時間：2022-12-12 15:08:28
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇光電子技術(shù)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
納米光電子主要是研究在所有納米結(jié)構(gòu)中各個電子以及光子存在的相互作用。將光電子以及納米電子的相關(guān)技術(shù)相互結(jié)合共同組成了納米光電子技術(shù)。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體硅并不具備發(fā)光的基本功能，但是引進(jìn)了納米技術(shù)以后，能夠發(fā)出一種非常耀眼的光，同時開設(shè)了一門新興的納米光電子。
二、納米光電子技術(shù)的發(fā)展
新時代的納米電子技術(shù)能夠快速的制作各種單電子存儲，同時還可以制作一些非常精巧完美的微電子機(jī)械以及電機(jī)械系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代納米技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，集成電路也將成為一種比較先進(jìn)的半導(dǎo)體器件，并成為了未來發(fā)展的新方向。如今的信息社會對于所有使用的集成電路具有的集成度的各種要求也逐漸增高，這就導(dǎo)致人們不斷突破尺寸具有的極限途徑。在新的社會形勢下，納米電子以及納米電子光技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并成為了半導(dǎo)體科學(xué)以及各種工程研究的重要領(lǐng)先技術(shù)。光電子技術(shù)屬于電子技術(shù)以及光電子技術(shù)的結(jié)合體。二十世紀(jì)以后，光電子技術(shù)逐漸發(fā)展，并取得了一定的進(jìn)步。將光電子技術(shù)以及納米技術(shù)巧妙的相互融合最終形成了納米光電子技術(shù)，成為了未來電子技術(shù)不斷發(fā)展的新領(lǐng)域。如今的二十一世紀(jì)，也為光電子技術(shù)以及納米光電子技術(shù)發(fā)展提供了新的機(jī)遇。
三、納米光電子各個器件的具體分類
3.1納米光電技術(shù)探測器
如今的納米光電技術(shù)探測器主要是利用納米光電子的基本材料進(jìn)而不斷發(fā)展而來。這種微型的探測器主要由納米絲以及各種納米棒共同組成，例如，超高靈敏度紅外探測器等。
3.2納米發(fā)光器件
引進(jìn)納米光電子的相關(guān)技術(shù)并利用納米光的基本材料，利用納米光刻技術(shù)，最終研制出新興的納米發(fā)光器件。主要有利用納米粒子等材料制作完成的一種硅發(fā)光二極管，使用各種納米尺寸制成的可以實現(xiàn)調(diào)諧的納米發(fā)光二極管。
3.3納米光子器件
納米量子機(jī)構(gòu)以及量子電路等各種集成技術(shù)都蘊(yùn)含著非常深奧的研究內(nèi)容。例如，利用三維光電子自身的晶體天線，還可以利用光子晶體技術(shù)二極管，以及無損耗產(chǎn)生的光電波，光開關(guān)等，這些都屬于先進(jìn)的納米光子器件，在量子保密通信中的各種重要的關(guān)鍵器件，都是利用納米光子器件完成的。
3.4納米顯示器
納米顯示器主要包括碳納米管顯示器，還有一種碳納米發(fā)生顯示器等。如今的納米電子學(xué)還有納米光子學(xué)以及先進(jìn)的磁學(xué)微電子，自身具有的極限線寬都是70nm，這種先進(jìn)的技術(shù)通過幾十年的研究就完成了。為了能夠在最短的時間內(nèi)完成新興的器件，使用單原子具體的操作方式成為重要的研究方向，并且，利用這種先進(jìn)的技術(shù)能夠制成計算機(jī)，并且能夠有效的提升計算機(jī)自身的計算能力，甚至可以提高上千倍，但是需要使用的功率只有現(xiàn)在計算機(jī)的使用功率的百萬分之一。如果使用先進(jìn)的納米磁學(xué)，計算機(jī)具體的信息存儲量甚至能夠達(dá)到上千倍。使用納米光電子能夠提升通信帶寬的上百倍。另外，除了以上介紹的各種器件，還可以從廣義上分析，納米器件還有分子電子器件，這種器件無論是在材料上還是在使用的原理上都與上述的半導(dǎo)體量子器件存在較大的差異。
四、結(jié)束語
本文作者：劉雁 藍(lán)嵐翎 許云麗 曾曙光 李晶 王飛 單位：三峽大學(xué)理學(xué)院 三峽大學(xué)文學(xué)與傳媒學(xué)院
全世界光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模己達(dá)1萬億美元，國外光電子產(chǎn)業(yè)主要集中在美國、西歐和日本等國家和地區(qū)。近十年來，中國光電子技術(shù)產(chǎn)品市場的年增長率始終保持兩位數(shù)的高速增長。隨著信息光電子技術(shù)、激光加工、激光醫(yī)療、顯示、照明等光電技術(shù)的快速發(fā)展，我國已經(jīng)形成市場可觀、發(fā)展?jié)摿薮蟮墓怆娮赢a(chǎn)業(yè)。2006年，《國家信息產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展“十一五”規(guī)劃和2020年中長期規(guī)劃綱要》明確提出，未來5～15年15個領(lǐng)域發(fā)展的重點技術(shù)中就包括了光電子技術(shù)，聲明要重點發(fā)展激光器、光電探測器、光傳輸和光傳感設(shè)備、微光機(jī)電系統(tǒng)、半導(dǎo)體照明等產(chǎn)品。[6]2010年10月，國務(wù)院正式《國務(wù)院關(guān)于加快培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，進(jìn)一步明確了光電產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，包括新型顯示器件、LED等在內(nèi)的細(xì)分產(chǎn)業(yè)都在國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中明確提到。[7]可見，在光電產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)和生產(chǎn)能力快速提高的情況下，對光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才的需求量也將逐年增大。
光信息科學(xué)與技術(shù)具有旺盛的生命力，處于高速發(fā)展時期。目前，在光通信、光電檢測、光電照明、光學(xué)元件與系統(tǒng)、光伏產(chǎn)業(yè)、激光技術(shù)、光學(xué)設(shè)計、光學(xué)材料等方面都有廣闊的應(yīng)用前景，對社會的發(fā)展和貢獻(xiàn)不可估量。作為高校，除了科研、教學(xué)，還要服務(wù)于社會，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，這些不僅體現(xiàn)在科學(xué)研究和教師兼職方面，也體現(xiàn)在人才培養(yǎng)目標(biāo)和方案上。光信息科學(xué)與技術(shù)同光學(xué)、機(jī)械、電子、材料、計算機(jī)、自動控制等多學(xué)科的知識息息相關(guān)，但也不能面面俱到，所以十分有必要結(jié)合當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的發(fā)展，調(diào)整學(xué)科的發(fā)展、人才培養(yǎng)計劃，為地方經(jīng)濟(jì)服務(wù)，加強(qiáng)科學(xué)研究，引領(lǐng)社會的發(fā)展。三峽大學(xué)地處湖北省域副中心城市的宜昌，經(jīng)濟(jì)活躍，交通方便。現(xiàn)在高鐵開通后，宜昌到武漢的時間已經(jīng)減少到2小時左右。隨著國內(nèi)光電照明、太陽能、光電顯示產(chǎn)業(yè)如火如荼地發(fā)展。宜昌太陽能、光電照明等光電企業(yè)也有較大的發(fā)展，如中國南玻集團(tuán)宜昌南玻硅材料有限公司（一期項目已累計投資20多億元，專門從事高純多晶硅材料、太陽能硅片及電池片生產(chǎn)的大型制造企業(yè)）等等一大批光電企業(yè)。這些企業(yè)主要集中在光伏產(chǎn)業(yè)、節(jié)能照明、LED、光學(xué)冷加工等方面。這些光電企業(yè)有著旺盛的人員需求，對本專業(yè)產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng)具有十分重要的意義。2011年出臺的《宜昌市科技發(fā)展“十二五”規(guī)劃（2011至2015年）》明確提出，在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的發(fā)展方向要圍繞光電子產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)開發(fā)，搶占背景光源行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新制高點，加快液晶照明燈、LED背光源及照明產(chǎn)業(yè)化。圍繞太陽能技術(shù)開發(fā)，加快太陽能熱水系統(tǒng)產(chǎn)品系列開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。[8]由此可見，在地方政府的扶持下光電子相關(guān)產(chǎn)業(yè)會得到快速發(fā)展，這些都為光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)結(jié)合本地進(jìn)行產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)提供了難得的機(jī)遇。根據(jù)三峽大學(xué)理學(xué)院發(fā)展的需要，結(jié)合產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)措施如下：
改革本科教學(xué)培養(yǎng)方案，加強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)，鞏固專業(yè)思想教育光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)需要學(xué)生在系統(tǒng)、扎實的理論基礎(chǔ)和在光電子技術(shù)、光通信及應(yīng)用等方面具有較寬廣的專業(yè)知識、較強(qiáng)實踐動手能力，并成為在電光源、光學(xué)設(shè)計、光學(xué)材料、光纖通信等專業(yè)領(lǐng)域中的一個或兩個方向具有特色的人才。畢業(yè)生能在光信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)領(lǐng)域從事信息科學(xué)與技術(shù)的研究、設(shè)計、集成及開發(fā)、制造、技術(shù)管理等方面工作的應(yīng)用型人才。因此要加強(qiáng)幾何光學(xué)中的光學(xué)設(shè)計、模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)、光電檢測技術(shù)、機(jī)械原理和設(shè)計等課程的實踐環(huán)節(jié)，同時要加強(qiáng)專業(yè)思想教育，了解社會發(fā)展的動態(tài)，密切了解光電信息的最新發(fā)展和應(yīng)用，掌握一些主流軟件的應(yīng)用。另外，為了使培養(yǎng)方案切合社會發(fā)展的實際，我們廣泛征求本地企業(yè)的意見，積極邀請了相關(guān)企業(yè)參與了光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂工作。
加大力度開展實驗教學(xué)，開足基本實驗，充分利用專業(yè)實驗，開展創(chuàng)新實踐要加強(qiáng)實踐的教學(xué)，更新教學(xué)設(shè)備和教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)電路設(shè)計和光學(xué)設(shè)計方面的實踐教學(xué)，充實實驗室設(shè)備，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。條件允許的情況下，將安排學(xué)生到實習(xí)基地完成相關(guān)實驗。另外，創(chuàng)新實驗室的設(shè)立為學(xué)生創(chuàng)新實踐的培養(yǎng)提供了良好的工作平臺。雖然這個方面的工作才剛開始，但是已經(jīng)受到學(xué)生的積極評價。
拓展實習(xí)基地的實踐教學(xué)，提升專業(yè)技能在目前聯(lián)系的實習(xí)基地基礎(chǔ)上，增強(qiáng)與當(dāng)?shù)毓怆娖髽I(yè)聯(lián)系，經(jīng)常參觀了解企業(yè)的發(fā)展和社會需求，同時能爭取進(jìn)入相關(guān)企業(yè)實習(xí)，鍛煉培養(yǎng)專業(yè)能力。我們已經(jīng)同宜昌勁森光電（主要從事液晶背景光源、CCFL液晶民用照明及LED民用照明開發(fā)、制造、銷售的高新技術(shù)企業(yè)）、中船重工388廠（光學(xué)冷加工、光電系統(tǒng)）、匡通照明（LED封裝）等相關(guān)的光電企業(yè)建立了實質(zhì)的合作關(guān)系。陸續(xù)有學(xué)生進(jìn)入上述企業(yè)實習(xí)，一些優(yōu)秀的學(xué)生也相繼進(jìn)入這些企業(yè)工作。教師參與了勁森照明新型節(jié)能燈具的開發(fā)。與匡通照明組建了聯(lián)合的工程試驗中心，投入1000萬元左右，很快試驗設(shè)備就將到位。這些不僅僅提高了教師的科研能力，反過來又提高了教師的教學(xué)水平，同時也為本專業(yè)的學(xué)生實習(xí)提供了一個良好的實踐平臺。實習(xí)基地的建立是一個長期的過程，需要與生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行有效地溝通，制訂實習(xí)項目，并且跟蹤學(xué)生對實習(xí)的反饋，建立有效的實習(xí)效果的評估體制，保證學(xué)生的生產(chǎn)實踐能力得到實質(zhì)的訓(xùn)練。學(xué)生實習(xí)基地的進(jìn)一步拓展一直是迫切的需要，多方位多角度的實習(xí)訓(xùn)練對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)有利，有助于學(xué)生進(jìn)一步深刻了解產(chǎn)業(yè)界對本專業(yè)的要求，反過來會激勵學(xué)生對本專業(yè)的學(xué)習(xí)欲望。
人才培養(yǎng)與科研開發(fā)相結(jié)合人才培養(yǎng)能力與科研能力息息相關(guān)，科研不僅能提高教師的教學(xué)能力，也增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)的信心。在橫向科研項目上，盡可能讓部分能力強(qiáng)的學(xué)生參與進(jìn)來，直接培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能。實踐證明，學(xué)生參與科研項目是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的及其有效的手段。比如學(xué)生的畢業(yè)論文有些涉及到大壩光纖傳感、節(jié)能燈設(shè)計等實踐性很強(qiáng)的課題。鼓勵學(xué)生申請學(xué)校針對學(xué)生的創(chuàng)新基金項目，雖然經(jīng)費(fèi)不多，但是對學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是十分有益的，同時也提高了學(xué)生參與科研的熱情。隨著相關(guān)科研能力的快速提高，可以預(yù)見未來的幾年內(nèi)，伴隨著學(xué)生進(jìn)入實驗室，至少有一部分本科生的科研能力也會得到極大的提高。#p#分頁標(biāo)題#e#
人才專職與兼職相結(jié)合以“雙師型”教師為重點，加強(qiáng)專業(yè)教師隊伍建設(shè)，加大專業(yè)教師的培訓(xùn)力度。依托相關(guān)的大中型企業(yè)，共建“雙師型”教師培養(yǎng)培訓(xùn)基地。一方面要努力完善教師定期到企業(yè)實踐制度。本專業(yè)的教師在條件許可的情況下，要輪流、定期到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行培訓(xùn)或者兼職工作一段時間，力爭在3～5年內(nèi)實現(xiàn)所有專業(yè)教師都有在相關(guān)企業(yè)工作的經(jīng)歷。另一方面，要聘任（聘用）具有實踐經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員和高技能人才擔(dān)任本專業(yè)專兼職教師，到學(xué)校指導(dǎo)教學(xué)、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)，甚至可以參與本科畢業(yè)論文的指導(dǎo)。這種指導(dǎo)可以是單獨(dú)的，也可以是合作形式的。只要是有利于人才培養(yǎng)，有利于教學(xué)，這種合作的形式是靈活的。
研究型人才與工程型人才相結(jié)合過去教學(xué)中，對學(xué)生在理論的掌握方面比較重視。我國高校培養(yǎng)的光電人才工程能力較差，對工程技術(shù)人員這一層次的培養(yǎng)有所忽視。而這方面的人才不僅是光電子產(chǎn)業(yè)園的需要，科研生產(chǎn)單位也需要。在鼓勵學(xué)生考研深造的同時，要加強(qiáng)培養(yǎng)對工程上認(rèn)識和正確理解，并身體力行。可以充分利用現(xiàn)有條件適度建設(shè)校內(nèi)實習(xí)基地作為校外實習(xí)基地的補(bǔ)充，同時也是對教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充。[9]我們正在設(shè)想建設(shè)一套光學(xué)冷加工的系統(tǒng)，讓每個學(xué)生完成設(shè)計、制作和檢測整個過程。在經(jīng)費(fèi)不足的情況下，可以購買一些光學(xué)公司淘汰的設(shè)備，或者可以謀求有實力的公司建立聯(lián)合試驗室，我們提供場地，同時為對方人員培訓(xùn)提供服務(wù)，達(dá)到雙贏。不斷完善人才鼓勵政策，培養(yǎng)人才，吸引人才要樹立以人為本的思想，努力營造尊重人才、尊重知識的良好氛圍和招賢納士的優(yōu)良環(huán)境。加強(qiáng)培養(yǎng)合理的教師隊伍梯隊，凝練學(xué)科的發(fā)展方向，努力爭取更多的外部資源為教學(xué)科研和社會服務(wù)做好鋪墊。教師的進(jìn)修和學(xué)習(xí)要都要與本地企業(yè)的生產(chǎn)、研發(fā)緊密聯(lián)系。
本文以三峽大學(xué)為例，在分析光信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特點和本地光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際情況，提出了結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的具體措施。可為其他地方高校光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)提供參考。
早期工作主要針對大批量生產(chǎn)自動線和各類專用機(jī)床。70年代，在我國首次自行研制出立式和臥式加工中心。80年代，開始將信息技術(shù)引入傳統(tǒng)的制造業(yè)并成為國內(nèi)最重要的研究力量。在CAD/CAM、柔性自動化、精密加工以及數(shù)控方面開始艱苦的創(chuàng)業(yè)。90年代，本學(xué)科在制造業(yè)信息化、激光加工自動化、大型醫(yī)療裝備方面的研究富有成效，尤其是在數(shù)控技術(shù)和制造業(yè)信息化方面取得了突破性進(jìn)展，今天已形成相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，總產(chǎn)值已超過5億元，在數(shù)控和CAM/CAM/CAPP方面當(dāng)屬中國高校之最。進(jìn)入21世紀(jì)后，本學(xué)科在數(shù)字制造、電子制造、微納制造、工業(yè)工程等交叉學(xué)科領(lǐng)域開展了諸多具有創(chuàng)新性的研究工作，并成為國內(nèi)在相關(guān)研究領(lǐng)域的排頭兵。
目前，本學(xué)科已經(jīng)形成了具有活力的學(xué)科方向及實力強(qiáng)且結(jié)構(gòu)合理的學(xué)術(shù)隊伍，建立了高水平的教學(xué)、科研基礎(chǔ)平臺，形成了學(xué)、研、產(chǎn)協(xié)調(diào)發(fā)展的態(tài)勢，主要研究方向及其特色與前景如下：
1．?dāng)?shù)控技術(shù)與系統(tǒng)
此方向的研究與開發(fā)在國內(nèi)處于水平，研究成果已轉(zhuǎn)化成有相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)值超過5億元。現(xiàn)正在開發(fā)研究新一代的智能的、網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控系統(tǒng)。
2．先進(jìn)裝備及其技術(shù)
結(jié)合國家支柱產(chǎn)業(yè)、國防、醫(yī)療等行業(yè)對關(guān)鍵裝備的需求，研制實用高水平裝備；參與企業(yè)重大關(guān)鍵裝備或重型機(jī)床的數(shù)控化改造；研制數(shù)值化基礎(chǔ)部件、先進(jìn)功能部件及新型數(shù)字化裝備。
3．制造業(yè)信息化技術(shù)
此方向的研究與開發(fā)在國內(nèi)處于前列，在CAD/CAM/CAPP方面的研究工作已形成較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，其中CAD和CAPP所占國內(nèi)市場超過70％。在數(shù)字化樣機(jī)、虛擬設(shè)計、多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計等方面的研究處于國內(nèi)水平。
4．?dāng)?shù)字化制造
面向能源、運(yùn)載、國防等領(lǐng)域的重大需求，在數(shù)字制造基礎(chǔ)理論研究方面國內(nèi)并具有較大的國際影響，承擔(dān)了以我校為首席的973項目、國家自然科學(xué)基金重大、重點項目，研究工作具有國內(nèi)水平。
5．現(xiàn)代設(shè)計理論與方法
以設(shè)計為主線，以機(jī)械、汽車等為載體，在機(jī)電系統(tǒng)動力學(xué)、動態(tài)、熱態(tài)設(shè)計理論與方法、智能設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、振動噪聲及其控制、系統(tǒng)動力學(xué)與性能仿真、NVH分析與控制、測試與主動控制技術(shù)方面的研究具有特色。
6．液壓氣動技術(shù)
