光学工程的应用篇1
关键词：光电信息科学与工程；人才培养；教学改革
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2017）11-0167-02
一、研究背景
光电信息科学与工程专业（以下简称光电专业）是由教育部在2012年9月下发文件将原属于电子信息科学类的光信息科学与技术、光电子技术科学专业与原属于电气信息类的信息显示与光电技术、光电信息工程、光电子材料与器件5个专业统一整合后而成的[1]，因此，不同学校的光电专业渊源不同，特色各异。我校的光电专业源于2011年设置的光信息科学与技术专业，初期建设主要依靠大学物理教研室的师资和大学物理实验室资源，在课程体系设置中，理论课程比例较大，应用型课程不足，实践教学环节薄弱，对学生的实际应用能力培养不足，不利于学生的就业竞争。
光电信息产业是21世纪最具发展潜力的产业，随着合芜蚌自主创新产业示范区的建设和发展，安徽光电产业迅速发展，从而使光电专业技术人才需求快速增加。特别是生产加工类企业，对具有光电专业背景、熟悉光电原理和行业发展的技术管理人才需求旺盛。
随着地方高校向应用型转型发展，对比企业对光电人才需求的状况，以前的培养方案存在与就业市场脱节，重视理论及系统性，实践教学环节薄弱，对学生的实践能力、应用能力和创新思维培养不足。为了解决以上问题，近年来，在广泛调研的基础上，借鉴兄弟高校的成功经验、认真吸取企业的建议、接受光电教指分委指导，逐步明确专业培养目标及建设思路，初步形成有特色、能满足地方光电企业人才需求的人才培养方案。根据市场需求，确定了“光电子技术”、“光通信与信息处理”两个专业方向，构建分层次、模块化的“平台”+“模块”式课程体系。建设了基础实验、专业实验、综合课程设计及企业实习等实践教学体系。
二、应用型人才培养模式改革的实践
（一）合理定位，优化课程体系
地方高校光电信息科学与工程专业主要培养适应光电信息类企业需要的应用型技术人才，以适应光电信息产业的快速发展。以培养企业需要的应用技术人才为培养目标，校企合作修订了2015级人才培养方案和教学大纲。课程体系分为公共基础课、专业基础课、专业课、专业方向课和专业选修课5个层次。在新的培养方案中，保证数理基础的前提下，适当合并调整压缩了物理理论课程，增加了应用型课程的比例，加强了实践教学环节。主要开设了，光电信息物理基础、物理光学、应用光学、信息光学、模拟电子技术、数字电子技术、激光原理与技术、光电子技术，光学系统设计、光纤通信原理、传感器原理与应用、数字信号处理，单片机原理等。
（二）加大实验室建设投入，强化实践教学
学生的实践能力、应用能力需要有良好的实验教学条件的保障，用好现有中央财政支持地方高校建设项目、安徽省高等学校振兴计划项目支持实验室建设。2013年光电信息科学与工程实验平台建设获批中央财政、支持地方高校建设项目，同年获批该专业获批安徽省振兴计划新专业建设项目。
在大学物理实验中心的基础上，独立设立了光电信息科学与工程实验中心。从2012年至今，依托项目资金等共计投入760多万元用于购置各类光电仪器设备，组建了基础光学、激光原理与技术、光电子技术与检测、光通信与信息处理技术4个实验分室，建设了光学系统设计与制作、光电创新设计2个实训室。经过4年的实验课程建设，逐步形成了较为系统的、先进的、开放的实验教学环境。
1.有机整合、独立开课，构建模块化实验教学体系。打破基础实验、专业基础实验、专业实验独立分块，实验从属于理论的传统实验教学体系，将光电信息科学与工程专业教学计划中的实验组成一个有机整体、独立开课，构建模块化实践教学体系。[2]如独立开设了基础光学实验、光电子技术实验、光通信与信息处理技术实验、激光原理与技术实验及课程设计等。
2.改革教学内容，优化基础实验，增加综合性、设计性实验。光电信息科学与工程专业的实验教学在整合基础实验、独立开设模块化实验课程的同时，开设足够的高质量的综合性、设计性的课程设计项目，课程设计的内容与工程、社会应用紧密联系，开设有光学系统设计、光通信原理课程设计、光电检测课程设计等，通过课程设计培养学生的实践能力和综合应用能力。通过暑期小学期实践教学，积极引进企业工程技术人员，结合企业生产项目，实施暑假实践教学，使实践教学真正贴近企业，贴近市场。
（三）设立大学生创新实践计划，鼓励学生参与各种竞赛活动
学校积极实施因材施教的探索，在人才培养方案中设立了大学生科技文化与创新创业学分，设立大学生创新创业计划项目，学生自愿报名组队，在指导教师的指导下，完成创新创业项目。学校积极支持学生参加课外科技实践及竞赛活动，学生在全国挑战杯大学生创新创业大赛、全国大学生数模竞赛、电子设计大赛、飞思卡尔智能车大赛、全省大学生物理实验竞赛、及学校组织的光电设计竞赛中都取得较好的成绩。学生通过竞赛，提高学生专业学习兴趣，明确学习目标和方向，促进了学习积极性和主动性，提高学生分析问题和解决问题的能力、实践能力和综合素质，[3]从而也提高了人才培养质量，提高毕业生就业竞争力。
三、思考与建议
光电信息科学与工程专业建设和人才培养是一个长期的过程。我们在4年的建设实践中，有教训也取得了一些经验，培养光电企业真正需要的应用型人才，创新应用型人才培养模式是我们必须思考和研究的重要n题。
首先，科学合理地设计和更新教学内容，淘汰过时的内容，将企业生产的实际问题与理论结合，特别是体现在专业课程的教学内容、实验教学项目、课程设计及各类设计、光电设计竞赛的项目上。
其次，建设具有特色的专业实验室，建设好校内实习实训基地；建立稳定企业实习基地，推进实验及实训的项目化教学，通过企业技能学习，有助于提高学生的实际操作水平，培养学生实际应用能力，有利于学生针对就业岗位针对性学习，提高就业竞争力。
第三，存在的问题和不足。专业设计软件的熟练使用也是企业技术人员的重要方面，而我校利用课程教学、暑假实践等对学生进行了单片机类教学，matlab仿真等软件课程教学，但还缺少光学系统仿真设计等训练。因此，我们进一步建设光电仿真设计实验室，将加强学生专业设计软件使用能力的培养。同时，我们在2013级人才培养方案中增加了科技新学分部分，以强化实践与科技创新能力的培养。
光电信息科学与工程专业建设和人才培养模式的探索是一项长期工作。校企合作，创建以能力为中心的人才培养模式，注重提高学生的综合素质，培养学生综合应用能力，必然会培养更多适应社会、企业需求的光电技术应用人才。
参考文献：
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[2]谢嘉宁，陈国杰，等.地方高校光信息科学与技术专业的建设与思考[J].中国校外教育，2010，（08）.
[3]朱进容，黄楚云，等.光电信息专业人才培养模式的研究与实践[J].教育教学论坛，2013，（12）.
