涂背衬板伴随着日升月浮的变换，形成一种光学现象，显示全彩动态效果。”独特的色彩与光影、多变的立体造型效果（图3），能为金融服务区幕墙工程创造良好的视觉效果，打造卓越品质。

7 视觉效果的关键要素

光源的光线、视觉的角度、视觉的距离、视觉的时间、穿孔铝单板孔洞的形式及穿孔铝单板与背衬板的距离（图4），都将会产生不同的光学现象和视觉效果。

8 光学理论与应用结合中的抗风险措施

8.1 穿孔铝单板幕墙背衬板连接缝渗漏水风险

连接密封胶缝施工完后，上面覆盖一层密封胶膜。

8.2 四涂氟碳喷涂背衬铝单板15mm宽的黑色连接缝对穿孔铝单板幕墙光学现象的影响

8.2.1 四涂氟碳喷涂背衬铝单板排板图，横竖黑色连接缝应避开穿孔铝单板35×35的孔洞。

8.2.2 15mm宽的横竖黑色连接缝应改为大红色密封

胶缝。

8.3 穿孔铝单板上下接缝的平直与内外接缝的平整施工风险

穿孔铝单板安装时采用定位控制卡。

穿孔铝单板合缝两侧加筋板要保证足够的刚度，保证铝单板合缝平整，杜绝合缝两侧铝单板高低差的现象发生，焊接时要控制应力变形。

8.4 四涂氟碳喷涂内衬铝单板污渍对光学现象的影响

8.4.1 四涂氟碳喷涂内衬铝单板定时清洗，表面保持镜面效果。

8.4.2 穿孔铝单板幕墙底部折边要预留排水孔。

9 小样品的个性化与调整方案

光学理论与穿孔铝单板幕墙应用结合小样施工（30m2），是决定幕墙工程整体效果成败的关键。小样品的个性化，光学现象的变换形式，孔洞形状的选择，背衬板二、三、四涂镜面效果的确认，小样品位置光线的强弱，小样品的代表性、全面性（小样品中并设有门或窗、五金配件安装及排水系统），发现小样品视觉效果有明显的差异和不协调的现象立即调整小样施工方案。

无锡太湖金融服务区穿孔铝单板幕墙工程根据光学现象产生理论进行设计创新，小样品的科学合理设置，精细化施工，将太阳、月亮、泛光照明、四涂背衬板镜面效果和其他光源融合到一起，使得穿孔铝单板幕墙呈现出更加耀眼的朦胧效果（图5）。

10 结语

随着社会科学的不断发展，建筑幕墙设计不断的创新，光学理论在幕墙工程中应用越来越被人们重视，无锡新区金融服务区穿孔铝单板幕墙工程成功应用光学理论，使幕墙工程在各种光源的照射下显示出不同的色彩，给人以美的享受。随着视觉动态的变化，幕墙面的色彩变得更加丰富多彩，呈现出各种色彩缤纷的光学现象，更具有时代特色和科学性（图6），为今后幕墙设计创新提供强有力的支撑。

无锡王兴幕墙装饰工程有限公司、江苏龙升幕墙工程有限公司在无锡新区金融服务区幕墙工程施工中，克服种种困难，如工期紧、任务大、技术含量高、质量要求严、资金链风险浮现，顺利完成施工。

篇2

关键词 土木工程；应用型教学模式；应用型人才

中图分类号：G642.4 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2013）33-0081-02

应用型教学模式是以培养应用型人才为导向，以培养学生应用能力、自主学习能力和社会适应能力为基本取向的教学模式，其从课程各个关键环节——教学目标、教学内容、教学方法以及教学评价——均体现出应用型教学的思想理念。土木工程专业学生主要学习工程力学、建筑工程结构、工程项目管理、工程经济学等土木工程建设方面所需的基本理论与知识，受到课程设计、实验操作和现场实习等方面的基本训练，具有从事建筑工程结构设计、工程项目管理、房地产开发与经营管理等方面的实践能力。其各科课程按不同知识领域分为七大模块，见表1。通过分析它们之间的各自特点以及关联之处，研究如何在土木工程教学大体系中体现“应用型教学模式”具有深远的意义。

1 教学目标更加适应新时期应用型人才培养的需求

1）图模概念形成模块中的课程，可以进一步强化学生对建筑模型的感官认识，以及对建筑图的立体空间想象。

2）专业力学基础模块中的课程，可以进一步加强学生将工程实物化为工程模型的能力，加深学生对力学模型认识的形象性。

3）专业实验基础模块中的课程，可以进一步让学生将基本操作实验和工地现场实际实验进行比较了解，加深学生对实验操作实际性的了解。

4）专业设计原理模块中的课程，可以进一步加强学生对实际图纸的读取和运用能力，加深学生对设计原理应用性的理解。

5）工程施工管理模块中的课程，可以进一步强化学生对施工方案及施工管理之间联系的认识，加深学生对工程实际动态实施的了解。

6）工程经济造价模块中的课程，可以进一步强化学生对施工方案管理及工程造价之间联系的认识，加深学生对工程实际动态经济控制的了解。

7）工程软件应用模块中的课程，可以进一步强化学生进行全过程的信息化管理，加深学生对工程实际全面信息化管理的认识。

2 教学内容更突出实际应用性环节的设置

上述七大模块知识领域的科目又可分为两大类：

第一类，实际应用性较强的科目，包括图模概念形成、专业实验基础、工程经济造价、工程施工管理、工程软件应用；

第二类，理论分析性较强的科目，包括专业力学基础、专业设计原理。

不同类别的科目在教学内容的编排上有不同的特点。

实际应用性较强的科目比较容易联系实际项目，课程内容安排上往往通过相应的实验或实践就可完成其应用性内容的强化。

1）图模概念形成中的课程，可以更多地引入三维模型的观看，以及联系工地现场的建筑实体。

2）专业实验基础中的课程，可以更多地引入工地现场实验的内容。

3）工程经济造价中的课程，可以更多地引入分析实际清单和定额的内容，并配以相应的动态经济分析；

4）工程施工管理中的课程，可以更多地引入施工方案的分析比选以及与工程管理间的动态关系。

5）工程软件应用中的课程，可以更多地引入信息化综合实操管理内容，让学生体会从设计到出图到施工管理及造价管理等全信息化过程。

而理论分析性较强的科目则属于极典型的工科课程，通常教学内容抽象乏味，任课教师不太容易使课堂生动有趣，学生也不太容易接受理解，造成这些科目特别难学的状态[1]。而这些科目又绝对是土木工程专业最重要的基础课和核心课，所以能够提升这些课程的教学质量对土木工程专业教学具有极重要的意义。这类课程必须紧密联系应用性较强的科目或者实际应用性内容，以此增强其形象性，加强学生对这些课程的理解。

1）学习专业力学基础的时候，要结合专业实验基础和图模概念形成领域的科目，每门力学课程都要联系自己的实验科目，让学生边学习边参与到动手实践中，这样才能使难以理解的力学转化为可视、可操作的过程，增加学生的兴趣和理解力；每门力学课程都要紧扣工程实体模型进行学习，力学学习如果离开了实体模型，就失去了它有效的针对性，使学生感觉摸不着边际，甚至一头雾水，不知道学这么难的东西有什么用处。

2）学习专业设计基础的时候，要结合图模概念形成、工程施工管理、工程经济造价将所学内容进行图纸形象化认识、施工现场形象化认识以及造价算量形象化认识，让学生明确所学的原理在实际应用中是如何存在体现的。首先，要增加建筑标准设计图集的内容，教师在讲解设计原理的同时，配合图纸讲解以及规范识图规则的灌输，加强课程的形象性以及应用性能。其次，强化实践应用的操作性，加强建筑标准设计图集的应用，让学生完整地进行小型工程的设计、绘图以及造价提量等任务，让学生体会它们之间的关联，使小小的实践设计发挥最大的实际应用作用。

3 教学方法更注重激发学生的学习主动性

对于实际应用性较强的科目，即使先介绍理论内容，再引导大家完成题目，也比较容易让学生接受；但是理论分析性较强的科目，如果直接介绍理论，可能让学生接受起来存在很多问题，所以可以先通过“案例导入法”让学生将抽象的原理认识直观化，再通过“问题导向法”调动学生自己积极思考，加强学生自身学习主动性。

所以，对于土木工程这样的工科学科教学，一套图纸在教学上的应用是非常重要的。一套图纸就可以作为一个工程项目案例，项目就是实战，让学生在教学中成为主体，由项目引导教学[2]，让学生在学习过程中解决与此相关的工程相关问题。由此，既可以把学生的吸引力抓住，也可以把各门学科串联起来，甚至可以让学生完成图纸的若干问题分析以及讨论。于是，一套图纸不仅整合了教学方法的呼应，也贯通了各课程之间的关系，这样的教学效果要远远好于传统的授课形式。总而言之，一个好的教学方法就是要突破传统教材的理论框框，而将鲜活的案例引入课堂，这才是最有活力的教学方法。

4 教学考评及相应的考核体系更强化应用型环节的比重

教学考评及相应的考核体系应该全面体现出教学目标的要求，应该突破传统的考核方式，在考虑基础知识掌握的同时，加强应用能力的考核。应分别在命题内容、形式和考试形式、方法上对课程内容进行知识、能力、素质三个方面的分析解剖，按一定的比例科学设定，给学生适当的时间与空间，分别检测其知识、能力、素质三个方面上对知识的掌握和在智能上的发展程度。考核形式也可以从封闭式考试扩展到开放式考试或组合式考试[3]，综合考评成绩也应该包含应用能力的测评，学生通过课堂讨论、提交作品等方式积极参与到课程的应用能力培养当中，就应该给予一定的加分，以此激发学生参与到课程的实际应用环节，提升学生的学习主动性，也会增强整个课程的教学效果。

5 结论

综上所述，“应用型教学模式”在土木工程各学科中推广时，不要把各门课程当作独立的个体讨论教学，而是应该把他们划分到不同的模块中，找出不同模块中各学科中的共性与关联处，使它们既拥有通用的教学框架模式，又有各自的具体内容，在递进的教学过程中不断地重复、引用与加深理解，但同时又尽可能地相互呼应，进行整体的优化整合，将各学科的教学过程融合成一个大的体系。

参考文献

[1]欧青立.工科专业课程教学特点与育人[J].株洲师范高等专科学校学报，1999，4（2）.