緊密結(jié)合國防需求，開展海、淡水液壓系統(tǒng)及其元件的研發(fā)及電液比例、伺服系統(tǒng)與控制技術(shù)的研究；以FESTO氣動中心為基地，開展氣動伺服技術(shù)的基礎(chǔ)理論、新型氣動元件、電液/電-氣伺服技術(shù)的研究。作為非國防口院校，此方向持續(xù)得到軍方重大項目及基地建設(shè)的支持。
7．測試技術(shù)與無損檢測
開展測量原理、實用儀器和自動檢測裝備以及評定理論與方法的研究；組建了教育部制造技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)研究中心，開展GPS標(biāo)準(zhǔn)計量基礎(chǔ)理論與技術(shù)的研究；針對輸油、儲油及大型工程中安檢的需求，開展數(shù)字化無損檢測的理論研究和實用裝備開發(fā)，實現(xiàn)了學(xué)、研、產(chǎn)良性循環(huán)發(fā)展。
本學(xué)科較之國內(nèi)同類學(xué)科的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：
·學(xué)術(shù)隊伍：五位院士領(lǐng)銜，一批中青年骨干，包括長江學(xué)者9人，杰出青年基金4人，總裝備部先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)＜医M組長1人，國家863先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)＜医M成員1人，教育部創(chuàng)新團(tuán)隊1個
·學(xué)科基地：數(shù)字制造與裝備技術(shù)國家重點實驗室
制造裝備數(shù)字化國家工程研究中心
國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心
國家CAD支撐軟件工程技術(shù)研究中心
教育部制造技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)研究中心
·學(xué)術(shù)地位：機(jī)械學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會主任委員單位
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化教學(xué)指導(dǎo)分委員會主任委員單位
國家自然科學(xué)基金重大項目、民口軍口973項目牽頭單位
·學(xué)術(shù)成就：獎勵（國家科技進(jìn)步二等獎四項）
全國百篇優(yōu)秀博士論文三篇
獲得了國際SME大學(xué)獎
·學(xué)科產(chǎn)業(yè)：研究開發(fā)促進(jìn)規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成（華中數(shù)控、天喻信息、天喻軟件、開目軟件）
學(xué)院在強(qiáng)化自身建設(shè)的同時，還先后與美、英、德、日、韓、俄、澳大利亞、新加坡、香港等多所大學(xué)、研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)建立了廣泛的合作辦學(xué)和合作研究關(guān)系，為引進(jìn)和培養(yǎng)一流的國際型人才，積極參與國際競爭與合作奠定了基礎(chǔ)。近十年來，學(xué)院承擔(dān)并完成國家和企業(yè)的科研項目近千項，獲國家科技進(jìn)步獎9項、國家技術(shù)發(fā)明4項、省部級科技進(jìn)步獎100余項。1999年以機(jī)械學(xué)院為核心的華中科技大學(xué)CIMS中心，榮獲了國際制造工程師（SME）頒發(fā)的大學(xué)獎。今天的機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院形成了自己的學(xué)科優(yōu)勢和辦學(xué)特色。它是國內(nèi)高校同行中有競爭力的學(xué)院之一。
全日制博士研究生招生含直博生、碩博連讀生、提前攻博生和統(tǒng)考生，其中2014年博士碩博連讀比例約為45%，直博比例約為25%。
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學(xué)術(shù)學(xué)位招生目錄 學(xué)科專業(yè)名稱及代碼、
研究方向
招生
人數(shù)
考試科目
備注
100機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院
080201機(jī)械制造及其自動化
機(jī)械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設(shè)計
2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3311 電子技術(shù)(二)
3312 計算機(jī)圖形學(xué)及算法實現(xiàn)
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)）
（3355、3364 選一)
080202機(jī)械電子工程
機(jī)械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設(shè)計
2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3311 電子技術(shù)(二)
3312 計算機(jī)圖形學(xué)及算法實現(xiàn)
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)）
（3355、3364 選一)
080203機(jī)械設(shè)計及理論
機(jī)械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設(shè)計
2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3311 電子技術(shù)(二)
3312計算機(jī)圖形學(xué)及算法實現(xiàn)
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)）
（3355、3364 選一)
080204車輛工程
機(jī)械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設(shè)計
2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3311 電子技術(shù)(二)
3312計算機(jī)圖形學(xué)及算法實現(xiàn)
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)）
（3355、3364 選一)
0802Z1工業(yè)工程
機(jī)械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設(shè)計
2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
2244運(yùn)籌學(xué)（限工業(yè)工程專業(yè)考生選考）
②1101 英語
③3311 電子技術(shù)(二)
3312 計算機(jī)圖形學(xué)及算法實現(xiàn)
3314 工程測試與信號分析
3336 生產(chǎn)計劃與控制（限工業(yè)工程專業(yè)考生選考）
(2213、2215、2201、2244選一) ( 3311、3312、3314、3336選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)）
（3355、3364 選一)
080402測試計量技術(shù)及儀器
①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3314 工程測試與信號分析
3315 誤差理論與數(shù)據(jù)處理
3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)
3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)
3522 互換性與技術(shù)測量
( 3314、3315、3355、3364、3522選一)
專業(yè)學(xué)位招生目錄 學(xué)科專業(yè)名稱及代碼、
研究方向
招生
人數(shù)
考試科目
備注
100機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院
085272先進(jìn)制造
①2309 專業(yè)基礎(chǔ)課
②1107 外語實際應(yīng)用能力
③3546 專業(yè)素質(zhì)和專業(yè)能力
關(guān)鍵詞：物理光學(xué)；應(yīng)用光學(xué)；教學(xué)實踐；教學(xué)改革
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0077-02
“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”是信息光學(xué)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課。物理光學(xué)從光的電磁理論出發(fā)講述了光在各向同性介質(zhì)、各向異性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，光的干涉、衍射、偏振特性。應(yīng)用光學(xué)不涉及光的波動本性，以光的直線、獨(dú)立傳播、折射、反射等實驗定律為基礎(chǔ)，研究受限光束的成像，特殊光電傳播過程的規(guī)律；在光學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行光路追跡，研究光學(xué)系統(tǒng)成像特性、應(yīng)用及初步設(shè)計。通過“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程的學(xué)習(xí)不僅使學(xué)生建立起有關(guān)光的電磁理論的完整體系，能夠運(yùn)用光的電磁理論分析光的波動性、光在不同介質(zhì)（包括物理光學(xué)元件和幾何光學(xué)元件）中的傳播和控制問題，能夠解決光電工程中的基本光學(xué)技術(shù)問題；同時還能使學(xué)生了解現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展和前沿，以及在光電技術(shù)中的應(yīng)用；為“光電子技術(shù)”“激光原理”“光纖通信”等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。因此，“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程是“現(xiàn)代光電子”“光學(xué)信息處理”“光纖通信”“光電傳感技術(shù)”等課程的重要基礎(chǔ)理論課程，也是光通信、光電子、光信息、光學(xué)工程類專業(yè)的考研課程。
一、“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程的內(nèi)容及特點
內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)從2006級學(xué)生開始開設(shè)“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課，其內(nèi)容包括：光在各向同性介質(zhì)、各向異性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，光的干涉、光的衍射，幾何光學(xué)基礎(chǔ)，理想光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)的象差基礎(chǔ)，光學(xué)儀器等。從教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程時感到很吃力，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)主要因為以下幾個方面：一是由于中學(xué)的光學(xué)知識少而簡單，與大學(xué)“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”知識跨度很大；二是物理光學(xué)部分涉及到的理論用到的數(shù)學(xué)知識太難；三是應(yīng)用光學(xué)部分概念、公式多且抽象難記；四是本課程數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)繁雜使學(xué)生望而生畏，難以提起興趣；五是內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)的“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程純理論，無相應(yīng)的實驗；六是教材和課堂教學(xué)與實際應(yīng)用、當(dāng)今光學(xué)領(lǐng)域的前沿技術(shù)脫節(jié)，學(xué)生對光學(xué)的運(yùn)用和前景感到迷茫。因此，加強(qiáng)對“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”基礎(chǔ)課的教學(xué)研究、適應(yīng)教學(xué)要求和學(xué)生學(xué)習(xí)要求，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量十分必要。
二、教學(xué)內(nèi)容及方法的改進(jìn)
考慮到“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程的重要性，根據(jù)該課程理論性較強(qiáng)、概念較抽象的特點，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程的積極性，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)課件、加強(qiáng)實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行了調(diào)整。
第一，從教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行調(diào)整。自2007級學(xué)生開始，增加了ZEMAX光學(xué)設(shè)計軟件的介紹。ZEMAX是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計仿真軟件，可做光學(xué)組件設(shè)計與照明系統(tǒng)的照度分析，也可建立反射、折射等光學(xué)模型，并結(jié)合優(yōu)化、公差等分析功能。通過該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠初步設(shè)計出簡單的單鏡頭及雙單鏡頭，增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力，可以適當(dāng)輔助對概念的理解。
第二，在教學(xué)方法上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在物理光學(xué)部分適當(dāng)減少繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，注重物理思想的講解；物理光學(xué)部分?jǐn)?shù)學(xué)推導(dǎo)往往是繁雜、冗長和枯燥的，要耗費(fèi)大量的課堂教學(xué)時間，而且容易使學(xué)生望而生畏。簡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，以光學(xué)中的光學(xué)定律和物理問題為線索，讓學(xué)生了解光學(xué)定律的適用范圍可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。比如光的電磁理論部分菲涅耳公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)比較繁瑣，而且公式難記，為此在教學(xué)中不要求學(xué)生掌握推導(dǎo)公式，而要求學(xué)生會用公式分析反射系數(shù)、透射系數(shù)及反射率、透射率與入射角和界面兩邊折射率的關(guān)系即可。在教學(xué)過程中注重對比，如在講解邁克爾遜干涉儀、馬赫澤德干涉儀及法布里干涉儀時，對三種干涉儀的工作原理及應(yīng)用進(jìn)行比較，學(xué)生掌握起來更容易；在講解衍射問題時將單峰衍射、圓孔衍射、矩孔衍射及多縫衍射的實驗裝置，衍射圖樣的特點及亮暗條紋的位置，條紋寬度等對比講解，學(xué)生在對比基礎(chǔ)上理解記憶的效果更好。在幾何光學(xué)的成像問題中，將單球面折射、球面反射及透鏡的成像進(jìn)行對比，包括成像公式、焦距的表達(dá)式及放大率的公式進(jìn)行對比，在光學(xué)儀器部分將放大鏡、顯微鏡及望遠(yuǎn)鏡的放大率進(jìn)行對比，這樣更有利于學(xué)生對公式的理解記憶及應(yīng)用。
第三，在課件制作上加入phy3D演示。如，講解凸凹透鏡的成像、球面鏡的反射成像、玻璃球的成像在推導(dǎo)完成像公式時要進(jìn)行相應(yīng)部分的光路圖的phy3D演示，這些演示可以任意改變物距、像距或焦距，學(xué)生能夠直觀地觀察到這些系統(tǒng)在成像過程中物距、像距和焦距之間的關(guān)系，彌補(bǔ)了枯燥的單純理論計算的缺點。再如，在講述邁克爾遜干涉儀時通過3D演示，學(xué)生可以清楚地看到光的傳播過程，通過調(diào)整兩鏡的距離及位置看到干涉圖樣的變化，有助于加強(qiáng)理解。光的衍射問題向來是學(xué)生理解的難點，通過phy3D的演示學(xué)生能夠清楚地看到障礙物尺寸變化時衍射圖樣的變化。
第四，加強(qiáng)實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。為了培養(yǎng)復(fù)合型的實用人才，要求學(xué)生必須具有一定的實際工作技能，以便走上工作崗位后能很快地適應(yīng)工作環(huán)境。因此，為鍛煉培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力，增強(qiáng)學(xué)生畢業(yè)后的工作適應(yīng)性，教學(xué)中必須高度重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，而畢業(yè)設(shè)計正好能增強(qiáng)學(xué)生的光學(xué)設(shè)計水平，從而培養(yǎng)出既有理論又有實踐水平的高級專門人才。自引入ZEMAX光學(xué)設(shè)計軟件以來，物理系三屆畢業(yè)生中已有七名學(xué)生用ZEMAX光學(xué)設(shè)計軟件完成了畢業(yè)設(shè)計，且設(shè)計效果良好。
第五，改革考試內(nèi)容和考試方法，命題從以知識立意為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅芰α⒁鉃橹鳎訌?qiáng)了概念題、應(yīng)用題以及與圖形結(jié)合的判斷題，適當(dāng)出一些開放題、討論題；改變一卷定總評的情況，采取措施多元化測試學(xué)生的能力，比如將學(xué)生論文、平時作業(yè)成績、期中考試成績、期末考試的分?jǐn)?shù)折算計入總評等，每次考試后都堅持進(jìn)行分析評估，找出教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)。
三、教學(xué)中還存在的問題及今后的計劃
第一，“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”是內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，目前沒有設(shè)置相應(yīng)的專業(yè)實驗，理論和實踐有所脫節(jié)，加大了學(xué)生對理論理解的難度。
第二，沒有將光學(xué)的最新發(fā)展融入教學(xué)。針對以上問題，一是應(yīng)盡快引入演示實驗，利用實驗室現(xiàn)有的儀器設(shè)備進(jìn)行演示；通過實驗?zāi)苁箤W(xué)生接觸并使用一些典型的光學(xué)系統(tǒng)為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和今后的工作中利用或組合這些光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)造性工作打下基礎(chǔ)。二是增加現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容，將光學(xué)的最新發(fā)展和研究成果融入講授內(nèi)容，使學(xué)生能緊跟科技發(fā)展步伐，這樣不但可以擴(kuò)展學(xué)生的基礎(chǔ)知識，還可以開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時可以使學(xué)生了解學(xué)科前沿的概況及其發(fā)展動態(tài)，進(jìn)一步拓寬學(xué)生的知識面，使他們的知識結(jié)構(gòu)更趨合理。三是教學(xué)內(nèi)容的重點和難點應(yīng)通過課前預(yù)留預(yù)習(xí)作業(yè)與課后作業(yè)的方式分解消化；上課時應(yīng)針對重點和難點問題采用討論式等多種教學(xué)手段，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和自主學(xué)習(xí)的能力。四是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，將傳統(tǒng)教學(xué)手段和輔助教學(xué)方式相結(jié)合，提高教學(xué)效果。針對課堂教學(xué)的重點、難點，利用CAI課件、錄像、網(wǎng)絡(luò)資源等增加學(xué)生對知識的感性認(rèn)識，幫助學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容。五是在完成基本教學(xué)任務(wù)的前提下，針對不同層次學(xué)生的需求，適當(dāng)擴(kuò)充一些知識，這樣既可以鞏固所學(xué)知識，還可以提高學(xué)生的動手動腦能力，為將來的就業(yè)打下一定的基礎(chǔ)；對有志向考研的學(xué)生，可以提前給他們提供一些重點院校的考試真題，讓他們有所準(zhǔn)備，并能夠根據(jù)自己的能力選擇合適的院校，以免到了大四盲目選擇考研院校。
以上是筆者從事“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”教學(xué)的一些體會、所做的改進(jìn)與嘗試以及下一步努力的方向，希望通過改革使“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程的教學(xué)質(zhì)量有所提高。
參考文獻(xiàn)：
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1999，9（5）：48-49.