LocalCollegesopticalinformationScienceandengineeringexplorationofappliedtalenttraining
CHenGRong-long1，LiYi-de2，wanGLi1，GonGHao1，FUYuan-xia1
（1.Departmentofmathematicsandphysics，BengbuCollege，Bengbu，anhui233030，China；
2.SchoolofphysicsandmaterialsScience，anhuiUniversity，Hefei230039，China）
光学工程的应用篇2
任超江西工业工程职业技术学院江西萍乡337055
江西省高等学校教学改革研究课题资助项目（课题编号：JXJG-13-57-5）。
【文章摘要】
为满足光伏行业的人才需求，许多高职院校开设了光伏发电技术及应用专业，《光伏发电系统设计与施工》这门课程是光伏专业的核心课程，具有很高的课程改革价值。本文结合江西工业工程职业技术学院在该课程建设中进行工作过程系统化改革的经验，详述了对其进行改革的必要性和进行职业、行动、学习领域分析和情景设计的全过程。
【关键词】
高职院校；工作过程系统化；光伏发电系统设计与施工；课程改革
1引言
随着光伏产业的快速发展，社会对光伏专业人才的需求不断增加，越来越多的高职院校开设了光伏发电技术及应用专业（以下简称光伏专业），江西工业工程职业技术学院（以下简称我院）是江西省首批获准开办光伏专业的公办院校，已获得中央财政支持重点建设专业、江西省高校特色专业等殊荣。《光伏发电系统设计与施工》作为光伏专业的核心课程，具有职业领域定位清晰、理论与实践结合紧密、学习与工作关系密切的特征，在课程改革中占有非常重要的地位。
1.1工作过程系统化的内涵
工作过程指的是企业为完成一件工作任务并获得工作成果所进行了一个完整的工作程序，不同的工作任务按照一定的组合方式就构成了一个完整的、系统化的工作过程。基于工作过程系统化的课程指的是按照工作岗位所对应的工作任务之间的相关性来组织、划分、整合与相关的知识、能力、素质，并以学生的认知规律和职业成长规律，对这些知识、能力、素质进行重构。
1.2工作过程系统化课程的必要性
由于光伏行业技术更新快、实践要求高的特点，在《光伏发电系统设计与施工》的课程中应用工作过程系统化相比于传统课程有更大的优势，主要体现在：
（1）课程内容能够更好的将理论与实践相结合，更符合学生的认知规律和职业成长规律。一般而言，课程内容可分为涉及事实概念、原理理解方面的“陈述性知识”和涉及经验、策略方面的“过程性知识”。传统课程对前者较为侧重，而工作过程系统化的课程则更能实现两者的整合，不仅能够解决“是什么”“为什么”的问题，还能解决“怎么做”“怎样更好”的问题。
在《光伏发电系统设计与施工》教学中，若采用传统的教学模式，则学生虽然能够理解和明白光伏发电系统的结构、原理、设计、安装方法，也能够进行一定的训练，但由于课程理论内容偏多、知识点分
图1工作过程系统化实施流程图
表1《光伏发电设计与施工》课程职业领域分析表
表2《光伏发电设计与施工》课程行动领域分析表205
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电子制作
散，无法让学生获得设计、安装、调试光伏发电系统的核心技能。而工作过程系统化的课程则可以通过不同的工作过程教学环节，如组件方阵设计安装、蓄电池容量设计与安装、控制器功能设计与调试等学习情境，大大促进了课程学习的理实一体化程度。
（2）知识结构更符合学生的认知心理顺序和职业工作顺序。工作过程系统化的课程往往是实际中的多个职业工作过程经过归纳、抽象、整合后的典型职业工作顺序，以光伏系统的设计为例，先进行用户需求分析、再进行气象数据的搜集、组件方阵计算、蓄电池容量计算，最后确定控制器、逆变器、配电线路的选型等，完全按照企业一线的设计流程进行，使得课程的实践与生产能够保持一致。
（3）有效利用校企合作平台，创造最佳学习情境。工作过程系统化的课程能够有效的创造与企业生产相适应的学习情境，学生在毕业后能够迅速的适应光伏企业的需求，企业也更乐于与学校开展校企合作。我院与省内外多家光伏生产企业进行合作，通过共建实训基地、共同进行课程改革的方法，将屋顶光伏系统安装与维护、分布式光伏电站设计与施工等最新内容纳入到《光伏发电系统设计与施工》课程体系中，充分发挥了小气双方的优势，获得了很好的教学效果。
由此可见，在《光伏发电系统设计与施工》这门专业核心课中，进行工作过程系统化课程改革是有必要的，下文将就其实施的过程进行详细阐述。
2工作过程系统化在《光伏发电系统设计与施工》课程中的实践
工作过程系统化的实施通常包括职业领域分析、行动领域分析、学习领域分析和学习情境设计四个阶段，其关系如图1所示：
2.1职业领域分析
职业领域分析是进行工作过程系统化的基础，也是课程改革的起点。职业领域分析应紧紧围绕学生在企业的就业岗位，分析岗位的工作范围、工作任务和典型工作任务，进而构建出一个完整的系统化工作过程。我院与多家光伏企业调研和研讨后，明确提出了与《光伏系统设计与施工》课程相对应的就业岗位和典型工作任务，如表1所示：
2.2行动领域分析
在行动领域中，根据职业领域中提取出来的典型工作过程所需具备的职业知识、技能、素质重新分析和归类，提炼出核心成分。通过将陈述性知识与过程性知识，理论知识与实践技能的整合，通过与企业的合作明确适应工作岗位的核心知识、能力和素质。通过与日普升能源、晶科能源等多家光伏企业的专家共同探讨，对《光伏发电设计与施工》课程的知识能力需求如表2所示：
2.3学习领域分析
在学习领域中，根据学生的认知和职业成长规律，对之间的能力和素质进行归纳，以此为基础对课程的内容进行重构，根据“工学结合、理实一体”的课程理念设置教学内容、教学情境和教学方法，如表3所示：
3结束语
通过在《光伏发电系统设计与施工》课程中应用工作过程系统化的改革，实现了课程内容理论与实践、实践与生产的深度结合，不仅让知识更符合学生的认知顺序，学生的学习兴趣和积极性有显著提高，还是得学生学习的效果更符合自身的职业发展顺序和用人单位的需求，学生的初次就业率和用人单位满意度均有显著提高，获得了良好的社会效益。
【参考文献】
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[5]肖志刚，蒋瑶，尹绍全，何岚“太阳能光伏发电技术及应用"课程改革研究，2013,11:61—64.
【作者简介】
光学工程的应用篇3
区域产业特色与人才培养定位分析
浙江省现有光伏企业200余家，是全国光伏电池生产大省，产量约占全国的35%。衢州市作为浙江省第一个省级光伏产业基地，现有光伏企业60余家，是国内光伏产业链最为完善的地区之一。从市场调研情况来看，由于受到国际金融危机及欧债危机的影响，2011年下半年，硅材料加工、光伏电池市场受到了极大的影响，产量及价格受到巨大冲击。但从光伏应用市场来看，由于光伏电池、原材料价格的下降及国家光伏发电标杆电价的出台，给光伏发电系统集成市场带来了前所未有的利好前景。从国内光伏发电装机容量上看，2009年装机不到300mw，2010年装机约500mw，2011年装机约2.8Gw。随着不可再生能源的不断消耗和国家对能源需求的不断增长，预计在未来的10年内，每年装机容量将急剧增加，人才需求将非常短缺。根据以上调研情况，我院对光伏应用技术专业的培养目标进行了重新定位，即重点培养具备光伏应用技术的基础知识，掌握光伏发电系统集成的能力，能适应光伏电站建设和光伏产品生产等光伏企业生产运行、技术服务、产品检测等一线需要的高素质技能型专门人才。
职业岗位能力分析
在课程体系构建中，我们主要围绕专业培养目标，以职业核心能力为主线，引入行业职业资格标准，以生产岗位典型工作任务为载体，与企业共同开发基于工作过程的系统化课程体系。结合专业定位，我们对处于光伏产业下游的光伏电站建设与光伏应用产品企业展开了调研。
