發(fā)布時間：2024-03-02 16:57:35
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的光學工程方向樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
光學三維測量技術按測量原理可以分為攝影測量方法、結構光技術和光學干涉方法。攝影測量法是基于多視角的非主動式測量方法。在普通照明（陽光、日光燈）情況下，由攝像頭獲取多視角物體圖像，利用計算機查找多幅圖像的同態(tài)標記點，進而獲得物體的表面形貌。結構光技術通過不同寬度且明暗相間的結構光照射被測物體表面，獲取到的經(jīng)物體調(diào)制的圖像，再經(jīng)過計算獲取物體的立體形貌信息。光學干涉法是利用干涉原理進行測量，具有高精度、高分辨率等優(yōu)點。以下介紹幾種常見的光學三維測量方法。三維激光掃描技術根據(jù)光學三角形測量原理，以激光作為光源，光電探測器接收反射光，通過對采集到數(shù)據(jù)進行計算得到物體的深度信息。三維激光掃描儀包括發(fā)射器和接收器。發(fā)射器射出一束脈沖激光，激光經(jīng)過物體表面漫反射，沿相同路線射入接收器。由脈沖激光發(fā)射到反射被接收的時間tL可計算出掃描點到掃描儀的距離值S。掃描儀內(nèi)精密測量系統(tǒng)獲取每個激光脈沖的水平方向角琢和垂直方向角度茁。依據(jù)上述數(shù)據(jù)計算出掃描點的三維空間坐標（XP、YP、ZP）[1]。
雙目視覺技術屬于攝影測量方法，是通過視差原理被動測量三維數(shù)據(jù)的技術。雙目視覺技術測量物體三維形貌的原理是，從兩個或以上的視角去觀察一個物體，獲得多張不同視角下物體的二維圖片，根據(jù)三角測量原理得出同一個像素點的坐標偏差，以此獲得測量物體的三維形態(tài)。此過程與人眼的立體視覺原理相類似。面結構光系統(tǒng)由投影儀和數(shù)碼相機組成。投影儀將明暗相間光柵條紋投影到待測物體上。物體高度的變化引起光柵條紋的形變。條紋形變可認為是載波信號相位和振幅被空間物體調(diào)制。數(shù)碼相機拍攝調(diào)制后的圖像，對其進行解調(diào)制，獲得物體的整個高度信息值，依照三角法原理，形成物體的三維立體影像[3]。
2光學三維測量的應用
光學三維測量技術具有諸多優(yōu)勢，如非接觸式測量、高精確度、快速獲得結果等。光學三維測量技術主要應用在虛擬現(xiàn)實、逆向工程、醫(yī)學工程等領域。
2.1虛擬現(xiàn)實
利用光學三維測量技術對實物外形進行三維形貌掃描，經(jīng)過三維建模軟件處理，在計算機內(nèi)生成人物、場景的三維模型。由三維模型生成人物動作，實現(xiàn)動畫制作，滿足電腦游戲、CG特效等場合需要。
2.2逆向工程
逆向工程是利用光學三維測量設備獲取物體表面上所有點的三維立體坐標，根據(jù)坐標點信息利用三維設計軟件進行實物模型重建的過程。逆向工程獲得的模型被用于改進、完善原有的產(chǎn)品，被廣泛地應用到磨具開發(fā)、汽車制造等領域，是現(xiàn)代產(chǎn)品快速開發(fā)的重要技術手段。
2.3生物、醫(yī)學工程
關鍵詞：光電專業(yè)；光學元件組裝；實訓
1 引言
為適應時代及社會發(fā)展的需求，提升自己的競爭實力，對于光電相關專業(yè)的學生來說，不僅要具備較扎實的理論基礎，而且要具備相應的專業(yè)技能和素養(yǎng)，如掌握光電子器件和光電子信息系統(tǒng)開發(fā)所必需的基本技能和專業(yè)技能。光學元件是所有光電儀器的基礎[1-2]，針對光學元件開展的系列檢測會綜合應用到工程光學、物理光學、信息光學等基本原理與知識[3-4]。通過開展光學元件組裝實訓，可以訓練學生綜合應用基礎知識、綜合應用光學實驗儀器的能力，并提高學生光學元件裝配動手能力。為此在光電信息科學與工程開設“光學元件組裝實訓”課程具有重要意義[5]。
2 具體實訓項目
結合光電信息專業(yè)的學科特點，具體開展了以下幾項實訓內(nèi)容。
1）光學元件清潔包裝與光潔度檢測
在日常使用中，光學元件會接觸灰塵，水和皮膚油脂等污染物。這些污染物增加了光學表面的散射和對入射光的吸收，這會在光學表面形成熱點和腐蝕點，造成永久性的損傷。由于光學元件的材料，尺寸，精度等因素不同，使用正確的處理和清潔方法非常重要。
本實習工位內(nèi)容涵蓋了光學元件的拿取、清潔、包裝、光潔度檢驗。實訓中，學生學習光學元件的拿取、清潔、包裝方法及注意事項，并進行操作實習；在自己動手對待測光學元件進行清潔后，用三目顯微鏡對光學元件的光潔度進行檢測，對光學窗口、透鏡、棱鏡、反射鏡、濾光片、分劃板的光潔度進行檢測與分級，并對給定的光學元件進行崩邊檢查。
2）光學元件外形與面型檢測
該實訓工位要求學生了解、學習光學元件外形尺寸檢測的注意事項，學習光學元件圖紙標注外形尺寸的檢測方法，并進行光學元件檢測操作實習。實訓時采用數(shù)顯游標卡尺，千分尺，高度儀，對光學透鏡、光學棱鏡以及光學窗口的的外形尺寸和面型進行檢測。充分鍛煉學生的識圖和動手測試能力。
3）光學元件拋光面形位公差檢測
自準直儀是一種光學測角儀器它是利用光學自準直原理來觀測目標位置的變化，廣泛應用于直線度和平面度的測量。它和多面棱鏡、標準量塊等配合可以檢測分度機構的分度誤差，此外還可以測量零部件的垂直度、平行度等。
“光學元件拋光面形位公差檢測”實訓工位要求學生學會光學自準直儀的使用方法，用自準直儀檢測平面光學窗口的平行度誤差，對分光棱鏡的分光角度、直角棱鏡90°角、直角光學元件塔差進行誤差測量。通過該工位的實訓練習，使學生對前期所學光學光路知識得到鞏固，讓學生在掌握光學原理的基礎上，鍛煉學生動手調(diào)試儀器、認真觀察讀數(shù)、并對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理的能力。
4）分光、偏振、衍射光學元件檢測
光在傳播過程中有不同的振動方向，即光在振動方向上具有偏向性，亦被后來稱為“偏振光”。光在傳播過程中的不同振動方向增加了一個可被控制的自由度，我們可以通過適當?shù)墓饴钒才呕蛘咛厥獠牧稀㈠兡さ裙鈱W元件進一步將偏振狀態(tài)的改變按一定的規(guī)律轉換成傳播方向、位相、頻率以及光強的改變，進而分析一些光參量；反之我們通過光強變化和光參量來測量一些特殊光學元件的分光比和消光比。
本實訓工位旨在讓學生認知常用的光學分光、偏振光學元件；學習分光元件的分光比檢測，并進行操作實習；學習偏振元件的消光比檢測，并進行操作實習；以及學習光學元件的衍射現(xiàn)象及衍射效率測試。相關實驗通過激光器配合激光功率計進行結果測量。該工位對光電專業(yè)的學生來講，是對其專業(yè)知識的進一步形象化普及和鞏固，將平時學生在課堂上和書本上學到的光學元件和光學原理實際展現(xiàn)在眼前手邊，通過觀察和自己動手操作，對這些知識進一步理解。