關(guān)鍵詞 光電信息 實踐教學(xué) 實驗室建設(shè)
中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Optical Engineering Professional Practice Teaching
System Construction and Exploration
XIAO Yanshan， WANG Fei， HE Huiling
（College of Science， China Three Gorges University， Yichang， Hubei 443002）
Abstract According to Optical Engineering expertise structural characteristics and social requirements， combined with our school practice for Optical Engineering practice teaching system optimization， raised my school Optical Engineering Professional Practice teaching training objectives， build professional practice teaching content， build professional practice teaching hierarchical， multi-module， the system architecture to further improve students 'knowledge， cultivate students' innovative spirit and practical ability， so that students can better serve the photovoltaic industry and the local economic and social development.
Key words optical; practice teaching; laboratory construction
0 引言
按照國家專業(yè)目錄的指導(dǎo)思想，我校光電信息工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)為：培養(yǎng)既具有扎實的數(shù)理基礎(chǔ)，又熟練掌握光電技術(shù)、光學(xué)工程、信號處理、計算機(jī)應(yīng)用與控制方面的知識和各種實驗測試技能，了解有關(guān)光學(xué)工程、光纖通信技術(shù)、電子技術(shù)、光電圖像處理等方面的基礎(chǔ)知識，能在光電系統(tǒng)與信息處理、光纖通信與傳感及其相關(guān)領(lǐng)域從事科研教學(xué)、科技開發(fā)、工程技術(shù)及生產(chǎn)管理的綜合型人才。①與機(jī)械、電氣、電子、材料等專業(yè)相比，光電信息工程專業(yè)具有非常鮮明的特點，就是其知識的廣泛交叉性。②③本專業(yè)學(xué)生不僅在光電信息的獲取、傳遞、處理及應(yīng)用等方面具有堅實的理論基礎(chǔ)，同時還需在光電信息處理、光電系統(tǒng)設(shè)計、光電技術(shù)及其應(yīng)用等專業(yè)領(lǐng)域具有扎實的專業(yè)知識和熟練的實踐技能。④
針對本專業(yè)實踐教學(xué)中普遍存在的實驗課課時數(shù)不足、學(xué)生開展自主創(chuàng)新實驗機(jī)會不多、學(xué)生實驗動手能力不強(qiáng)以及實驗教學(xué)內(nèi)容明顯落后于技術(shù)發(fā)展等問題，本文提出以行業(yè)和社會需求為導(dǎo)向、鼓勵學(xué)生自主探究和創(chuàng)新、專業(yè)實驗與專業(yè)實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的實踐教學(xué)理念，構(gòu)建科學(xué)的實踐教學(xué)內(nèi)容，建立分層次、多模塊、系統(tǒng)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步優(yōu)化和完善學(xué)生知識結(jié)構(gòu)體系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。
1 實踐教學(xué)體系的設(shè)計
1.1 實踐教學(xué)層次設(shè)計
根據(jù)本專業(yè)實踐教學(xué)的要求、功能及特點，實驗教學(xué)內(nèi)容可由基礎(chǔ)演示型、應(yīng)用提高型、綜合設(shè)計型以及研究創(chuàng)新型等四個不同層次的實驗組成。
基礎(chǔ)演示型實驗：實驗教學(xué)內(nèi)容與光電專業(yè)基礎(chǔ)理論課內(nèi)容相對應(yīng)，進(jìn)行基本的專業(yè)技能訓(xùn)練。通過開展這類實驗項目，幫助學(xué)生加深對所學(xué)專業(yè)課程內(nèi)容的理解與掌握，并使學(xué)生有機(jī)會學(xué)習(xí)正確使用本學(xué)科領(lǐng)域的常用儀表和設(shè)備。
應(yīng)用提高型實驗：它是基礎(chǔ)演示型實驗的提高和拓展，根據(jù)本專業(yè)發(fā)展方向和實驗室特點，主要實驗內(nèi)容應(yīng)包括光纖通信與傳感技術(shù)、光電檢測技術(shù)以及激光技術(shù)等。通過開展這類實驗項目幫助學(xué)生了解光電專業(yè)知識在實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用領(lǐng)域、光電技術(shù)的應(yīng)用原理和測量方法，提高學(xué)生解決實際問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競爭能力。⑤
綜合設(shè)計型實驗：它涉及的專業(yè)知識內(nèi)容較廣泛，包括光電檢測與傳感的部分實驗，光纖通信的部分實驗以及激光技術(shù)的部分實驗。這類實驗內(nèi)容比較豐富，實驗儀器比較復(fù)雜，開展這類實驗可以培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)專業(yè)知識解決復(fù)雜問題的能力。實驗可在老師指導(dǎo)下，由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案、實驗步驟，并由學(xué)生自行實施完成。
通過以上三個層次實驗課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)如何做好實驗，掌握研究光電規(guī)律和分析光電實驗現(xiàn)象的思想和方法，學(xué)會分析和評價實驗結(jié)果，達(dá)到激發(fā)學(xué)習(xí)熱情、變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)的目的。由以前教師安排好實驗、準(zhǔn)備好實驗儀器、學(xué)生來做實驗的狀態(tài)，過渡到學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，自己設(shè)計實驗，自己準(zhǔn)備實驗儀器完成實驗，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合思維和創(chuàng)造能力。
研究創(chuàng)新型實驗：主要安排融合各分支學(xué)科和交叉學(xué)科的綜合創(chuàng)新性實驗。特別是突出光電技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)、信息前沿科學(xué)發(fā)展的融合。部分實驗項目采用項目式管理模式，題目由學(xué)生自由選擇，實驗時間不受限制，實驗室對學(xué)生實行全方位開放。由學(xué)生自己查閱資料、設(shè)計實驗方案、選擇實驗儀器、獨(dú)立完成實驗、撰寫總結(jié)報告并口頭交流，注重創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為學(xué)生提供發(fā)展個性和施展才能的機(jī)會。
1.2 實踐教學(xué)模塊設(shè)計
本專業(yè)的實踐教學(xué)模塊可分為四類，如表1 所示。第一類是基礎(chǔ)實驗，主要開設(shè)在大一、大二學(xué)年。這一環(huán)節(jié)的實驗內(nèi)容主要有計算機(jī)語言程序設(shè)計、物理實驗、數(shù)電模電實驗以及工程基礎(chǔ)訓(xùn)練。這一實驗?zāi)K主要是學(xué)生自己動手進(jìn)行實物制作，從而提高動手能力。第二類是專業(yè)課程設(shè)計，包括光電檢測與信號處理課程設(shè)計、電子線路設(shè)計與PCB、光學(xué)軟件設(shè)計、光電子系統(tǒng)課程設(shè)計等。課程設(shè)計內(nèi)容與專業(yè)理論課知識相銜接，使學(xué)生將理論課中學(xué)到的知識應(yīng)用到實踐中去。大三年級以后，每學(xué)期都開設(shè)有專業(yè)課程設(shè)計環(huán)節(jié)，而且課程設(shè)計的內(nèi)容逐步與生產(chǎn)實踐相結(jié)合。第三類是專業(yè)綜合類實驗，包括學(xué)科基礎(chǔ)實驗、光電子學(xué)專業(yè)實驗、畢業(yè)設(shè)計等。通過這類專業(yè)綜合實驗，來系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生的光電信息專業(yè)知識，提升學(xué)生的光電信息專業(yè)素養(yǎng)。第四類是社會生產(chǎn)實踐，包括生產(chǎn)實踐、畢業(yè)實習(xí)等。這類實驗包括大學(xué)生光電設(shè)計競賽、大學(xué)生電子設(shè)計大賽、大學(xué)生數(shù)學(xué)建模大賽、寒暑期勤工儉學(xué)、畢業(yè)實習(xí)等。通過統(tǒng)籌安排這些實踐內(nèi)容，使學(xué)生盡快了解、認(rèn)識社會、企業(yè)對光電信息專業(yè)的實際需求，真正理解專業(yè)學(xué)習(xí)目的，以增加學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)競爭力。
表1 光電信息工程專業(yè)實踐教學(xué)模塊
2 實踐教學(xué)內(nèi)容的實施
2.1 基礎(chǔ)實驗
在大二年級之前完成全部基礎(chǔ)類實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，主要是關(guān)于儀器、儀表的使用、基本量測量、基本實驗技能的訓(xùn)練和基本測量方法等，設(shè)計物理、電子學(xué)以及計算機(jī)技術(shù)實驗的一些基本實驗技能和基本知識點，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和判斷能力。除了傳統(tǒng)的演示實驗，還包含學(xué)生自己動手操作完成的實驗，讓學(xué)生在實驗中通過探索獲取知識和經(jīng)驗。
通過該實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可以使學(xué)生具備基本實驗技能，學(xué)會基本測量儀器的使用，掌握基本的實驗方法和經(jīng)驗，為下一階段的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。⑥
2.2 課程設(shè)計
課程設(shè)計是實踐教學(xué)體系的重要環(huán)節(jié)，是理論課程的互補(bǔ)，理論課程中抽象的理論知識可以在課程設(shè)計中直觀地反映。指導(dǎo)老師根據(jù)所學(xué)專業(yè)課內(nèi)容給出多個設(shè)計題目，學(xué)生選擇后自己查閱相關(guān)資料對所選題目做出課程設(shè)計報告。課程設(shè)計分布在第2學(xué)年與第3學(xué)年，這一階段學(xué)生已經(jīng)有了一定的理論基礎(chǔ)及實踐基礎(chǔ)，可以完成相關(guān)課程設(shè)計要求。
通過課程設(shè)計這一實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可以提升學(xué)生的思維能力，尤其是鍛煉學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力。
2.3 專業(yè)實驗
充分利用現(xiàn)有實驗室設(shè)備設(shè)計專業(yè)實驗，可將專業(yè)實驗劃分到多個實驗室，指導(dǎo)教師在固定實驗室指導(dǎo)，學(xué)生分組完成規(guī)定的實驗，有效地克服了實驗設(shè)備臺數(shù)不足的問題。畢業(yè)設(shè)計是教學(xué)過程中最重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是本專業(yè)學(xué)生畢業(yè)前的一個重要的綜合性實踐環(huán)節(jié)。該實踐環(huán)節(jié)的任務(wù)是，通過指導(dǎo)教師對學(xué)生有針對性的指導(dǎo)，讓學(xué)生系統(tǒng)完成選題、文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)綜述、開題、實證研究、論文撰寫、論文修改、答辯等各個具體環(huán)節(jié)，深入探討專業(yè)知識，綜合運(yùn)用專業(yè)技能，學(xué)會選用合適的研究方法，從而完成畢業(yè)論文。畢業(yè)設(shè)計的目的在于通過這些環(huán)節(jié)，使學(xué)生鞏固所學(xué)的光電專業(yè)知識和各項技能，對培養(yǎng)學(xué)生開拓務(wù)實的工作學(xué)習(xí)作風(fēng)、拓寬專業(yè)視野、鍛煉專業(yè)技能有很好的幫助作用。
2.4 社會實踐
社會實踐是本專業(yè)教學(xué)計劃中非常重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，實踐形式包括校內(nèi)實踐和校外實踐。通過社會實踐讓學(xué)生真正接觸、了解社會實際。一方面讓學(xué)生認(rèn)識到光電信息專業(yè)在社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位和作用，了解光電信息技術(shù)的發(fā)展前沿;同時增加學(xué)生對光電信息專業(yè)的認(rèn)識和理解，通過本專業(yè)知識在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用來鞏固所學(xué)習(xí)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力;最后通過社會實踐讓學(xué)生熟悉工程技術(shù)人員的工作職責(zé)和工作程序，學(xué)習(xí)組織和管理生產(chǎn)的初步知識，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實的工作作風(fēng)。
3 結(jié)束語
根據(jù)光電信息工程專業(yè)知識結(jié)構(gòu)特點和社會對本專業(yè)學(xué)生的要求，結(jié)合我校實際對光電信息工程專業(yè)實踐教學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化，在拓展學(xué)生專業(yè)知識面的同時，更加注重現(xiàn)代光電信息領(lǐng)域的高、新、尖技術(shù)，并且充分利用校內(nèi)外教學(xué)資源，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，促進(jìn)教學(xué)改革、科研和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
基金項目：三峽大學(xué)教研項目（J2014069）
注釋
① 中華人民共和國教育部高等教育司.中國普通高等學(xué)校本科專業(yè)設(shè)置大全[M].北京：高等教育出版社，2003：201-202.
② 郁道銀，蔡懷宇，葛寶臻，李清，陳曉冬.光電信息工程專業(yè)建設(shè)的探索與實踐[J].光學(xué)技術(shù)，2007（S1）：293-294.
③ 劉向東，劉旭，劉玉玲.從高等教育的發(fā)展到光學(xué)工程類專業(yè)研究型人才培養(yǎng)方案再調(diào)整的思考[J].光學(xué)技術(shù)，2007（S1）：276-277，279.
④ 劉蓉，侯宏錄，陳海濱.電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)體系優(yōu)化建設(shè)的探索[J].科級信息，2011（19）：198-199.