光伏电站建设工作岗位能力分析。从调研情况来看，光伏电站建设的主要工作岗位有电站建设前期调研、工程设计、工程项目申报、工程施工、入网调试、电站运行维护与检修等，具体能力要求如图1所示。光伏应用产品生产工作岗位能力分析从调研情况来看，光伏应用产品生产的主要工作岗位有单体电池检测、特种组件生产、组件检测、控制器制作、系统集成与检测、系统维护与技术服务等，具体能力要求如图2所示。
专业拓展能力调研分析。结合专业定位及企业调研，本专业毕业生可在光伏电池生产、光伏发电系统集成等相关企业从事硅太阳电池方阵组合工、光伏系统集成工程师等相关岗位工作，经过1～3年后，可升为技术员，或转岗至管理岗位，如车间班长、车间主任等。学生的专业拓展能力如图3所示。
课程体系构建
高职教育是以培养高素质技能型人才为目标的，课程体系的建设必须抓住区域产业、企业、学生三个要素，要保证学生在掌握专业技能的同时，具备大学生应具有的素质。因此，课程体系的建立不能仅考虑学生职业技能的提高，而是更应该关注学生职业素质的养成与提高。
文化素质课程平台构建。在课程体系建设过程中要以专业人才培养为目标，对原属于文化素质课的公共基础课程进行重新定位。比如，在大学英语课程中，应改变以往课程模式，设置基础英语与行业英语；在计算机文化课程中，应按照专业定位及要求，设置word高级应用、excel高级应用、powerpoint高级应用等课程模板，供不同专业学生选择。为加强大学生文化素质教育和交叉学科能力培养，使学生更好地适应社会需求，应基于文化素质课平台开设人文社会科学、自然科学、工程技术、艺术鉴赏等四大类素质拓展课程。
专业课程平台构建。专业课程平台主要包括基础理论课程与职业能力课程。基础理论课程是为专业核心技术提供基础理论知识和基本实践技能的课程，主要有《电工基础》、《太阳能电池材料制备工艺》、《光伏电子产品制作》、《电子线路制图与制板》、《工程制图与CaD》、《电力系统基础》等课程。在课程体系中，基础理论课程与职业能力课程的实践教学比重应占50%以上，平时的课程教学应注重学生的技能培养。由于学生在学科系统理论学习上存在一定的缺失，所以在课程体系中，很有必要增设一门回顾总结性课程———《光伏发电技术》，使学生在“做”的基础上掌握学科的完整性，有利于学生的可持续发展。职业能力核心课程是培养职业岗位能力的关键课程，必须根据技术领域和职业岗位（群）任职要求，参照相关职业资格标准设置。本专业开设了《光伏电池制造工艺》、《光伏发电系统集成与设计》、《光伏逆变技术》、《光伏发电系统施工与入网调试》、《光伏电气设备检修与电站维修》、《智能光伏产品制作》等6门职业核心课程。
光学工程的应用篇4
摘要：根据企业对激光加工技术专业人才的要求，基于工作过程的项目式课程开发理念，明确《激光设备及加工控制》课程目标，依据企业不同岗位典型的工作任务设立五个学习情境及相应的子学习情境，运用案例分析、项目制定等教学方法，按量化指标对过程和结果实施考核，综合评定学生学习成绩，最终实现教、学、做一体化教学目标。
关键词：激光设备及加工控制：课程开发：工作过程
中图分类号：G712文献标识码：a文章编号：1671-0568(2014)02-0070-02
基金项目：本文系武汉市教育科学“十二五”规划课题“基于工作过程的‘激光设备及加工控制’课程开发研究”（编号：2012C181）的阶段性成果。
《激光设备及加工控制》是激光加工技术专业的专业核心课程。该课程主要是通过对激光设备电气控制技术的学习和技能实训，其综合性和实践性较强，要求学生掌握激光加工设备电控系统工作原理和工作过程，获得必要的岗位技能和相关的激光器装配工职业资格证书。
一、课程目标定位
基于工作过程的《激光设备及加工控制》课程开发是激光加工技术专业课程建设与改革的切入点。为了开发建设好该课程，能够更好地掌握企业对激光设备及加工控制人才的需求情况，对企业进行了行业分析和岗位企业调研，确立了掌握激光设备电气控制技术相关知识和技能是激光加工设备企业从业人员的基本要求，将课程目标定位为知识目标、能力目标和素质目标，如表1。
二、教学内容的设计
《激光设备及加工控制》课程属于激光加工技术专业。根据该专业的人才培养目标，课程的内容主要以满足职业岗位能力对电控技术应用能力的需求为依据确定课程内容，将课程内容设计为5个综合学习情境，主要是根据企业不同岗位典型的工作任务进行构建。每一个学习情境都是完整的工作过程，子学习情境训练学生的单项知识，综合学习情境训练学生的综合应用能力；学习情境对应低级、中级、高级不同的工作岗位，任务难度逐步提高；学习情境可扩展、重组、更新；每个学习情镜对应有课内实训项目和工作任务。
《激光设备及加工控制》课程的教学内容主要包括理论教学内容、实践教学内容和集中实训教学内容。理论教学由12个子学习情镜构成，共32个学时，如表2；实践教学由16个子学习情镜构成，共92学时，如表3。
三、教学方法
演讲法：以多媒体教学的形式讲授单项知识点，主要是理论知识的讲解。
案例分析法：根据激光设备及加工控制课程对分析设计能力要求较强的特点，分析电路设计的实际案例，通过案例边讨论边学习。
演示教学法：演示设备操作和软件使用。采用设备现场或企业生产现场学习的方法，学生具有较高的积极性，无论是理论知识的掌握或实践技能的培养都有实践环境作支撑。
问题引导法：通过问题引导学生掌握教学重点。
讨论式教学法：以小组为单位完成一项典型工作任务，学生通过团结协作共同解决问题，小组长负责，锻炼学生的领导和组织协调能力。
项目教学法：以小组为单位进行项目实施，包括目标设定、制定计划，具体实施、项目检查、分析评价5个步骤。
四、课程考核
课程的考核理实一体化教学占60%，包括平时成绩、作业占6%，课堂表现占6%，期末考试占24%，实训考核占24%；集中实践教学包含四个方面，占40%，其中项目制定占8%，项目实施占20%，实训报告2%，职业素养占10%，按量化指标对过程和结果实施考核，给出评价，评价的标准分a、B、C三个等级。而对于小部分不能完成的情况，对问题进行分析，并且进行指导，最终使学生能够达到基本标准。
五、特色与创新
本课程是校企合作开发的基于工作过程的课程，是与激光公司联合开办的订单培养班——激光制造与加工班的教学实践中提炼出来的，课程内容来源于激光企业实际案例。
1．课程内容独特，岗位针对性强。作为伴随激光产业发展应运而生的高职新专业激光加工技术专业的专业核心课程，“激光设备及加工控制”通过紧密依托国内快速发展的激光产业，培养目标直接面向激光设备生产，使用企业的电气控制、设计岗位，岗位针对性强。
2．每个学习情境都是独立的工作任务。实施了融教、学、做为一体的基于工作过程的学习情境课程教学模式，每一个学习情境都是实际的工作任务，学生在相关企业就业不需要培训，可直接上岗。
3．教材来源于实际应用案例，由企业工程技术人员与专业教师共同完成。教材来源于激光企业产品说明书，实际应用案例，培训手册，等等。
光学工程的应用篇5
关键词：光电检测技术；培养目标；教学改革
作者简介：闫俊红（1978-），女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学信息工程学院，讲师；李文涛（1963-），女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学信息工程学院，教授。（内蒙古包头014010）
基金项目：本文系内蒙古科技大学教改项目（项目编号：JY2011021）的研究成果。
中图分类号：G642.0文献标识码：a文章编号：1007-0079（2013）04-0056-02
一、“光电检测技术”课程教学现状
光电检测技术在科学技术的发展史上占有重要的地位，“光电检测技术”的教学和研究也越来越得到国内外高等院校和科研机构的重视。目前国内开设“光电检测技术”课程的高等院校达50多所，专业覆盖了测控技术与仪器、光电信息工程、光信息科学与技术、电子信息工程、通信工程、应用物理、探测制导与控制、生物医学工程等。[1-3]