5）光學鏡頭組裝
光學鏡頭是機器視覺系統(tǒng)中必不可少的部件，直接影響成像質(zhì)量的優(yōu)劣，影響算法的實現(xiàn)和效果。光學鏡頭組裝工位主要鍛煉學生的動手操作和調(diào)節(jié)能力，使學生在理解光學鏡頭種類和基本光路原理的前提下，對準直鏡、遠心成像鏡頭以及變倍鏡頭等幾組光學鏡頭進行動手拆裝，并配合激光器對組裝后的光學鏡頭進行相應的檢測校準及參數(shù)測量。
6）鏡片鍍膜檢測
使用光學方法測量薄膜厚度有多種方式，例如：棱鏡耦合法、光譜法和橢偏法。本實驗所使用的是光譜法，利用白光干涉的原理測量薄膜厚度，具有設備成本低，易于搭建光路的優(yōu)點，是目前在線測量薄膜厚度的主流光學方法之一。
本實訓工位要求學生學習和掌握白光干涉測定薄膜厚度的基本原理，通過使用擬合算法和快速傅立葉變換算法來測量薄膜厚度，測量多種類型濾光片的透射光譜并對其參數(shù)進行計算。
7）原子發(fā)射光譜測量
原子發(fā)射光譜法，是依據(jù)各種元素的原子或離子在熱激發(fā)或電激發(fā)下，發(fā)射特征的電磁輻射，而進行元素的定性與定量分析的方法，是光譜學各個分支中最為古老的一種，在發(fā)現(xiàn)新元素和推進原子結構理論方面作出過重要貢獻。
本實驗使用光譜管組來觀測多種氣體的原子發(fā)射光譜。光譜管組是一種低氣壓放電管，共包括五支直形光譜管，每支光譜管兩端均裝有電極。實驗時，通過在光譜管的兩端加以高壓，使管內(nèi)的氣體產(chǎn)生輝光放電，發(fā)出一定顏色的光。原子不同，發(fā)射的明線光譜也不同，每種元素的原子都有一定的明線光譜。每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，因此，明線光譜的譜線叫做原子的特征譜線，據(jù)此可對元素進行定性分析。實訓時，學生使用光譜儀對發(fā)射光譜進行采集，通過譜線的條數(shù)、位置、顏色來識別出它是由哪種元素發(fā)出的，并對相應光管進行標定。
3總結
《光學元件組裝實訓》是光電信息科學與工程專業(yè)重要獨立實踐課程之一，是一門綜合性的實驗選修課程。教學目的在于通過課程學習及實際動手操作，使學生能夠識別光學元件、知道其光學作用、掌握光學元件的組裝和調(diào)試等技能，提高學生的綜合素質(zhì)。
課程涉及的學習內(nèi)容需要學生將所學的理論知識綜合應用到實踐操作中，注重理論與實踐相結合，對學生的動手操作能力及綜合素質(zhì)將有很大的提升。
參考文獻：
[1]郁道銀，談恒英. 工程光學[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社，2006.
[2]梁銓廷，劉翠紅. 物理光學簡明教程[M]. 北京：電子工I出版社，2010.
[3]鄭國經(jīng). 原子發(fā)射光譜分析技術及應用[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2009.
20世紀70年代以來,由于半導體激光器和光纖技術的重要突破，推動了以光纖傳感、光纖傳輸、光盤信息存儲與顯示、光計算以及光信息處理等技術的蓬勃發(fā)展，從深度和廣度上促進了光學和電子學及其他相應學科(數(shù)學、物理、材料等)之間的相互滲透，形成了一個邊緣的研究領域。光電子學一經(jīng)出現(xiàn)就引起了人們的廣泛關注，反過來又進一步促進了光電子學及光電子技術的發(fā)展。光電子技術包括光的產(chǎn)生、傳輸、調(diào)制、放大、頻率轉換和檢測以及光信息存儲和處理等。因此，可以這么說，現(xiàn)代信息技術的支撐學科是微電子學和光學，光電子學則是由電子學和光學交叉形成的新興學科，對信息技術的發(fā)展起著至關重要的作用。光電子技術是光頻段的電子技術，是電子技術與光學技術相結合的產(chǎn)物，光電子技術是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎，涉及光電子學、光學、電子學、計算機技術等前沿學科理論，是多學科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術學科，其技術廣泛應用于光電探測、光通信、光存儲、光顯示、光處理等高新技術光電信息產(chǎn)業(yè)。同時，隨著生物醫(yī)學、生命科學等新興學科的發(fā)展，其中的信息獲取手段對光電子技術的依賴程度越來越高，加快了這些學科之間的交叉融合，從而誕生了很多邊緣學科，比如生物光子學、光醫(yī)學等。綜上所述，可見光電子技術在現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)技術中的重要地位，因此，光電子技術這門課程不僅是光學工程專業(yè)的基礎必修課程，也應該作為電子信息工程專業(yè)的專業(yè)選修課程來開設。
電子信息工程專業(yè)的光電子技術課程的基礎理論知識包括：光度學基本知識、光輻射傳播、光束調(diào)制與解調(diào)、光輻射探測技術等。其中，光度學基本知識是最基礎的內(nèi)容，包括：電磁波波譜、輻射度學、光度學、熱輻射基本定律、激光原理、典型激光器等。光輻射傳播包括：光輻射的電磁理論、光波在大氣中的傳播規(guī)律與特性、光波在電光晶體中的傳播規(guī)律與特性、光波在聲光晶體中的傳播規(guī)律與特性、光波在磁光晶體中的傳播規(guī)律與特性、光波在光纖波導中的傳播規(guī)律與特性、光波在水中的傳播特性、光波在非線性介質(zhì)中的傳播等。光度學基本知識和光輻射傳播這兩個基礎內(nèi)容可以說是光電子技術課程基礎中的基礎，而對于電子信息工程專業(yè)的學生來說，這些知識點比較抽象，為了便于該專業(yè)學生對光電知識的接受和激發(fā)他們的興趣，因此，在課堂上有必要多花時間重點講解這部分的知識點，同時在制作PPT教案時盡可能使用圖片或動畫描述一些原理性的知識。