關(guān)鍵詞：實踐能力培養(yǎng) 理工結(jié)合 創(chuàng)新性實踐
中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）03（b）-0201-02
隨著現(xiàn)今社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新興產(chǎn)業(yè)的不斷涌現(xiàn)，社會對人才的需求有了很大的改變。許多行業(yè)由原來對單純理科或工科人才的需求轉(zhuǎn)變?yōu)閷婢呃怼⒐煞矫婺芰Φ膹?fù)合型人才的需求。同時，一些領(lǐng)域的理學(xué)與工學(xué)之間的界限也漸趨模糊，隨之出現(xiàn)了一些結(jié)合理學(xué)和工學(xué)特點的新興學(xué)科和專業(yè)[1]。此類專業(yè)可以授予理學(xué)或工學(xué)學(xué)位，不同高校的培養(yǎng)可以有所側(cè)重。這給予了人才培養(yǎng)一定的靈活性，同時也對大學(xué)專業(yè)教育提出了新的要求[1，2]。
傳統(tǒng)理學(xué)和工學(xué)的主要區(qū)別，在于理學(xué)基本屬于科學(xué)的范疇，而工學(xué)基本屬于工程技術(shù)的范疇。理學(xué)重在培養(yǎng)探索未知、認(rèn)識客觀世界的人才，而工學(xué)重在培養(yǎng)掌握技術(shù)方法以改造客觀世界的人才。在培養(yǎng)模式上，理科專業(yè)更注重掌握厚實的基礎(chǔ)理論，其基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課所占學(xué)分較多，學(xué)生在基礎(chǔ)研究上更具潛力；工科更注重培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和動手能力，其實踐環(huán)節(jié)所占課時更多。而對于具有理工結(jié)合特點的專業(yè)，并非理科與工科的簡單相加，而應(yīng)是有機(jī)的結(jié)合。光電信息科學(xué)與工程就是具有此特點的一個典型專業(yè)。由于其涵蓋多個前沿科技領(lǐng)域以及行業(yè)發(fā)展迅猛的特點，對專業(yè)人才也具有更高的要求。對本科院校而言，要辦好此專業(yè)，便需要培養(yǎng)同時具備較厚實的專業(yè)理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)的實踐應(yīng)用能力，能適應(yīng)行業(yè)發(fā)展和實現(xiàn)自我發(fā)展的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。畢業(yè)生既可參與基礎(chǔ)科學(xué)研究，也可從事工程上的系統(tǒng)設(shè)計和器件研發(fā)，以及勝任管理、技術(shù)咨詢等相關(guān)工作。設(shè)計培養(yǎng)方案時，應(yīng)通過合理的知識結(jié)構(gòu)設(shè)計，使學(xué)生在擴(kuò)充知識的同時體會其中所包含的方法論，在一定程度上對科學(xué)方法論和工程方法論的要旨兼而得之[1，2]。此外，實踐能力的培養(yǎng)最為重要[3]，其目的并非單純強(qiáng)調(diào)和實際工作相關(guān)的職業(yè)技術(shù)式實踐，也并非單純科學(xué)規(guī)律驗證的教學(xué)式實踐，而應(yīng)是緊跟科技熱點與行業(yè)前沿步伐的創(chuàng)新性實踐。下文將結(jié)合筆者所在學(xué)院開設(shè)的光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)實踐探索和體會，談?wù)剬砉そY(jié)合專業(yè)實踐能力培養(yǎng)的一些思考。
我們認(rèn)為理工結(jié)合專業(yè)的實踐能力培養(yǎng)應(yīng)包含以下四個重要環(huán)節(jié)，如下所述。
1 第一環(huán)節(jié)：注重實踐體會的專業(yè)引導(dǎo)
如今許多高校對新生教育以及專業(yè)導(dǎo)論課都逐漸重視[4]。專業(yè)導(dǎo)論課雖屬于專業(yè)基礎(chǔ)理論課，但對后續(xù)的專業(yè)教學(xué)具有深遠(yuǎn)的影響，這其中就包括對實踐能力培養(yǎng)的影響，因此我們不妨將之作為實踐能力培養(yǎng)體系的第一個重要環(huán)節(jié)。專業(yè)導(dǎo)論課肩負(fù)著引導(dǎo)大學(xué)新生了解所學(xué)專業(yè)是什么、學(xué)什么、能干什么等問題，激發(fā)學(xué)生未來的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生規(guī)劃大學(xué)生涯的重任[4]。其中關(guān)于所學(xué)專業(yè)能干什么這一實踐性的問題通常最受學(xué)生關(guān)注。而對于具有上述培養(yǎng)要求的理工結(jié)合專業(yè)，專業(yè)導(dǎo)論課的重要性更為突出。我們認(rèn)為一門到位的專業(yè)導(dǎo)論課應(yīng)該注重利用實踐體會進(jìn)行專業(yè)引導(dǎo)，并提出如下建議。
首先，導(dǎo)論課的第一講通常是對專業(yè)建立和發(fā)展背景、培養(yǎng)計劃與目標(biāo)、本專業(yè)發(fā)展方向，課程設(shè)置等問題的介紹，但枯燥的講述通常效果不好。我們的做法是適當(dāng)穿插本專業(yè)的行業(yè)應(yīng)用例子進(jìn)行講述。其中數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)課與后續(xù)專業(yè)知識和技能的關(guān)系是新生最易感到迷惑的問題，應(yīng)予重點解釋。這一講以專業(yè)負(fù)責(zé)人講述為主，結(jié)合高年級或已畢業(yè)學(xué)生的講述更為有效。
其次，邀請企業(yè)工程師以講座的形式介紹相關(guān)行業(yè)結(jié)構(gòu)以及專業(yè)人才需求，與學(xué)生交流職業(yè)發(fā)展規(guī)劃經(jīng)驗。企業(yè)的一線人員擁有不同于高校教師的行業(yè)視野，所介紹的內(nèi)容更具實踐性和說服力，更易引起學(xué)生的興趣，引發(fā)學(xué)生的主動思考。此外若條件允許還可組織學(xué)生參觀相關(guān)企業(yè)和產(chǎn)業(yè)展會，以加深對專業(yè)及行業(yè)的認(rèn)識。例如每年秋季的深圳光電技術(shù)博覽會就是我們光電信息專業(yè)很好的實踐學(xué)堂。
最后，應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生盡早參與課外科技活動，有助于訓(xùn)練專業(yè)技能，鍛煉創(chuàng)新實踐能力，同時也為下文討論的實踐環(huán)節(jié)做好引導(dǎo)和鋪墊。
2 第二環(huán)節(jié)：模塊化、注重綜合設(shè)計性的專業(yè)實驗
專業(yè)實驗課程是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)實踐能力的常規(guī)化且必不可少的一環(huán)。但在知識快速更新的背景下，高校希望開設(shè)的專業(yè)實驗項目越來越多，在有限的實驗課學(xué)時內(nèi)如何使學(xué)生的實踐能力得到更有效的鍛煉，這本身就是各專業(yè)需要研究的課題。我們的做法是在專業(yè)知識能力結(jié)構(gòu)模塊劃分的基礎(chǔ)上，將所有實驗任務(wù)，特別是理論課中附帶的較為零散的實驗項目進(jìn)行統(tǒng)籌整合，使實驗學(xué)時和實驗教學(xué)資源都得到更有效的利用。例如將光電信息專業(yè)的基礎(chǔ)光學(xué)實驗、幾何光學(xué)課內(nèi)實驗與物理光學(xué)課內(nèi)實驗整合為工程光學(xué)綜合實驗，將激光技術(shù)實驗與光信息處理技術(shù)課內(nèi)實驗整合為激光技術(shù)與應(yīng)用實驗。整合后總實驗學(xué)時不變甚至更少，但因同類實驗可以連續(xù)進(jìn)行，也避免了不同課程間的實驗項目交叉重復(fù)（如原來基礎(chǔ)光學(xué)與物理光學(xué)實驗都含邁克爾遜干涉儀的實驗內(nèi)容），實驗鍛煉可以取得更好的效果。
實驗課中應(yīng)合理地增加綜合性、設(shè)計性實驗的比例，如傳統(tǒng)利用成套的邁克爾遜干涉儀進(jìn)行條紋測量的實驗可以改為利用光學(xué)元件自主搭建干涉儀并進(jìn)行測量。這種改變有利于使培養(yǎng)綜合工程素養(yǎng)和能力的目的得到實質(zhì)性的體現(xiàn)。此外，主干實驗課的項目應(yīng)在經(jīng)費(fèi)允許的基礎(chǔ)上緊隨科技熱點與行業(yè)前沿步伐適時進(jìn)行調(diào)整，這需要與一線企業(yè)保持一定的學(xué)術(shù)交流和溝通。
3 第三環(huán)節(jié)：高質(zhì)量的課內(nèi)綜合實踐鍛煉
這一環(huán)節(jié)主要包含三個方面：階段性的課程設(shè)計、專業(yè)實習(xí)（見習(xí)）以及畢業(yè)設(shè)計（論文）。
對于理工結(jié)合的專業(yè)，要求扎實的理論基礎(chǔ)與較強(qiáng)的實踐應(yīng)用能力兼而有之，而兩者間的又有著密切的聯(lián)系，因此階段性的課程設(shè)計便顯得尤其重要。它通過實踐應(yīng)用使學(xué)生對前一階段所學(xué)知識，特別是系列專業(yè)課程形成的知識線索得以融會貫通，并促使知識向技能轉(zhuǎn)化。我們在光電信息專業(yè)設(shè)有光電子課程設(shè)計，便是對工程光學(xué)、激光原理與技術(shù)、光電子技術(shù)、單片機(jī)原理與應(yīng)用等專業(yè)課程的一次階段性實踐鍛煉。在課程設(shè)計中，指導(dǎo)老師應(yīng)注重設(shè)計題目的綜合性，使階段所學(xué)的知識和技能盡可能全面地得到應(yīng)用。設(shè)計過程檢查和答辯驗收也需把好關(guān)，以保證實踐鍛煉的質(zhì)量。
專業(yè)實習(xí)（見習(xí)）通常被認(rèn)為是最直接的專業(yè)實踐環(huán)節(jié)，但前提是實習(xí)基地與專業(yè)對口，并能提供學(xué)生充分的參與機(jī)會。高校實習(xí)基地的質(zhì)量與數(shù)量受很多客觀因素影響，此處不作討論。
畢業(yè)設(shè)計（論文）可認(rèn)為是對大學(xué)所學(xué)的一次最終檢驗，對于理工結(jié)合專業(yè)，畢業(yè)設(shè)計（論文）的完成質(zhì)量更是專業(yè)理論基礎(chǔ)和實踐應(yīng)用能力水平的綜合體現(xiàn)。因此我們認(rèn)為，畢業(yè)設(shè)計（論文）的選題應(yīng)首先考慮運(yùn)用了基礎(chǔ)理論或原理的綜合設(shè)計性課題。當(dāng)然，對于偏重理論研究或偏重應(yīng)用實踐的學(xué)生應(yīng)該因才出題，還應(yīng)鼓勵合理的學(xué)生自擬題目，鼓勵創(chuàng)新思想。此外，檢驗并不是最終目的，應(yīng)做到通過檢驗促進(jìn)提高，促使學(xué)生盡早進(jìn)入課題準(zhǔn)備工作，及時通過學(xué)習(xí)彌補(bǔ)知識和技能的不足。
4 第四環(huán)節(jié)：貫穿大學(xué)各階段的課外科技創(chuàng)新訓(xùn)練
從開始時間來看本環(huán)節(jié)并非最后，但因它貫穿了整個本科專業(yè)教育，我們便將之放在最末。同時筆者認(rèn)為它是鍛煉創(chuàng)新實踐能力最行之有效的辦法，也是最重要的一環(huán)。無論是筆者所在學(xué)校還是所了解的其他普通高校的情況，畢業(yè)生整體素質(zhì)優(yōu)秀的理工專業(yè)都有著的開展課外科技活動的良好氛圍。課外科技創(chuàng)新訓(xùn)練讓學(xué)生真正在興趣與所學(xué)知識的基礎(chǔ)上凝練出自己的想法，形成自己的創(chuàng)新思維，找到適合自己的發(fā)展方向，更能促進(jìn)其對專業(yè)課程學(xué)習(xí)的積極性。大多數(shù)學(xué)生都有著發(fā)揮所學(xué)之長的愿望，但通常因缺乏平臺和引導(dǎo)而產(chǎn)生懈怠。我們提出構(gòu)建一個包含以下因素的課外科技創(chuàng)新訓(xùn)練平臺，并提倡鼓勵學(xué)生盡早參與到其中。
首先是拓展性實驗和實訓(xùn)。這方面可以結(jié)合教師的科研課題，特別是對研究生源不足或沒有研究生招生的地方高校，這是一個使學(xué)生課外科技與教師科研相互促進(jìn)的行之有效的辦法。另外如條件允許，應(yīng)積極聯(lián)系相關(guān)企業(yè)或研究單位，通過合建實驗室的方式使實驗和實訓(xùn)平臺向產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的方向發(fā)展。
其次是充分的發(fā)揮和展示空間。這方面包括眾多立項和競賽平臺，如大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)立項、“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽等跨專業(yè)的平臺，各類小專業(yè)范圍的科技競賽，以及高校間或高校企業(yè)聯(lián)合組織的交流競賽。學(xué)院應(yīng)建立鼓勵機(jī)制，充分調(diào)動學(xué)生和教師的積極性，逐漸形成良好的參與氛圍。
最后是學(xué)生間的交流學(xué)習(xí)平臺。有些學(xué)生因為還未學(xué)習(xí)應(yīng)用性的專業(yè)課程便不參與課外科技，實際上這并非充分理由，實踐中所需知識和技能通常需要長期自主的鉆研。而合適的交流學(xué)習(xí)平臺有利于促進(jìn)自主學(xué)習(xí)鉆研的氛圍。筆者所在學(xué)院便因應(yīng)所設(shè)三個專業(yè)建立了物理協(xié)會、電子協(xié)會與光信息協(xié)會，提供實驗室和常規(guī)設(shè)備資源，實行日常值班制，并定期組織內(nèi)部交流報告。這些措施對促進(jìn)課外科技氛圍，提高積極性和參與度起到較大作用。
5 結(jié)語
我們結(jié)合自身教學(xué)實踐的探索和體會提出并討論了理工結(jié)合專業(yè)實踐能力培養(yǎng)的四個重要環(huán)節(jié)。當(dāng)然這些環(huán)節(jié)并非分立的，而是一個有機(jī)的整體，只有始終重視學(xué)生實踐能力的鍛煉并貫穿于教學(xué)培養(yǎng)的全部階段，才能取得最大的成效。實踐能力培養(yǎng)的探索研究是大學(xué)教育的長期課題，本文只對其中的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行了歸納，可能有其他一些環(huán)節(jié)和過程未包含其中。雖然是基于理工結(jié)合專業(yè)特點的探索思考，但我們的觀點和方法可能對傳統(tǒng)理科或工科專業(yè)的實踐能力培養(yǎng)改革也有一定的借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：光纖通信；理論教學(xué)；實驗教學(xué)
中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0167-03
當(dāng)代信息高速公路的骨干網(wǎng)絡(luò)是由光纖通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，若沒有光纖的發(fā)明及相關(guān)有源和無源光纖器件的發(fā)明和發(fā)展，當(dāng)今的高速信息網(wǎng)絡(luò)是無法想象的。但是當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展得益于微電子學(xué)、光電子學(xué)、計算機(jī)技術(shù)及通信工程等多門學(xué)科的快速發(fā)展及它們之間的交叉融合。因此，要想成為一名信息技術(shù)領(lǐng)域的電子信息工程師、計算機(jī)工程師或通信工程師，除了需要掌握本專業(yè)的課程知識以外，也應(yīng)該熟悉現(xiàn)代信息技g的其他相關(guān)主要知識，比如光纖通信網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)器件等。本文從光纖通信技術(shù)的研究內(nèi)容、應(yīng)用及發(fā)展等方面說明其在電子信息工程專業(yè)教育中的重要性，并研討電子信息工程專業(yè)中的光纖通信課程的理論和實驗教學(xué)方法。
一、光纖通信技術(shù)簡介
1960年，美國人梅曼（Maiman）發(fā)明了第一臺紅寶石激光器[1]，給光通信帶來了新的希望。和普通光相比，激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高，以及頻率和相位較一致的良好特性。激光是一種高度相干光，它的特性和無線電波相似，是一種理想的光載波。繼紅寶石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出現(xiàn)，并投入實際應(yīng)用。激光器的發(fā)明和應(yīng)用，使沉睡了80年的光通信進(jìn)入一個嶄新的階段。