内蒙古科技大学（以下简称“我校”）测控技术与仪器专业充分结合教育教学背景及教学资源，以培养宽口径、综合实践型人才为目标，以光机电算一体化为主体，以光电为特色，开设了“光电检测技术”课程，对于培养具有创新能力的综合实践型人才具有良好的促进作用。该课程衔接了“工程光学基础”、“单片机原理及应用”、“智能仪器”等，不仅能够使学生了解光电领域新技术的发展和应用，更有利于培养学生的综合实践能力和创新能力，拓宽测控技术与仪器专业的就业口径。“光电检测技术”课程具有内容多、应用性强、发展快等特点。如何通过课程教学与实践，使学生熟练掌握各种光电检测系统的设计，提高学生的综合实践能力，各高校测控技术与仪器专业都做了很多探索。[4，5]本文根据自身的教学实践和对我校测控技术与仪器专业的教学开展情况，结合我校的培养目标对“光电检测技术”课程的理论教学与实践教学做出了改革探索，提高课程的教学质量。
二、“光电检测技术”课程改革思路
“光电检测技术”课程是我校测控技术与仪器专业一门重要的专业基础课。该课程内容丰富、实践性较强，着重培养学生计算机应用、测量与自动控制、智能仪器设计等领域的综合实践能力。根据培养目标和专业设置的变化，我校“光电检测技术”课程经历了几次改革。第一，为适应光电检测技术的蓬勃发展和学生就业的需要，开设了本课程，共50学时，包含了光电子和光电检测两部分，课程的内容主要是光电传感、检测原理及光电检测系统等几部分。第二，由于测控技术与仪器专业培养目标及培养方案的调整，为满足我校学生的就业需求，将该课程的教学内容及教学学时数进行了改革，内容上着重光电检测及光电检测系统的设计，学时更改为32学时。第三，为突出本校的办学特色及教育教学优势，在教学过程中不仅注重基础理论的讲授，更注重对学生综合实践能力的培养，对“光电检测技术”课程教学环节及实践环节进行改革，以培养工程实践型人才为目标，充分培养学生创新思维和综合实践能力，满足社会对高层次检测技术人才的需要。
三、“光电检测技术”课程教学改革实践
1.教学内容改革
由于开设“光电检测技术”课程专业的多样性，应根据各个专业的培养要求合理选择教学内容。结合我校测控技术与仪器专业的培养目标，对“光电检测技术”课程的教学内容进行了改革，目的在于使学生通过课程的学习，既了解光电检测技术的发展前景、光电器件的工作原理及光电检测的基本方法，又能对光电检测系统的设计有整体的把握，达到课程的教学目的。具体改革方案如下：
（1）注重基础，突出重点难点，合理安排教学内容。目前“光电检测技术”教材内容各有优缺点，有些教材较注重基础理论、基本原理，而对光电检测系统设计的内容介绍较少；有些教材兼顾理论教学与实践教学，但对于光电检测领域新技术、新发展的介绍较少，使教材内容落后于光电产业的发展；有些英文教材在光电检测技术新发展方面的编写较为突出，但对光电检测技术及光电检测系统的整体性上把握较差，且与教学大纲不符。因此必须结合本专业需求，合理选择“光电检测技术”课程教材内容，做到基础知识重点讲授，难点重点精讲细讲。例如光电检测器件是光电检测技术的重要内容，在教学中着重讲解光电器件的工作原理、结构、性能参数及应用范例，而对于光电检测器件的偏置电路、前置放大电路、匹配滤波等前期课程中已经涉及的内容进行略讲。光电探测器分为光电效应型和热电效应型，由于热电器件在“热工测量仪表”课程中为重要学习内容，在本课程的教学中将热电器件一章改为自学。而涉及计算机接口等内容由于在“单片机原理及应用”中详细讲解，在本门课程中将其删去。
（2）结合测控技术与仪器专业的培养目标及专业设置，补充反映专业特色的内容。结合我校冶金背景、测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业需求，加强本课程与其他专业课程的衔接，对光电检测的新理论、新技术、新应用和新成果进行了补充。例如在光电检测方法的讲解过程中以智能机器人定位技术为例介绍光电器件的应用，激发学生自主学习的动力。在讲解光电位置传感器时，以光电位置传感器用于智能汽车防追尾系统为具体案例，启发学生认真思考，激发学生的学习兴趣。在讲解激光器、光电耦合器件CCD的过程中，结合器件的应用背景，把器件最新的制作工艺、应用前景介绍给学生，并将光电耦合器件CCD的成像原理与手机采用CmoS的成像原理进行对比，激发学生的学习兴趣。根据学生的就业需求，在课程的教授过程中补充与冶金企业生产过程密切相关的光电检测系统。例如基于CCD的锅炉燃烧控制系统，以光电耦合器件CCD获取锅炉内部燃烧图像，用图像信息确定炉膛内部的温度分布，确定锅炉内部燃烧机理，及时有效控制锅炉燃烧效率，达到锅炉温度控制目标。结合科研课题“基于CCD的比色测温研究”，将CCD的应用领域进行拓展，使学生系统全面地掌握光电系统的设计，培养学生的工程实践能力。
（3）立足培养综合实践型人才，加强光电检测实践教学环节。实践教学有利于培养学生的综合实践能力和创新精神，该教学环节学时有限，如何在有限的学时内完成预期的目标，必须对基础验证型实验、综合型实验及创新型实验的比例作出调整。光电检测实践教学以我校光电检测实验室为基础，秋实科技创新实验室为媒介，构建实用型光电检测实验教学平台。在具体实践教学中，采用基于项目设计的实验教学方法，合理保证基础验证型实验，并结合集中演示的方式进行教学，提高综合型及创新型实验的比例。我校光电检测实验室的主要实验设备有CSY-2000型光电检测实验台，包含光电传感器模块、信号采集模块、信号处理及自动控制模块等。在实验室内不仅可以完成光电探测用光源、光电探测器原理及特性等验证性实验，还可以根据具体的对象搭建实用的光电检测系统。秋实电子实验室致力于鼓励大学生完成科技创新活动，在光电检测实验平台的基础上，结合秋实电子实验室现有设备，可以完成综合设计型实验，例如智能机器人视觉系统、智能小车竞速系统、智能小车防追尾系统等设计，帮助学生在完成“光电检测技术”基础知识、系统理论学习的同时，提高学生的实践动手能力，使学生通过实践环节的学习，达到培养工程实践型人才的目标，并结合科研课题增设创新型实验，以具体的科研项目拓展实验教学内容，及时反映光电检测的最新发展情况，培养学生的科研创新能力。
2.教学方法改革
“光电检测技术”是一门多学科交叉科学，如何提高教学质量、提升教学效果，使学生既能有效地掌握基础理论、基本方法，又能灵活运用基本原理。传统的以课堂教学为主、实验教学为辅的教学模式必须进行改革。
（1）有效地将课堂教学、实践教学相结合，引入多元化教学方式，增强教学效果。如讲解光电效应的过程中，采用图文并茂的多媒体课件形式，制作动画效果，将涉及半导体理论的抽象原理直观形象地演示出来，并以日常生活中光电探测器的应用为实例，激发学生的学习兴趣，拓展学生的视野。在讲授光电器件的性能参数过程中，量子转化效率、光电响应度、光谱响应范围、光电响应时间等性能参数均为抽象的物理参数，而光电器件的性能参数又是光电检测系统设计的关键，在讲授中以光电检测系统中光电器件性能参数变化对系统测量结果产生的影响为例进行讲解，以直观的数据将抽象的物理参数简单化。
（2）充分发挥学生的主观能动性，提高学习效果。在课堂教学过程中，充分发挥学生的学习积极性，加强学生与教师的互动，活跃课堂气氛，提高学生的学习效果。如绪论部分引入光电产业的发展前景，以日常生活中的小故事为例，引出光电产业的背景及发展趋势；以创新型实验为例，鼓励学生根据日常生活中的测量参数设计光电检测系统，发挥学生的主观能动性，培养学生的综合实践能力。
（3）改变考核手段，注重培养学生的综合能力。课程考核是评价课程教学质量的重要手段，传统的考核方式均采用卷面形式，具有一定的局限性。本课程采用卷面考核成绩、课堂提问、综合设计作业成绩相结合的考核方式。其中课堂提问成绩根据课堂提问结果给出，及时考查学生对所学知识的掌握程度。综合设计作业成绩以学生所完成的综合型创新型实验报告书给出，全面考查学生的综合能力。将三部分成绩结合起来，合理反映学生对于本门课程的学习情况。实践表明这种方式极大地调动了学生的学习积极性，取得了良好的效果。
四、结论
结合我校测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业情况，对“光电检测技术”课程教学进行改革，首先对课程教学内容体系进行了优化，接着采用项目教学法对原有实践教学环节进行改革，加大综合型创新型实验的比例，最后对教学方法进行改革，以有效的教学方式达到预期的教学效果。实践结果表明，课程内容体系改革、实践教学改革和教学方法改革提高了本课程的教学效果和人才培养质量。