篇3

对，都出现了镜子。从本质上说，都和光学有关。

大到探月的嫦娥卫星，小到日常生活中的单反相机、CD光盘，无论是国家进步，还是你我的生活质量，都与光学工程息息相关。由于光学工程的应用实践要求十分严格，相关本科专业的毕业生往往无力承担与光学工程科学技术研究直接相关的工作。因此，每年有大量相关专业的本科毕业生选择考研。

由于光学工程是一门高层次、高门槛的学科，相较于机械工程、计算机科学与技术等专业，开设此专业的院校并不多。总体看来，光学工程专业的考研竞争比较激烈，尤其是在一些光学工程名校之中，2012年浙江大学光学工程的报录比就曾高达17∶1。

目前，我国具有光学工程博士一级授予资格的高校共38所。具有光学工程国家重点学科的高校共有清华大学、北京理工大学、南开大学、天津大学、长春理工大学、南京理工大学、浙江大学、华中科技大学、国防科学技术大学等9所，具有国家重点（培育）学科的高校有上海理工大学、电子科技大学两所，具有博士培养资格的中国科学院相关研究院所主要有长春光机所、西安光机所、上海光机所、上海技术物理所、安徽光机所、成都光电所等6所。

我们如何在为数不多的顶级名校或科研院所中选择一所最适合自己的院校呢？

第一，重视院校综合实力，避免依赖单一数据。

各种评估结果中的得分、排名等数据往往只能反映院校的宏观指标，且不同机构均有不一样的标准，很难客观真实地反映院校的全部情况。各院校的研究方向独具特色，互有长短，具体到每个研究方向，实力强弱更不相同，比如，光学设计这一领域，普遍认为实力强弱依次为清华大学、北京理工大学、浙江大学、天津大学等。同样的道理，单纯地看重院校的院士、长江学者数量、实验室规模、研究经费等指标也是不科学的。院校研究水平的高低并不能直接反映研究生教育质量的好坏，院校的导师构成、地理区位与就业环境、同学本科来源的层次与学术氛围等软实力也不是量化指标可以衡量的，然而这些因素对研究生阶段的学术成就以及未来的职业发展，往往比宏观数据具备更大的影响，万万不可忽视。

第二，光学工程不是什么院校都能“玩得转”。

在考生中广泛存在“211高校未必比985高校差”的思想，从而选择考研难度相对较小的“211工程”院校深造。不可否认，一些“211工程”院校在其传统优势学科上的确不比“985院校”差，甚至更有优势。但是，光学工程是一门“高富帅”的学科，只有高层次的院校才能承载光学工程这门学科，而优秀的光学工程人才往往也出自优秀的院校。主要原因体现在两个方面：第一，光学工程精密程度非常高，对实验仪器设备和资金的依赖性比较强，缺少国家重视和资金上的倾斜，院校很难承担昂贵的实验仪器设备，从而限制研究生的发展；第二，“985”院校导师的视野更加开阔，对研究生的基本要求更加严格、培养目标更高，甚至某些院校的本科生在导师的指导和严格要求下也能在诸如Optical Letters等国际顶级光学期刊上。此外，高层次的院校学术氛围更加浓厚，出国深造、就业等方面也具备更大的优势。

在此背景下，有必要对光学工程相关院校及其考研情况进行深度解读。本文将以拥有国家重点学科的浙江大学、华中科技大学、天津大学、南开大学，以及中国科学院的上海光机所为例进行具体分析。

浙江大学：为强者而生

学科地位：浙江大学光学工程学科设立于光电信息工程学系内，该系前身为浙江大学光学仪器专业，是中国光学工程学科的诞生地，具有雄厚的学科实力。在2007―2009年、2010―2012年教育部学科评估中均排名第一。

学科特色：有现代光学仪器国家重点实验室、国家光学仪器工程技术研究中心、国防重点学科实验室等国家级研究基地。目前设置有光学工程研究所、光电信息及检测技术研究所、光电子技术研究所、光电显示技术研究所、先进纳米光子学研究所和光及电磁波研究中心、光学惯性技术工程研究中心等机构。

研究领域：浙江大学光学工程主要研究领域十分宽广，包括微纳光学与介观光学与器件、光学光电子薄膜、光电显示技术、高精度光纤传感、光电成像技术、微纳米精密检测技术、生物光子学、新型激光与光电子技术、光电子集成器件与系统，光通信技术与系统和新颖人工光电介质等。

师资力量：光及电磁波研究中心以长江计划特聘教授何赛灵为领军人物，大部分导师均为杰出“海归”或外籍教授，在光子学和电磁波的理论和实验研究领域开展了大量工作，获得了许多具有国际影响的学术成果。

地理区位：长江三角洲地区具有规模庞大的光电产业集群，具有国际化、起点高的特点，相较于珠三角地区以封装、为主的光电―半导体产业而言具有广阔的发展前景。

竞争情况：浙江大学就读光学工程的研究生中超过半数来自于浙江大学、天津大学、南开大学等名校的推免生。考研竞争极为激烈，从近年报录比便可见一斑。

考试特色：浙江大学光学工程考研参考书为郁道银、谈恒英著的《工程光学》。浙江大学光学工程的专业课考试较其他学校包括的内容更多，报考的同学需要复习几何像差、傅里叶光学等本科阶段较为薄弱的知识板块。此外，也会考查一定的激光原理知识。

华中科技大学：光谷传奇

学科地位：华中科技大学光学工程近年来发展迅速，实力雄厚。尤其是在筹的武汉光电国家实验室是我国目前仅有的几个国家实验室之一，学科地位非同一般。华中科技大学在2010―2012年教育部学科评估中与浙江大学并列第一。

学科特色：光学与电子信息学院设有武汉光电国家实验室、激光加工技术国家工程研究中心、下一代互联网接入系统国家工程实验室、国家集成电路人才培养基地、教育部电子信息功能材料重点实验室（B类）、教育部敏感陶瓷工程中心等研究机构。其中武汉光电国家实验室是由教育部、湖北省和武汉市共建，依托于华中科技大学，联合武汉邮电科学研究院、中国科学院武汉物理与数学研究所、中国船舶重工集团公司第七一七研究所共同组建，已投入4亿多元建立了12个科学研究平台以及1个光电公共测试平台。

研究领域：华中科技大学主要研究方向为光电测控技术、光电信息存储、光通信技术、基础光子学、激光科学与工程、光电子器件与集成、纳米光电子学、生物医学光子学、能源光子学、太赫兹技术。

地理区位：华中科技大学地处著名的武汉光谷，当地产业集群形成的产学研体系研究水平很高，产业价值巨大，尤其在光通信、激光等领域具有较大优势，就业前景看好。

竞争情况：华中科技大学工学复试分数线2013年为330分、2012年为340分、2011年为330分。招生人数60人左右，随当年推免生比例有所波动。

考试特色：华中科技大学光学工程专业课考试偏向物理光学、电子学、激光原理相关知识。需要注意的是有两个单位可以接收光学工程的硕士生，分别是光电学院和武汉光电国家实验室。

天津大学：精益求精

学科地位：天津大学光学工程学科设立在天津大学精密仪器与光电子工程学院，是我国较早设立光学工程的高校之一。天津大学光学工程在2007―2009年教育部学科评估中名列第二，2010―2012年教育部学科评估中名列第三。此外，天津大学精密仪器与光电子工程学院也是教育部“教育教学改革特别试验区”的15个全国试点学院之一。

学科特色：所在学院设有精密测试技术及仪器国家重点实验室、光电信息技术科学教育部重点实验室、精密仪器中心、现代光学研究所、光电子研究中心、传感工程研究所、照明技术研究所、光电测控技术研究所、激光与光电子技术研究所、生物光学研究所、安全防伪技术研究中心等研究和开发机构。

研究方向：超快激光理论与应用研究、光学信息处理及其应用、光学技术在计算机科学中的应用、数字图像处理技术、光学传感器技术、先进固体激光及非线性频率变化技术、光电子学与光通信技术、激光与光电子应用技术等。

师资力量：中国科学院院士1人，中国工程院院士1人，长江计划特聘教授4人。天津大学光学工程的师资队伍配置十分合理，老中青年教师比例合理。老年教授如姚建铨院士、王清月教授等可以保证该学科的顶级实力，中年学科骨干如刘铁根教授近年来在光纤传感领域硕果累累，超快激光实验室的胡明列教授是天津大学最年轻的教授，学术前景十分光明。

地理区位：既紧挨近年来得到长足发展的天津滨海新区，又毗邻首都北京，就业环境较为优越。

竞争情况：就读于天津大学的研究生中，本校生源占有较大比例。天津大学工学复试分数线2013年为330分，2012年为335分，2009―2011光学工程报录比如下：

考试特色：天津大学考研参考书目为郁道银、谈恒英著的《工程光学》和周炳著的《激光原理》，建议欲报考的同学参考天津大学蔡怀宇教授编写的《工程光学复习指导与习题解答》。

南开大学：虽小而精

学科地位：南开大学光学工程设立于南开大学现代光学研究所内，隶属于电子信息与光学工程学院。现代光学研究所由光学工程元老母国光院士创建，是全国高校中最早取得光学和光学工程两个学科博士学位授予权的单位。在2010―2012年教育部学科评估中，南开大学光学工程名列第五。

学科特色：设有教育部光电信息技术科学重点实验室以及博士后流动站。

师资力量：南开大学光学工程规模较小，共有教师28人，教授、研究员18人，副教授8人，其中有院士1人，特聘教授1人，博士生导师13人，但导师队伍水平相当优秀，哈佛大学、剑桥大学等欧美名校留学、访问研究的经历非常普遍，近年来在Nature、Science等国际最顶尖期刊发表多篇论文，令国内同行为之拜服。较为出色的是青年教师刘海涛教授，在Nature发表两篇论文，在Physical Review Letters发表两篇论文，主要研究方向为表面等离子体等微纳光学的相关理论。

培养模式：南开大学光学工程招生规模较小，几乎与导师人数平齐，每个研究生均能得到导师的大量指导，研究生教育接近于精英教育。需要注意的是，南开大学光学工程的专业型硕士培养计划与学术型硕士培养计划基本相同，这与其他学校的培养模式有所区别。

研究领域：相比其他高校，南开大学光学工程的研究方向的理论特色较为明显，其研究领域主要有：光学/数字图象处理科学与技术、光学处理与光计算技术、激光与非线性光学科学与技术、现代光通信技术、光波电子学、光子技术、眼视觉光学和共焦显微技术、飞秒激光技术、微纳光学。

地理区位：与天津大学相同。

竞争情况：南开大学近年来考研报录情况如下所示，可见相较于其他院校，南开大学光学工程的性价比较高。

考试特色：南开大学光学工程往年专业课参考书是赵凯华、钟锡华编著的《光学》，专业课考试风格自2013年起有所变化，并且2014年考研没有提供参考书目，需要考生注意。

中国科学院上海光机所：卧虎藏龙

学科地位：上海光机所是我国建立最早、规模最大的激光专业研究所。

学科特色：上海光机所现设8个研究室，分别是：强场激光物理国家重点实验室、中科院量子光学重点实验室、中科院强激光材料重点实验室、高功率激光物理联合实验室、空间激光信息技术研究中心（含：中科院空间激光通信及检验技术重点实验室、上海市全固态激光器与应用技术重点实验室）、信息光学与光电技术实验室、高密度光存储技术实验室、高功率激光单元技术研究与发展中心。