比如：在講解激光是如何產(chǎn)生的時候，可制作動畫描述自發(fā)輻射、受激吸收、受激輻射的原理；在講解激光器的結構和工作原理時，可制作多色圖片對激光在各種光學諧振腔中的受激放大過程進行描述；在介紹各種典型的激光器時，最好收集到它們的實物照片進行講解；在講解光波在各種光學晶體中的傳播特性與規(guī)律時，最好能制作三維立體的圖片描述光學晶體的各向異性的特性，相應的公式表達盡量簡潔化，然后結合動畫描述光波在其中傳播時所發(fā)生的變化。光束的調(diào)制、掃描和解調(diào)技術的理論教學內(nèi)容包括：光束調(diào)制的基本原理、電光調(diào)制技術、聲光調(diào)制技術、磁光調(diào)制技術、直接調(diào)制技術、光束機械掃描技術、光束電光掃描技術、光束聲光掃描技術、空間光調(diào)制器等。這些知識點的理論基礎都是“光輻射在光學晶體中的傳播規(guī)律和特性”。其中光束調(diào)制的基本原理移植了微電子學中微波調(diào)制中的很多概念，電子信息工程專業(yè)的學生易于理解，但是光束調(diào)制和掃描的實現(xiàn)技術中，除了需要使用各種光學晶體以外，還需要使用半波片、全波片、起偏器、檢偏器共同組成一個系統(tǒng)完成光束的調(diào)制和掃描。這些光學器件對于沒有光學工程基礎的電子信息工程專業(yè)的學生來說比較陌生，因此，在講解過程中應該通過動畫或圖片等手段形象地描繪線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光等基本光學概念，并借用相關的光學參考資料對這些光學器件的功能和原理進行簡單介紹。
只有這樣，才有利于電子信息工程專業(yè)的學生深刻理解光束的調(diào)制、掃描、解調(diào)等技術。光輻射探測技術的理論教學內(nèi)容主要包括：光電探測的物理效應、光電探測器的性能參數(shù)、光電探測器的噪聲、光電導探測器—光敏電阻、PN結光伏探測器的工作模式、硅光探測器、光電二極管、光熱探測器、直接光電探測系統(tǒng)、光頻外差探測的基本原理等。由于電子信息工程專業(yè)的學生已經(jīng)具備了較好的半導體器件理論基礎知識，而光電子器件本身也屬于半導體器件，因此學生只要掌握了愛因斯坦的光電效應原理，就很容易理解各種光電子器件的工作原理、性能特點及應用領域。該部分所介紹的各種光電半導體器件很可能會在學生將來從事信息產(chǎn)業(yè)技術的相關工作中用到，也可能會在將來某些學生跨到光電信息或光學工程相關專業(yè)進一步深造時從事相關科研課題研究時用到，比如：PN結光伏探測器、光敏電阻、光電二極管、光電三極管等，都會經(jīng)常用到。因此，建議在理論教學過程中，除了結合圖片等多媒體教學手段介紹相關光電子器件的工作原理外，最好能夠給學生展示光電子器件的實物，以便給學生一些感官認識。電子信息工程專業(yè)光電子技術課程的系統(tǒng)方面的知識點包括：光電成像系統(tǒng)、光電顯示系統(tǒng)等。
其中，光電成像系統(tǒng)的基本器件是電荷耦合攝像器件(CCD)，CMOS攝像器件和電荷注入器件(CID)。目前，CCD攝像器件的應用最為成熟和廣泛，主要包括線陣CCD和面陣CCD等，其原理基礎仍然是光電半導體器件和兩相或三相電極電路的結合。因此，教學中應結合脈沖數(shù)字電路知識重點講解CCD的原理和特點。光電成像系統(tǒng)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)基本結構、基本參數(shù)、紅外成像系統(tǒng)、紅外成像中的信號處理及綜合特性等。其中紅外成像系統(tǒng)涉及很多應用光學方面的知識，這對沒有應用光學基礎知識的電子信息工程專業(yè)的學生來說比較陌生，而且屬于光學工程專業(yè)學生的研究方向之一，因此，這部分內(nèi)容簡單介紹即可。而紅外成像中的信號處理都涉及電子電路方面的知識，屬于電子信息工程專業(yè)的范疇，這部分內(nèi)容可以重點講解。光電顯示系統(tǒng)包括陰極射線管原理、液晶顯示原理、等離子體顯示原理、電致發(fā)光顯示原理及多色激光顯示原理等，其中前三類顯示技術的應用已很廣泛和成熟，可以重點講解，而后兩類顯示技術比較前沿，可以簡單介紹，以便讓電子信息工程專業(yè)的學生了解當今光電顯示技術的發(fā)展趨勢。電子信息工程專業(yè)光電子技術課程應用方面的內(nèi)容包括：光纖通信、激光雷達、激光制導、紅外遙感、紅外跟蹤制導、光纖傳感技術等。這些應用技術可以分別舉一個相應的實際應用系統(tǒng)進行介紹，讓學生體會到光電子技術的重要性和廣泛性，激發(fā)他們對這門技術的興趣。#p#分頁標題#e#
對于電子信息工程本科專業(yè)而言，畢竟培養(yǎng)的學生不屬于光學工程或光電子技術領域的人才，而且電子信息工程專業(yè)已有很多屬于本專業(yè)的實驗課程及課程設計，筆者認為光電子技術課程的實驗教學應根據(jù)該專業(yè)學生的理論基礎和將來他們最可能需要的工程能力而設置。在該課程中，各種光電子器件和原理、功能及應用最易于電子信息工程專業(yè)的學生理解，而且也是電子信息工程師應該具備的基本知識，因此，筆者建議開設一些光電子器件的相關實驗課。由于光電子技術課程的總學時設置為48學時，所以建議理論教學為40學時，8學時為實驗教學(共4個實驗)。
科交叉的邊緣科學，它是用現(xiàn)代科學技術的理論和方法，研究新材料、新技術、新
儀器設備 ，用于防病、治病、保護人民健康，提高醫(yī)學水平的一門新興學科。
生物醫(yī)學工程在國際上做為一個學科出現(xiàn)，始于20世紀50年代，特別是隨著宇
航技術的進步 、人類實現(xiàn)了登月計劃以來，生物醫(yī)學工程有了快速的發(fā)展。在我
國，生物醫(yī)學工程做為一 個專門學科起步于20世紀70年代，中國醫(yī)學科學院、中
國協(xié)和醫(yī)科大學原院校長、我國著名 的醫(yī)學家黃家駟院士是我國生物醫(yī)學工程學
科最早的倡導者。1977年中國協(xié)和醫(yī)科大學生物 醫(yī)學工程專業(yè)的創(chuàng)建、1980年中
國生物醫(yī)學工程學會的成立，有力地推進了我國生物醫(yī)學工 程的發(fā)展。目前，我
國許多高校科研單位均設有生物醫(yī)學工程機構，從事著生物醫(yī)學的科研 教學工作
，在我國生物醫(yī)學工程科學事業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。
顯微鏡的發(fā)明 “解剖”一詞由希臘語“Anatomia”轉譯而來，其意思是用
刀剖割，肉眼觀察研究人體結構。17世紀Lee Wenhock發(fā)明了光學顯微鏡，推動了
解剖學向 微觀層次發(fā)展，使人們不但可以了解人體大體解剖的變化，而且可以進
一步觀察研究其細胞 形態(tài)結構的變化。隨著光學顯微鏡的出現(xiàn)，醫(yī)學領域相繼誕
生了細胞學、組織學、細胞病理 學，從而將醫(yī)學研究提高到細胞形態(tài)學水平。
普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平，難以分辨病毒及細胞
的超微細結構 、核結構、DNA等大分子結構。而20世紀60年代出現(xiàn)的電子顯微鏡，
使人們能觀察到納米(nm )級的微小個體，研究細胞的超微結構。光學顯微鏡和電