参考文献：
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光学工程的应用篇6
一、更新观念,光盘资源与教育改革结合起来
农村中小学现代远程教育工程试点工作,有一个重要的任务,就是要让信息技术走进课堂、面向学生、用于教学,让广大农村学生能够与城市的学生一样,同在蓝天下,共享优质教育资源。作为只有一套光盘播放系统的农村小学,在教学工作中,更要注重发挥光盘播放系统的功能和作用,与我们平时的教学活动紧密地结合起来,积极推进新型的教育技术手段与新型教学方式在教育教学过程中的应用,逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的改革,实现农村小学教育质量的整体提高,促进学生的全面发展。引导教师要特别注意发挥教学光盘在课堂教学中的作用,使教师从知识的传授者变成学生学习的辅导者、引导者和课堂教学的组织者。这既是远程教育项目工程的要求,也是实行新课改的目标所在。
二、建立激励机制,全面推开应用
要充分发挥光盘播放系统在教学的作用,实现教学改革的目的,必须有制度保证。刚开始,教师对光盘播放系统认识不足,觉得在教学中应用既麻烦也没有多大用处,很大一部分人都不愿使用,我们就把光盘资源的应用作为一个教学考核的内容,排好课表,要求能使用的科目都尽可能地利用起来,至少要保证每个学生每周都能有一、两节课用到教学光盘资源,最大可能地提高现代远程教育工程的使用效益。我们还把教师应用信息技术的能力与教师的考核结合起来,在教师的绩效考核、评优、职务职称的晋升、岗位聘任等各方面,把教师能否在教育教学中应用现代远程教育的手段作为重要内容。现在,应用教学光盘进行教学,已成为学校的经常性、制度化的正常教学活动,使用光盘播放系统组织教学活动已成为教师上课的首选。
教学光盘在村小师生广泛应用的同时,我们还将光盘资源到中心校校园网站上,让中心校的师生也可选择性地使用,或是在课余时间自由浏览,更大程度上提高了资源的应用面。
三、搞好教师培训,把好应用的关键
教师是学校教育教学的组织者,教师愿意不愿意用,会不会用,是不是经常用,能不能用好,是实施远程教育项目工程的关键。农村中小学信息技术教师严重缺乏,掌握信息技术的普通教师更少,对教师进行现代技术培训是开展农村中小学现代远程教育的当务之急。因此,我们就将加强教师培训作为抓好远程教育项目工程的重点,既要保证培训人数、培训时间,更要保证培训质量;不仅要对他们进行设备使用的培训,更重要的是要教会教师如何将光盘播放系统有机地用到课堂上去,更好地提高教学质量。我校首先对全体教师都进行一次培训,在教会使用设备的基础上,还让先用的教师上示范课,让其他教师观摩,学习他们如何将光盘播放系统整合到常规教学中,最终将教学光盘用到自己的课堂教学活动中去。我们还在每个光盘系统播放点培训一位懂行的业务骨干,让他们负责本校的管理及指导工作,并负责组织本校教师的再培训和再提高。
四、搞好应用的研究,提高资源应用水平
教学光盘应用于教学的核心应是教学模式的创新,不能简单地将其理解为技术配备模式上的补充。我们就结合村校普遍较偏远的实际,组织中心校教师精心准备几堂课,开展送教下乡活动,将教学光盘应用于教育教学的具体方法,展示给村小的教师和学生,在课后组织教师座谈,讨论其应用的方法、得失、改进意见、师生的适应情况等,为进一步开展教学光盘应用的活动做好铺垫。同时,我们还经常就教学光盘用于教学中的问题设计一些问卷,了解师生生对这种教学模式的想法和要求,对调查结果进行综合分析后组织教师讨论,以促进教师更好地应用光盘资源、改进教学方法。我校也在此基础上组织了一批人,就远程教育项目工程申报了一个课题,进行现代远程教育条件下教育与学习方式研究,旨在研究出适宜在当地推广的、实用的教育教学方式。
五、加大后期投入,保障资源应用
为了推广光盘资源在教学中的应用,我校建立起了能保证项目长期、持续、稳定发展的运行机制。一是深入基层进行调查研究,针对农村学校的实际和存在的困难,组织现代教育技术基础较好和有一定经验的教师,为农村学校提供切实的技术保证和支持服务,切实解决不会用、不能用、用不起、不舍得用、不愿意用等问题。二是解决了运转经费问题,我校在本就紧张的经费中抽出部分资金专门用于远程教育项目的开支,并设立专账;对临时开展远程教育项目活动所需较多经费开支也大开绿灯,保障远程教育工作的正常开展。
光学工程的应用篇7
【关键词】光伏专业课程建设光伏岗位需求
【中图分类号】G64【文献标识码】a【文章编号】2095-3089（2015）08-0225-01
一、光伏专业建设现状
中国光伏产业产业规模迅速增长，在多晶硅、硅片、电池片、组件和光伏系统等光伏产业链各个环节中具有了一些自主知识产权，部分已达到国际领先水平，是世界最大的光伏市场。中国光伏不缺政策、不缺市场，缺的就是光伏方面的专业人才，如何培养现在发展需要的光伏人才一直都是一个值得认真探讨摸索的课题。
目前很多高校、各中等职业学校都在加快光伏产业人才培养工作，力争为光伏产业提供全方位、多学科、多层次的人才和智力支持。南昌大学太阳能光伏学院是我国最早在大学设立的光伏学院，为光伏人才培养提供了很好的榜样。随后，华北电力大学增设以太阳能光伏发电为主的“能源工程及自动化”专业，成为了部级特色专业，侧重于太阳电池设计与制造，光伏系统设计与搭建，光伏电站规划、设计、施工、运行与维护以及太阳能发电新技术开发等方面的技术与管理能力的培养。合肥工业大学、上海电力学院、南开大学、四川大学等大学都陆续开设了光伏专业。
还有很多职业院校也加入了光伏人才的建设队伍，江西太阳能科技职业学院（原江西中山职业技术学院）致力于太阳能光伏和光热利用、新能源和节能减排等制造业专业发展。上饶职业技术学院开设了光伏发电技术与应用专业，注重光伏产业理论、应用知识和操作技能的培养，具有从事硅材料及光伏产业的高素质技能型专门人才。湖南理工职业技术学院的专业名称为光伏发电技术及应用专业，侧重于生产运行、技术开发、产品检测与质量控制、生产技术管理、技术服务等工作的高素质技能型专门人才。扬州职业大学的专业名称为光伏材料加工与应用技术，培养具有太阳能光伏产业及光伏材料基础理论知识，掌握光伏材料加工与应用技术，能在光伏材料及相关行业从事生产运行、技术开发、产品检测与质量控制、生产技术管理等工作的高素质技能型专门人才。无锡职业技术学院开设的的专业名称为电气自动化技术（光伏发电技术及应用），针对长三角地区特别是苏锡常地区产业结构调整和提升的新特点，侧重培养光伏系统安装调试、光伏系统运行维护、小型光伏系统集成、光伏产品销售等方面的能力。乐山职业技术学院开设了专业名称为硅材料技术，培养光伏材料加工及应用。天津轻工职业技术学院的专业名称为光伏发电技术及应用专业，光伏系统硬件电路设计，光伏工程现场施工及从事光伏电力系统的调试、维护、运行和管理工作。
二、对光伏专业人才培养模式的建议
随着光伏产业的快速发展，光伏人才变得非常紧缺，这将制约我国光伏产业的大力发展。目前还没有形成非常完整、成熟的光伏技术人才培养体系，人才的后续供给速度赶不上光伏产业发展的速度。因此，建立合理的光伏产业人才培养体系，为我国光伏产业输送优质专业人才，是我们高校面临的一个新的机遇和挑战。光伏产业是一个新兴的产业，光伏专业是一个全新的专业，因此与学校特色相结合的太阳能光伏专业培养方向的研究有利于我校太阳能光伏专业人才培养方案和太阳能光伏专业人才培养模式的制定和实施。
本文主要针对光伏专业的人才培养提出几点见解，以期为该专业人才培养方案的制定和实施，为培养光伏产业发展所需的优秀和创新性人才提供借鉴。
1.构建合理的课程体系
为满足国家战略性新兴产业和光伏经济发展对高素质人才的需要，结合目前光伏岗位需求以及高校的办学条件，需要构建合理的课程体系。现主要岗位群主要有单晶硅棒生产、太阳能电池片生产、光伏电池生产、光伏组件加工和光伏发电系统施工，其中前四个岗位人员需求量大，但对文化程度要求不高，很多初、高中生经过短时间培训就能胜任。而在光伏发电系统施工方面由于我国起步较晚，目前国家对光伏电站建设的支持力度较大，此类光伏发电技术施工人才需求非常的急缺，需要系统地掌握储能和光伏发电等新能源材料与器件相关的基本理论与技术，能进行新能源材料与器件制备、性能测试及设备运行与维护，在制定培养方案时可以对课程整合和调整。