值得一提的是，上海光机所建成了国内仅有国际上也为数不多的“神光”系列高功率大型激光装置，用于激光分离同位素的激光与光学系统、超短超强激光系统、激光原子冷却装置、空间全固态激光器研制平台。在各种新型、高性能激光器件、激光与光电子功能材料的研制方面，也进入了国际先进水平，是我国现代光学和激光与光电子领域取得研究成果最多的单位之一。

研究领域：强激光技术、强场物理与强光光学、信息光学、量子光学、激光与光电子器件、光学材料等。显而易见的是，上海光机所的研究方向非常偏向于理论研究，因而十分适合于光学工程理论方向的深造。

地理区位：地处长三角的核心上海，地理区位优势相当明显。

竞争情况：每年有许多来自清华大学、浙江大学等顶尖学府的毕业生通过推免进入上海光机所，研究所人才济济。近年来上海光机所光学工程的复试分数线为：2013年320分，2012年325分，2011年330分。每年招生人数在40―50人，随当年推免比例有所浮动。

培养模式：上海光机所的专业型硕士与学术型硕士培养计划相近，且第一年是在安徽合肥的中国科学技术大学培养。

篇4

关键词 光学工程专业硕士；教学体系；实验室建设

中图分类号：G482 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）03-0140-03

Establishment of Experimental Teaching System and Laboratory Construction for Optical Engineering Professional Master Degree//Zhao Songqing， Jiao Zhiyong

Abstract In this paper， based on the practice of experimental teaching system and the laboratory construction for optical engineering professional master degree， we put forward a new experimental teaching system for the cultivation of high quality of excellent creative talents who will work for related enterprises and research institutions of photoelectric and marine resource. We also raise the teaching system which is of the characteristic of theoretical teaching tightly combined with experiment and core of the ability training for the optical engineering professional master degree. We tried to set up some of the preliminary related experiments.

Key words optical engineering professional master； teaching system； laboratory construction

目前，信息产业的发展已从传统的无线电波向光频波段扩展，现代光学工程技术已扩展和渗透到国民经济和人民生活的每一个领域，可以预计，本世纪是光和电并存发展的时代。近年来，我国多所重点大学和部分普通高校相继设立光学工程专业学位硕士点。根据该专业的特点，一般将其设置在物理学院（物理系、理学院）或电子信息学院（光电信息系、电子工程学院）。中国石油大学光学工程专业是经教育部批准，于2010年在理学院中新设置的一个硕士点专业。该专业旨在培养光学技术在石油领域应用的创新型人才，应用面广、实践性强。鉴于本专业大多数学生来自非石油院校，对光学技术在石油领域的应用不了解不熟悉，同时缺乏相关的石油的勘探开发炼制和储运的背景知识，因此，建立石油领域相关的光与油气实验课的教学体系尤为重要。专业实验课在专业人才培养中，特别在提高学生的工程实践能力以及科技创新能力上起着至关重要的作用[1-3]。本文将研究中国石油大学光学工程专业硕士学位实验教学体系构建的思路及内容，实验室的具体建设情况以及今后要做的工作。

1 光学工程专业硕士实验教学体系的构建

本专业建设初期，走访天津大学、南开大学、北京交通大学、北京邮电大学、山东大学等兄弟院校，考察他们的专业培养方向、实验教学体系、实践教学环节等。由于各校的学科优势与师资情况各不相同，各校的服务对象以及地理位置、招生情况也不尽相同，使得各高校在该专业的人才培养模式和专业方向上各有特色。在借鉴兄弟院校建设该专业经验的基础上，结合学校特色，经多次讨论研究，制订中国石油大学光学工程专业硕士的培养方案，在此基础上，初步建立光学工程专业学位研究生教学体系。

1.1 光学工程专业硕士培养方向的确定

中国石油大学为教育部直属的石油特色鲜明的全国重点大学，因此，人才培养目标是：1）为光电类高新技术企业、科研机构培养优秀人才；2）为海洋资源部门包括中海油等石油石化企业培养优秀人才。

基于以上目标，在光学工程专业硕士下设置两个选修方向，其一是“光检测技术”，课程设置以光电信息与检测技术及应用等为主，其就业面向光电高新技术企业、显示设备制造企业，兼顾石油系统的测井行业；其二是“海洋光学仪器与应用”，课程设置以海洋光学与海洋光学仪器、遥感技术与应用、激光测量技术、军用光电系统等为主，其就业面向海洋资源探测机构，以及海洋石油勘探与开发企业和国防部门。

1.2 光学工程专业硕士实验教学体系

根据本专业的知识结构特性，并根据学校本专业课程设置情况，该专业可分为激光原理与技术、光信息技术、光电子技术、光通信技术、光电检测技术、光显示与存储技术、T赫兹光谱技术、海洋光学技术等8个方面的内容，见图1。专业实验的教学体系的设立与设计围绕这8个方面进行，形成8个模块的实验内容，做到与理论教学的有机结合，既服务于理论教学，又是对理论教学的补充和提高。

为便于管理和教学，提高学生综合运用知识处理实际问题的能力，在实验课程的设计中，拟将以上8个模块的内容融合为4门实验课程：光信息技术实验（包括信息光学技术、光通讯技术）、光电技术实验（包括激光原理与技术、光电子技术）、光电检测与显示技术实验（包括光电检测技术、光显示与存储技术）、海洋光学仪器实验（包括激光光谱技术、海洋光学技术）。其中前2门实验课程是光信息科学与技术专业的必修实验，后2门实验课程为两个专业选修方向的选修实验。后2门实验课程学生在选做时完成每部分必选实验后，可以交叉选做另一专业方向的实验，以充分利用现有资源，培养复合型人才。

建立专业实验教学体系与设计实验课程还必须兼顾专业实验教学环节的特点、功能和培养目标。本专业实验是建立在大学物理实验、电子技术实验的基础上的，主要从专业知识与实验技能两个方面训练学生的综合素质和能力，为毕业论好准备工作，从而为继续深造和就业打下良好的基础。围绕4门实验课程，建立8个实验模块，按照人才培养规律，设置3个层次的实验教学体系：层次一，专业基础实验；层次二，设计型/综合型实验；层次三，研究型/创新型实验。内容安排由浅入深，由基础到创新，由单一知识点到系统的综合的实验研究训练，构成一个完整、科学、独特的光信息科学与技术实验教学体系，见图2。

2 光学工程专业硕士实验室的建设

2008年，学校投资600余万元用于建设材料物理与化学学科，购买太赫兹光谱检测设备、光纤传感设备、光谱与光电子检测设备，这些设备在立足科研的同时又可用于光学工程专业学位研究生的实验教学。同时基于学校的大学物理实验室、创新实验室、超声实验室、演示实验室，初步建立光学工程专业学位研究生实验教学实验室的规划建设，并实现本专业部分实验项目开设。下面是拟开设实验和需要购买的设备。

2.1 光信息技术实验

通过本系列的实验，使学生对信息采集、处理、传输、存储等方面的光学方法有深入的理解。具体实验项目有：1）全息照相，全息光栅制作；2）阿贝成像与空间滤波、θ调制；3）菲涅耳全息照相、相面全息、彩虹全息；4）全息高密度信息存储、特征识别；5）傅里叶变换光谱实验；6）偏振光学实验；7）光纤偏振控制实验；8）基本光纤光学实验；9）Mach-Zehnder光纤干涉实验；10）波分复用（WDM）原理性实验；11）掺铒光纤放大器原理性实验；12）光纤各种参数测试实验。其中有7项属于第一层次的实验，5项属于第二层次的实验。

2.2 光电技术实验

通过本部分实验的开设使学生加深对光电子学知识及其应用的掌握。具体实验项目有：1）光源基础实验LD/LED特性研究；2）光电探测原理实验；3）CCD原理及应用实验；4）光电报警系统设计实验；5）光电定向实验；6）光电倍增管特性参数测量；7）磁光调制实验；8）电光调制实验；9）声光调制实验；10）太阳能电池原理性实验；11）激光器系列实验。其中第一层次实验7个，第二层次实验3个。

2.3 光电检测技术实验

本部分为专业选修实验，具体的实验项目有：1）光纤位移传感器实验；2）光纤温度传感器实验；3）光纤压力传感器实验；4）光谱分析实验；5）液晶电光效应与显示原理；5）CCD系列实验。其中第二层次实验2项，第三层次实验4项。

3 下一步建设的设想

下一步建设的目标是按照提出的实验教学体系补充完善所缺实验设备，丰富各个层次的实验内容，出版光信息科学与技术专业实验课教材，希望学校加大投资力度尽快完善实验室硬件和软件。

1）在实验室硬件方面的建设中，继续完善、补充实验设备，完善激光原理与技术实验模块，完善光电检测技术实验模块，完善光显示与存储技术实验模块，完善激光光谱学实验模块以及海洋光学技术实验模块。并筹建光信息技术软件模块，建设光学计算机辅助设计实验室，完成对光学设计与CAD课程的支撑。

2）通过教学实践，建立完善的实验教学体系和实验教学模式。按照校级实验室的要求，建设光学工程专业学位实验室，合理安排不同层次实验项目的比例，优化验证型实验对原理的体现，加大设计型实验思考的力度，强化综合型实验对学生动手能力的培养，增强创新型实验对学生的针对性，做到因材施教。

3）建设网络实验教学资源和实验室信息化平台，包括实验室总体介绍、课程体系及大纲、每个实验的实施计划、试题库、相关多媒体课件、典型教案、网上选课系统等。实验教学及仪器设备的管理实现计算机网络管理，实现信息化、网络化，有效地提高工作效率。

4 结束语

根据培养方案确定了光学工程专业学位实验教学体系，即开设4门实验课程，包含8个实验模块，分为3个层次的实验教学体系。利用学校已有的科研实验室实验设备，初步建设了光学工程技术专业学位研究生教学实验室，整个实验室具有基础性的验证性实验项目、设计性实验项目，同时具有综合性实验项目，还有创新性的实验项目，能够部分满足学生的需求，极大地调动学生的积极性，为锻炼和培养学生的实验技能、分析问题和解决问题的能力提供很好的实践基地，为学生继续深造和参加工作打好基础。

参考文献

[1]李叶芳，于清旭，王晓旭，等.光信息科学与技术专业实验室的建设[J].实验技术与管理，2005，22（8）：110-112.

