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摘 要 结合光学工程专业硕士实验教学体系的构建和实验室建设的实践,提出以培养高素质的面向光电及海洋资源相关企业、研究机构优秀的创新型人才为目标的实验教学体系,提出与理论教学有机结合、以能力培养为核心的光学工程专业硕士实验教学体系,并初步开设相应的实验.
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 bined 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,为毕业论文做好准备工作,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.