子顯微鏡的發(fā)明都是醫(yī)學工程研究 的成果，它們對推動醫(yī)學的發(fā)展起了重要作用
。
影像學診斷飛躍進步 影像學診斷是20世紀醫(yī)學診斷最重要發(fā)展最快的領域
之一。50年代X光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法，而今天由于X線CT技
術的出現(xiàn) 和應用，使影像學診斷水平發(fā)生了飛躍，從而極大地提高了臨床診斷水
平。即計算機體斷層 攝影(computed tomography CT)，即是利用計算機技術處理人
體組織器官的切面顯像。X線CT 片提供給醫(yī)生的信息量，遠遠大于普通X線照片觀
察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已經(jīng)問世，能快速掃描
和重建圖像，在臨床應用中取代了多數(shù)傳統(tǒng)的CT， 提高了診斷準確率［1］。醫(yī)學
工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonanc
e)原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(tǒng)(MRI)，它不僅 可分辨病理解剖
結構形態(tài)的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，顯示某些疾 病在
早期價段的改變，有利于臨床早期診斷。可以認為MRI工程的進步，促進了醫(yī)學診
斷學 向功能與形態(tài)相結合的方向發(fā)展，向超快速成像、準實時動態(tài)MRI、MRA、FM
RI、MRS發(fā)展。 根據(jù)核醫(yī)學示蹤，利用正電子發(fā)射核素(18F，11C，13N)的原理，
創(chuàng)造 的正電子發(fā)射體層攝影(PET)，是目前最先進的影像診斷技術。美國新聞媒體
把PET列為十大 醫(yī)學生物技術的榜首。PET問世不過30年歷史，但它已顯示出對腫
瘤學、心臟病學、神經(jīng)病 學、器官移植，新藥開發(fā)等研究領域的重要價值［2］。
影像學診斷水平的不斷提高 ，與20世紀生物醫(yī)學工程技術的發(fā)展密切相關。
介入醫(yī)學問世 介入醫(yī)學是一種微創(chuàng)傷的診療技術。Dotter和Judkin(1964 年
)是最早使用介入技術治療疾病的創(chuàng)始人，他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行
擴張治 療取得成功。1967年Margulis首先使用過介入放射學(Interventional Ra
diology)，這是醫(yī) 學文獻出現(xiàn)“介入”一詞的最早記載。1977年 Gruenzing成功
地進行了首例冠狀動脈球囊擴 張術獲得成功以后，介入性診療技術由于其創(chuàng)傷小
、患者痛苦少，安全有效而倍受臨床歡迎 。20世紀80年代隨著生物醫(yī)學工程的發(fā)
展，高精度計算機化影像診查儀器、數(shù)字減影血管造 影(DSA)、射頻消融技術以及轉貼于
高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相 繼問世，使介入性
診療技術發(fā)生了飛速進步，臨床應用范圍不斷擴大，從心血管、腦血管、 非血管
管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證，并使診療效果明顯提高
，患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術視 為與藥物診療、手術診療
并列的臨床三大診療技術之一，也有人把介入診療技術稱之為20世 紀發(fā)展起來的
臨床醫(yī)學新領域--介入醫(yī)學［3，4］。
人工器官的應用 當人體器官因病傷已不能用常規(guī)方法救治時，現(xiàn)代臨床醫(yī)
療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能，人們
稱這種裝置 為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前，風濕性心臟
瓣膜病的治療，除了應 用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外，對病損的瓣膜很難
修復改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環(huán)技
術，在心臟停跳狀態(tài)下切開心臟，進行更換人 工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修
補，使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科 之所以能達到今天這樣
的水平，主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工 血管等新材
料、新技術的結果［5］。
腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良，而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病
晚期患者的生 命，腎病治療學也因此有了很大進步。
現(xiàn)代生物醫(yī)學工程中人工器官的發(fā)展也非常迅速，除上述人工器官外，人工關
節(jié)、人工心臟 起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用，使千千
萬萬的患者恢復了健康。 可以說，人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外，
其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。
此外，放射醫(yī)學、超聲醫(yī)學、激光醫(yī)學、核醫(yī)學、醫(yī)用電子技術、計算機遠程
醫(yī)療技術等先 進的醫(yī)療技術和儀器設備都是現(xiàn)代醫(yī)學工程研究開發(fā)的成果，綜上
可見，20世紀生物醫(yī)學工 程的發(fā)展，顯著提高了醫(yī)學診斷和治療水平，有力地推
動著醫(yī)學科學的進步。
21世紀生物醫(yī)學工程展望 縱觀醫(yī)學新技術誕生和發(fā)展的 歷史，從倫琴發(fā)現(xiàn)
X線到今天X射線診療技術的發(fā)展，從朗茲萬發(fā)現(xiàn)超聲波到今天B超診斷的 廣泛應用