1966年，英籍華裔學(xué)者高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖（Optical Fiber）進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信――光纖通信的基礎(chǔ)[2]。在以后的10年中，波長為1.55μm的光纖損耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。1970年，作為光纖通信用的光源也取得了實質(zhì)性的進(jìn)展。1977年，貝爾實驗室研制的半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到10萬小時（約11.4年），外推壽命達(dá)到100萬小時，完全滿足實用化的要求。由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個重要里程碑之年。在今后的幾十年中，光纖通信網(wǎng)絡(luò)的逐步商用化帶動了相關(guān)信息產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展[3]。
由于在光纖通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多[4]，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨(dú)特的優(yōu)點。綜上所述，可見光纖通信技術(shù)在現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的重要地位，因此，光纖通信技術(shù)這門課程不僅是光學(xué)工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程[5]，也應(yīng)該作為電子信息工程專業(yè)的專業(yè)選修課程來開設(shè)。
二、光纖通信課程教學(xué)研究
（一）光纖通信課程的理論教學(xué)
電子信息工程專業(yè)的光纖通信課程的理論知識可以分為四個相互關(guān)聯(lián)的層次和內(nèi)容，它們分別是：第一部分，光纖技術(shù)的基礎(chǔ)；第二部分，光纖通信器件技術(shù)基礎(chǔ)；第三部分，光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)；第四部分，光纖與光纖通信系統(tǒng)測量。這四個部分的關(guān)系層層遞進(jìn)，逐漸深入。理論學(xué)時總共32學(xué)時。
第一部分，光纖技術(shù)的基礎(chǔ)。可以先講解光纖通信技術(shù)的一些概念性和歷史性的知識，比如：電信技術(shù)的發(fā)展，光通信的必要性及技術(shù)基礎(chǔ)，光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來。此處，可詳細(xì)介紹人類對光通信探索的歷史及現(xiàn)代光纖通信技術(shù)從學(xué)術(shù)研究到商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展里程，并附帶介紹微波通信的發(fā)展里程，然后通過比較使用光波進(jìn)行通信和使用微波進(jìn)行通信的優(yōu)缺點及使用光纖材料和使用同軸電纜進(jìn)行通信的優(yōu)缺點，讓學(xué)生了解光纖通信的巨大優(yōu)勢。然后可以簡單介紹光纖傳輸?shù)幕A(chǔ)理論――電磁場與電磁波理論中的一些基本概念和現(xiàn)象，重點介紹麥克斯韋方程。最后介紹光纖的模式理論、光纖的結(jié)構(gòu)和類型、光纖的傳輸特性、光纖制造技術(shù)與光纜等知識。其中，光纖傳輸特性包括光纖的損耗特性和色散特性，這是該部分的重點知識。總之，筆者認(rèn)為，第一部分內(nèi)容的講解方法和手段是非常重要的，不宜講得深奧，而應(yīng)該結(jié)合動畫或者視頻講解光纖的傳光原理，使學(xué)生易于接受，才能提高學(xué)生對這門課程的興趣，從而繼續(xù)學(xué)習(xí)往后部分的相對枯燥的知識。該部分學(xué)時安排為6H。
第二部分，光纖通信器件技術(shù)基礎(chǔ)。這部分講述光纖通信系統(tǒng)中的有源和無源光通信器件，這些器件是構(gòu)成一個完成的光纖通信系統(tǒng)必不可少的部件，學(xué)好這部分內(nèi)容有利于理解后面學(xué)習(xí)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容。這部分內(nèi)容包括：基本光纖器件、光學(xué)濾波器、光纖放大器和半導(dǎo)體光電子器件。基本光纖器件包括分波/合波器、光纖活動連接器、光隔離器、環(huán)形器和衰減器等；光學(xué)濾波器的內(nèi)容包括Fabry-Perot濾波器、介質(zhì)膜濾波器、HiBi光纖Sagnac濾波器、Mach-Zender型濾波器、光纖光柵等；光纖放大器的內(nèi)容包括：摻餌光纖放大器（EDFA）、光纖Raman放大器等。半導(dǎo)體光電子器件的內(nèi)容包括：普通的半導(dǎo)體激光器（LD）和發(fā)光二極管（LED）、FP型雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器、動態(tài)單縱模激光器、半導(dǎo)體光放大器（OSA）、PN結(jié)光電二極管、PIN光電二極管、APD雪崩光電二極管等。對于每一個光纖器件，講解內(nèi)容包括這些光纖器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、具體參數(shù)、應(yīng)用場合等，應(yīng)結(jié)合動畫或者視頻講解，甚至如果有條件的話，可以在課題上帶上一些體積很小的光纖器件實物給學(xué)生講解，比如光纖活動連接器、LD、LED、光纖光柵、PIN光電二極管價格便宜、體積小的光纖器件。該部分學(xué)時安排為10H。
第三部分，光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。這部分是本門課程的核心和精華部分，包括光纖傳輸系統(tǒng)、光纖通信網(wǎng)、全光網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展三大部分。其中，光纖傳輸系統(tǒng)的內(nèi)容包含：光纖傳輸系統(tǒng)的基本組成、光發(fā)送機(jī)組件、光接收機(jī)組件、光放大噪聲及其級聯(lián)、色散調(diào)節(jié)技術(shù)、光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計、光纖傳輸系統(tǒng)性能評估。光通信網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容包含：通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分類、準(zhǔn)同步數(shù)字系統(tǒng)（PDH）、同步數(shù)字系統(tǒng)（SDH）、異步傳輸模式（ATM）、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、光纖通信網(wǎng)的管理/保護(hù)/恢復(fù)。全光網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展的內(nèi)容包含：通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程、全光網(wǎng)絡(luò)中的傳輸技術(shù)（WDM、OTDM、OCDMA和分組交換技術(shù)）、無源光網(wǎng)絡(luò)（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光傳送網(wǎng)（G.709OTN）、自動交換光網(wǎng)絡(luò)、全光網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理、全光網(wǎng)的安全問題。對于每一種光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，講解內(nèi)容包括這些光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能、應(yīng)用場合等，應(yīng)盡量使用PPT的圖片、動畫進(jìn)行講解，PPT上要盡量避免文字上描述。該部分學(xué)時安排為12H。
第四部分，光纖與光纖通信系統(tǒng)測量。該部分主要介紹光纖通信工程實施、檢測中一些常用的設(shè)備和儀器，在本門課程的實驗教學(xué)中都要使用到這些設(shè)備，是培養(yǎng)光纖通信工程師的基礎(chǔ)技能知識部分。該部分的內(nèi)容包括：光功率計的使用、光纖幾何參數(shù)的測量、光纖衰減測量、光纖色散測量、光纖偏正特性測量、光纖的機(jī)械特性和強(qiáng)度測量、光時域反射計（OTDR）的使用；光接收機(jī)靈敏度和動態(tài)范圍的測量、光纖通信系統(tǒng)誤碼率和功率代價的測量、眼圖及其測量、光譜分析儀、光纖通信系統(tǒng)的在線監(jiān)測技術(shù)。其中，重點講解光功率計、OTDR、眼圖示波器、光譜分析儀等儀器設(shè)備的功能和使用方法。該部分學(xué)時安排為4H。
（二）光纖通信課程的實驗教學(xué)
對于電子信息工程本科專業(yè)而言，畢竟培養(yǎng)的學(xué)生不屬于光學(xué)工程或光電子技術(shù)領(lǐng)域的人才，而且電子信息工程專業(yè)本身都有很多屬于自己專業(yè)的實驗課程及課程設(shè)計，因此，筆者認(rèn)為光纖通信技術(shù)課程的實驗教學(xué)應(yīng)根據(jù)該專業(yè)學(xué)生的理論基礎(chǔ)和將來他們最可能需要的工程能力而設(shè)置。因而，筆者建議光纖通信課程的總學(xué)時設(shè)置為48學(xué)時，理論教學(xué)學(xué)時為32學(xué)時，7個實驗的教學(xué)學(xué)時為16學(xué)r。
根據(jù)筆者10年來給電子信息工程專業(yè)本科學(xué)生講授這門課的經(jīng)驗，認(rèn)為具體的實驗課程設(shè)置如下。
1.插入法測光纖的平均損耗系數(shù)。采用插入法測量待測光纖在1310nm和1550nm處的平均損耗系數(shù)。掌握插入法測量光纖損耗系數(shù)的原理，熟悉光纖多用表的使用方法。學(xué)時設(shè)置為2個課時。
2.光時域反射計（OTDR）測光纖鏈路特性。用光時域反射計測量光纖鏈路的平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點位置。了解光時域反射計工作原理及操作方法，學(xué)習(xí)用光時域反射計測量光纖平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點位置。學(xué)時設(shè)置為2個課時。
3.光波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)實驗及其誤碼率測量構(gòu)建1310nm/1550nm光纖波分復(fù)用系統(tǒng)并測試其誤碼率，了解光波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)組成熟悉誤碼、誤碼率的概念及其測量方法。學(xué)時設(shè)置為2個課時。
4.數(shù)字光纖通信系統(tǒng)信號眼圖測試。構(gòu)建數(shù)字光纖通信系統(tǒng)并且用數(shù)字示波器觀測系統(tǒng)的信號眼圖，并從眼圖中確定數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能。了解眼圖產(chǎn)生的基礎(chǔ)，根據(jù)眼圖測量數(shù)字通信系統(tǒng)性能的原理；學(xué)習(xí)通過數(shù)字示波器調(diào)試、觀測眼圖；掌握判別眼圖質(zhì)量的指標(biāo)；熟練使用數(shù)字示波器和誤碼儀。學(xué)時設(shè)置為3個課時。
5.光纖切割與焊接技術(shù)演示實驗。利用全自動熔接機(jī)向?qū)W生演示光纖熔接的全過程，了解光纖的結(jié)構(gòu)和光纖電弧放電焊接原理；了解全自動焊接光纖的過程和使用方法。學(xué)時設(shè)置為2個課時。
6.光纖光柵光譜特性測試系統(tǒng)的設(shè)計實驗。測量光環(huán)行器的插入損耗、隔離度、方向性、回波損耗參數(shù)；利用PC光譜儀、光環(huán)行器和光纖光柵設(shè)計光纖光柵光譜特性的測試系統(tǒng)；了解光環(huán)行器的工作原理和主要功能；了解光環(huán)行器性能參數(shù)的測試原理；了解光纖光柵的光譜特性；學(xué)習(xí)PC光譜儀的使用方法。學(xué)時設(shè)置為3個課時。
7.光帶通濾波器的設(shè)計。測量光耦合器的插入損耗、分光比和附加損耗等參數(shù)；利用光耦合器或者光環(huán)行器和光纖光柵設(shè)計光帶通濾波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各項參數(shù)的測試方法。學(xué)時設(shè)置為2個課時。
通過以上實驗課程，能夠使電子信息工程本科學(xué)生對光纖通信系統(tǒng)的基本器件、基本測量系統(tǒng)等有一個比較感觀的認(rèn)識，而且能夠更加深刻地掌握它們工作的基本原理和基本特性，為將來在具體的工程設(shè)計及進(jìn)一步深造中奠定基礎(chǔ)。
三、結(jié)束語
光纖通信技術(shù)在國家的信息產(chǎn)業(yè)、國防工業(yè)中具有舉足輕重的地位，電子信息技術(shù)與光學(xué)信息技術(shù)的結(jié)合也越來越緊密。對于當(dāng)今的電子信息工程專業(yè)的學(xué)生而言，除了需要掌握本專業(yè)牢固的知識和技能以外，了解和掌握光纖通信技術(shù)的基礎(chǔ)知識和相關(guān)的技術(shù)發(fā)展趨勢也是必不可缺的。本文通過對電子信息工程專業(yè)特點和光纖通信課程內(nèi)容的分析，討論了該門課程與該專業(yè)的內(nèi)在聯(lián)系，分析其重要性，并根據(jù)筆者10年來在重慶理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)講授該門課程的經(jīng)驗，提出了本門課程在電子信息工程專業(yè)中的理論及實驗的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點、教學(xué)方法及課程設(shè)置等方面的一些意見和建議。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：項目教學(xué)；光電探測；分組實踐；課程設(shè)計
中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0568（2012）35-0079-02
一、引言
《光電探測與處理技術(shù)》課程是光電子技術(shù)專業(yè)的傳統(tǒng)職業(yè)核心課程，圍繞各種光電探測器件的工作原理，介紹各種器件的特性參數(shù)和使用方法。以往在講授這門課程時，任課教師會著重講解理論知識，并以課內(nèi)實踐項目輔助教學(xué)。但這種教學(xué)方式無法適應(yīng)如今高職教學(xué)的需要，無法較好地與企業(yè)對接，滿足生產(chǎn)實踐需要。因此，筆者在承擔(dān)這門課程教學(xué)時，加大實踐課程比例，以項目驅(qū)動，分組教學(xué)完成，取得了較好的效果。
二、選取典型項目，寓教于實踐
《光電探測與處理技術(shù)》共54課時。為達(dá)到更好的教學(xué)效果，任課教師在課程教學(xué)過程中簡化枯燥的理論知識講解，增加實踐課程的比例，以期學(xué)生在實踐過程中驗證書本所學(xué)。但是在實際教學(xué)中，由于班級人數(shù)多，實驗設(shè)備臺位數(shù)少，實驗課上一般都是一位教師管理30多位學(xué)生，因此只能夠保證部分學(xué)生得到了充分的鍛煉，還有一部分學(xué)生并沒有按照教師的要求完成實驗項目，渾水摸魚，蒙混過關(guān)。因此在承擔(dān)這門課程教學(xué)時，筆者一直在思考如何進(jìn)行課程改革，對課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)重新進(jìn)行設(shè)計重組，來達(dá)到更好的教學(xué)效果。
《光電探測與處理技術(shù)》課程本來就是研究各種光電探測器的實用性的，光控器件可以組成一些控制電路和測量電路。相關(guān)的企業(yè)大多以生產(chǎn)器件為主，而生產(chǎn)制造光控電路的企業(yè)則比較分散，因此并沒有從企業(yè)中尋找到合適的實踐項目。教師在教學(xué)過程中，設(shè)計并積累了一些實用性較強(qiáng)的光控電路，學(xué)生完成整個光控電路的制作，即可在實踐的過程中來驗證課堂中的理論知識，并要求他們根據(jù)電路實際需要自主選擇合適參數(shù)的光電探測器件。表1列出筆者選擇出的幾組實踐性和實用性都較強(qiáng)的八個實踐項目，使用了常見的光電探測器，并完成光控、測量、控制、顯示等實用的效果，學(xué)生對這些實踐項目一般有較大的興趣。課程初期，教師將學(xué)生進(jìn)行分組，要求他們自主選取合適的選題，并自主完成選題。在實踐的過程中，參考光電探測器的選取規(guī)則及特性參數(shù)，并加以應(yīng)用。