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关键词综合科技教学理念人才培养中图分类号：G424文献标识码：A

0 引言

光学工程的发展在早期，主要是基于几何光学和波动光学，拓宽人的视觉能力，建立了以望远镜、显微镜、照相机、光谱仪和干涉仪等为典型产品的光学仪器工业，这些技术和工业至今仍然发挥着重要作用。随着激光技术和光电子技术的崛起，光学工程已发展为一门多学科交叉的工程科学，集光学、信息技术、材料科学、精密机械与制造、计算机科学、微电子技术、自动化技术、精密测量等学科于一体。

光学产品的设计与制造涉及多个学科、多种技术，采用传统的教学方法和理念将很难适应光学工程这一变化的趋势。而综合科技教学（Integrated-Technology Teaching and Learning ，ITL）理念，是一种将多元化科技与多层次相融合而进行学习的有效途径，特别适用于多元化科技专业的教学，①因此在进行光学工程专业人才培养模式探索时进行了将综合科技教学理念融入人才培养中的有益尝试。

1 对综合科技教学理念的理解

综合科技教学理念是新加坡南洋理工学院工程系实验室所采用的创新教学理念，其目的是为了加速与强化工程理念及科技应用两方面的学习，此教学理念特别适用于多元化科技的学习。

传统教学方法常常是一种狭义的独立化研究，课程设置上有一定的纵向联系，但缺乏相关科技领域间的横向联系。实习实训项目与真实工业应用或企业真实生产环境、真实产品间联系不够紧密。我们经常碰到的问题是开设了很多门课程，但衔接和连贯性不好，前面学过的知识没及时融合到应用中来，导致失去了强化、运用和提高的机会。

综合科技方法强调将核心科技与周边科技的重点进行有机整合后，采取渐进式和系统化的结构，在后续不同情况下反复出现。该方法要求引进相关的工业项目和实例进行实践与研究，对生产中会出现的各种实际问题的典型解决方案都能通过实践证明。它将整合式教学、反复式教学、启发式教学和渐进式教学融合在一起，是学校与企业紧密结合、将完整的工作过程引入教学的成功典范。②

2 将ITL运用至光学工程专业人才培养的探索

光学工程专业所涉及到的科技内容十分广泛，如光学零件的制造需融合几何光学、物理光学、机械制造、电工电子技术、计算机绘图、成本核算等多方面知识，光学薄膜镀制涉及到物理光学、膜系设计软件、机床水电气、操作软件等。为了使学生能将所学的光、机、电、算等各方面知识有效融合起来，必须对教学过程进行改革，将多方面的知识通过不同的项目进行有效整合，并遵循循序渐进的规律，形成螺旋式上升的提升曲线。

（1）与企业共建生产性实训基地，将企业真实订单带入教学中。学生在学校学习的目的之一就是为了具备将来走入社会后的工作能力，通过与企业共建生产性实训基地，能让学生提前接触真实企业生产环境和真实产品，将所学知识融汇起来，形成一种综合科技教学环境。在生产性实训基地里，学生在教师指导下通过亲身参与实践的全过程，将学到的专业知识融会贯通并应用于实践中，从而提高分析问题和解决问题的能力。企业提供真实的光学零件订单，学生从接到客户图纸开始，先进行图纸消化，再结合基地实际设备、人员条件进行工艺分析，设计工艺规程、工装冶具，选择合适的材辅料，并进行实际生产。在实际生产过程中，对出现的各类问题，利用学过的专业知识，寻求解决问题的办法，不断提升学生技术水平。

（2）本着“注重应用，融入前沿”的原则，精心挑选某些技术含量多的实习实训环节或案例分析，并在搜集资料、内容组织、语言表达等方面提出具体要求，让同学们通过业余时间，对开放的实习基地、实训室、实验室等充分利用，对其进行实践研究，最终写出实习实训心得。

（3）针对学生在实习实训中存在的共性问题，采用讨论式、启发式和问题解决式教学，一方面活跃了课堂气氛又加深了学生对知识的理解、运用，又有利于自身素质的提高；另一方面既减轻了学习负担，又增加了知识的连贯性。

3 运用ITL对教师提出更高要求

实施综合科技教学的关键因素是要具备一批高素质、高水平、高技能的教师队伍。要开发出适用于光学工程专业人才培养的综合项目，教师必须深入到企业中去，了解与掌握企业的岗位能力要求，把握好专业的发展方向，与企业技术人员共同设计出综合性的实践顼目。同时，在达到培养学生综合素质的目的的同时，要保证按时按质按量完成综合项目或企业项目，要求教师应具备高度的责任心、超前的专业知识和高超的专业技能，这些都对教师队伍提出了更高要求。因此，应从学校层面进行师资力量的保障，建立高素质的双师教师队伍。可通过与企业的互聘互兼，实现学校与企业的双赢，一方面专任教师到企业中去，进行挂职锻炼或实践；另一方面，可聘任企业的高技能人才作为学校的兼职教师，壮大师资队伍。

4 结语

综合科技教学理念将多元学科有机整合起来，在光学工程专业人才的培养方面尝试运用该理念，并与企业一起共建生产性实训基地，将真实项目引入教学中，有利于提升学生的综合素质和实践能力、应变能力，是一种切实有效的技能型人才培养模式。

注释

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20世纪70年代以来,由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，推动了以光纤传感、光纤传输、光盘信息存储与显示、光计算以及光信息处理等技术的蓬勃发展，从深度和广度上促进了光学和电子学及其他相应学科(数学、物理、材料等)之间的相互渗透，形成了一个边缘的研究领域。光电子学一经出现就引起了人们的广泛关注，反过来又进一步促进了光电子学及光电子技术的发展。光电子技术包括光的产生、传输、调制、放大、频率转换和检测以及光信息存储和处理等。因此，可以这么说，现代信息技术的支撑学科是微电子学和光学，光电子学则是由电子学和光学交叉形成的新兴学科，对信息技术的发展起着至关重要的作用。光电子技术是光频段的电子技术，是电子技术与光学技术相结合的产物，光电子技术是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科，其技术广泛应用于光电探测、光通信、光存储、光显示、光处理等高新技术光电信息产业。同时，随着生物医学、生命科学等新兴学科的发展，其中的信息获取手段对光电子技术的依赖程度越来越高，加快了这些学科之间的交叉融合，从而诞生了很多边缘学科，比如生物光子学、光医学等。综上所述，可见光电子技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光电子技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。

电子信息工程专业的光电子技术课程的基础理论知识包括：光度学基本知识、光辐射传播、光束调制与解调、光辐射探测技术等。其中，光度学基本知识是最基础的内容，包括：电磁波波谱、辐射度学、光度学、热辐射基本定律、激光原理、典型激光器等。光辐射传播包括：光辐射的电磁理论、光波在大气中的传播规律与特性、光波在电光晶体中的传播规律与特性、光波在声光晶体中的传播规律与特性、光波在磁光晶体中的传播规律与特性、光波在光纤波导中的传播规律与特性、光波在水中的传播特性、光波在非线性介质中的传播等。光度学基本知识和光辐射传播这两个基础内容可以说是光电子技术课程基础中的基础，而对于电子信息工程专业的学生来说，这些知识点比较抽象，为了便于该专业学生对光电知识的接受和激发他们的兴趣，因此，在课堂上有必要多花时间重点讲解这部分的知识点，同时在制作PPT教案时尽可能使用图片或动画描述一些原理性的知识。

比如：在讲解激光是如何产生的时候，可制作动画描述自发辐射、受激吸收、受激辐射的原理；在讲解激光器的结构和工作原理时，可制作多色图片对激光在各种光学谐振腔中的受激放大过程进行描述；在介绍各种典型的激光器时，最好收集到它们的实物照片进行讲解；在讲解光波在各种光学晶体中的传播特性与规律时，最好能制作三维立体的图片描述光学晶体的各向异性的特性，相应的公式表达尽量简洁化，然后结合动画描述光波在其中传播时所发生的变化。光束的调制、扫描和解调技术的理论教学内容包括：光束调制的基本原理、电光调制技术、声光调制技术、磁光调制技术、直接调制技术、光束机械扫描技术、光束电光扫描技术、光束声光扫描技术、空间光调制器等。这些知识点的理论基础都是“光辐射在光学晶体中的传播规律和特性”。其中光束调制的基本原理移植了微电子学中微波调制中的很多概念，电子信息工程专业的学生易于理解，但是光束调制和扫描的实现技术中，除了需要使用各种光学晶体以外，还需要使用半波片、全波片、起偏器、检偏器共同组成一个系统完成光束的调制和扫描。这些光学器件对于没有光学工程基础的电子信息工程专业的学生来说比较陌生，因此，在讲解过程中应该通过动画或图片等手段形象地描绘线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光等基本光学概念，并借用相关的光学参考资料对这些光学器件的功能和原理进行简单介绍。

只有这样，才有利于电子信息工程专业的学生深刻理解光束的调制、扫描、解调等技术。光辐射探测技术的理论教学内容主要包括：光电探测的物理效应、光电探测器的性能参数、光电探测器的噪声、光电导探测器—光敏电阻、PN结光伏探测器的工作模式、硅光探测器、光电二极管、光热探测器、直接光电探测系统、光频外差探测的基本原理等。由于电子信息工程专业的学生已经具备了较好的半导体器件理论基础知识，而光电子器件本身也属于半导体器件，因此学生只要掌握了爱因斯坦的光电效应原理，就很容易理解各种光电子器件的工作原理、性能特点及应用领域。该部分所介绍的各种光电半导体器件很可能会在学生将来从事信息产业技术的相关工作中用到，也可能会在将来某些学生跨到光电信息或光学工程相关专业进一步深造时从事相关科研课题研究时用到，比如：PN结光伏探测器、光敏电阻、光电二极管、光电三极管等，都会经常用到。因此，建议在理论教学过程中，除了结合图片等多媒体教学手段介绍相关光电子器件的工作原理外，最好能够给学生展示光电子器件的实物，以便给学生一些感官认识。电子信息工程专业光电子技术课程的系统方面的知识点包括：光电成像系统、光电显示系统等。

其中，光电成像系统的基本器件是电荷耦合摄像器件(CCD)，CMOS摄像器件和电荷注入器件(CID)。目前，CCD摄像器件的应用最为成熟和广泛，主要包括线阵CCD和面阵CCD等，其原理基础仍然是光电半导体器件和两相或三相电极电路的结合。因此，教学中应结合脉冲数字电路知识重点讲解CCD的原理和特点。光电成像系统的内容包括：系统基本结构、基本参数、红外成像系统、红外成像中的信号处理及综合特性等。其中红外成像系统涉及很多应用光学方面的知识，这对没有应用光学基础知识的电子信息工程专业的学生来说比较陌生，而且属于光学工程专业学生的研究方向之一，因此，这部分内容简单介绍即可。而红外成像中的信号处理都涉及电子电路方面的知识，属于电子信息工程专业的范畴，这部分内容可以重点讲解。光电显示系统包括阴极射线管原理、液晶显示原理、等离子体显示原理、电致发光显示原理及多色激光显示原理等，其中前三类显示技术的应用已很广泛和成熟，可以重点讲解，而后两类显示技术比较前沿，可以简单介绍，以便让电子信息工程专业的学生了解当今光电显示技术的发展趋势。电子信息工程专业光电子技术课程应用方面的内容包括：光纤通信、激光雷达、激光制导、红外遥感、红外跟踪制导、光纤传感技术等。这些应用技术可以分别举一个相应的实际应用系统进行介绍，让学生体会到光电子技术的重要性和广泛性，激发他们对这门技术的兴趣。#p#分页标题#e#