，從布洛赫和伯塞爾發(fā)現(xiàn)核磁共振到今天MRI的問世，從赫斯費爾德發(fā)明CT到今天
C T成像系統(tǒng)的應用，都是以物理學工程技術為基礎、醫(yī)學需求為前提發(fā)展起來的
醫(yī)學新技術 。循著20世紀醫(yī)學發(fā)展的軌跡，我們有理由預測21世紀新的醫(yī)學診療
技術可能在以下10個方 面有重大突破和創(chuàng)新：
(1)各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化，遠程醫(yī)療信 息網(wǎng)絡化，
診療用機器人將被廣泛應用。［6］
(2)介入性微創(chuàng)，無創(chuàng)診療技術在臨床醫(yī)療中占有越來越重要的地位。激光技
術，納米技術 和植入型超微機器人將在醫(yī)療各領域里發(fā)揮重要作用。
(3)醫(yī)療實踐發(fā)現(xiàn)單一形態(tài)影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著
PET的問世和應 用，形態(tài)和功能相結合的新型檢測系統(tǒng)將有大發(fā)展。非影像增顯劑
型心血管、腦血管影像診 查系統(tǒng)將在21世紀問世。
(4)生物材料和組織工程將有較大發(fā)展，生物機械結合型、生物型人工器官將
有新突破，人 工器官將在臨床醫(yī)療中廣泛應用。
(5)材料和藥物相結合的新型給藥技術和裝置將有很大發(fā)展，植入型藥物長效
緩釋材料，藥 物貼覆透入材料，促上皮、組織生長可降解材料，可逆抗生育絕育
材料、生物止血材料將有 新突破。
(6)未來醫(yī)療將由治療型為主向預防保健型醫(yī)療模式轉變。為此，用于社區(qū)、
家庭、個人醫(yī) 療保健診療儀器，康復保健裝置，以及微型健康自我監(jiān)測醫(yī)療器械
和用品將有廣泛需求和應 用。
(7)除繼續(xù)努力加強生物源性疾病防治外，對精神、心理、社會源性疾病的防
治診療技術和 相應儀器設備的研制受到越來越多的重視與開發(fā)，研制精神分析、
心理安撫、生物反饋型診 療技術和設備將是生物醫(yī)學工程的新起點。
(8)創(chuàng)傷是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型創(chuàng)傷防護裝置、生命急救
系統(tǒng)是未來生 物醫(yī)學工程的重要課題。
(9)即將迎來的21世紀是分子生物學時代，有關分子生物學的診療新技術將快
速發(fā)展，遺傳 、疾病基因診療技術，生物技術和微電子技術相結合的DNA芯片、雪
白芯片和診療系統(tǒng)將被 廣泛應用。
(10)空氣污染、環(huán)境污染嚴重危害著人類健康，研究和開發(fā)勞動保護、家庭保
健、個人防護 用的人工氣候微環(huán)境是未來不能忽視的問題。
1997年我國了關于衛(wèi)生工作改革與發(fā)展的決定，提出了奮斗目標：“到2
000年，基本實 現(xiàn)人人享有初級衛(wèi)生保健”，到2010年國民健康的主要指標在經(jīng)濟
發(fā)達地區(qū)達到或接近世界 中等發(fā)達國家水平，在欠發(fā)達地區(qū)達到發(fā)展中國家的先
進水平。1999年國家科技部召開了“ 發(fā)展生物醫(yī)學工程技術戰(zhàn)略研討會”，國家
工程院開展了有關發(fā)展我國醫(yī)療器械工業(yè)戰(zhàn)略研 究等，對推動生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)
發(fā)展、落實創(chuàng)新工程戰(zhàn)略布置起著重要作用。20世紀人類與 疾病做斗爭，在醫(yī)學
診療技術上取得了重大成就；但面向21世紀的巨大挑戰(zhàn)，我們要動員起 來，調(diào)整
政策，制定規(guī)劃，改革醫(yī)學研究教學的舊模式，發(fā)揮現(xiàn)代科學多學科交叉合作的優(yōu)
勢，創(chuàng)建全新的生物醫(yī)學，為人民造福。
參考文獻
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論文摘要:生物醫(yī)學工程(biomedical engineering,bme)是一門生物、醫(yī)學和工程多學科交叉的邊緣科學，它是用現(xiàn)代科學技術的理論和方法，研究新材料、新技術、新儀器設備 ，用于防病、治病、保護人民健康，提高醫(yī)學水平的一門新興學科。
本文就其目前發(fā)展情況進行分析討論。
生物醫(yī)學工程在國際上做為一個學科出現(xiàn)，始于20世紀50年代，特別是隨著宇航技術的進步、人類實現(xiàn)了登月計劃以來，生物醫(yī)學工程有了快速的發(fā)展。在我國，生物醫(yī)學工程做為一個專門學科起步于20世紀70年代，中國醫(yī)學科學院、中國協(xié)和醫(yī)科大學原院校長、我國著名的醫(yī)學家黃家駟院士是我國生物醫(yī)學工程學科最早的倡導者。1977年中國協(xié)和醫(yī)科大學生物 醫(yī)學工程專業(yè)的創(chuàng)建、1980年中國生物醫(yī)學工程學會的成立，有力地推進了我國生物醫(yī)學工程的發(fā)展。目前，我國許多高校科研單位均設有生物醫(yī)學工程機構，從事著生物醫(yī)學的科研 教學工作，在我國生物醫(yī)學工程科學事業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。
一、顯微鏡的發(fā)明
“解剖”一詞由希臘語“anatomia”轉譯而來，其意思是用刀剖割，肉眼觀察研究人體結構。17世紀lee wenhock發(fā)明了光學顯微鏡，推動了解剖學向微觀層次發(fā)展，使人們不但可以了解人體大體解剖的變化，而且可以進一步觀察研究其細胞 形態(tài)結構的變化。隨著光學顯微鏡的出現(xiàn)，醫(yī)學領域相繼誕生了細胞學、組織學、細胞病理 學，從而將醫(yī)學研究提高到細胞形態(tài)學水平。
普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平，難以分辨病毒及細胞的超微細結構、核結構、dna等大分子結構。而20世紀60年代出現(xiàn)的電子顯微鏡，使人們能觀察到納米(nm)級的微小個體，研究細胞的超微結構。光學顯微鏡和電子顯微鏡的發(fā)明都是醫(yī)學工程研究的成果，它們對推動醫(yī)學的發(fā)展起了重要作用。
二、影像學診斷飛躍進步
影像學診斷是20世紀醫(yī)學診斷最重要發(fā)展最快的領域之一。
