光學工程專業碩士實驗教學體系的構建及實驗室的建設

趙嵩卿 焦志勇

摘 要 結合光學工程專業碩士實驗教學體系的構建和實驗室建設的實踐，提出以培養高素質的面向光電及海洋資源相關企業、研究機構優秀的創新型人才為目標的實驗教學體系，提出與理論教學有機結合、以能力培養為核心的光學工程專業碩士實驗教學體系，并初步開設相應的實驗。

關鍵詞 光學工程專業碩士；教學體系；實驗室建設

中圖分類號：G482 文獻標識碼：B 文章編號：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，信息產業的發展已從傳統的無線電波向光頻波段擴展，現代光學工程技術已擴展和滲透到國民經濟和人民生活的每一個領域，可以預計，本世紀是光和電并存發展的時代。近年來，我國多所重點大學和部分普通高校相繼設立光學工程專業學位碩士點。根據該專業的特點，一般將其設置在物理學院（物理系、理學院）或電子信息學院（光電信息系、電子工程學院）。中國石油大學光學工程專業是經教育部批準，于2010年在理學院中新設置的一個碩士點專業。該專業旨在培養光學技術在石油領域應用的創新型人才，應用面廣、實踐性強。鑒于本專業大多數學生來自非石油院校，對光學技術在石油領域的應用不了解不熟悉，同時缺乏相關的石油的勘探開發煉制和儲運的背景知識，因此，建立石油領域相關的光與油氣實驗課的教學體系尤為重要。專業實驗課在專業人才培養中，特別在提高學生的工程實踐能力以及科技創新能力上起著至關重要的作用[1-3]。本文將研究中國石油大學光學工程專業碩士學位實驗教學體系構建的思路及內容，實驗室的具體建設情況以及今后要做的工作。

1 光學工程專業碩士實驗教學體系的構建

本專業建設初期，走訪天津大學、南開大學、北京交通大學、北京郵電大學、山東大學等兄弟院校，考察他們的專業培養方向、實驗教學體系、實踐教學環節等。由于各校的學科優勢與師資情況各不相同，各校的服務對象以及地理位置、招生情況也不盡相同，使得各高校在該專業的人才培養模式和專業方向上各有特色。在借鑒兄弟院校建設該專業經驗的基礎上，結合學校特色，經多次討論研究，制訂中國石油大學光學工程專業碩士的培養方案，在此基礎上，初步建立光學工程專業學位研究生教學體系。

1.1 光學工程專業碩士培養方向的確定

中國石油大學為教育部直屬的石油特色鮮明的全國重點大學，因此，人才培養目標是：1）為光電類高新技術企業、科研機構培養優秀人才；2）為海洋資源部門包括中海油等石油石化企業培養優秀人才。

基于以上目標，在光學工程專業碩士下設置兩個選修方向，其一是“光檢測技術”，課程設置以光電信息與檢測技術及應用等為主，其就業面向光電高新技術企業、顯示設備制造企業，兼顧石油系統的測井行業；其二是“海洋光學儀器與應用”，課程設置以海洋光學與海洋光學儀器、遙感技術與應用、激光測量技術、軍用光電系統等為主，其就業面向海洋資源探測機構，以及海洋石油勘探與開發企業和國防部門。

1.2 光學工程專業碩士實驗教學體系

根據本專業的知識結構特性，并根據學校本專業課程設置情況，該專業可分為激光原理與技術、光信息技術、光電子技術、光通信技術、光電檢測技術、光顯示與存儲技術、T赫茲光譜技術、海洋光學技術等8個方面的內容，見圖1。專業實驗的教學體系的設立與設計圍繞這8個方面進行，形成8個模塊的實驗內容，做到與理論教學的有機結合，既服務于理論教學，又是對理論教學的補充和提高。

為便于管理和教學，提高學生綜合運用知識處理實際問題的能力，在實驗課程的設計中，擬將以上8個模塊的內容融合為4門實驗課程：光信息技術實驗（包括信息光學技術、光通訊技術）、光電技術實驗（包括激光原理與技術、光電子技術）、光電檢測與顯示技術實驗（包括光電檢測技術、光顯示與存儲技術）、海洋光學儀器實驗（包括激光光譜技術、海洋光學技術）。其中前2門實驗課程是光信息科學與技術專業的必修實驗，后2門實驗課程為兩個專業選修方向的選修實驗。后2門實驗課程學生在選做時完成每部分必選實驗后，可以交叉選做另一專業方向的實驗，以充分利用現有資源，培養復合型人才。

建立專業實驗教學體系與設計實驗課程還必須兼顧專業實驗教學環節的特點、功能和培養目標。本專業實驗是建立在大學物理實驗、電子技術實驗的基礎上的，主要從專業知識與實驗技能兩個方面訓練學生的綜合素質和能力，為畢業論文做好準備工作，從而為繼續深造和就業打下良好的基礎。圍繞4門實驗課程，建立8個實驗模塊，按照人才培養規律，設置3個層次的實驗教學體系：層次一，專業基礎實驗；層次二，設計型/綜合型實驗；層次三，研究型/創新型實驗。內容安排由淺入深，由基礎到創新，由單一知識點到系統的綜合的實驗研究訓練，構成一個完整、科學、獨特的光信息科學與技術實驗教學體系，見圖2。