在课程体系设置中，把重点放在硅棒制备工艺流程及原理、太阳能电池制造工艺流程及工作原理、光伏系统的工作原理和设计、CaD技术、电子线路知识和电气控制技术知识，加强各种机械设备的操作技能、光伏材料和光伏系统检测、pLC、单片机等控制器件基础知识的培养[1-3]。
2.加强校内外实验、企业实习基地建设
企业非常看重学生的职业素质，如爱岗敬业、吃苦耐劳、求知、学习能力、现场管理和组织生产的能力、团队合作等，这些素质很难通过一两门课程来培养，需要通过大量的校内外实验和实习来进行职业素质教育。首先要培养学生们对光伏这个产业的兴趣，认识到光伏行业的重要性和发展前景。其次通过实验和实习重点加强学生对单晶硅片制造加工流程、光伏电池生产工作流程、晶体硅光伏电池组件制造工艺流程等认知和理解，增强学生对机械设备的操作技能，培养学生的学习能力、吃苦耐劳和敬业精神[4]。
3.构建高水平、高素质的师资队伍
作为一门新开的专业需要有一个强大师资队伍，上海电力学院有光伏行业最知名的教授之一，杨金焕，是中国光伏行业的元老之一。南开大学的光电子所是国家863计划之一，他们研究的电池专门供给中国的卫星做空间电池。四川大学的材料科学系冯良恒教授也是国内光伏行业领先学者之一，主攻碲化镉太阳能电池。笔者认为，一个学科要发展，首先要有好的学术带头人。因此，要大力引进国内高水平大学师德好、学术造诣深的人才担任新能源材料与器件的学术带头人。在此基础上引进相关方向的优秀青年博士，为现有师资队伍注入一股具有活力与创造力的新鲜力量。采取老教师带新教师的方法，尽快提升青年博士的教学水平与教学素质，使青年博士在掌握基本的教学技能的同时，充分发挥自身创造力的优势，加快整个专业的发展。
三、总结
光伏产业是一个新兴的产业，光伏专业人才变得非常紧缺，光伏人才培养要结合目前光伏岗位需求以及高校的办学条件，凝练出该专业的特色，制定合理的人才培养方案，构建合理的课程体系，建立科学的管理制度，提高人才培养质量，为光伏产业培养具有创新精神和实践能力的高素质光伏专业人才。
参考文献：
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光学工程的应用篇8
【关键词】应用型工学结合新能源人才培养模式
面对日益严峻的化石能源枯竭和环境恶化问题，人们已经清楚的意识到太阳能将是人类最重要的能源。目前，太阳能光伏发电技术与应用得到快速发展。到2008年年底，全球光伏累计安装容量大约18.5Gwp，但其主要市场在欧美和日本。欧美和日本已经形成了光伏应用的设计、安装、运行维护的新兴产业队伍和人才培养教育体系。而我国虽然是光伏组件的生产大国，但光伏的安装总量包括光伏电站的安装占世界光伏安装总量的比重很小，设计、安装、运行维护产业队伍尚未形成，人才培养体系还没有建立。
根据我国新能源中长期发展规划，2009年-2010年均新增55mw，到2010年我国光伏发电累计装机容量将达到250mw；而到2020年年需新增1350mw，累计装机将达到1600mw。因此我国光伏发电应用的潜在市场非常巨大。面对国家推动国内光伏发展的政策到位，国内光伏市场即将规模化发展，人才制约瓶颈将很快显现。因此，必须加大力度，迅速建立和完善我国光伏应用人才培养体系。
南昌理工学院就是在这一背景下于2008年成立了太阳能光电工程学院，在应用型太阳能光伏专业人才培养模式的教育理念、培养方案、课程设置、教学内容等方面进行了有益的改革与探索，学校把新能源科学与工程专业教育厅重点学科优势和应用型光伏创新人才培养结合起来，并率先摸索出光伏专业应用型、创业型人才培养模式，具有一定的创新性。以此为案例，本文力求总结与阐述工学结合教学模式在光伏应用专业教育中的成效性。
一、工学结合，依托行业、企业确定人才培养方案
人才培养模式是是教育教学思想、理论转化为创新教学实践，实现培养目标的物质力量的中介[1]，它包含教育思想与教学观念、专业培养目标与规格、专业设置、教学内容与课程体系等几个基本要素[2]。为适应世界光伏产业发展和工科院校教育改革的趋势，南昌理工学院联系我国光伏产业现状，紧密结合学校的学科优势与办学特色，根据江西区域经济发展的要求，建立适应“光伏产业应用性人才教育基本要求”为目标的教育教学体系。力争在省属工科本科院校中培养具有国际光伏产业发展思维，能够胜任光伏电池组件生产、研发以及光伏系统的设计、安装维护等工作，促进本地区经济社会发展的具有创新能力与创业思维的新一代光伏产业复合型人才。学院与国内大型光伏企业如赛维、晶科能源等高科技企业强强联合，建立起订单式培养。根据企业的需要确定人才培养方案，开设有光伏电池片制造工艺、光伏材料与检测、单晶硅/多晶硅制造工艺、光伏组件加工与工艺、太阳能发电技术、光伏发电设计与施工等核心专业课程，并到企业实训，强化技能素质培养，掌握光伏电池片及组件加工技术，使学生在就业初期就能够在技术岗位上脱颖而出，从而获取更多的升职机会；同时，要求学生掌握光伏电池片、光伏组件生产过程的原理与工艺要求，掌握光伏发电及相关供用电技术，有利于学生的可持续发展。
二、开展实验教学改革，不断完善实验室硬件设施，为学院的发展提供硬件支撑条件。实践教学是职业教育的核心环节，主要培养学生的职业能力，即专业能力、方法能力、社会能力[3]。新能源产业人才教育教学改革的关键是新能源产业相关实践技能的培养，加强新能源专业本科生生产实践课程的教学，以创业型、应用性人才培养为主，科研教学型人才培养为辅。
1.修订各专业实验教学大纲，加大实践教学的比例。
打破专业和学科的界限，合并内容相同或相近的课程，优化专业基础课理论与实验教学内容，删除陈旧过时和过深过难的内容，吸收前沿科技成果，增加实践教学内容，尽可能应用新的实验技术，在教学之中使学生的综合能力得到培养。
2.增开综合性实验和设计性实验，实施学生开放实验室建设
学校建有实验实训中心1个，其中包含6个实验室（机房、操作平台），教学机房、电子电工实验室、光伏基础实验室、光伏发电实验室、光伏材料实验室，多晶硅铸锭实验操作平台。实验实训中心平时对学生开放，66.67%的实验室为开放性实验室。制订实施了《实验室开放管理暂行办法》，对实验室开放做出明确规定和具体要求，并提供专项经费保障，有效改变目前本科生实验教学中存在的动手能力不足的问题，学生综合实验能力得到很好地培养。同时，在开放实验室中学生可以自行设计实验，科研兴趣小组还能设计专题实验。
三、改变既往单一的实习模式，加强实习实训基地建设，探讨加强新能源专业本科生假期专业技能社会实践的有效模式
学校还建成由实践教学设备配套的校内实践教学基地（含专业实训室）[4]，能对行动体系课程[5]的教学提供具体的学习情境[6]，因此，建设校内实践教学基地是工学结合教学情境实现的关键。学校还先后与江西上饶光电、江西上饶晶科、上海正泰、泉州百来等公司签订了长期合作协议，共建实习实训基地，企业技术人员来校任教或参与实训指导、毕业设计（论文）指导等方式参与人才培养。改变新能源专业学生实习模式，利用假期组织学生进入实习实训基地进行社会实践工作，提高学生学习专业课的主动性，充分认识用人单位对毕业生的需求。并且还可以提高学生的组织能力、社会活动能力，倡导个性发挥的教学。
短短四年来，学院立足新建地方本科院校实际，积极探索具有自身特点的发展之路，努力提升符合时代要求的办学理念。在光伏学科专业建设、人才培养等方面，突出地方性，发展应用性，着力实践性，强化专业性，不断提高人才培养质量，通过主课堂教学与课外创新相结合，学生的应用能力和创新能力有了明显的提高，这是工学结合教学的成果，值得推广和实践。
参考文献：
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[2]王振洪.构建新型高师院校人才培养模式刍议[J].课程・教材・教法，2004，（9）：75-79.