对于电子信息工程本科专业而言，毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才，而且电子信息工程专业已有很多属于本专业的实验课程及课程设计，笔者认为光电子技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。在该课程中，各种光电子器件和原理、功能及应用最易于电子信息工程专业的学生理解，而且也是电子信息工程师应该具备的基本知识，因此，笔者建议开设一些光电子器件的相关实验课。由于光电子技术课程的总学时设置为48学时，所以建议理论教学为40学时，8学时为实验教学(共4个实验)。

篇7

英文名称：Optical Instruments

主管单位：中国科学技术协会

主办单位：上海光学仪器研究所;中国仪器仪表学会光学仪器分会;中国光学学会工程光学专业委员会

出版周期：双月刊

出版地址：上海市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1005-5630

国内刊号：31-1504/TH

邮发代号：

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1979

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Caj-cd规范获奖期刊

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关键词：光电专业；光学元件组装；实训

1 引言

为适应时代及社会发展的需求，提升自己的竞争实力，对于光电相关专业的学生来说，不仅要具备较扎实的理论基础，而且要具备相应的专业技能和素养，如掌握光电子器件和光电子信息系统开发所必需的基本技能和专业技能。光学元件是所有光电仪器的基础[1-2]，针对光学元件开展的系列检测会综合应用到工程光学、物理光学、信息光学等基本原理与知识[3-4]。通过开展光学元件组装实训，可以训练学生综合应用基础知识、综合应用光学实验仪器的能力，并提高学生光学元件装配动手能力。为此在光电信息科学与工程开设“光学元件组装实训”课程具有重要意义[5]。

2 具体实训项目

结合光电信息专业的学科特点，具体开展了以下几项实训内容。

1）光学元件清洁包装与光洁度检测

在日常使用中，光学元件会接触灰尘，水和皮肤油脂等污染物。这些污染物增加了光学表面的散射和对入射光的吸收，这会在光学表面形成热点和腐蚀点，造成永久性的损伤。由于光学元件的材料，尺寸，精度等因素不同，使用正确的处理和清洁方法非常重要。

本实习工位内容涵盖了光学元件的拿取、清洁、包装、光洁度检验。实训中，学生学习光学元件的拿取、清洁、包装方法及注意事项，并进行操作实习；在自己动手对待测光学元件进行清洁后，用三目显微镜对光学元件的光洁度进行检测，对光学窗口、透镜、棱镜、反射镜、滤光片、分划板的光洁度进行检测与分级，并对给定的光学元件进行崩边检查。

2）光学元件外形与面型检测

该实训工位要求学生了解、学习光学元件外形尺寸检测的注意事项，学习光学元件图纸标注外形尺寸的检测方法，并进行光学元件检测操作实习。实训时采用数显游标卡尺，千分尺，高度仪，对光学透镜、光学棱镜以及光学窗口的的外形尺寸和面型进行检测。充分锻炼学生的识图和动手测试能力。

3）光学元件抛光面形位公差检测

自准直仪是一种光学测角仪器它是利用光学自准直原理来观测目标位置的变化，广泛应用于直线度和平面度的测量。它和多面棱镜、标准量块等配合可以检测分度机构的分度误差，此外还可以测量零部件的垂直度、平行度等。

“光学元件抛光面形位公差检测”实训工位要求学生学会光学自准直仪的使用方法，用自准直仪检测平面光学窗口的平行度误差，对分光棱镜的分光角度、直角棱镜90°角、直角光学元件塔差进行误差测量。通过该工位的实训练习，使学生对前期所学光学光路知识得到巩固，让学生在掌握光学原理的基础上，锻炼学生动手调试仪器、认真观察读数、并对实验数据进行分析处理的能力。

4）分光、偏振、衍射光学元件检测

光在传播过程中有不同的振动方向，即光在振动方向上具有偏向性，亦被后来称为“偏振光”。光在传播过程中的不同振动方向增加了一个可被控制的自由度，我们可以通过适当的光路安排或者特殊材料、镀膜等光学元件进一步将偏振状态的改变按一定的规律转换成传播方向、位相、频率以及光强的改变，进而分析一些光参量；反之我们通过光强变化和光参量来测量一些特殊光学元件的分光比和消光比。

本实训工位旨在让学生认知常用的光学分光、偏振光学元件；学习分光元件的分光比检测，并进行操作实习；学习偏振元件的消光比检测，并进行操作实习；以及学习光学元件的衍射现象及衍射效率测试。相关实验通过激光器配合激光功率计进行结果测量。该工位对光电专业的学生来讲，是对其专业知识的进一步形象化普及和巩固，将平时学生在课堂上和书本上学到的光学元件和光学原理实际展现在眼前手边，通过观察和自己动手操作，对这些知识进一步理解。

5）光学镜头组装

光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果。光学镜头组装工位主要锻炼学生的动手操作和调节能力，使学生在理解光学镜头种类和基本光路原理的前提下，对准直镜、远心成像镜头以及变倍镜头等几组光学镜头进行动手拆装，并配合激光器对组装后的光学镜头进行相应的检测校准及参数测量。

6）镜片镀膜检测

使用光学方法测量薄膜厚度有多种方式，例如：棱镜耦合法、光谱法和椭偏法。本实验所使用的是光谱法，利用白光干涉的原理测量薄膜厚度，具有设备成本低，易于搭建光路的优点，是目前在线测量薄膜厚度的主流光学方法之一。

本实训工位要求学生学习和掌握白光干涉测定薄膜厚度的基本原理，通过使用拟合算法和快速傅立叶变换算法来测量薄膜厚度，测量多种类型滤光片的透射光谱并对其参数进行计算。

7）原子发射光谱测量

原子发射光谱法，是依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征的电磁辐射，而进行元素的定性与定量分析的方法，是光谱学各个分支中最为古老的一种，在发现新元素和推进原子结构理论方面作出过重要贡献。

本实验使用光谱管组来观测多种气体的原子发射光谱。光谱管组是一种低气压放电管，共包括五支直形光谱管，每支光谱管两端均装有电极。实验时，通过在光谱管的两端加以高压，使管内的气体产生辉光放电，发出一定颜色的光。原子不同，发射的明线光谱也不同，每种元素的原子都有一定的明线光谱。每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此，明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线，据此可对元素进行定性分析。实训时，学生使用光谱仪对发射光谱进行采集，通过谱线的条数、位置、颜色来识别出它是由哪种元素发出的，并对相应光管进行标定。

3总结

《光学元件组装实训》是光电信息科学与工程专业重要独立实践课程之一，是一门综合性的实验选修课程。教学目的在于通过课程学习及实际动手操作，使学生能够识别光学元件、知道其光学作用、掌握光学元件的组装和调试等技能，提高学生的综合素质。

课程涉及的学习内容需要学生将所学的理论知识综合应用到实践操作中，注重理论与实践相结合，对学生的动手操作能力及综合素质将有很大的提升。

参考文献：

[1]郁道银，谈恒英. 工程光学[M]. 北京： 机械工业出版社，2006.

[2]梁铨廷，刘翠红. 物理光学简明教程[M]. 北京：电子工I出版社，2010.

[3]郑国经. 原子发射光谱分析技术及应用[M]. 北京：化学工业出版社，2009.

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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、我国着名 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

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]。

篇10

[关键词]光学零件 加工技术 教学 实践

[中图分类号]G642.41 [文献标识码]A

“光学零件加工技术”课程是研究光学零件加工的理论和技术，主要内容包括光学零件制造原理与方法、制造设备和相关仪器、工艺装备、光学材料、光学辅料以及工艺设计等内容。“光学零件加工技术”是一门理论与实践结合密切的学科基础课程，在光学制造人才培养过程中起着承上启下的作用，是应用光学、物理光学等基础课程和光电仪器设计、光电器件、光学检测技术、光通讯等专业课程的重要联接纽带，又是光学设计、微制造技术等专业课程的基础，是光学工程师和光电仪器工程师所必备的一门专业基础知识。[1]

一、“光学零件加工技术”课程改革的紧迫性

“光学零件加工技术”这门课程相对冷门，学生们入学前对该课程知之甚少，学习起来显得比较吃力。由于我国以前在光学方面相对比较落后，在光学加工的理论和实践方面起步较晚，目前主要存在以下几个问题：

（一）教材内容相对陈旧

我们所用教材编写于20世纪90年代，由于当时技术水平的限制，缺少当今科学发展需要的新内容，课程的系统性、完整性较差，无法突出光学技术发展的方向。自从改革开放后，我国的光学加工工艺有了突飞猛进的发展，尤其是我国加入世贸组织以后，国外先进加工技术与先进设备不断进入我国，而我们所用的教材还没有及时反映这些新技术。

（二）授课过于死板

课程内容大多属于定论的东西，或可以直接从理论推导出来的实例，不容置疑。对于实践中经常遇见的现象，尤其是新技术在发展中出现的新论点，尽管实践中屡有成功实例，但由于前人没有定论而不敢涉及。缺乏对学生的启发性，致使学生习惯于接受书本已有的结论。

（三）理论与实践脱节

“光学零件加工技术”是实践性很强的课程，如果教学中不与实践相结合，学生就只能死记硬背书上的概念。其结果是，学生到了企业，几乎全部从头学习。因此，如何加强本课程的实践教学，也是值得探索的问题。

二、课程改革思路

现代教学方法的突出特点是启发式教学，即发挥教师的主导作用，充分调动学生学习积极性，尤其注意学生学习方法的研究，引导学生由苦学变乐学，由学会变会学。教法改革服从人才素质培养的需求，以提高教学质量为目标，课程教材应该有利于教育目标的实现。[2-3]因此教育改革的总目标应是构建有利于学生知识、能力、素质协调发展的整体优化的课程体系。优化的课程体系应促使人才从以下几方面得到提高：

其一，创造性思维的培养。培养学生求同思维和求异思维的统一，综合思维与发散思维的统一，抽象思维与逻辑思维的统一等。

其二，自学能力的增强。课程改革必须有利于大学生自学能力的提高，因为独立思考是创新人才的必备条件之一。

其三，人格品质的塑造。大学生不仅要学会做事，更要学会做人。学校必需以服务社会为导向、以产业需求为中心，产学研结合，课程要努力培养学生的创造性品质。[4]

三、课程改革探索研究

本课程改革从三方面着手：一是教材改革；二是课堂教学改革；三是注重理论联系实际。

（一）教材内容改革

（1）突出专业特性

新教材应突出专业特性。专业课程是使学生形成某种职业定向以及用较短的时间胜任某一专业领域工作的保证。专业赋予人们谋生的技能，是社会发展和人口发展都需要的生存与发展的手段。光学专业学生就业方向大致为：光电相关行业中的管理、销售、技术管理、生产管理、关键岗位技术人员或生产骨干。

