信息光学综合实践课程在应用型本科人才培养中的探索

李珂　曹国洋　王前　李成金

摘 要 信息光学综合实践课程配合“信息光学”课程的理论部分进行专业实践训练。该课程旨在提高学生的综合素质，顺应应用型本科人才的培养需求。本文通过阐述信息光学综合实践课程的实施背景，提出设置该课程的原则和方法，以两个实例探讨了信息光学综合实践课程对人才培养的重要作用，对于光电信息专业相关课程的教学改革具有一定的指导意义。

关键词 信息光学 应用型人才培养 教学改革

中图分类号：G642                                 文献标识码：A  DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.02.029

Exploration of Information Optics Comprehensive Practice Course in the Cultivation of Applied Undergraduate Talents

LI Ke[1]， CAO Guoyang[2]， WANG Qian[1]， LI Chengjin[1]

（[1] Wenzheng College of Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215104;

[2] School of Science， Jiangnan University， Wuxi， Jiangsu 214122）

Abstract The comprehensive practice course of information optics is combined with the theoretical part of information optics to carry out professional practice training. The purpose of this course is to improve the comprehensive quality of students and meet the training needs of application-oriented undergraduate talents. This paper expounds the implementation background of information optics comprehensive practice course， puts forward the principles and methods of setting the course， and discusses the important role of information optics comprehensive practice course in personnel training with two examples， which has a certain guiding significance for the teaching reform of photoelectric information professional courses.

Keywords information optics; applied talents training; teaching reform

0 前言

“信息光學”是光电信息科学与工程专业的一门专业核心课程。教学目标是使学生在熟练运用傅里叶变换的基础上，进一步掌握光的标量衍射理论在信息处理中的作用和计算方法，具有分析评价光学系统的能力。这门课程结合了应用光学、计算机科学和信息科学相关知识，是学生进一步深入图像处理、全息技术、光纤通信等领域的坚实阶梯。对提高学生分析解决问题的能力，培养学生科学的世界观和创新能力，以及毕业后继续深造进行前沿的科学研究或是从事光电技术、光学设计、图像处理等领域的专业技术工作奠定基础。

1 进行课程综合实践改革的背景

“信息光学”课程专业性强，对于普通光学和高等数学的基础要求较高，理论水准具有足够的深度。它要求学生熟练掌握傅里叶积分变换，将光学成像过程从线性系统的观点的来分析它的信息传递机制，利用光学方法进行信息处理、计算和存储。其教学内容既强调一定深度的基础理论，又注重介绍该领域的前沿应用成果。[1]

作为应用型本科院校，光电信息科学与工程专业的培养目标有着自己的特色，以笔者所在的苏州大学文正学院为例，它不仅要求经过四年专业训练后的本科生掌握本学科的基本知识和理论体系，还要结合长三角地区的产业优势在光电及相关领域企业的人才市场需求，使学生具备一定的实践与应用能力。学生毕业时不仅能有相当比例的学生能进一步在学科深造考取研究生，还要求能够在光电技术、信息处理、图像处理、光学设计等领域从事专业技术工作。我们总结为“厚基础、宽口径、重实践”的培养模式。[2]

虽然这门课非常重要，但在实际的课堂教学中，传统的教学方式面临着许多问题。例如：课程内容偏重于基础理论，在学生的数学和物理基础水平参差不齐的情况下，大量复杂的积分公式和数学推导，使得学生对各公式的本质含义缺乏理解，学习的兴趣和信心不足。在共计51个课时的有限时间内，教学方法单一，授课内容无法与现代科技前沿、产业发展现状有效结合，偏离实际生活和社会问题，学生很难体会到“信息光学”作为一门技术专业课程的意义，对学生未来的发展也缺乏指导。因此需要通过改进教学方法，应用新的教学手段，提高学生的学习主动性，提升教学效果。[3-5]

2 进行课程综合实践的原则和方法

结合上述背景分析，专门针对“信息光学”这门纯理论课程开设相应的综合实践课程是很有必要的。首先，综合实践课程的内容必须是能够激发学习兴趣的;其次，应符合课程教学任务需求;并且，符合科技发展和行业现状的特色。为此，可总结为综合实践课程应具备三个原则：注重理论与实践和结合，注重紧密联系科学和产业前沿，注重渗透交叉学科培养创新能力。

2.1  注重理论与实践和结合

信息光学综合实践课程需要以“信息光学”课程的内容为理论基础，要涵盖二维线性系统分析、标量衍射理论、光学成像系统的频率特性、部分相干理论和空间滤波的基本原理等内容;教学内容设置应以课程知识点为核心，多角度展开综合实践，覆盖“信息光学”理论课的核心知识点，达到夯实课堂理论基础的目的。