教師在課上僅給出實踐項目的要求以及需要達(dá)到的效果，不提供具體的電路圖和器件參數(shù)，要求小組成員自己查找相關(guān)電路并進(jìn)行設(shè)計。例如，第一個項目聲光控夜明燈，較多的參考資料中都有類似的電路。教師僅提出電路的設(shè)計指標(biāo)，要求使用光敏電阻，讓電路能夠達(dá)到天黑燈亮，天明燈滅，聲控也只在天黑時有效。學(xué)生在自主設(shè)計電路的過程中，根據(jù)課上內(nèi)容和相關(guān)資料中的光電探測器件特性參數(shù)的列表，選取合適的材料，實現(xiàn)電路功能。在完成實踐項的過程，實際上就設(shè)計了一個小型光控電路，了解了光控電路的基本組成和功能。有的小組完成的項目還在教師要求的基礎(chǔ)上再做出一些新的創(chuàng)新功能，如溫度控制的功能，讓學(xué)生由簡單的項目中力求創(chuàng)新，從復(fù)雜的項目中領(lǐng)會新知。課堂理論教學(xué)中的枯燥乏味、難于理解的內(nèi)容，都可以在實踐項目中予以解決。
三、實踐教學(xué)分組實施，小組互評
任何實踐都應(yīng)以理論作為基礎(chǔ)，因此課堂的教學(xué)仍是必不可少的一個環(huán)節(jié)。但可以將這個環(huán)節(jié)進(jìn)行壓縮。比如只講述器件的基本工作原理、器件的性能參數(shù)、使用方法及檢測方法，其它的內(nèi)容讓學(xué)生在實踐的過程中去領(lǐng)會。
由于現(xiàn)在仍然實行大班教學(xué)，筆者將班級劃分成四到五個小組，每個小組七至八名成員。每個小組于每次理論課完成后要自行進(jìn)行討論，總結(jié)學(xué)到的知識和遇到的問題，并由組長負(fù)責(zé)總結(jié)。課堂實驗時，也是以小組為單位，每次完成相應(yīng)的實驗項目，并記錄數(shù)據(jù)。課程設(shè)計項目由小組成員討論，選擇自己所要完成的設(shè)計項目。小組長進(jìn)行分工，安排成員負(fù)責(zé)采購器件、查閱相關(guān)資料、完成電路設(shè)計及制作、檢測的工作，最后以小組為單位進(jìn)行總結(jié)報告。實踐項目的完成必須由小組的每位成員互相合作，每個成員必須按時完成自己份內(nèi)的工作，才能夠使所在小組的設(shè)計能夠按時、按要求完成。
實踐項目的最終結(jié)果作為小組各個成員的一個重要考核成績。每個設(shè)計項目最終是否完成，或者是否實現(xiàn)全部的功能，并不能作為最重要的考核標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生選擇的設(shè)計項目有難有易，關(guān)鍵要看學(xué)生能否從簡單的項目中有所創(chuàng)新，從復(fù)雜的項目中領(lǐng)會新知。同時，團(tuán)隊協(xié)作的能力也非常重要。
課程設(shè)計項目完成后，最重要的一個環(huán)節(jié)是要求學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論，并對自己完成的項目成功與否、成敗關(guān)鍵，在全班同學(xué)面前匯報總結(jié)。任課教師以及其它小組的學(xué)生，針對其匯報內(nèi)容及設(shè)計項目完成情況為每個小組打分。每個小組的成員都要以背靠背的形式為本組成員評分。最終的評分成績作為教師評定小組成員的平時成績、實踐成績的一個參考依據(jù)。小組的每個成員對最終的設(shè)計項目的所做出的貢獻(xiàn)多少，付出多少，都會在小組互評之中得到體現(xiàn)。在完成設(shè)計項目的同時，鞏固了在課堂上學(xué)習(xí)的理論知識，也鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。
四、課程改革實施效果
在依照上述方法進(jìn)行實踐項目驅(qū)動、分組教學(xué)的過程中，收到了較好的效果。學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高，而且完成的項目都達(dá)到了教師要求的效果，有的更有自己的特色與創(chuàng)新。筆者發(fā)現(xiàn)，由于課程實踐項目需要學(xué)生花費(fèi)較多的時間，僅僅依靠在課堂上有限的學(xué)時數(shù)是不可能達(dá)到目的的。各個小組的成員都利用大量的課下時間完成自己的設(shè)計項目。因此，還需加大課堂教學(xué)中實踐教學(xué)比例，盡量壓縮理論教學(xué)，讓學(xué)生有足夠的時間在課堂上進(jìn)行實踐、討論、總結(jié)。要加大實踐課時比例，在實踐教學(xué)的過程中穿插理論教學(xué)。另外，考慮到學(xué)生的理論課程壓縮，在最終的考核方式中也應(yīng)該向?qū)嵺`環(huán)節(jié)傾斜，將實踐項目、包括課堂實驗和課程設(shè)計項目的評分比例加大到70%，將期末考試的成績比例降低為30%。這樣，可以降低學(xué)生的負(fù)擔(dān)，將更多的精力投入到完成實踐項目之中。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：專業(yè)建設(shè)；“十三五”學(xué)科專業(yè)規(guī)劃；人才培養(yǎng)
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）05-0014-02
一、“十二五”期間物理學(xué)科專業(yè)建設(shè)概況
新師大物理學(xué)專業(yè)經(jīng)過“十二五”期間的建設(shè)逐步形成了以本科生教育為基礎(chǔ)，研究生教育為抓手的人才培養(yǎng)機(jī)制。學(xué)院現(xiàn)有物理系、電子信息科學(xué)與技術(shù)系和綜合實驗室三個部門，包含基礎(chǔ)物理實驗室、近代物理實驗室、物理教法實驗室和電子與信息技術(shù)實驗室4大實驗室15個實驗分室，逐步形成了本科教育、研究生教育、成人教育、繼續(xù)教育、短期培訓(xùn)的綜合辦學(xué)體系。為響應(yīng)學(xué)校“十三五”規(guī)劃中的新能源新材料、信息技術(shù)應(yīng)用等重大發(fā)展戰(zhàn)略方向的需求，學(xué)院在物理學(xué)和電子信息科學(xué)本科專業(yè)的基礎(chǔ)上，新增應(yīng)用物理學(xué)本科非師范專業(yè)，這將為自治區(qū)“三化”建設(shè)所需要能源、材料、電力、郵電、廣播電視、通信、信息技術(shù)等行業(yè)培養(yǎng)合格人才。學(xué)院一方面積極培養(yǎng)及引進(jìn)物理及電子信息專業(yè)博士，另一方面在本科及研究生培養(yǎng)模式上加大改革力度，積極與內(nèi)地高校洽談聯(lián)合培養(yǎng)本科生及研究生的新模式和途徑。
碩士點建設(shè)方面，形成物理學(xué)一級學(xué)科為引領(lǐng)，三個二級學(xué)科及物理課程與教學(xué)論專業(yè)碩士學(xué)位授權(quán)點共同發(fā)展的良好局面。現(xiàn)圍繞新疆礦物發(fā)光特性及機(jī)理、團(tuán)簇物理及碳納米材料、量子信息及理論、統(tǒng)計與凝聚態(tài)理論、激光光譜學(xué)、納米尺度物質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控及其物理化學(xué)性質(zhì)、發(fā)光物理與光電子理論為主要研究方向，逐步形成了自己的研究特色和優(yōu)勢。
十二五期間，物電學(xué)院各類教學(xué)、科研平臺有了新的突破，在中央財政支持地方高校省部共建光學(xué)實驗室和理論物理自治區(qū)重點學(xué)科建設(shè)基礎(chǔ)上，申報立項了新疆礦物發(fā)光材料及其微結(jié)構(gòu)教育廳級實驗室、物理教育專業(yè)校級教學(xué)團(tuán)隊、物理教學(xué)實驗示范中心、新型發(fā)光材料與納米微結(jié)構(gòu)校級重點實驗室和大學(xué)生科技創(chuàng)新中心等教學(xué)科研平臺，為學(xué)院的學(xué)科專業(yè)發(fā)展，師資隊伍建設(shè)、本科及研究生培養(yǎng)提供了資金支持。
二、物理學(xué)科專業(yè)建設(shè)中存在的主要問題
1.學(xué)科建設(shè)總體水平有待提高，合理的布局學(xué)科方向是關(guān)鍵。申報物理學(xué)一級學(xué)科博士學(xué)位授權(quán)點和電子信息一級碩士學(xué)位點申請一旦獲得立項建設(shè)，現(xiàn)有師資隊伍結(jié)構(gòu)及層次的優(yōu)化問題會立刻顯現(xiàn)，如何把現(xiàn)有的團(tuán)隊快速、有效地發(fā)展成為各方面合理的高素質(zhì)團(tuán)隊，如何合理布局新的學(xué)科方向?qū)⑹莻€挑戰(zhàn)。
2.目前還沒有形成層次分明和獨(dú)樹一幟的特色專業(yè)。如何將現(xiàn)有的理論物理學(xué)科優(yōu)勢逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫m應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)社會和科技發(fā)展需要的新興學(xué)科、交叉學(xué)科還有待于進(jìn)一步明確思路，既要與區(qū)內(nèi)高校有所區(qū)別，建設(shè)出自己的特色，又要符合新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會需求，目前的學(xué)科方向在產(chǎn)學(xué)研方面結(jié)合得不是很緊密，缺乏思想上的解放，方向的轉(zhuǎn)變存在一定的困難。
3.教師隊伍、辦學(xué)空間和走出去工作有待于加強(qiáng)。面對民漢學(xué)生統(tǒng)一培養(yǎng)的新模式，如何培養(yǎng)出思想上先進(jìn)，專業(yè)上扎實的物理雙語師資的問題上沒有進(jìn)行特別深入的調(diào)研和全方位的研究。另外，如何使我院相關(guān)學(xué)科走向國際化也亟待大膽探索。師資隊伍建設(shè)還不足以適應(yīng)十三五期間的發(fā)展要求。十二五期間，我院主要與三所國內(nèi)知名高校簽訂了委托培養(yǎng)本科生協(xié)議，有十多人次已經(jīng)派出，開局很好，但與我院本科生總量相比明顯不足，學(xué)術(shù)交流偏少。
4.部分專業(yè)方向缺乏優(yōu)秀的學(xué)科帶頭人，學(xué)科方向有待于進(jìn)一步明確。教師的教學(xué)科研工作未能緊緊圍繞主攻方向展開，科研力量分散，協(xié)同攻關(guān)能力較弱，競爭力不強(qiáng)，y以爭取到國家甚至是國際級重大重點聯(lián)合科研項目。
5.教學(xué)科研成果含金量有待提高。目前學(xué)院獲得的省部級以上教學(xué)研究獎勵、國家級重大重點科研項目、高學(xué)術(shù)價值論文、重大發(fā)明專利等方面比較缺乏，尤其是成果轉(zhuǎn)化方面有待于提高。更為緊迫的是，如何盡早實現(xiàn)服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和真正意義上推進(jìn)就業(yè)是亟待去解決的問題。
6.對新的教育碩士學(xué)位點規(guī)劃有所欠缺。除了現(xiàn)有的教育碩士學(xué)位點以外，在專業(yè)碩士學(xué)位點建設(shè)方面，對新的實踐性研究生教育最佳切入點和詳細(xì)規(guī)劃方案上的探索尚為缺乏。研究生聯(lián)合培養(yǎng)的模式雖然有共享資源的優(yōu)勢，但缺乏長遠(yuǎn)性，目前學(xué)院碩士生導(dǎo)師隊伍建設(shè)還有待于加強(qiáng)，為做好內(nèi)部培養(yǎng)做準(zhǔn)備，另外研究生辦學(xué)規(guī)模也有待于加強(qiáng)。
7.專業(yè)建設(shè)各項支撐有待加強(qiáng)。學(xué)科專業(yè)建設(shè)中，缺乏多渠道籌措經(jīng)費(fèi)的能力；高層次學(xué)術(shù)交流活動偏少；起支撐作用的新的實驗基地缺乏，產(chǎn)學(xué)研合作基地和新的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫等條件建設(shè)有待進(jìn)一步加強(qiáng)。
8.電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)科專業(yè)建設(shè)還很薄弱。物理學(xué)學(xué)科建設(shè)雖然已取得了較好的成績，但電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)科建設(shè)沒有取得明顯的提升，僅有電子信息科學(xué)與技術(shù)一個本科專業(yè)，沒有相應(yīng)的學(xué)科碩士學(xué)位授權(quán)點，辦學(xué)規(guī)模、層次，以及辦學(xué)力量還很薄弱。作為一個發(fā)展前景廣闊、就業(yè)形勢良好的應(yīng)用類學(xué)科，相應(yīng)的人才引進(jìn)激勵機(jī)制、政策鼓勵和實驗室建設(shè)經(jīng)費(fèi)投入還有待繼續(xù)加強(qiáng)。
三、關(guān)于今后學(xué)科建設(shè)及人才培養(yǎng)的幾點思考
1.積極推進(jìn)學(xué)位點建設(shè)工作，提高辦學(xué)層次。充分發(fā)揮新疆師范大學(xué)服務(wù)地方教育事業(yè)的作用，實現(xiàn)物理本科辦學(xué)規(guī)模穩(wěn)中有升，落實應(yīng)用物理專業(yè)的本科招生，將醫(yī)學(xué)物理專業(yè)及應(yīng)用電子技術(shù)本科專業(yè)作為重點新增專業(yè)進(jìn)行申報。以現(xiàn)有的教育碩士招生學(xué)科――初高中物理為基礎(chǔ)，深化并大力推動學(xué)校本科人才統(tǒng)一培養(yǎng)模式和雙語教育培養(yǎng)方案在我院的實施。加強(qiáng)理論物理一級碩士點的建設(shè)工作，積極申報理論物理一級學(xué)科博士學(xué)位點及電子信息專業(yè)一級學(xué)科碩士學(xué)位點。
2.優(yōu)化學(xué)科結(jié)構(gòu)，提升學(xué)科專業(yè)隊伍水平。充分用好國家和自治區(qū)對口援疆政策，特別是少數(shù)民族教育的各項優(yōu)惠政策，加快學(xué)術(shù)隊伍學(xué)歷提升速度，對現(xiàn)有教師進(jìn)行有計劃、高水平培養(yǎng)，重點建設(shè)發(fā)光物理與光電子理論、團(tuán)簇物理及碳納米材料、量子信息及理論、統(tǒng)計與凝聚態(tài)理論、激光光譜學(xué)、納米光學(xué)及理論等幾個研究方向。
3.發(fā)揮優(yōu)勢平臺的引領(lǐng)作用。合理配置資源，充分用好各項平臺建設(shè)經(jīng)費(fèi)，注重項目產(chǎn)出效益，推出一批標(biāo)志性成果，逐步使之向“物理學(xué)”一級學(xué)科的其他二級方向拓展，萌芽出服務(wù)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的、特色鮮明的新方向。
4.提升教學(xué)、管理水平，有效提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。學(xué)院爭取十三五期間繼續(xù)建立與多個高校的本科生及研究生培養(yǎng)更深層次方面的合作意向，為本科生和研究生的就業(yè)和繼續(xù)深造提供較好的環(huán)境。
5.注重人才培養(yǎng)的創(chuàng)新性、綜合性、實踐性、開放性和選擇性。注重學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的全面培養(yǎng)與提高，培養(yǎng)造就基礎(chǔ)好、能力強(qiáng)、素質(zhì)高的創(chuàng)新復(fù)合型人才，依托對口支援學(xué)校，進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，為使他們將來能夠成為具有國際競爭力的優(yōu)秀人才奠定堅實基礎(chǔ)。倡導(dǎo)研究性教學(xué)方法，學(xué)術(shù)講座與學(xué)術(shù)交流環(huán)節(jié)進(jìn)課堂；引進(jìn)國外大學(xué)優(yōu)質(zhì)教育資源，使用國外原版教材，在學(xué)術(shù)研究與創(chuàng)新等方面為學(xué)生營造一個良好的環(huán)境。
參考文獻(xiàn)：
[論文摘要]基于問題式學(xué)來受到了理論界的廣泛重視。我們以《應(yīng)用光學(xué)》課程教學(xué)為例,在教學(xué)改革中引入基于問題的學(xué)習(xí)理論,嘗試設(shè)計基于問題學(xué)習(xí)的教學(xué)策略。實踐表明,將基于問題的學(xué)習(xí)理念應(yīng)用到應(yīng)用光學(xué)的教學(xué)中,增強(qiáng)了學(xué)生的主觀能動性,取得了良好的教學(xué)效果。
問題式學(xué)習(xí)法的內(nèi)涵
問題學(xué)習(xí)法(problem-based learning,簡稱pbl)，從教師的角度來講,是一種教學(xué)方式,而站在學(xué)生的角度看,是一種學(xué)習(xí)方式。