（2）重视基础理论，强调新方法、新技术

基础理论是理论学习和工程实践的基础。[5-6]基础理论以以掌握概念、强化应用为重点，专业基础知识强调针对性和实用性。去除原教材中低效率、落后的加工技术和方法，着重介绍新方法、新技术。

光学玻璃材料部分。光学玻璃是光学加工的主体。光学玻璃的物理性质和化学性质是决定光学工艺的重要因素，原教材对这部分介绍略显单薄，对于从事与光学玻璃材料性质相关的研制生产工作，这些理论根本不够。

冷加工部分。近些年，国内光学零件冷加工技术发展很快。古典法加工为主的逐渐被高速加工技术取代，对加工机理的理论部分，以前的教材略显不足。在新教材中更多体现了实验光学玻璃加工机理理论，以及从生产实践中总结出来的实用工序间的匹配技术。以前由于没有计算机，工艺编制和模具计算都相当麻烦而费时，新教材在这方面做出很大的改变，使用精确公式，学生可使用编程方法解决实践中的计算问题。

实用资料。学生毕业后进入企业，除了要掌握技术，还有许多需要掌握的实用资料。企业为了竞争而重视质量。在光学行业，近年来国家已出台了不少光学加工方面的标准，用以规范光学产品的质量。这些资料以前教材未曾涉猎，新教材在这方面有相应介绍。

特种工艺。为适应经济的发展和地方特色的不断变化，课程的内容也应紧跟光电企业发展主流，将实际生产中的新知识、新技术、新工艺、新方法不断充实到教学内容中去。为此，教材中选用适度超前的内容。如光学晶体、光学纤维、梯度折射透镜及非球面的加工、超光滑表面加工技术等。

（二）理论教学手段改革

结合光学零件加工技术课程的实践性强、涉及学科较多、重点难把握等特点，课程采用了实物教学法、实例讨论式教学法和研究型教学法相结合的灵活多样的教学方法。

（1）实物教学法

将光学零件或相关材、辅料等实物引入课堂教学，如透镜、棱镜、反射镜、磨具、磨料等，教师将实物与授课内容结合起来，可以很好地将一些抽象的概念以简单形象的形式展示出来。

（2）讨论式教学法

教师有意识地给出与教学内容相关的实例，启发学生思考问题。比如讲到具如抛光工艺时，提出为了得到光学镜面，如何选择工装夹具、磨料以及其它工艺参数等问题，通过具体问题引导启发学生思考，使学生在思考、讨论和解决问题的过程中逐步了解和掌握主要工序、加工原理、工艺参数以及所涉及的材辅料、加工设备、检测仪器等。

（3）研究型教学方法

将一些与课程内容有关的实际科研问题带入课堂，培养学生的创新思维能力。例如在学习高精度平面的加工技术时，将超光滑表面光学零件的加工技术作为科研问题带给学生，指出如何得到超光滑表面的光学零件、如何测量如此高要求的面形和粗糙度等是当前研究的热点问题，指导学生分析关键问题所在以及解决的问题的思路，让学生开动脑筋，发挥他们的聪明才智。[7]这些教学方法使学生认识到自己学习的知识与最新的高科技是息息相关的，还有很多高技术的实际问题需要现在所学习的知识去解决，从而激发了学习的积极性。

（4）信息技术手段在教学中应用

针对“光学零件加工技术”课程实践性强的特点，将多媒体教学课件和网络课件全面用于课堂教学。多媒体教学课件包括现场录像、三维动画、图片、声音解说、文本，彻底地将复杂的光学零件加工过程或概念生动、形象地表现出来，使授课内容变得生动、丰富、活泼，学生可以更直观地理解教学内容，极大地激发学生的学习兴趣，收到良好的教学效果。网络课件可将与课程有关的教学课件、习题和习题答案、实验指导均上网，并启用了网上答疑、讨论、在线测试、网上提交作业等功能，学生可以在课外自主学习。[8]

（5）作业、考试等教改举措

为了更加合理的考核学生，培养学生平时自觉学习的良好习惯，采用将学生平时成绩纳入到最后的考核。按照理论知识、动手能力、创新素质并重的培养目标，课程考核采用理论考试成绩+平时作业+课堂表现+实验成绩=100分来进行考核与评价。

（三）加强实践教学环节

“光学零件加工技术”课程的课堂讲授与加工实践是相辅相成的。改革不仅要改革教材，实验和实习也是相当重要的环节。授课与加工实验应穿行，使学生学到立体的知识。因此，与教材相配套的实验设置也是本课程教材改革的一大内容。建立功能齐全的光学工艺实践教学体系，拓宽学校与企业的联系渠道。密切学校与更多企业的合作，充分发挥企业作为专业实习基地的作用，并选聘经验丰富、能力突出的企业工程技术人员作为指导教师。[9]课程制定了与本课程相关的实践教学活动原则：认知实验与实习相结合，综合实验与理论课程相结合，选修实验与课外实践活动相结合，工程创新能力训练与毕业设计相结合，具体关系如下图。

（1）认知实验与实习相结合，感知光学零件制造工艺特点

学生需要在课程老师的指导下，完成平面、球面光学零件的全部加工过程，包括下料、铣磨、精磨、抛光、定心磨边、镀膜等加工过程和相应的光学零件加工过程中的检验实验。主要目的是帮助学生了解光学零件加工基本流程、使用设备和仪器的结构和功能、基本装置功能、进行动手能力训练。

（2）综合实验与理论课程相结合，深入了解课程内涵

经过生产实习环节，学生熟悉了光学零件制造工艺全过程，对于光学零件制造过程中所涉及到的装备原理和功能也有了初步了解。随着理论课程的进行，学生进一步了解了光学零件加工工艺过程中对零件精度控制机理和加工制造原理和方法。

（3）选修实验与课外实践活动相结合，延续课程工程实践训练

为弥补课程学时的限制，充分利用实验室的优质资源，通过教学研究的方式探索了面向本科生开设选修实验的可行性，并制定选修实验开设条例，鼓励学有余力的学生在课外时间进入实验室继续深入进行与课程相关的研究型实验。[10]

（4）毕业设计与工程创新能力训练相结合，强化工程能力训练

在毕业设计过程中，注意在学课程内容的基础上，引导学生借鉴国内外先进经验，进行开拓性科研实验，从而达到强化光学零件制造工程能力综合训练目的。

结论

通过对课程的全面改革及方案实施，使教材内容充实、新颖，形成一套针对本科生的完整光学加工理论体系；在理论教学中，学生的积极性、主动性明显提高，分析解决问题的能力增强，尤其研究型教学方法使学生得到更多实际锻炼，培养了学生的动手能力和创新精神；实践环节中，认知实验与实习相结合、综合实验与理论课程相结合、选修实验与课外实践活动相结合、毕业设计与工程创新能力训练相结合方法方式，帮助学生感知光学零件制造工艺特点，为学生进行光学零件工艺学课程学习奠定了基础，有助于学生深入理解课程内涵，并达到了强化光学零件制造工程能力综合训练的目的。

教研课题：精密刻划技术课程教学内容、方法改革研究与实践（201022320）

[参考文献]

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[2]张华.课程与教学论[M].上海教育出版社，2008，11（1）：338.

[3]何洪，郑确辉，近年来我国高校课程改革述论[J] 理工高教研究，2006，（01）

[4]朱萌，杨会萍.影响课程实施的归因分析[J].当代教育论坛，2006，（10）

[5]郭元祥.综合实践活动课程设计与实施[M].首都师范大学出版社，2007，11.

[6]施良方.课程理论[M].北京：教育科学出版社，2008.130～131.

[7]李林，安连生.计算机辅助光学设计的理论与应用[M]，北京：国防工业出版社，2009

[8]李文华，对知识经济时代下培养大学生自主创新能力的思考[J]，兵团教育学院学报，2006，（03）

[9]张微，黄伟九，曾英，龙军峰.教学型高校课程建设的探讨[J]重庆工学院学报，2006，（07）

篇11

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LeeWenhock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****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(computedtomographyCT),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(spiralCT或helicaletCT)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(nuclearmagneticresonanc

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M

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(InterventionalRa

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

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(artificialorgan)。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

CT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。论文帮

(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］GeWangMichealWV.PreliminarystudyonhelicalCTalgorithmsfor

patientmotionestimationandcompensation.IEEETran

［2］MinnH,LapelaM,KlemiPJetal.Predicationofsurvivalwithfl

uorin-18-fluorodeoxyglucoseandPETinheadandneckcaner.JNuclMe

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［4］杨于彬，生物医学工程介入性诊疗技术，世界医疗器械，1997，3(9)：5

0-52

［5］KatirciogluF,YamakB

,BattaloglaB,etal.Longtermresultsof

mitralvalvereplacementwithpreservationoftheposteriorleaflet.J

HeartValveDis,1996,5(3)：302

篇12

论文摘要:生物医学工程(biomedical engineering,bme)是一门生物、医学和工程多学科交叉的边缘科学，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。

本文就其目前发展情况进行分析讨论。

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。

一、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。

二、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。

医学工程研究利用生物组织中氢、磷等原子的核磁共振原理。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、fmri、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。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。

三、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，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。

四、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。

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。

五、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ct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。

（一）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。

（二）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。

（三）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。

（四）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。

（五）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。

篇13

本来今天就是一个周末,理工科技大厦留学生创业园中显得空荡许多,没有平日里奔波忙碌的身影,少了此起彼伏的电话铃声。北京秋天特有的大风呼呼作响,泛黄的叶子被吹落到地上,多了些许凉意。

电话中,陈明彻表达了他的歉意:“周末休息的时间还要工作,实在不好意思。要不我们找一家咖啡馆去聊?”我婉拒了他善意的邀请,执意奔往他的办公室。我觉得只有在那里才能真正感受到一家创业公司的脉搏,在那里才能找到与主人公相关的创业故事。

陈明彻印象

约见陈明彻并不容易。这位大约三分之二时间都在加拿大温哥华的“海归”奔波于两地,难得有完整的时间来接受专访。另外一个原因就是,这位在幕后耕耘的光学专家还不习惯在媒体前抛头露面。

陈明彻创办的北京市加华博来科技有限公司位于理工科技大厦。在理工留学生创业园中,是一间间被隔开的写字间,在这里或许将诞生另一个中星微、百度或是启明星辰。然而,在他们走向辉煌之前,作为创业园中的企业,他们将经历从无到有、从小到大的孵化过程。这些被分割成格子状的公司,正在为着一个腾飞的理想化茧成蝶。

陈明彻是这群人当中的一个缩影。在我们的谈话中,他有意无意间在感谢着许多人,家人、导师、中关村和创业园的领导。他说自己很幸运,在残酷的市场竞争中存有一席之地。可是他却很少谈及他个人在这个领域中的地位和影响。当然,这些都是不言而喻的:陈明彻在光电领域是出类拔萃的人才并有着相当出色的成就。