光学工程的应用篇9
［摘要］光纤自兴起后，应用范围广泛，涉及军事、煤炭、工程等各个领域；基于布里渊光时域反射计（BotDR），以某矿为例，研究了采动空间围岩应力场的变化，根据光纤的应变曲线得出在采动过程中围岩的变形状态，证明了光纤在采动空间中监测的可行性。
［关键词］光纤；布里渊光时域反射计；围岩；应变
1引言
目前，越来越多的学者、专家专注于研究采动空间围岩应力场的变化，这对煤矿安全生产以及工程施工都有着重大的意义。目前国内外现场监测采动应力的主要技术有钻孔应力监测技术、电磁辐射监测技术、微震测试技术、光纤传感技术等。其中，光纤传感技术是以光纤的导波现象为基础，光从光纤射出时，光的特性得到调制，通过对调制光的检测，便能感知外界的信息，从而实现对各种物理量的测量。在国际上，光纤技术是70年代后期才迅速发展起来的，而在岩土工程及土木工程领域中的应用是在90年代以后才开始兴起。光纤传感技术包括有光纤光栅、瑞利散射光时域反射、喇曼光时域反射、布里渊光时域反射等。本文基于布里渊光时域反射，以某矿为例研究了采动空间围岩应力场的变化，验证了光纤在采动空间中监测的可行性。
2BotDR的技术简介
2．1BotDR的原理
布里渊光时域反射计，简称BotDR（Brillouinopticaltime－DomainReflectometer），它是建立在布里渊散射光的特性的基础之上进行检测与监测的。布里渊是由光子与光纤内弹性声波场低频声子的相互作用而产生的，其频率与入射光相差几十吉赫兹，散射光相对于入射光产生频移，频移变化量与光纤所受的轴向应变和温度变化呈线性关系。
2．2BotDR的特点
BotDR相比较于传统的光纤传感器，具有明显的优点。其体积小，质量轻，电绝缘性好，抗电磁干扰能力强，抗生物化学腐蚀，防水防潮，易弯曲耦合性好，稳定性好，分辨率高，可以达到30με／1°c，测量距离长，覆盖面积大，可以实现全分布式测量，同时容易实现对被测信号的远距离监控，是一款集传播和感应于一体的功能型光纤传感器。
3工程案例
3．1监测系统的构建
某煤矿的煤层回风上山（简称煤上山）监测断面的钻孔剖面图。该断面共包括3个监测孔，其中1＃孔为仰孔，仰角40°，方位角97°，设计孔深100m，实际安装深度为100．8m；2＃孔为俯孔，俯角－40°，方位角97°，位于巷道底板，设计孔深为100m，光缆实际安装深度为97．3m；3＃孔为近水平孔，倾角为＋6°，设计孔深为100m，实际安装深度为80．3m。由钻孔资料可知该断面岩性主要为细砂岩和砂质泥岩。孔中装有钢绳式光缆，通过钻孔注浆，使传感光缆和围岩耦合为一体，确保二者协调变形。监测钻孔相关测试系统于2014年1月14日全部安装完毕。仪器监控站位于钻孔后20m处，并对测试电缆进行了有效保护。待钻孔中水泥浆固结后，开始进行数据采集，现场采用布里渊光时域反射光纤应变／温度测量仪aV6419采集数据。该断面每天推进5～6m，监测时间跨度为2014年3月7日至2014年5月17日，在这两个多月时间内，一共进行了13次定期监测，分别为3月27日、3月29日、3月31日、4月3日、4月5日、4月7日、4月9日、4月11日、4月12日、4月14日、4月19日、4月27日、5月17日，并将2014年3月7日监测值作为观测初始值，为后期的监测数据提供对比依据。通过测量光缆的应变分布及变化情况，得到围岩相应方向上的应变分布及变化情况，进而分析围岩应力场的分布特征，为采动条件下采场周边顶板围岩应力分布规律的研究以及顶板支护提供依据。
3．2数据结果与分析
通过数据整理，得到传感光缆在采动过程中的应变分布曲线，以煤上山断面1＃仰孔传感光缆的应变分布为例进行研究。整个监测过程的全部应变分布曲线，可以看出：每个时间段在相应位置上的应变趋势整体上呈一致性，仅在幅度上有差异，应变范围为－700～2300με。随着开采时间的推进，同一孔深位置后期的应变大于前期的应变，说明后期的围岩松动范围在增大，围岩裂隙逐渐加宽加长。从一天的监测记录上看，不同孔深处的应变也不同。孔深4m范围内出现压应变，这与施工阶段在孔口安装的套管有关；除此之外，其他测点都几乎呈现拉应变，且孔口至孔深19m、27m、45m和55m处拉应变较大。为了深入的研究采动空间围岩应力场的变化，现观察孔深分别为19m、27m、45m、55m和94m处传感光缆应变随工作面推进位置的变化曲线，见图b。总体上可以看出：这5个测点在工作面停采之前（2014年5月4日左右）都呈现拉应变，且随着工作面的推进，皆呈现线性增长的趋势，这表明随着工作面的推进，受超前支撑压力和巷道收敛的共同作用，巷道围岩产生较大的拉伸变形。
停采之后，在采动应力的作用下，采场围岩产生蠕变变形。因此，各测点在停采之后的应变值都有较大增长。孔深19m测点的应变明显大于其他4个测点，应变增长速率较大，其变形受巷道收敛的影响较大，而其他4个测点的应变主要受采动影响。另外，从距离工作较近的孔深45m和55m测点的应变变化曲线可见，围岩的应变呈现阶段式增加的变化规律，反映了工作面推进过程中，采动应力具有周期性变化的特点。结合此煤矿的地质资料，做出光缆应变分布与地层的对应关系图，如图3所示。由于主要受巷道收敛变形的影响，位于①处泥岩中的传感光缆的拉应变值较大，在②处细砂岩的底部和上部分别存在较为显著的拉应变区域，说明在相应层位出现了离层裂隙。另外，在②处细砂岩和③处泥岩地层界面附近具有阶段性变形的变化特征，与工作面顶板不断垮落，老顶周期来压有关。除此之外，②处细砂岩的顶部和③处泥岩的底部，拉应变突变，增大到1500με，这说明软岩与硬岩的层面附近可能出现了离层变形。④处的细砂岩都呈拉应变状态，但变形量较小，说明此处只产生细小裂隙，总体比较稳定。在⑤处泥岩的底部，光纤存在拉应变区，随工作面推进，拉应变值缓慢增大，反映出在超前支撑压力的作用下⑤处泥岩的底部出现离层裂隙。
4结语
通过案例分析可见，应力的大小及性质与地层的岩性、组合关系、至工作面的距离以及深度等因素有关。采用分布式传感光缆可以得到工作面推进过程中，煤层顶板围岩的变形特征及其变化规律，为采场空间的应力场、变形场的分析提供了依据。由于光纤的优越性，可以预见在以后很长一段时间，光纤的应用范围会越来越广。同时光纤安装的施工工艺、测试精度以及数据处理软件的完善等在以后都会有更进一步的发展。
参考文献：
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光学工程的应用篇10
关键词：电子科学与技术光电子材料与器件理论教学实验教学
中图分类号：G423文献标识码：a文章编号：1674-098X（2014）09（b）-0154-02
电子科学与技术（以下简称“电科”）专业是以培养具备微电子、光电子、集成电路等领域宽厚理论基础、实验能力和专业知识，能在电子科学与技术及相关领域从事各种电子材料、元器件、集成电路、电子系统、光电子系统的设计、制造、科技开发，以及科学研究、教学和生产管理工作的复合型专业人才为目标的工程专业。作为电科专业教育中重要内容的光电子技术，不仅是当代信息技术两大支柱之一，而且随着现代科学技术的发展持续焕发着生命活力。而让光电子技术保持如此强劲发展势头的主要原因之一，正是光电子材料与器件的广泛应用，例如激光器与新型光电探测器的应用的人你还。另外，诸如纳米光电材料与器件、光子晶体及相关器件、超材料及相关器件与表面等离子体激元及器件等新型光电子材料与器件的研究与应用，是目前国际上光学与光电子学研究领域的前沿热门方向。由此可见，学习光电子材料与器件的相关知识，不仅对电科学生知识体系的构建与就业方向的确定具有积极的影响，也为那些将来希望从事新型光电子材料与器件科研工作的学生，提供了坚实的理论基础与知识储备。然而，根据笔者的调研，虽然国内许多重点大学的电科专业都开设了光电子技术课程，但很少有大学专门开设光电子材料与器件这门课程。而由于光电子技术的内容多、涉及知识面广，教学课时又往往有限（一般为32或48个学时），因此在光电子技术的实际教学过程中，讲授教师往往重视光电子技术基本概念与理论知识的教学，而轻视光电子材料与器件的教学。该文从光电子材料与器件的研究内容、应用及发展等方面说明其在电科专业教育中的重要性，并结合自身光电子材料与器件课程的教学经验，研讨电科专业中光电子材料与器件的教学方法。
1光电子材料与器件简介
光电子材料是指能产生、转换、传输、处理、存储光电子信号的材料。光电子器件是指能实现光辐射能量与信号之间转换功能或光电信号传输、处理和存储等功能的器件。自1960年美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器以来，光电子材料与器件如雨后春笋般发展迅速。在短短的50多年里，光电子材料与器件经历了从红宝石激光器的发明，到半导体激光器、CCD器件及低损耗光纤的相继问世；从各种光无源器件、光调制器件、探测与显示器件的小规模应用到系统级集成制造实用化阶段；从大功率量子阱阵列激光器的出现再到光纤激光器、光纤放大器和光纤传感器的诞生。光电子材料与器件从未停止过发展的脚步，并正在不断深刻影响着人类社会的方方面面。在实际需求的引导下，各种新型光电子材料与器件层出不穷，性能也不断提高。尤其是近年来，随着微米及纳米级加工技术的成熟，新型的微纳光电子材料与器件的研究异常活跃。纳米光电材料、光子晶体、超材料、表面等离子体器件等领域的研究成果丰硕，为未来光电子器件的微型化、集成化发展奠定了坚实的基础。