2 光學工程專業碩士實驗室的建設

2008年，學校投資600余萬元用于建設材料物理與化學學科，購買太赫茲光譜檢測設備、光纖傳感設備、光譜與光電子檢測設備，這些設備在立足科研的同時又可用于光學工程專業學位研究生的實驗教學。同時基于學校的大學物理實驗室、創新實驗室、超聲實驗室、演示實驗室，初步建立光學工程專業學位研究生實驗教學實驗室的規劃建設，并實現本專業部分實驗項目開設。下面是擬開設實驗和需要購買的設備。

2.1 光信息技術實驗

通過本系列的實驗，使學生對信息采集、處理、傳輸、存儲等方面的光學方法有深入的理解。具體實驗項目有：1）全息照相，全息光柵制作；2）阿貝成像與空間濾波、θ調制；3）菲涅耳全息照相、相面全息、彩虹全息；4）全息高密度信息存儲、特征識別；5）傅里葉變換光譜實驗；6）偏振光學實驗；7）光纖偏振控制實驗；8）基本光纖光學實驗；9）Mach-Zehnder光纖干涉實驗；10）波分復用（WDM）原理性實驗；11）摻鉺光纖放大器原理性實驗；12）光纖各種參數測試實驗。其中有7項屬于第一層次的實驗，5項屬于第二層次的實驗。

2.2 光電技術實驗

通過本部分實驗的開設使學生加深對光電子學知識及其應用的掌握。具體實驗項目有：1）光源基礎實驗LD/LED特性研究；2）光電探測原理實驗；3）CCD原理及應用實驗；4）光電報警系統設計實驗；5）光電定向實驗；6）光電倍增管特性參數測量；7）磁光調制實驗；8）電光調制實驗；9）聲光調制實驗；10）太陽能電池原理性實驗；11）激光器系列實驗。其中第一層次實驗7個，第二層次實驗3個。

2.3 光電檢測技術實驗

本部分為專業選修實驗，具體的實驗項目有：1）光纖位移傳感器實驗；2）光纖溫度傳感器實驗；3）光纖壓力傳感器實驗；4）光譜分析實驗；5）液晶電光效應與顯示原理；5）CCD系列實驗。其中第二層次實驗2項，第三層次實驗4項。

3 下一步建設的設想

下一步建設的目標是按照提出的實驗教學體系補充完善所缺實驗設備，豐富各個層次的實驗內容，出版光信息科學與技術專業實驗課教材，希望學校加大投資力度盡快完善實驗室硬件和軟件。

1）在實驗室硬件方面的建設中，繼續完善、補充實驗設備，完善激光原理與技術實驗模塊，完善光電檢測技術實驗模塊，完善光顯示與存儲技術實驗模塊，完善激光光譜學實驗模塊以及海洋光學技術實驗模塊。并籌建光信息技術軟件模塊，建設光學計算機輔助設計實驗室，完成對光學設計與CAD課程的支撐。

2）通過教學實踐，建立完善的實驗教學體系和實驗教學模式。按照校級實驗室的要求，建設光學工程專業學位實驗室，合理安排不同層次實驗項目的比例，優化驗證型實驗對原理的體現，加大設計型實驗思考的力度，強化綜合型實驗對學生動手能力的培養，增強創新型實驗對學生的針對性，做到因材施教。

3）建設網絡實驗教學資源和實驗室信息化平臺，包括實驗室總體介紹、課程體系及大綱、每個實驗的實施計劃、試題庫、相關多媒體課件、典型教案、網上選課系統等。實驗教學及儀器設備的管理實現計算機網絡管理，實現信息化、網絡化，有效地提高工作效率。

4 結束語

根據培養方案確定了光學工程專業學位實驗教學體系，即開設4門實驗課程，包含8個實驗模塊，分為3個層次的實驗教學體系。利用學校已有的科研實驗室實驗設備，初步建設了光學工程技術專業學位研究生教學實驗室，整個實驗室具有基礎性的驗證性實驗項目、設計性實驗項目，同時具有綜合性實驗項目，還有創新性的實驗項目，能夠部分滿足學生的需求，極大地調動學生的積極性，為鍛煉和培養學生的實驗技能、分析問題和解決問題的能力提供很好的實踐基地，為學生繼續深造和參加工作打好基礎。

參考文獻

[1]李葉芳，于清旭，王曉旭，等.光信息科學與技術專業實驗室的建設[J].實驗技術與管理，2005，22（8）：110-112.

[2]韓軍，張群，李純青.光電類專業學生創新能力培養模式研究[J].中國成人教育，2005（11）：68-69.

[3]明海，陳博，章江英.大力加強光學專業學生的素質教育和創新能力的培養[J].光電子技術與信息，2004，17（4）：15-18.