20年的时光会改变一个人的很多习惯,比如语言和表达的方式。从留学加拿大到工作和创业,陈明彻已经在那里待了20年。我们愉快的交谈会停下来,他会花一些时间来组织将要表达的内容,或者用便笺纸记下重点,以便稍后回答提问。然而,即便再过20年,有一些东西却都不曾改变。

他说:“我们的根在这里,无论何时我们都在等待祖国的召唤,无论在何地我们都会涉水而回。”

这位拥有光学工程和电子工程两个硕士学位的光学专家、加拿大Brighten Optics公司的创始人,正在中关村开创一番崭新的事业。这次回来,他是要着手准备两天后在北京农业展览馆举行的“2008中国国际煤炭展览会”。作为“红外瓦斯报警器探头”的“首秀”,陈明彻对这款产品寄托了太多的期望。他说公司的研发团队在这上面付出了这么多年的努力,投入已经超过200万美金――不管怎样,只要能为祖国奉献一点绵薄之力,便无怨无悔。

办公室里面很安静,三楼的窗外是呼啸而过的秋风,阳光透过玻璃洒在地上,很暖和。陈明彻笑容恬淡,他说自己不像是“企业家”,他是一个“研究技术的人”。如果可以定义,他希望自己的头衔是“科学家”。

后来这句话就一直在我的脑海中反复播映。原来在这与“光”打交道的领域中,有着陈明彻沉甸甸的“使命与责任”。

奔赴加拿大

刚满20岁的他带着对未来的憧憬和梦想考入华中理工大学(原华中工学院)光学工程系,开始了他在这个领域的探索“旅程”。“正是在大学中,我打下了扎实的基础。”回忆那时,陈明彻满是感慨。毕业后的陈明彻进入到中国建筑科学院做了一名助理工程师。后来,一心想在光学领域有所突破的他考入了北京理工大学光学工程系,读研究生。

1988年毕业后的陈明彻遇到了他人生的第二个“拐点”。当时恰逢经济跌宕,人心浮躁,在经历了漫长的等待和茫然之后,人们开始重新追逐自己的梦想。

1989年,陈明彻开始了他在加拿大不列颠哥伦比亚大学的异国求学生涯。这次他选择的是电子工程系的研究生。

这期间还有一段小插曲。本来陈明彻攻读的是博士学位,一年后妻子要生小孩,经济上的压力使他决心改读硕士学位。导师知道这个消息后找到陈明彻说:“Chen,如果你改变主意,我可以资助你完成学业。”深思熟虑后的陈明彻还是坚持了自己的决定。

迫使陈明彻改读硕士的另一个原因,是当时毕业后的学生在加拿大“就业难”。很多博士因为找不到合适的工作只好到餐馆等打工来维持生计。不过,相比于其他人,陈明彻更加“幸运”,还没有毕业的陈明彻在学校就打一些“散工”,做一些设计和工程任务。在毕业半年前,就有公司决定聘用他:在实验室做工程师。这位勤奋的中国小伙子赢得了在加拿大的第一份工作。

创业温哥华

1992年的陈明彻在工作中发挥着自己的聪明才智,这些正通过一些具体而细微的问题展现出来。在他看来,在这个世界上,能解决单一问题的人很多,可是能解决综合问题的人却是很少。因为这些综合的问题涉及方方面面,光学、电子、工程……交叉到一起就变成了难题。幸好,陈明彻就是擅长解决“难题”的人。正是因为如此,当1994年进入Pthalo System公司担任光学工程师的陈明彻遇到这些挑战的时候,充分显示了一名专家的“气定神闲”。

“Pthalo System本来是一个中等规模公司,可是当我加入的时候却只有四五个人,原因就是有一些问题不能解决,效益不好,很多人就走掉了。”陈明彻首要解决的问题就是攻克“技术难关”。

当时公司正在研发的产品是激光读写打印机,其主要应用就是在好莱坞的电影后期处理上。通过对电影胶片的激光扫描,通过剪辑、编排后将激光写回到胶片上去。在技术上当时这是“最尖端”的产品,世界上除了Pthalo System也仅仅有柯达一家公司在同步研发。

经过两年的努力,产品问世。在纽约的一次大型展览会上,陈明彻和柯达研发的产品同场“竞技”,不仅在体积上优于对手,而且在“光学效果”和“机械精度”两项指标上,Pthalo System也位居第一。

从精通到一流,陈明彻用产品证明了自己的实力。然而,技术和商业有时候并不能成比例。因为老板商业运作上的失误,即便拥有一流的产品,Pthalo System也无法逃脱倒闭的命运。

1997年,陈明彻离开Pthalo System公司。

下一步,又是他生命中的一个“拐点”:再就业还是创业?这是陈明彻遇到的又一个问题。

“当时光电领域的人才奇缺,我试着拿自己的简历去过一些大公司找工作,问有没有经理级别的职位空缺,他们说你来吧,即便没有这个职位我们也设置一个给您。”陈明彻没有轻易选择,因为他在其中看到了创业的机会。

“既然有机会,干脆自己创业吧。”和妻子商量后,陈明彻决定自己尝试一下。于是在1997年12月,他注册了Brighten Optics公司,自己担任总经理。

很多创业者的“第一次”往往是以失败而告终,然后通过积蓄经验、总结教训而抵达成功的彼岸。时年40岁的陈明彻“第一次创业”却是以“磨刀不误砍柴工”的故事开始。

“创办Brighten Optics后,我先参加了政府组织的培训班,学习诸如商标、法律、市场、营销等方面的课程,半年后才正式运作公司。”当时,陈明彻公司的主营项目是光学产品的开发和销售,“这其中包括光学零件、制版镜头、复印机镜头等光学产品,在美国、欧洲、日本接到项目,通过设计后到内地生产,最后在温哥华组装。”在陈明彻看来,自己那时候是“赶上了好时候”,在1998年时公司还处于亏损状态,而等到了1999年就开始赚钱,项目多得做不过来,那时候是卖方市场,年收入已经达到几十万美元。

“成功的原因就是在于别人做不了的我们做,别人不想做的我们也做。”陈明彻一语道破,“当时我们服务的客户主要是硅谷的大中型公司,这其中包括柯达和3M。”

追梦中关村

小试牛刀便大获全胜的陈明彻在2002年增加研发力度,在光通讯领域拓宽视野,开始自主研发Led照明、红外瓦斯报警探头、高端激光器、智能液晶遮阳镜等科研项目。而这也为他回归中关村埋下了伏笔。

2002年10月,陈明彻接到中国驻加拿大大使馆打来的电话,邀请他回中关村参观。“当时很惊讶,不知道他们是通过什么渠道找到的我。那也是第一次接触‘中关村’这个概念。那时的情景依旧历历在目。年底,我就和其他留学生一起参观了中关村园区,并且在世纪金源酒店听到了夏颖奇主任的演讲。”

不知道还有多少如今在中关村创业的“海归”像陈明彻一样受到了夏主任演讲的鼓舞,他说:“夏主任的演讲很动人,听完后热血沸腾,感觉祖国在召唤我们回来了,我们义不容辞。”据说,当时夏颖奇主任重点讲了两条,一是中国需要留学生回来搞建设,第二是留学生来到中关村会得到更好的发展。

在陈明彻看来,自己选择回归中关村的原因很简单:“我研究生毕业后就出国,没有为国家做任何贡献,而自己现在在这个领域内所受到的专业教育都是来自国内的学习,我对这片土地有太多的责任感和愧疚感,回到中国,来到中关村,是我必然的选择。”正是因为这样的情感,陈明彻开始在2003年找项目,希望能够将自己在加拿大Brighten Optics公司任工程师时研发的一些国际一流的产品,带回到中国。陈明彻觉得自己是时代的幸运者之一,在收获成功的同时,他也感到了身上沉甸甸的责任。“以天下为己任”的胸怀使得陈明彻要在国内这片热土上耕耘播种。

中国矿难频发和伤亡人数惊人一度成为人们谈论的焦点问题。如何加以规避和改善?陈明彻把关注的眼光投入到煤矿的“瓦斯报警系统”上。

“传统的报警系统是探头靠燃烧催化剂的方法,现在看来这个技术已经过时了。当然,催化剂遇到瓦斯电阻改变,可以通过变化测出瓦斯来,可是,这不仅仅是对瓦斯。二氧化碳和硫化氢等气体也会误报。另一点,总有气体反应就会使得报警器钝化,真正有危险气体的时候就不反应了。加上这种报警器维护起来很麻烦,所以一些工人就不使用这种报警器。”

在这之后的几年时间中,陈明彻和他的团队将所有精力都投入其中,做了一件意义非凡的事情,就是研制“红外瓦斯探头”,“红外瓦斯报警器的原理是分子吸收光谱的反应。每一种物质吸收光谱是唯一且不重合的,对应谱线也是唯一的,所以对其他不会误报。”陈明彻对这款产品寄予了很大的期望。

可是在研发阶段,这是一件“烧钱”的事情,短期内肯定不能赚钱,长期看又不知道烧钱到什么时候?在旁人看来很傻的举动却有着“海归”浓浓的情怀:在市场化浪潮汹涌、科技发展迅猛的时代,用知识赚到一些钱不难,可是要做一件不易赚钱却有意义的事情却实属不易。可是在中国知识分子当中就有这么一批人,他们在取得事业的成功后,将精力和财富投入到这样的事业当中。他们不为名、不图利,有的是一颗热忱爱国的赤子之心。

激荡“冲击波”

研发“红外瓦斯探头”的故事说来话长。故事的起篇始于2003年,在戴素兰博士领导的应天星科技有限公司,陈明彻是五位核心成员之一,当初“应天星”创立的宗旨就是“用人类自身创造的财富―高新技术改善工人的劳动环境,造福广大的基层劳动者”。他们以解决中国煤矿安全生产为己任,集结了国内外11位专家集体攻关,奠定了项目的基础和方向,那就是“拾遗补缺”,专攻国内无人问津却又是行业最为关键的技术―“红外瓦斯探头”。从北美到中关村,一群志趣相投的朋友开始了在这一领域内的探索。这是红外瓦斯探头研究的第一轮“冲击波”,不仅进行了原始的可行性研究和产品定位,还为这个项目奠定了坚实的基础。2005年3月,“应天星”荣获中关村管委会10万元的创业基金。往事历历,犹如昨日。

之后的两年,陈明彻和妻子黄晓敏创建的加华博来科技有限公司2005年落户北京理工留学人员创业园,同时在加拿大Brighten Optics公司的实验室里,来自美国、加拿大的20余位业内一流的高级工程师,夜以继日地为“红外瓦斯探头”项目辛勤耕耘,这其中不仅有红外接收器专家、红外气体吸收光谱专家、光学传感器专家、光学设计专家、弱信号处理专家、精密仪器机械结构专家、实验物理专家、数字信号处理器专家,还包括许多海外留学生。他们说:“既然是为了解决中国煤矿的安全问题,我们责无旁贷。”粗略算来,参加这个项目的人数超过40人,涉及物理、化学、光学、机械、电子、计算机等领域。这个实验室从加拿大每年领取的几十万美金经费大部分都投入到这个项目中,不仅如此,陈明彻还把Brighten Optics公司在激光、LED、光学系统的收益全部投入进来,购买大量贵重元器件、添置实验室设备……加上第一轮的“冲击波”,“红外瓦斯探头”这个项目前后投入的研发经费不低于200万美元。