2.2  注重紧密联系科学和产业前沿

“信息光学”是近60年来发展起来的一门新兴学科，它传统的波动光学中脱颖而出。加上数学中的傅里叶变换和通信中的线性系统理论使光学和通信这两个不同的领域信息学范畴内统一了起来，从空域走向频域。近年来，信息光学在光學互联、三维成像系统、光学三维传感、光学新材料和装置等前沿领域十分活跃。因此配套的综合实践课程设置应紧密围绕未来科技和产业发展的热点领域，紧密联系信息光学中的产业前沿和学术动态，使学生们体会到学以致用的成就感和乐趣，为今后继续深造或择业奠定坚实的基础。

2.3 注重渗透交叉学科培养创新能力

信息光学综合实践课程对学生能力的培养是全方位的，课程的实施将调动起学生对于光学精密实验平台的准确操作、调动起学生对计算机语言的熟练运用、调动起对其他相关课程知识点的运用。充分体会到“信息光学”不是一门孤立的纯理论课程，而是结合了信息科学、电子信息技术和图像处理等学科，在日常生活、经济发展甚至国防安全等领域有重要应用。

3 课程综合实践案例

依据以上三个原则，在贯彻“厚基础、宽口径、重实践”的培养模式下，信息光学综合实践课程将依托实体实验室和数字实验室两个平台进行课程的实施。本文遴选该课程中诸多实践专题中的两个实例分别说明在这两个平台下的信息光学综合实践的具体内容和任务。

3.1 彩虹全息与防伪技术

任务设置背景：现如今，防伪标签已经走入了我们的生活，但是防伪标签仅仅是为了防伪吗？事实上不仅如此，对于不同的商品所需要的功能是不同的，像保健品、进口高档食品、酒类等，一般会倾向于选择高档的防伪标签，提升产品的档次。针对这类商品，设计推荐有科技含量的高端防伪标签。不仅防伪功能强大，还有绚烂的外观，给客户留下深刻的印象。彩虹全息防伪码就是档次较高的防伪标签的代表。

任务实践内容：在实体实验室，通过参考实验教程，自行选择光学元件、调整光路与光束比、进行曝光记录、对干板进行显影定影，最终在白光下再现其像。实现彩虹全息可采用两步彩虹全息法或一步彩虹全息法，各有优势和劣势。此项实践任务学生将通过调研文献、参考教程、动手操作、进行对比实验、进行实验总结，最终形成实践报告。巩固信息光学的基础知识，了解全息技术领域的发展趋势。

3.2  用于光束整形的衍射光学元件设计

任务设置背景：用于光束整形衍的射光学元件是在透明基片上刻蚀所设计好的深浅不一的浮雕结构，通过对入射光束波前的调制将入射能量为高斯分布的激光束整形为能量分布均匀的平顶光斑。光斑的形状可以是圆形、正方形、矩形、椭圆形等等，光斑的尺寸可以几毫米到十几微米。在激光加工、医疗器械、国防装备等领域都有广泛应用。

任务实践内容：在虚拟实验室，利用MATLAB计算仿真平台，通过对Gerchberg-Saxton （GS） 算法的学习，设计相应的衍射光学元件。在这个仿真设计过程中，需要准确的描述入射光场并对其进行满足奈奎斯特定理的离散采样，然后通过恰当的参数设置进行迭代计算，最后对频谱面的光斑强度分析和质量评价。此项实践任务不仅很好的结合信息光学知识和编写代码能力，而且目标任务可灵活多样化，有利于培养学生的创新思维能力。

4 问题与结论

信息光学综合实践课程作为“信息光学”配套的实践类课程是对理论知识的充分巩固和应用，注重引导学生主动参与、积极协作、探索创新。然而，实践内容的设置应多样化并层次分明，需要充分结合学生的实际的能力和水平，做到因材施教，学以致用。本课程有效弥补课堂教学时间的不足，塑造了学生的创新意识。在实战演练中培养了学生分析解决问题的能力，培养了学生的实际动手能力。它的开设为培养合格的专业技术人才提供了必备的理论基础和基本的实践技能，而且对大学生深造和就业有很好的促进作用。

基金项目：1.江苏省教育厅、江苏省高校“青蓝工程”项目资助苏教师[2018]第12号。2.江苏省高等教育学会应用型本科院校研究会，项目名称：基于“基础引领、项目驱动、专创融合”的创新型人才培养模式研究与实践，项目编号：2019yz09

参考文献

[1] 王仕璠，刘艺.“信息光学”课程教学改革探索与实践[J].实验科学与技术，2012（10）：42-43.

[2] 施盛威，胡荣.独立学院人才分类培养模式探讨[J].教育评论，2012（4）：27-29.

[3] 陈霄.独立学院应用型人才培养质量提升路径初探[J].教育教学论坛，2020（42）：322-323.

[4] 张宇，王卫星，王建，刘江.“信息光学”本科教学改革实践[J].电气电子教学学报，2009.31（4）：12-13.

[5] 乔文.大学光学课程的项目教学法设计与探讨[J].教育教学论坛，2019（45）：177-178.