50年代x光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法，而今天由于x線ct技術的出現(xiàn)和應用，使影像學診斷水平發(fā)生了飛躍，從而極大地提高了臨床診斷水平。即計算機體斷層 攝影(computed tomography ct),即是利用計算機技術處理人體組織器官的切面顯像。x線ct片提供給醫(yī)生的信息量，遠遠大于普通x線照片觀察所得的信息。目前，螺旋ct(spiral ct 或helicalet ct)已經(jīng)問世，能快速掃描和重建圖像，在臨床應用中取代了多數(shù)傳統(tǒng)的ct，提高了診斷準確率。
醫(yī)學工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(tǒng)(mri)，它不僅 可分辨病理解剖結構形態(tài)的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，顯示某些疾病在早期價段的改變，有利于臨床早期診斷。可以認為mri工程的進步，促進了醫(yī)學診斷學向功能與形態(tài)相結合的方向發(fā)展，向超快速成像、準實時動態(tài)mri、mra、fmri、mrs發(fā)展。根據(jù)核醫(yī)學示蹤，利用正電子發(fā)射核素(18f，11c，13n)的原理，創(chuàng)造 的正電子發(fā)射體層攝影(pet)，是目前最先進的影像診斷技術。美國新聞媒體把pet列為十大醫(yī)學生物技術的榜首。pet問世不過30年歷史，但它已顯示出對腫瘤學、心臟病學、神經(jīng)病學、器官移植，新藥開發(fā)等研究領域的重要價值。影像學診斷水平的不斷提高，與20世紀生物醫(yī)學工程技術的發(fā)展密切相關。
三、介入醫(yī)學問世
介入醫(yī)學是一種微創(chuàng)傷的診療技術。dotter和judkin(1964 年)是最早使用介入技術治療疾病的創(chuàng)始人，他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行擴張治療取得成功。1967年margulis首先使用過介入放射學，這是醫(yī)學文獻出現(xiàn)“介入”一詞的最早記載。1977年 gruenzing成功地進行了首例冠狀動脈球囊擴張術獲得成功以后，介入性診療技術由于其創(chuàng)傷小、患者痛苦少，安全有效而倍受臨床歡迎。20世紀80年代隨著生物醫(yī)學工程的發(fā)展，高精度計算機化影像診查儀器、數(shù)字減影血管造 影(dsa)、射頻消融技術以及高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相繼問世，使介入性診療技術發(fā)生了飛速進步，臨床應用范圍不斷擴大，從心血管、腦血管、非血管管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證，并使診療效果明顯提高，患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術視為與藥物診療、手術診療并列的臨床三大診療技術之一，也有人把介入診療技術稱之為20世紀發(fā)展起來的臨床醫(yī)學新領域--介入醫(yī)學。
四、人工器官的應用
當人體器官因病傷已不能用常規(guī)方法救治時，現(xiàn)代臨床醫(yī)療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能，人們稱這種裝置為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前，風濕性心臟瓣膜病的治療，除了應用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外，對病損的瓣膜很難修復改善，不少患者因心功能衰竭死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環(huán)技術，在心臟停跳狀態(tài)下切開心臟，進行更換人工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修補，使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科之所以能達到今天這樣的水平，主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工血管等新材料、新技術的結果。
腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良，而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病晚期患者的生命，腎病治療學也因此有了很大進步。
現(xiàn)代生物醫(yī)學工程中人工器官的發(fā)展也非常迅速，除上述人工器官外，人工關節(jié)、人工心臟起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用，使千千萬萬的患者恢復了健康。可以說，人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外，其余各器官都存在用人工器官替代的可能性。
此外，放射醫(yī)學、超聲醫(yī)學、激光醫(yī)學、核醫(yī)學、醫(yī)用電子技術、計算機遠程醫(yī)療技術等先進的醫(yī)療技術和儀器設備都是現(xiàn)代醫(yī)學工程研究開發(fā)的成果，綜上可見，20世紀生物醫(yī)學工程的發(fā)展，顯著提高了醫(yī)學診斷和治療水平，有力地推動著醫(yī)學科學的進步。
五、生物醫(yī)學工程展望
縱觀醫(yī)學新技術誕生和發(fā)展的 歷史，從倫琴發(fā)現(xiàn)x線到今天x射線診療技術的發(fā)展，從朗茲萬發(fā)現(xiàn)超聲波到今天b超診斷的廣泛應用，從布洛赫和伯塞爾發(fā)現(xiàn)核磁共振到今天mri的問世，從赫斯費爾德發(fā)明ct到今天ct成像系統(tǒng)的應用，都是以物理學工程技術為基礎、醫(yī)學需求為前提發(fā)展起來的醫(yī)學新技術。
（一）各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化，遠程醫(yī)療信息網(wǎng)絡化，診療用機器人將被廣泛應用。
（二）介入性微創(chuàng)，無創(chuàng)診療技術在臨床醫(yī)療中占有越來越重要的地位。激光技術，納米技術和植入型超微機器人將在醫(yī)療各領域里發(fā)揮重要作用。