問題學(xué)習(xí)法的教學(xué)過程概括起來是由這樣幾個環(huán)節(jié)構(gòu)成的:形成一個新的學(xué)習(xí)小組;啟動一項新問題;執(zhí)行問題解決;展示成果;評價。也就是說是由教師設(shè)計問題學(xué)習(xí)單元,要求學(xué)生充當(dāng)復(fù)雜問題的解決者,學(xué)生通過解決問題的過程,提高對某些概念和知識的理解,培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力,從而獲得解決現(xiàn)實問題的經(jīng)驗。
如果把問題學(xué)習(xí)法引入到實際教學(xué)改革中,教師引導(dǎo)學(xué)生先進(jìn)行問題學(xué)習(xí),然后讓學(xué)生們把問題帶到學(xué)習(xí)小組中進(jìn)行討論,這樣討論的時候更有針對性。這一方法強(qiáng)調(diào)用問題啟動學(xué)生思維,讓學(xué)生在探索中學(xué)習(xí),與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相比,學(xué)生合作與交流的幾率大大增加了,教學(xué)效果也大大加強(qiáng)了。與此同時，學(xué)生的思維能力得到了訓(xùn)練,學(xué)生搜集文獻(xiàn)資料的能力也得到了鍛煉和加強(qiáng)，這些技能都有利于學(xué)生終身學(xué)習(xí)。
以《應(yīng)用光學(xué)》課程為例的教學(xué)實踐
1.教學(xué)設(shè)計
研究者在《應(yīng)用光學(xué)》這門課程（所用教材為安連生主編的《應(yīng)用光學(xué)》）的“輻射度學(xué)和光度學(xué)基礎(chǔ)”一章中采用了基于問題式學(xué)習(xí)的教學(xué)實踐。由于這一章的基本內(nèi)容在同一學(xué)期的另外一門課程——《光電子技術(shù)》中也有涉及，并且是先于《應(yīng)用光學(xué)》課程開講，也就是說學(xué)生對這一章的基本內(nèi)容已經(jīng)有了一個初步的掌握，因此對本章進(jìn)行問題式學(xué)習(xí)法的教學(xué)實踐是比較合適的，教學(xué)效果也是有一定保證的。
（1）設(shè)計問題
設(shè)計的問題要有啟發(fā)性和針對性，要使課堂教學(xué)在不斷提出問題和解決問題的過程中完成教學(xué)目標(biāo)。同時,要讓學(xué)生知道本課的難點及重點是什么,在學(xué)習(xí)中做到有的放矢。以《應(yīng)用光學(xué)》課程為例:
a.光度學(xué)基本量部分
①閱讀的部分：了解各光學(xué)量的定義，意義以及表示方法。②基于問題部分：采用討論加計算的方法，解決實際的太陽輻射的相關(guān)問題，進(jìn)而要求學(xué)生對結(jié)果聯(lián)系實際加以梳理和小結(jié)。
b.朗伯定律和全擴(kuò)散面部分
①閱讀的部分:了解朗伯輻射體和全擴(kuò)散面的主要特點。②基于問題的部分:朗伯輻射體和全擴(kuò)散面有什么區(qū)別？它們的共同點又在哪里？朗伯定律能適用于全擴(kuò)散面嗎？③基于問題的擴(kuò)展部分：散射和吸收定律中的“朗伯定律”部分跟本課程中的朗伯定律在表述上有何不同？要求學(xué)生課后利用圖書館資料和網(wǎng)絡(luò)資源了解它們在本質(zhì)上的共通性。
c.像平面的光照度部分
①閱讀部分：要求學(xué)生了解像平面光照度的具體含義，了解光學(xué)系統(tǒng)相對孔徑的概念以及它對像平面光照度的影響。②基于問題的部分：陽光被聚焦后，可用于點火、鉆孔、溶化燒毀等，起作用的是輻照度還是光源本身的輻亮度？何以見得呢？③基于問題的擴(kuò)展部分：古希臘人曾想用長焦距反光鏡燒毀遠(yuǎn)距離敵艦，即所謂超遠(yuǎn)距離燃燒，實際上是不可能實現(xiàn)的。這是為什么呢？
d.光學(xué)系統(tǒng)光能損失的估計
基于問題的部分：光學(xué)系統(tǒng)光能損失的主要原因是什么？實際常用光學(xué)系統(tǒng)的光能損失如何進(jìn)行估算？（可為學(xué)生提供一些實際光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖）
（2）學(xué)生探索，嘗試解決問題
根據(jù)教師所設(shè)問題,引導(dǎo)學(xué)生去研究、去探索,在討論、交流中發(fā)現(xiàn)新問題、新知識,逐步解決所設(shè)計的問題。同時,教師作為參與者應(yīng)主動參與學(xué)生的討論、交流,起到促進(jìn)和調(diào)節(jié)的作用,使問題不斷引向深入。
（3）信息交流，揭示規(guī)律
引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)探索、嘗試所得,歸納、總結(jié)出有關(guān)的結(jié)論,然后教師通過必要的講解,加以修正。
（4）運(yùn)用規(guī)律，解決問題。
教師可以針對學(xué)生存在的問題,借題深入地展開分析,提煉出規(guī)律，并由點及面，由例及類,教給學(xué)生分析問題與解決問題的方法。
（5）教學(xué)相長，總結(jié)與反思
在師生共同研究學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生對本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)與反思，對知識進(jìn)行整理，并對思考方法進(jìn)行提煉,形成自已的觀點。
2.實踐研究方案
（1）劃分新的學(xué)習(xí)小組。
（2）光度學(xué)基本量教學(xué)。
（3）朗伯定律和全擴(kuò)散面教學(xué)。
（4）像平面的光照度和光學(xué)系統(tǒng)的相對孔徑教學(xué)。
（5）光學(xué)系統(tǒng)光能損失的估算教學(xué)。
（6）總結(jié)與反思。
結(jié)束語
在教學(xué)實踐中無論采用哪種策略,“基于問題”的教學(xué)方法對“教”和“學(xué)”兩個環(huán)節(jié)都提出了挑戰(zhàn)。教師作為教學(xué)活動的主導(dǎo),需根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律選擇合適的教學(xué)方法,精心設(shè)計教學(xué)方案,駕馭整個教學(xué)過程。學(xué)生作為教學(xué)活動的主體,學(xué)習(xí)模式由接收式的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向基于問題的探索式的自主學(xué)習(xí),面對所設(shè)的問題情境,他們需要在整理和分析相關(guān)信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,通過獨(dú)立思考和團(tuán)隊合作學(xué)習(xí),拿出解決問題的方案。因此,在這種教學(xué)改革中,師生都需要投入不少的時間和精力，并且還要在一些主要環(huán)節(jié)的配合上多下點功夫。
參考文獻(xiàn)：
[1]張順嵐，莫建文，歐陽寧，丁勇.基于問題的教學(xué)在信號與系統(tǒng)中的應(yīng)用.桂林電子科技大學(xué)學(xué)報，2008（4）.
1948年，丹尼斯·蓋伯提出一種記錄光波振幅和相位的方法，隨后用實驗證實這一想法，即全息術(shù)，并制成世界上第一張全息圖。蓋伯本來是為提高電子顯微鏡的分辨率而提出的設(shè)想，雖然未能用電子波證實其原理，但用可見光證實了。從第一張全息照片制成到20世紀(jì)50年代末期，全息圖制作具有以下共同特點：全息圖都是用汞燈作為光源；而且是所謂同軸全息圖，即物光和參考光在一條光路上得到的全息圖。這一時期的全息圖被稱為第一代全息圖，標(biāo)志著全息術(shù)的萌芽。第一代全息圖存在兩個嚴(yán)重問題，一個是再現(xiàn)的原始像和共軛像分不開，另一個是光源的相干性太差。因此在這十多年中，全息術(shù)進(jìn)展緩慢。
1960年激光的出現(xiàn)，提供了一種高相干度光源，為全息技術(shù)發(fā)展提供了可能。針對第一代全息技術(shù)出現(xiàn)的問題，利思和烏帕特尼克斯(1962)提出，將通信理論中的載頻概念推廣到空域中，用離軸的參考光與物光干涉形成全息圖，再利用離軸的參考光照射全息圖，使全息圖產(chǎn)生三個在空間互相分離的衍射分量，其中一個復(fù)制出原始物光。該方法被稱為離軸全息術(shù)，這是全息術(shù)發(fā)展的第二階段。第二代全息術(shù)解決了光源的問題，并且在立體成像、干涉計量檢測、信息存貯等應(yīng)用領(lǐng)域中獲得巨大進(jìn)展，但是激光再現(xiàn)的全息圖失去了色調(diào)信息。
科學(xué)家們開始致力于研究第三代全息圖到。這是用激光記錄，而用白光再現(xiàn)的全息圖，在一定的條件下賦予全息圖以鮮艷的色彩。第三代全息術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域的到了應(yīng)用，例如：像全息、反射全息、彩虹全息、模壓全息等。
激光的高度相干性，要求全息拍攝過程中各個元件、光源和記錄介質(zhì)的相對位置嚴(yán)格保持不變，這也給全息技術(shù)的實際使用帶來了種種不便。于是，科學(xué)家們又回過頭來繼續(xù)探討白光記錄的可能性。第四代全息圖應(yīng)該是白光記錄白光再現(xiàn)的全息圖，它將使全息術(shù)最終走出有防震工作臺的黑暗實驗室，進(jìn)入更加廣泛的實用領(lǐng)域。
2全息術(shù)的基本原理和特點
全息術(shù)是一種“無透鏡”的兩步成像法，它能在感光膠片上同時記錄物體的全部信息，即物體光的振幅和位相。全息照相過程分全息記錄和再現(xiàn)兩步：第一步稱為波前記錄(全息記錄)；第二步物體的再現(xiàn)(重現(xiàn))。
波前記錄依據(jù)的是干涉原理，物光波和參考光波相干疊加而產(chǎn)生干涉條紋。干涉條紋的反襯度記錄了物光波前的振幅分布，干涉條紋的幾何特征(包括形狀、間距、位置)記錄了物光波前的位相分布。就是說，全息圖上的強(qiáng)度分布記錄了物光波的全部信息-振幅分布和位相分布，它們分別反映了物體的明暗和縱深位置等方面的特征。應(yīng)當(dāng)指出，任何感光底片都只能記錄振幅(或者說強(qiáng)度)的分布，而不能直接記錄位相分布，全息照相之所以能記錄位相分布，是利用了參考光波把它轉(zhuǎn)化成了干涉條紋的強(qiáng)度分布。假如沒有參考光波，或者它與物光波不相干，波前上的位相分布是不可能記錄下來的。
波前再現(xiàn)的理論依據(jù)是衍射原理，照明光波(再現(xiàn)光)經(jīng)過全息圖衍射后出現(xiàn)一個復(fù)雜的光波場。全息圖的衍射波含有三種主要成分，即物光波(+1級衍射波)，物光波的共軛波(-1級衍射波)，照明光波的照直前進(jìn)(零級衍射波)。在現(xiàn)代記錄和重現(xiàn)的全息照相裝置中，這三種衍射波在空間彼此分離，互不干擾，便于人們用眼睛或鏡頭去觀測物光波的虛像或其共軛波的實像。
全息術(shù)的原理決定了它所記錄的全息圖有下列特點：
(1)三維性——因為全息圖記錄了物光的相位信息，圖像具有顯著的視差特性，可以看到逼真的三維圖像。
(2)不可撕毀性——因為全息圖記錄的是物光與參考光的干涉條紋，所以具有可分割性。它被分割后的任一碎片都能再現(xiàn)完整的被攝物形象，只是分辨率受到一些影響。
(3)信息容量大——同一張全息感光板可多次重復(fù)曝光記錄，并能互不干擾地再現(xiàn)各個不同的圖像。
(4)全息圖的再現(xiàn)相可放大或縮小——因為衍射角與波長有關(guān)，用不同波長的激光照射全息圖，再現(xiàn)相就會發(fā)生放大或縮小。
3全息術(shù)的主要應(yīng)用及其發(fā)展方向
全息術(shù)經(jīng)過60年的發(fā)展，已與計算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)以及非線性光學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合，成為一種高新技術(shù)，擴(kuò)展到醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、裝飾、包裝、印刷等領(lǐng)域，在一些發(fā)達(dá)國家還興起了全息產(chǎn)業(yè)，并且正在形成日益廣闊的市場，實用前景非常可觀。本文介紹全息術(shù)中幾個應(yīng)用較為廣泛、產(chǎn)業(yè)化較成熟的領(lǐng)域并說明其發(fā)展方向。
3.1全息存儲
全息存儲是依據(jù)全息術(shù)的原理，將信息以全息照相的方式存儲起來，它利用兩個光波之間的耦合和解耦合，可以把信息存儲和信息之間的比較(相關(guān))、識別，甚至聯(lián)想的功能結(jié)合起來，也就是可以把信息存儲和信息處理結(jié)合起來。用于全息信息存儲的記錄介質(zhì)較多，可永久保存信息的全息圖用銀鹽干板、銀鹽非漂白型位相全息干板、光聚合物及光致抗蝕劑等；可擦除重復(fù)使用的實時記錄材料有光導(dǎo)熱塑料、有機(jī)或無機(jī)光折變材料等。全息存儲在存儲容量方面具有巨大的優(yōu)勢，原因是：
(1)全息存儲具有存儲容量大的優(yōu)勢。用感光干板作為普通照相記錄信息時，信息存儲密度的數(shù)量級一般為105bit/mm2；用平面全息圖存儲信息時，存儲密度一般可提高一個數(shù)量級達(dá)106bit/mm2；如果用體全息圖存儲信息時，存儲密度可高達(dá)1013bit/mm2。
(2)全息存儲具有極大的冗余性，存儲介質(zhì)的局部缺陷和損傷不會引起信息丟失。
(3)全息存儲具有讀取速率高和能并行讀取的特點，每個數(shù)據(jù)頁可包含達(dá)1Mbit的信息，寫人一頁的時間在100ms左右，讀信息的時間可以小于100μs，而磁盤的尋址時間至少需要10ms。
當(dāng)前，在世界范圍內(nèi)掀起了全息存儲研究的熱潮，并取得很大的進(jìn)展，其主要表現(xiàn)在：
(1)存儲容量迅速提高和性能不斷改善，并逐步走向?qū)嵱没＠纾?994年美國加州理工學(xué)院在1cm3摻鐵妮酸銼晶體中記錄了1000幅全息圖，同年，斯坦福大學(xué)的一個研究小組把經(jīng)壓縮的數(shù)字化圖像視頻數(shù)據(jù)存儲在一個全息存儲器中，并再現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)而圖像質(zhì)量無顯著下降。1999年美國加州理工大學(xué)利用空-角復(fù)用技術(shù)，在同一塊在摻鐵鈮酸鋰晶體中存儲了26000幅全息圖。北京清華大學(xué)實現(xiàn)了在摻鐵妮酸鏗晶體中的同一空間位置記錄1500幅全息圖，并研制了具有緊湊結(jié)構(gòu)的靈巧型全息存儲裝置。
(2)實用化的全息存儲系統(tǒng)逐漸推出。例如，1995年由美國政府高級研究項目局(ARPA)、IBM公司的Almaden研究中心、斯坦福大學(xué)等聯(lián)合成立了協(xié)作組織并在美國國家存儲工業(yè)聯(lián)合會(NS1C)支持下川，投資約7000萬美元，實施了光折變信息存儲材料(PRISM)和全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)(HDSS)項目，預(yù)期在5年內(nèi)開發(fā)出具有容量為1Tbit數(shù)據(jù)，存儲速率為1000MB/s的一次寫人或重復(fù)寫人的全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。同樣的研究在法國、英國、德國和日本等國家也正在加緊進(jìn)行。
近幾年來，光電子技術(shù)和器件取得了系列重大進(jìn)展，為全息存儲器提供了所必要的高性能半導(dǎo)體激光器、液晶空間光調(diào)制器、CCD陣列探測器等核心元器件，全息存儲的理論和方法的發(fā)展使這項技術(shù)日趨成熟然而，美中不足的是全息圖的壽命問題尚待解決，雖然張澤明、謝敬輝等對Ce：Fe：LiNbO3晶體的全息存儲和熱定影進(jìn)行了理論和實驗研究，從方法上給出了記錄角度越大，光柵周期越小，熱定影所需最小離子數(shù)密度越高，存儲系統(tǒng)的整體性能越好，但是目前還未解決的一個難題是尋找合適的記錄材料。無疑，這將成為全息存儲界研究的熱門課題。
3.2顯示全息
顯示全息技術(shù)是在激光透射全息圖的基礎(chǔ)上來制作各種類型的全息圖，如白光反射全息圖、白光透射全息圖等，各種類型的顯示全息圖可用于舞臺布景、建筑、室內(nèi)裝飾、投影等；再如，以動態(tài)顯示的全息技術(shù)、層面X射線照相術(shù)、3DCAD技術(shù)、3D動畫片、雷達(dá)顯示、導(dǎo)向和模擬系統(tǒng)等，每3年一次的顯示全息國際會議上都有全息界泰斗展出令人吃驚的全息圖，它們充分展示了全息技術(shù)創(chuàng)造性的魅力和藝術(shù)的美。
顯示全息目前主要有兩大類：第一類是Lippmann全息圖，制作方法有Denisyuk的單光束法和Benton的開窗法。第二類是S.A.Benton的彩虹全息圖，這是一種透射式顯示全息圖，可在白光照明下再現(xiàn)立體圖像，且圖像的顏色隨觀察的位置的變化而變化，從紅到紫如雨后彩虹而得名。隨著高質(zhì)量記錄材料的發(fā)展，隨后的一些研究者和藝術(shù)家不斷追求更實用的拍攝技術(shù)，如假彩色編碼和真彩色反射全息圖等。美國光學(xué)學(xué)會主辦的《AppliedOptics》和《OpticsLetters》在20世紀(jì)80年代都有關(guān)于這方面的論文報道。由SPIE主辦的《Holosphere》和美國全息制造商協(xié)會主辦的《HolographyNews》以往和近年都不斷地報道有關(guān)顯示全息圖的最新制作技術(shù)和商業(yè)信息。但從這些報道情況來看，顯示全息存在不足主要表現(xiàn)在：