如今,在Brighten Optics的实验室,“红外瓦斯报警器探头”已经研制成功。陈明彻不居功,他说自己仅仅是做了一点工作,真正的幕后英雄是那些为了这个项目默默付出的人们,他们虽然来自不同的领域,却有着同样的赤诚之心,不计较利益得失,不吝啬时间金钱,为了项目成功,他们全力无私付出。同时,在这三轮“冲击波”中,中关村管委会给予的支持和关怀,也让陈明彻念念不忘。

这时候的陈明彻正致力于集结力量,组织第三次“冲击波”,即融资进来,组织大批量的生产,将加拿大的实验室移到中国来,培养出本土的技术团队,实现社会效益和经济效益的双丰收。

等待的时间是漫长的,可是务实的陈明彻却将目光注视远方。作为维持公司资金流的另一款产品―“快速智能液晶变色镜”刚一上市,便轰动眼镜行业。

“快速智能液晶变色镜”完全颠覆了我们对以往太阳镜的印象。此产品的亮点在于将镜片对待不同强弱光源照射时的智能调节变为可能,这一技术在世界尚属首例。

如今,加华博来已经申请了20项国内专利,其中发明专利15个,实用新型专利5个。陈明彻将20多年光电产品技术开发及市场拓展经验,尤其在光电高科技产品应用技术方面具有广阔的视野和高度专业化的整合能力移植到加华博来,期待谱写另一段属于自己“七彩人生”的传奇故事。

篇14

Abstract： Engineering optics， which has strongly technology and practice， is a major curriculum for optical information science and technology. In this paper， the problems arising during the teaching process of engineering optics in college of science in CTGU are analyzed. We discuss the optimization of the contents and the transformation of teaching method. Furthermore， we propose the methods for virtual practical education， which require students to take into practice to improve their ability of practical and also to train their scientific thinking.

关键词： 工程光学；理论教学体系；虚拟实践教学

Key words： engineering optics；theoretical teaching system；virtual practical education

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）06-0240-03

0 引言

“工程光学”是光信息科学与技术专业一门十分重要的专业课，要求学生不仅从理论上掌握几何光学和物理光学的基本概念、基本理论和基本思想[1][2]。更重要的是掌握一些相关的实践技术，为后续的光学检测，光纤通讯等课程的教学打下基础。

目前在国内的高校中，浙江大学[3]，天津大学[4]等重点院校在工程光学的教学上积累了丰富的经验，在以下几个方面值得学习和借鉴，一是注重科学思想的培养；二是注重课堂教学和网络教学相结合；三是注重动手能力的培养。

从我院该课程的教学现状来看，目前存在两方面的问题，其一是将理论和应用两门课程分开教学，一定程度上割裂了其内在的联系；其二是限于经济条件，在实验室建设上还存在很大的困难，导致学生动手能力缺失，与我校培养“应用型”学生的目标不符合。本文为解决这一问题，探索了课程的优化和教学方式的转变与虚拟实践教学，加入仿真实验相结合的教学方法，加强学生的科学思维的培养，提高学生的动手能力。

1 理论教学体系优化

1.1 《物理光学》和《应用光学》的理论课教学的优化

“工程光学”课程主要讲授几何光学和物理光学方面的基础理论、基本方法和典型光学系统的实例和应用。因此，该课程不但是学习专业基础理论必不可少的，更是培养学生工程应用和实践能力的重要课程。[5][6]

我院对“工程光学”课程的讲授主要是《物理光学》和《应用光学》这两门课。这两门课程特点各异，因此，有必要优化《应用光学》和《物理光学》的理论课教学，找出它们的逻辑联系和知识延续性，加强其内在联系，使之成为一个体系，从而在学习上具有连续性，提高教学效果；另外，通过合理的选择教学章节以及安排教学课时，从而在教学中做到有的放矢，加强学生科学思想的形成。比如：对于全反射这部分内容的教学，在应用光学和物理光学的教学中都有涉及，在应用光学中偏重于其条件与结果，在物理光学的中重点讲授其物理本质，这样做到前后结合，由浅入深，逐步推进。做到能懂、会用。

1.2 课堂教学方式的优化 现代教学理念主张教学活动以学生为主体，以培养学生的创新思维和科研能力为目标，突破以知识传授为主的传统教学模式，教师的主要作用是启发与引导学生去自主学习和探索研究。[8]

1.2.1 开展启发讨论式教学 教师采取由问题带动教学的方法。从问题的引出、分析到寻找解决的方案，努力引导学生去积极思考与讨论，培养他们自主分析问题和解决问题的能力。

教师在介绍一个知识点之前，针对部分重点内容灵活采取课堂小讨论和专题研讨的教学模式[8]，发挥教师的主导地位，提高学生的主体地位，体现以教师为主导，学生为主体，媒体为核心的教学原则，进而有效的提高教学效果。比如：在对应用光学像差理论进行教学时，由于像差的种类很多，条件不同，现象各异，学生容易混淆概念且对产生各种像差的条件以及现象思路不清晰。因此，在课堂教学时，可以让学生讨论各种像差产生的条件及现象。

1.2.2 归纳总结法 教学过程中突出重点和难点，并根据教学大纲课时数及其前导与后继课程的关系，合理安排各章节内容。每学完一章后引导学生对所学的内容及时进行总结、归纳，让学生对本章有一个总体的把握，以便学生复习[9]。比如：对于平行平板的干涉中关于定域的概念，对于初学者而言，这个概念较为晦涩难懂，因此，可以引导学生对于平行平板干涉的定域，楔形平板的定域进行画图分析，这样可以加深学生对定域的理解，并使学生更深入的理解平行平板干涉和楔形平板干涉的区别。

1.2.3 理论和实践相结合 工程光学与技术课程理论性较强，概念较为抽象，公式推导繁杂。传统的“填鸭式”教学方式难以取得良好的教学效果。这是因为一方面，学生对于抽象的光学概念没有一个具体的认识，对复杂的数学公式推导容易产生畏惧心理，从而降低了学习的兴趣；另一方面，在教师授课过程中过于重视课本上的理论知识讲解，大多采用灌输式教学方式。虽然课堂信息量较大，但是学生对于光学知识的理解仍然停留在表面，无法应用理论知识去解决实际的问题，最终，导致理论教学与实际应用存在严重的脱离现象[10]。因此教师在课堂教学中，向学生传授基础理论和实际应用两者之间的联系，培养学生具有理论联系实际的本领，明确教学的目的，锻炼学生的动手能力。

1.2.4 传统教学与多媒体课件相结合使用 “工程光学”课程图多、知识面广、公式推导复杂且具有一定抽象性[11]。应用多媒体课件借助颜色、图像、动画等多种技术将授课内容图文并茂的展示给学生，将抽象的教学内容形象化，从而使学生加深了对关键知识点的理解和记忆，在感性认识的基础上，水到渠成地上升到理性认识，极大程度的避免对知识“生吞硬咽”现象的产生[12]；同时还可以节约课堂板书、推算和复杂的做图的时间，能够大幅度扩展单位学时的授课信息量，从而有效提高了课堂效率和教学质量，并解决了课程容量大与有限学时的矛盾。

优化《应用光学》和《物理光学》的理论课教学，优化课堂教学的方式，利用课程的特色将学生从被动的学习状态中解放出来，留一部分章节让学生自由学习并进行讨论，教师在过程中起到监考和组织引导的作用，在一定程度上改变传统的教学模式，避免“满堂灌”。例如通过采用让学生阅读英文文献的方式等；始终坚持启发式教学，施行教师教学和学生自学并行的方法。

2 虚拟实践教学

2.1 虚拟光学实验平台的创建 光学实验是学习光学知识的重要环节，但是我院限于经济条件，在实验室建设上还存在很大的困难，导致学生动手能力缺失，使教学效果受到很大的限制，而虚拟实验教学作为传统实验教学的辅助手段，可以克服传统实验的制约和弊端，可有效地解决传统实验教学中存在的诸多问题，提高实验教学的效果。目前有的高校基于虚拟技术展开了虚拟实验的研究[13]，但对于光学实验系统建设来说，效果并不理想。

基于以上的分析，本文采用MATLAB软件技术，结合光学实验的特点，对光学虚拟实验系统进行了设计和研究，并实现了系统的构建，创建虚拟光学实验平台，通过该虚拟实验平台的使用，学生可以加深对光学知识的理解，启发学习的兴趣，可为学生在实际实验中建立良好的实验习惯，为获取实验技能打好基础，同时也为相关实验系统的设计研发提供了一条新的途径。

2.2 MATLAB与“工程光学”课程教学的结合 MATLAB是一种演算纸式科学算法语言[14]， 由于它编写简单，编程效率高，易学易懂而被广泛应用。[15]

本文尝试将其作为辅助手段应用在教学中，一方面教师可利用MATLAB仿真光学现象制作多媒体课件，另一方面课后可让学生利用该软件模拟学习中遇到的光学问题，以此巩固已学知识。在光学仿真与教学过程中，通过下列方式将MATLAB与光学课程教学有机地结合起来：一是以MATLAB为平台，开发制作了光波导和激光等高等光学现象仿真程序，并运用于计算机所支持的课堂教学中，以其作为演示实验配合光学理论的讲授，很好地解决了真实实验因环境限制而不能进入课堂的难题。二是利用的仿真与计算功能，鼓励学生通过自主探索去研究光学课程中的一些更深入的问题。在掌握理论知识的前提下，让学生建立相应的物理模型和数学模型，然后利用MATLAB编写程序，去完成对知识的巩固与拓宽。这是一种探索过程，也是为学生以后的研究工作奠定基础。三是利用MATLAB的计算绘图与优化功能，启发学生对数学模型中的参数进行改变，根据实际物理条件选择符合要求的最优值，并获得最优条件下的参数值，最终通过理论仿真来指导实践。[16]

完成实践（参数获取）—理论（物理模型建立）—仿真（MATLAB数值计算及绘图）——优化（MATLAB参数改变及优化）——实践（最优参数选取）的过程，让学生真切感受科学技术是第一生产力。

3 结束语

该课程体系的整合，将有利于光信息专业学生的专业素质的提高，加强专业课程的学习和考核，学生的专业实习及就业。课程体系的整合及建设是任重而道远的系统工程，只有进一步改进和完善两课整合教学工作，从课程体系、学时分配、实验建设、教学手段和教学方法等各个环节总体规划、协调建设和深化改革后，才能取得更好的教学效果。

参考文献：

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