（三）醫(yī)療實踐發(fā)現(xiàn)單一形態(tài)影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著pet的問世和應用，形態(tài)和功能相結合的新型檢測系統(tǒng)將有大發(fā)展。非影像增顯劑型心血管、腦血管影像診查系統(tǒng)將在21世紀問世。
（四）生物材料和組織工程將有較大發(fā)展，生物機械結合型、生物型人工器官將有新突破，人工器官將在臨床醫(yī)療中廣泛應用。
（五）材料和藥物相結合的新型給藥技術和裝置將有很大發(fā)展，植入型藥物長效緩釋材料，藥物貼覆透入材料，促上皮、組織生長可降解材料，可逆抗生育絕育材料、生物止血材料將有新突破。
半導體照明是多學科交叉的領域,需要上中下游產(chǎn)業(yè)鏈互相銜接,更要保持基礎研究與應用開發(fā)并舉,因此需要多元化的人才。既要產(chǎn)品研發(fā)人才、工程設計人才,又要市場營銷人才、高級管理人才,特別是既懂技術又懂管理又懂照明文化的復合型人才。而目前我國設置照明工程專業(yè)的高校為數(shù)很少,多年來照明企業(yè)對人才培養(yǎng)又沒有給予足夠的重視,導致了現(xiàn)今半導體照明人才匱乏。于此同時隨著大學招生數(shù)量的增加,高校學生就業(yè)陷入低迷狀態(tài)。如何根據(jù)社會發(fā)展需求實現(xiàn)人才的入口與出口對接就成為高等院校服務社會的重要職能。
大連市是我國首批“十城萬盞”示范城市之一,是北方重要的LED技術研發(fā)基地、生產(chǎn)制造基地,形成了集襯底原材料、外延片制造、芯片生產(chǎn)、器件及LED應用為一體的完整的產(chǎn)業(yè)鏈。經(jīng)過多年的培育和發(fā)展,大連從事半導體照明產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)及銷售的各類企業(yè)日益壯大,需要大量照明人才。大連工業(yè)大學作為東北地區(qū)唯一的一所設置照明工程專業(yè)培養(yǎng)方向的高校,積極探索新的人才培養(yǎng)模式。發(fā)揮全校學科設置的優(yōu)勢,整合材料學院在發(fā)光材料研究、信息學院在電光源與測試技術,藝術學院在工業(yè)設計和景觀設計的人力資源,從各個角度、各個層面為大連市LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展輸送各層次人才。學校注意培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神與實踐能力的應用型人才,讓基礎理論傳授與創(chuàng)新創(chuàng)意活動共同存在,并使之為專業(yè)能力的形成起到支撐作用,實現(xiàn)由專業(yè)知識向?qū)I(yè)能力的轉化。學校協(xié)助市科技局舉辦首屆大連市“世紀長城”杯LED應用產(chǎn)品創(chuàng)新設計大賽,承擔大連半導體照明檢測服務平臺建設和中央與地方共建照明工程實驗室建設,為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展作出貢獻的同時也使學校的學科建設邁上新的臺階,有自身特色和專業(yè)特長的畢業(yè)生收到歡迎,體現(xiàn)出產(chǎn)學官合作的優(yōu)勢。
可以相信,隨著“十城萬盞”示范工程的深入,照明人才培養(yǎng)與半導體照明產(chǎn)業(yè)培育將同步發(fā)展,從而共同迎來中國半導體照明的美好明天。
實驗室的科學研究總體上以適應世界科學技術發(fā)展和國國民經(jīng)濟中長期發(fā)展戰(zhàn)略的需求為出發(fā)點，以探索精密測試技術及儀器學科領域的前沿科學技術問題為主，注重新興交叉學科和綜合技術的研究。主要研究方向包括：(1)激光及光電測試技術，(2)新型傳感器及儀器自動化，(3)納米測試及微型光機電集成技術及系統(tǒng)，(4)信息光學及光存儲。
實驗室清華大學實驗區(qū)為了使學科發(fā)展均衡，特別是把深圳研究院的“光機電研究室”擴建為一個分室。調(diào)整后，清華大學精密測試技術與儀器國家重點實驗室研究人員的年齡結構更加合理。目前實驗區(qū)內(nèi)共有研究人員96名。其中，有工程院院士1名、教授（研究員）31名、 副教授（高級工程師）35名，實驗室專職技術管理人員5人（高級實驗師3人）。
在2004年的科研項目中，清華實驗區(qū)承擔了國家“973”兩個專題項目中的6個子課題；國家“863”課題9項；國家自然基金重點項目1項，面上項目19項：其中1項為國家杰出青年基金；省部重點科研項目6項；國際合作研究項目4個；重大國際合作研究1項。其科研成果年均獲國家科技獎1～2項、省部級5～6項；2002到2004三年共獲專利權129項。年均200多篇，2004年SCI收錄54篇；2004年科研經(jīng)費達到了3844余萬。
原始創(chuàng)新 成績斐然
清華大學精密測試技術及儀器國家重點實驗室的科學研究注重應用基礎研究，并以國家的實際需求為最終目標，實驗室的許多研究是原創(chuàng)性的，并在實際應用中取得了一系列成果。
超高密度超快速光學體全息存儲及相關識別技術研究取得進展
光學體全息存儲具有存儲密度高、并行傳輸、冗余度高、尋址速度快和具有關聯(lián)尋址功能等諸多優(yōu)點，是光存儲研究中最重要的領域之一。實驗室在超高密度超快速體全息存儲機理、關鍵技術、小型化系統(tǒng)集成和應用等方面取得了突破性進展，使我國在這一領域的研究達到了國際先進水平。
該項技術的研究成果對于軍用、醫(yī)療、金融、廣播電視等領域大型數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)存儲、加密保存和快速傳輸，制導導彈武器的目標快速跟蹤識別鎖定等具有十分重要的實用意義。成果的部分相關技術已轉為國防重點基金項目實施；該項技術的成功對于提高我國國防能力，保障國家和社會安全等方面研究具有重要意義。
新型微流體器件設計、加工、測試和應用研究成績顯著
新型的微流體系統(tǒng)技術是一個涉及微機械、流動控制和測試等多學科交叉的技術領域，微流體器件與系統(tǒng)在生化檢測、醫(yī)學和航天等領域有重要應用。該項研究是在 “集成微光機電系統(tǒng)”國家“973”項目等的研究基礎上完成的，成功實現(xiàn)“微流動機理和技術基礎器件和系統(tǒng)設計微制造技術微測試技術應用研究”的微流體技術平臺。突破了幾個關鍵技術，研制出了多種關鍵微器件和應用系統(tǒng)，如：高靈敏度的微量流體控制的微泵和微閥器件及其測試技術、陣列微噴和微推進器系統(tǒng)及其測試技術、生物微量采樣和分析芯片的微型儀器技術等。該項技術的研究已經(jīng)協(xié)助創(chuàng)建了兩個高科技企業(yè)，已有正在發(fā)展的產(chǎn)業(yè)和應用；以微流體技術平臺作為微流體系統(tǒng)開發(fā)的基礎，將會衍生更多經(jīng)濟和社會效益大的技術和產(chǎn)品。