(1)視角范圍、圖像體積有限；
(2)沒有獲得特別有效的全息圖的計算方法；
(3)由于全息計算數(shù)量巨大，導(dǎo)致動態(tài)顯示異常困難。克服以上不足，將可能成為顯示全息研究的幾個熱點。
近年來，顯示全息技術(shù)掀起一場數(shù)字化變革，數(shù)字合成全息技術(shù)為全息三維顯示開辟了前所未有的應(yīng)用前景。隨著計算機(jī)運(yùn)行速度的提高和高分辨空間調(diào)制器件的發(fā)展，利用顯示全息的大視場、大景深、全視差、真彩色、可拼裝、價格低廉等特性，在不久的將來開發(fā)出真正意義的全息電影和全息電視，為顯示全息技術(shù)創(chuàng)造良好的商業(yè)前景。
3.3模壓全息
模壓全息是1979年RCA公司為解決視頻標(biāo)準(zhǔn)件的全息拷貝而提出的，它是將全息術(shù)和電鍍、壓印技術(shù)結(jié)合起來，使全息圖的制作產(chǎn)業(yè)化，用白光再現(xiàn)時，可得到色彩鮮艷逼真的三維圖像，并可通過印刷方式大批量生產(chǎn)，使得它在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，以商品形式走向市場。模壓全息的制作主要分為三個階段：激光攝制原片全息圖；電成型制金屬模板；模壓復(fù)制。這三個階段生產(chǎn)工藝和技術(shù)要求都比較高，因此，模壓全息作為安全防偽首當(dāng)其沖，是安全防偽技術(shù)的一個里程碑。正如全息圖的新奇性、強(qiáng)烈的視角效果、制作的難度以及易于應(yīng)用在鈔票的包裝上，不能去除性、價格低廉、容易驗證等特點，使它很快占領(lǐng)了防偽領(lǐng)域。模壓全息是一種技術(shù)與藝術(shù)結(jié)合的高科技產(chǎn)品，無論在高檔商品促銷、名優(yōu)商品的防假冒或在有價證券(如信用卡、鈔票、護(hù)照簽證)的防偽和加密以及圖書、印刷、印染、裝磺、紀(jì)念郵票和廣告標(biāo)牌等都有采用模壓全息技術(shù)，并備受使用者青睞。
模壓全息出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，80年代中期已形成了一種產(chǎn)業(yè)，90年代達(dá)到了鼎盛時期。本世紀(jì)初，隨著防偽技術(shù)要求的不斷提高，模壓全息技術(shù)又有了新的突破：美國斑馬圖像公司推出了二維圖像的數(shù)字化采集和拍攝技術(shù)；2003年，蘇州大學(xué)研制成功并已批量生產(chǎn)“數(shù)碼激光全息照排系統(tǒng)”；同年，倪星元、張志華等成功研制了可替代傳統(tǒng)鍍鋁防偽薄膜的透明TiO2激光全息防偽薄膜。這些模壓全息的一個個技術(shù)突破，使防偽功能有了提高，讓激光全息防偽技術(shù)達(dá)到新的境界。
模壓全息產(chǎn)業(yè)在我國起步較晚，但發(fā)展速度迅猛，目前國內(nèi)已有100多條模壓全息生產(chǎn)線。為了使模壓全息技術(shù)健康發(fā)展，我國模壓全息產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須在三個方向上引起重視：首先是開拓全息燙金材料，取代金膜和銀膜，其次開發(fā)全息包裝材料，實現(xiàn)立體防偽包裝，第三個方向是模壓全息技術(shù)和現(xiàn)代印刷術(shù)相結(jié)合，體現(xiàn)傳統(tǒng)的美術(shù)效果和現(xiàn)代科技的藝術(shù)魅力。
3.4全息干涉計量
全息干涉計量術(shù)是將不同物光，在不同的時間記錄在同一張全息干板上，然后利用全息術(shù)的空間波前再現(xiàn)原理，非接觸地對物體表面進(jìn)行三維測量而獲得信息。全息干涉計量術(shù)是全息應(yīng)用的一個重要方面，它能實現(xiàn)高精度非接觸性無損測量，比一般光學(xué)干涉計量有很多優(yōu)點。一般光學(xué)計量只能測量形狀比較簡單、表面光度很高的零部件，而全息計量方法則能對任意形狀、任意粗糙表面的物體進(jìn)行測量，測量精度為光波波長λ的數(shù)量級。目前，全息干涉計量術(shù)在方法上先后發(fā)展了實時全息干涉法(單次曝光法)、二次曝光全息干涉法、時間平均全息干涉法、雙波長干涉法以及雙脈沖頻閃全息干涉法，此外，J.A.Leendertz開辟了全息干涉計量術(shù)的另一個新的分支-激光斑紋計量術(shù)。隨著光電技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、CCD器件及光纖技術(shù)的飛速發(fā)展，使得全息干涉計量技術(shù)在信息采集和處理上更為方便、快捷和可靠，并得以在惡劣環(huán)境條件下對某些物理量進(jìn)行定時測量。再加之相移技術(shù)、外差技術(shù)和鎖相技術(shù)等，可使測量精度提高到λ/100或更高。
全息干涉計量在20世紀(jì)80年代美國等西方先進(jìn)國家已產(chǎn)業(yè)化，我國在20世紀(jì)80年代初有幾所大學(xué)和科研單位的研究項目通過鑒定，其中有些達(dá)到當(dāng)時的先進(jìn)水平。經(jīng)過近幾年的開發(fā)和研制，我國在全息干涉計量測試設(shè)備方面主要發(fā)展有：
(1)用于測試火箭發(fā)動機(jī)噴霧化特性的YSCI型離子瞬態(tài)激光全息測試儀；
(2)用于激光熱核聚變稠密等離子體電子密度測量的SPQ-1型四分幅皮秒紫外線激光全息探測儀；
(3)包括記錄、再現(xiàn)、圖像處理三部分的瞬態(tài)激光全息干涉計量測試系統(tǒng)；
(4)用于對航空、航天、石油化工等部門常用的膜盒進(jìn)行位移檢側(cè)的激光全息光柵精密測試系統(tǒng)。目前美國和德國已經(jīng)研制出有菌子質(zhì)記錄介質(zhì)的激光全息干涉計量設(shè)備。
將全息干涉計量術(shù)與計算機(jī)圖像處理技術(shù)相結(jié)合，借助光電圖像傳感器、大孔徑面陣CCD器件和小型化的脈沖固體激光器等先進(jìn)設(shè)備的出現(xiàn)，發(fā)展系統(tǒng)化、智能化、小型化的全息干涉計量裝置將是未來全息干涉計量術(shù)的發(fā)展方向。
摘 要：LED電子顯示屏是隨著計算機(jī)及相關(guān)的微電子﹑光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展而形成的一種新型信息顯示媒體。它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、性能價格比高、使用成本低等特點，在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：LED電子顯示屏；計算機(jī)；信息領(lǐng)域；二極管；微機(jī)
1.LED的概述
LED即發(fā)光二極管是利用半導(dǎo)體的P-N結(jié)電致發(fā)光原理制成的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件。LED具有亮度高、功耗小、壽命長、工作電壓低、易小型化等優(yōu)點。近幾年來，它得到迅猛的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。從七十年代起，已有人開始用LED做為發(fā)光像素研制LED顯示器。隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展和LED器件的成熟，LED 顯示屏也得到迅猛的發(fā)展。目前已研制出多種規(guī)格的LED屏，從色彩上講有單色、多色、全色顯示屏，從顯示尺寸上講，LED屏現(xiàn)已做到了數(shù)百平方米。現(xiàn)已形成了一個新興的高科技產(chǎn)業(yè)。最近，藍(lán)色、純綠色超高亮發(fā)光二極管相繼研制成功并已商品化，用LED制成室外"大彩電"已成為現(xiàn)實，它標(biāo)志著 LED顯示技術(shù)達(dá)到了一個新的高度。
LED顯示屏是用發(fā)光二極管作顯示像素而構(gòu)成的顯示屏，受空間限制小，適合于幾平方米到幾百平方米的屏幕，在此范圍內(nèi)和其它幾種屏幕相比有較強(qiáng)優(yōu)勢，可表現(xiàn)文字、圖形、圖像、動畫和視頻，能較好地適應(yīng)各種使用環(huán)境。
LED顯示屏系統(tǒng)一般由微機(jī)、發(fā)送控制板、接收控制板、顯示屏屏體、穩(wěn)壓電源及金屬框架等部分構(gòu)成。一是微機(jī)，微機(jī)主要用于大屏幕系統(tǒng)的操作和控制，體現(xiàn)在上層軟件部分。用來制作、編輯欲顯示的內(nèi)容，包括文字、圖像、表格，并設(shè)置各種節(jié)目的播放順序及畫面停留時間等。編輯完成后，微機(jī)用來運(yùn)行播放制作好的內(nèi)容。微機(jī)播放時，內(nèi)容在微機(jī)的顯示器上顯示出來。二是發(fā)送控制板，該部分的作用主要是將微機(jī)上顯示的內(nèi)容采集下來，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和變換，轉(zhuǎn)換成為大屏幕顯示所需要的數(shù)據(jù)格式，并將信號進(jìn)行功率放大，以發(fā)送給遠(yuǎn)處的大屏幕。三是接收控制板，該部分的作用主要是將發(fā)送控制板發(fā)送來的數(shù)據(jù)接收下來并送到大屏上的相應(yīng)位置。四是顯示屏屏體，顯示屏屏體主要是由LED發(fā)光管矩陣和驅(qū)動電路構(gòu)成。它收到接收控制板送來的數(shù)據(jù)信號，驅(qū)動顯示屏正面LED發(fā)光管矩陣的亮滅，使大屏幕顯示出一幅幅畫面。
1.1 LED屏的分類
1.1.1 按顯示顏色可以分為
單基色顯示屏：單一顏色（紅色或綠色）。雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256級灰度、可以顯示65536種顏色。全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色，256級灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬種顏色。
1.1.2按顯示器件分類
LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件為7段碼數(shù)碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。
LED點陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。
LED視頻顯示屏：顯示器件是由許多發(fā)光二極管組成，可以顯示視頻、動畫等各種視頻文件。
1.1.3按使用環(huán)境分類
室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點較小，一般Φ3mm-Φ8mm，顯示面積一般幾至十幾平方米。
室外顯示屏：面積一般幾十平方米至幾百平方米，亮度高，可在陽光下工作，具有防風(fēng)、防雨、防水功能
1.1.4.按顯示方式分類
有靜態(tài)、橫向滾動、垂直滾動和翻頁顯示等。單塊模塊控制驅(qū)動12塊（最多可控制24塊）8X8點陣，共16X48點陣（或32X48點陣），是單塊MAX7219（或PS7219、HD7279、ZLG7289及8279等類似LED顯示驅(qū)動模塊）3 LED顯示屏的技術(shù)
2.LED點陣顯示屏
2.1 LED顯示屏的提出
LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元組成在面積顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、價格性能比高、使用成本低等特點，在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
2.2 LED顯示屏的需求分析
信息化社會的到來，促進(jìn)了現(xiàn)代信息顯示技術(shù)的發(fā)展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP等系列的信息顯示產(chǎn)品，縱觀各類顯示產(chǎn)品，各有其所長和適宜的市場應(yīng)用需求。隨著LED材料技術(shù)和工藝的提升，LED顯示屏以突出的優(yōu)勢成為平板顯示的主流產(chǎn)品之一，并在社會經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要包括：
（1）證券交易、金融信息顯示。
這一領(lǐng)域的LED顯示屏占到了前幾年國內(nèi)LED顯示屏需求量的50%以上，目前仍有較大的需求。
（2）機(jī)場航班動態(tài)信息顯示。
民航機(jī)場建設(shè)對住處顯示的要求非常明確，LED顯示屏是航班住處顯示系統(tǒng)FIDS（Flight information Display system）的首選產(chǎn)品。
（3） 港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示。
以LED顯示民間為主體的信息系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)、列車到發(fā)揭示系統(tǒng)、列車到發(fā)揭示系統(tǒng)、票務(wù)信息系統(tǒng)等共同構(gòu)成客運(yùn)樞紐的自動化系統(tǒng)，成為國內(nèi)火車站和港口技術(shù)發(fā)展和改造的重要內(nèi)容。
（4） 體育場館信息顯示。
LED顯示屏作為比賽信息顯示和比賽實況播放的的主要手段已取代了傳統(tǒng)的燈光及CRT顯示屏，在現(xiàn)代化體育場館成為必備的比賽設(shè)施。
（5） 道路交通信息顯示。
智能效通系統(tǒng)（ITS）的興起，在城市效通、高速公路等領(lǐng)域，LED顯示民間作為可變情報板、限速標(biāo)志等，得到普遍采用。
（6）調(diào)度指揮中心信息顯示。
電力調(diào)度、車輛動態(tài)跟蹤、車輛調(diào)高度管理等，也在逐步采用高密度的LED顯示屏。
（7）郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。
（8）廣告媒體新產(chǎn)品。
除單一大型戶內(nèi)、戶外顯示屏做為廣告媒體外，集群LED顯示屏廣告系統(tǒng)、列車LED顯示屏廣告系統(tǒng)等也已得到采用并正在推廣。
（9） 演出和集會。
大型顯示屏越來越普遍的用于公共和政治目的的視頻直播，如在我國建國50周年大慶、世界各地的新千年慶典等重大節(jié)日中，大型顯示屏在播放實況和廣告信息方面發(fā)揮了卓越的作用。
（10） 展覽會。
LED顯示大屏幕作為展覽組織者提供的重要服務(wù)內(nèi)容之一，向參展商提供有償服務(wù)，國外還有一些較大的LED大屏幕的專業(yè)性租賃公司，也有一些規(guī)模較大的制造商提供租賃服務(wù)。
我國的LED產(chǎn)業(yè)也將面臨不同的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。用常用的AT89S52控制。技術(shù)比較熟練，應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在的51系列技術(shù)硬件發(fā)展的也非常得快，也出現(xiàn)了許多功能非常強(qiáng)大的單片機(jī)，因此使用單片機(jī)可以實現(xiàn)要求的基本功能。都是8051的內(nèi)核，只不過52的內(nèi)部資源比51稍多，比如增加了一個16位的計數(shù)器T2，當(dāng)然相應(yīng)的特殊寄存器（SFR）也有了一點變化，另外52的內(nèi)存也從51的128字節(jié)提高到了256字節(jié)，ROM也從2K提高到4K，可以裝下更大的程序，但是若單從運(yùn)算速度來講，由于二者都是8051的直系后代，基本上可以認(rèn)為二者運(yùn)算性能相同。考慮到內(nèi)存的增加對較復(fù)雜的程序帶來的好處，52的總體性能是要比51好不少的。另外S52比C51還增加了ISP功能，就是在線可編程功能，這可是很有用的功能哦，首先是省去購買編程器的錢，另外，對于買不起仿真器或希望能板上調(diào)試（就是插在成品電路板上調(diào)試）的人來說十分有價值，你可以隨時更新插在電路板上的單片機(jī)的程序，十分方便。當(dāng)然S51也具備這一功能。
LED是一種電致發(fā)光的光電器件。它的產(chǎn)生已經(jīng)三十多年。LED顯示屏是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的新型平板顯示器件，由于其亮度高、畫面清晰、色彩鮮艷，使它在公眾多媒體顯示領(lǐng)域一枝獨(dú)秀而就LED的特點使得它生產(chǎn)和研發(fā)具有一定的針對性，也將會發(fā)展許多新型產(chǎn)業(yè)。（作者單位：華中科技大學(xué)文華學(xué)院）
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