综上所述，光电子材料与器件在当代信息产业与科学技术中具有极其重要的地位，因此，光电子材料与器件这门课程不仅应当单独作为一门课程独立教学，而且应该作为重视工程教育的电科专业的核心课程。
2光电子材料与器件课程教学研究
2.1光电子材料与器件课程的教学形式、课时安排与教材选择
光电子材料与器件课程不仅包含丰富的理论知识，例如光电子材料的物理特性以及光电子器件的工作原理等，而且与实际应用结合精密，因此，本课程宜采取理论教学与实验教学相结合的教学形式。
在课时安排方面，作为电科专业的一门核心专业课程，光电子材料与器件课程的总课时应不低于32学时（2学分），理论课学时不低于26学时，实验课不低于6学时。
另外，在教材选择方面，由于光电子材料与器件是光电子技术中的一部分内容，而目前国内关于光电子技术方向的参考书籍很多，其中亦不乏一些光电子技术课程的经典教材，例如西安电子科技大学安毓英主编的《光电子技术》[1]，西安交通大学朱京平主编的《光电子技术基础》[2]等。虽然这些光电子技术参考书中或多或少都会介绍与光电子技术相关的材料与器件，但是，目前专门介绍光电子材料与器件方向的教科书却是少之又少，市面上仅有国防工业出版社2012年出版的侯宏录主编的《光电子材料与器件》[3]一书。加之，该书中所涉及的理论知识较深，基础浅薄的本科生很难驾驭。由此可见，对于光电子材料与器件这门新兴课程而言，设立统一的教材并不合适。因此，笔者建议该课程的讲授教师根据理论教学与实验教学的内容，自行编写该课程的讲义与课件。
2.2光电子材料与器件课程的理论教学
按照电科专业的专业定位以及培养目标，光电子材料与器件课程的理论教学也应该突出“工程”内容。传统的光电子技术教学中所重视的原理、定律与规律等内容，在光电子材料与器件教学中要弱化；而传统光电子技术教学中往往被弱化乃至忽视的光电子材料与光电子器件的相关知识，要在光电子材料与器件课程教学中占主体地位。如此才能保证在有限理论课时的前提下，让学生对光电子材料与器件有一个全面的认识。
在教学内容的设置方面，由于光电子材料与器件主要应用于光电子技术之中，因此，为了便于学生的理解与知识体系的构建，笔者建议光电子材料与器件课程理论教学的章节设置按照光电子技术的章节设置进行。以笔者讲授光电子材料与器件理论课程（共26学时）为例，该理论课程共被分成了绪论（2学时）、激光原理与典型激光器（5学时）、太阳能电池（4学时）、光通信器件与材料（5学时）、光探测器件（5学时）、光电显示器件（3学时）与光存储器件（2学时）等七个章节，这七章内容基本囊括了光电子技术中光产生、光转化、光传输、光探测、光显示以及光存储等各个重要环节中最为典型的器件以及所用到的材料。另外，在每章内容的设置上，也尽可能突出“工程”内容，弱化“理论”知识。下面，笔者将详细介绍笔者在光电子材料与器件教学中各章的教学内容。
第一章绪论主要包括光电子材料与器件课程简介以及光电子技术的基本知识简介。在光电子材料与器件课程简介中，向学生介绍课程设置的目的和意义、课程的主要内容、教学与考试方式与参考资料等。通过这部分内容的介绍，让学生对本课程的意义、内容、侧重点有一定的认识。在光电子技术基础知识简介中，重点向学生介绍光电子材料与器件与光电子技术的关系，并通过对光电子技术的概念、特征、发展等方面的介绍，让学生对光电子技术以及光电子材料与器件有一个整体的认识。
第二章激光原理与激光器重点介绍几种典型激光器的材料、结构与工作特性，其主要内容包括三个部分：激光原理简述、典型激光器与激光器的应用。在激光原理简述部分，由于多数电科专业在学习光电子材料与器件课程之前已经修过激光原理等类似课程，所以该部分内容为简略介绍的内容，主要帮助学生回顾激光的特征、历史与光辐射理论等知识点。而第二部分内容典型激光器是本章内容的重中之重，在该部分内容中，将依次向学生介绍固体、气体、液体与半导体这四大类激光器中的典型激光器的结构、特征与工作特性等知识。由于发光二极管与半导体激光器结构与工作原理上的相似，在介绍完半导体激光器后，可以顺理成章地介绍发光二极管的结构与特征。另外，本章最后还简单介绍了激光器的几种常见应用。
太阳能电池虽然是光电探测器中光伏效应的一种特殊应用，但是由于它在现如今光电子技术产业以及光电子器件中的重要地位以及良好的发展趋势，该部分内容被独立成一章。在第三章太阳能电池中，主要分两小节给学生介绍，第一小节介绍当今能源与环境问题以及太阳能的开发和利用，让学生了解当今能源资源的现状以及新能源研究与应用的迫切需求，然后介绍太阳能利用的历史以及发展趋势；第二小节正式介绍太阳能电池的工作原理、结构以及特性等知识。
第四章光通信器件与材料主要介绍的是光通信系统中所用到的有源与无源光器件。本章内容共分为两小节：第一小节介绍光纤通信的基础知识，包括光纤通信的定义，光纤的结构、导光原理、发展历史，以及光纤通信系统的组成与特点。第二小节正式介绍光纤通信系统中所用到的各类光电子器件以及构成这些器件的核心材料。在光纤通信中，最重要的器件当属光纤，所以，本节开始就着重介绍光纤的相关知识，包括它的结构、原理、分类、特征参数与传输特性。然后，又将光纤通信系统中的其它光电子器件分为有源与无源器件两类，并分别介绍了这两类光器件中的代表器件：掺铒光纤放大器与波分复用与解复用器。最后，在本章结尾还介绍了光纤通信系统中其它几种常用光器件，例如光耦合器、光衰减器、光环行器等。
第五章光探测器首先介绍了光电探测器的物理效应、性能参数、噪声；其次，按照光电探测器物理效应的不同一一介绍了几种典型的外光电效应探测器（光电管与光电倍增管）与内光电效应探测器（光电导、光电池与光电二极管）。教学的重心仍然放在对探测器结构、工作原理以及特性等方面。
第六章光显示器件重点介绍四种光显示器：阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器与电致发光显示器。
第七章光存储器件主要介绍了现如今最常用的一种光存储系统――光盘系统以及其中最总要的器件光盘。
2.3光电子材料与器件课程的实验教学
光电子材料与器件实验课程的教学要与理论教学紧密相连，并重点介绍理论课上讲解过的光电子材料与器件，实验课程的学时应不低于6学时，开设的时间最好在理论教学完成之后，以保证学生在实验前已对实验器件与实验原理有一定的了解。在实验项目的设定方面，既要保证与理论课程内容的相辅相成，又要尽量避免与其它课程实验项目的重复，造成资源的浪费。例如，许多大学的电科专业都已经将激光原理一课作为该专业的核心专业课程，并配备了相应的激光器实验。在这种情况下，如果在光电子材料与器件实验教学中再次引入激光器的实验内容，不仅消耗了宝贵的实验时间，实验效果也会大大降低。
下面跟大家简单介绍笔者在光电子材料与器件实验教学（6学时）中的实验安排。
（1）实验内容：共包含六个实验项目，它们分别是：光控开关实验、光照度计实验、红外遥控实验、pSD位移测试实验、太阳能充电实验与光纤位移测量系统实验（每个实验1学时）。各实验中都应用到了一个或几个核心光电子器件，这些光电子器件基本涵盖了学生在理论课程中所学到的最为重要的几类器件，例如光控开关实验应用到了光电探测器中的光敏电阻作为核心元器件；而红外遥控实验中用到了发光二极管光源与红外探测器等光电子器件。
（2）实验要求：以往的光电子技术实验往往重视现象的观察与定性分析，但经笔者调研，这种实验方法很难最大限度激发学生的求知欲与动手能力，因此，在对原有的实验指导书进行改良后，笔者自行编写了实验的指导书，并在每个实验项目中加入了一些测量与定量分析的实验内容。例如太阳能充电实验，原来的实验指导书只是观察太阳能充电的效果，但是，在新改良的实验指导书中，要求同学测量不同光源照射下太阳能电池的输出电压与输出电流，并要求学生分析比较其差别。通过这种方式，充分调动学生的实验积极性，在具体的实验教学中也取得了很好的效果。
（3）实验方式：分组实验，共同撰写实验报告。这样，不仅提高实验效率，还能够锻炼学生的团队协作意识。
（4）考核方式：根据每位学生实验完成的情况与实验报告撰写的情况综合评分。
3结语
光电子材料与器件在信息产业的发展与现代科学的研究中都具有举足轻重的地位。它不仅是电科专业知识体系中的重要环节，也为电科专业学生提供着良好的就业竞争力与科研基础。本文通过对电子科学与技术专业特点与光电子材料与器件课程内容的分析，讨论了光电子材料与器件在电科专业教育中的重要性，并根据笔者自身的授课经验，提出了光电子材料与器件在电科专业中的教学形式、课时安排、教材选择以及理论与实验课程内容设置的一些意见与建议。
参考文献
[1]安毓英，刘继芳，李庆辉.光电子技术[m].3版.北京：电子工业出版社，2013.