雙頻激光理論、現(xiàn)象、器件和在精密計量中的應用研究實現(xiàn)突破
這是一項經(jīng)長期研究獲得的較系統(tǒng)、完整的成果之一：從原理提出，到新器件的研制，再到這些新器件的新特性（效應）的觀察發(fā)現(xiàn)，然后又利用這些發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造出新的傳感器。在長期的研究中，實驗室發(fā)現(xiàn)了兩個偏振激光模的在腔調(diào)諧中的相互競爭（抑制）效應和HeNe激光器和半導體激光器的回饋自混合納米干涉條紋。首次研究成了以下激光器和測量儀器：應力雙折射產(chǎn)生激光頻率分裂及雙折射雙頻激光器， 可獲得40MHz以上的頻差；研制成塞曼-雙折射雙頻激光器，可以產(chǎn)生1 MHz到幾百MHz的頻率差；成功地將一支普通氦氖激光器“演變”成一個可判向的測量位移的激光器“激光器納米測尺”；研究成功了激光頻率分裂波片測量儀；雙折射外腔回饋波片測量儀和激光器偏振、縱模、縱模分裂和模競爭教學實驗系統(tǒng)等系列產(chǎn)品。
近年來，精密測試技術與儀器國家重點實驗室清華大學實驗區(qū)也是一系列重大獎項的獲得者。2002年，由陸達，潘龍法等完成的“電影數(shù)字制作系統(tǒng)及應用研究開發(fā)”獲得國家科技進步二等獎；2003年，由馮冠平、朱惠忠、劉巖、董永貴等主持完成的“石英數(shù)字式力傳感器及系列全數(shù)字化電子衡器的研究與產(chǎn)業(yè)化”獲得國家發(fā)明二等獎。由葉聲華，殷純永等主持完成的“幾何量計量儀器現(xiàn)場校準方法和裝置”和由周兆英，朱榮，王曉浩 , 熊沈蜀完成的“MEMS的載體測控系統(tǒng)及其關鍵技術研究”則分別榮獲2004年和2005年的國家發(fā)明二等獎。
在省部級科技獎方面，精密測試技術與儀器國家重點實驗室清華大學實驗區(qū)也是建樹頗豐。由周兆英、葉雄英、王曉浩等主持完成的“新型微流體器件、結構加工和相關應用研究”獲得了2003年度教育部技術發(fā)明一等獎；由金國藩、何慶聲、曹良才等主持完成的“超高密度超快速光學體全息存儲及相關識別技術研究”和由徐端頤，潘龍法等主持完成的“高密度光盤存儲技術”則同時獲得2005年度教育部技術發(fā)明一等獎。
志在一流 勇攀高峰
精密測試技術與儀器國家重點實驗室清華大學實驗區(qū)的學術帶頭人是金國藩教授。金教授是博士導師，中國工程院院士、教育部科技委副主任，世界光學學會副主席、亞太地區(qū)儀器與控制學會主席，美國光學學會（OSA）和國際光學工程學會(SPIE)資深會員。曾任國家自然科學基金委副主任、中國光學學會副主席、中國儀器儀表學會副主席、清華大學精密儀器系主任、機械學院院長等職。自上世紀60年代起從事光學工程研究，是我國光學領域的知名學者，曾主持幾十項重大重點科研項目，是我國光學信息存儲、信息光學和二元光學的開創(chuàng)人與奠基人，曾獲得全國科學大會獎、中國工程院中國工程獎、國家科技進步三等獎，國家教委科技進步一等獎、二等獎、三等獎和第四屆國家圖書獎提名獎及全國優(yōu)秀科技圖書獎暨科技進步獎（科技著作）二等獎、北京市科技進步一等獎等多個獎項，在國內(nèi)外220余篇，培養(yǎng)博士研究生40余名，碩士研究生60余名。
【關鍵詞】 高職教育；工程光學；教學改革；考核方式
【中圖分類號】G642.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）33-0-02
武漢軟件工程職業(yè)學院激光加工技術專業(yè)是國家骨干高職院校的重點建設專業(yè)，《工程光學》作為該專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，掌握好這門課程的基礎知識和實踐技能，對學生后續(xù)課程的學習和未來的工作，將起到非常重要的作用。但在這門課程的教學過程中，往往很難達到理想的教學效果，分析其主要原因有兩點：一是教學內(nèi)容與企業(yè)對高職學生所要掌握的基本技能有一定的差距；二是教師在教學方法和教學內(nèi)容上往往沿用本科院校的教學方法。因此，加強對高職工程光學基礎課程的教學研究，使之適應高職教學要求，充分調(diào)動學生的學習積極性，提高教學質(zhì)量十分必要。筆者結合實際教學經(jīng)驗，提出從教學內(nèi)容、教學方法、教學手段和考核方式等幾個方面進行教學構建。
一、明確培養(yǎng)目標
高職院校光電類專業(yè)是面向社會實際需求，培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，適應生產(chǎn)、建設、管理和服務的第一線需要，掌握光伏太陽能、光電器件、光電儀器等方面的專業(yè)理論知識，從事光電子產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、檢測、維護等工作的高素質(zhì)技能型專門人才。
目前，高職院校在《工程光學》課程教學中普遍存在的問題是：高職《工程光學》的通用教材不夠完善，很少有與實際工程問題相聯(lián)系的例子[1]，缺少生動性、趣味性和啟發(fā)性的教學內(nèi)容；在總課時的分配上，理論課時較多，實踐應用課時較少；課程考核方式上，理論比重考核大而實踐考核少，導致培養(yǎng)的學生所掌握的基本技能與企業(yè)對學生所要掌握的基本技能相差較大。因此，在教學中應重新構建如何使高職院校的工程光學課程的設置適應企業(yè)對人才的培養(yǎng)目標需求，如何使專業(yè)基礎理論與后續(xù)課程設計銜接、過渡與鋪墊，培養(yǎng)學生過硬基本功。
二、改革教學內(nèi)容
課程教學要以培養(yǎng)學生的綜合職業(yè)能力、創(chuàng)新能力和高新技術應用能力為抓手。從職業(yè)能力培養(yǎng)的角度來分析，確定教學的要求、突出課程的基本內(nèi)容，這是對課程教學的普遍要求。而落實到《工程光學》這門課程，總體要求是掌握光學的基本概念、基本原理，使學生能根據(jù)所學的專業(yè)知識來解決工程中的一些實際問題[2]。因此，在教學內(nèi)容方面筆者根據(jù)對人才培養(yǎng)的要求作了如下調(diào)整：
（1）重視基礎知識和基本原理，適當減少繁雜的數(shù)學推導
根據(jù)學院國家骨干高職院校的建設方案，以及借鑒兄弟院校的教學經(jīng)驗和企業(yè)對人才的需求，完善人才培養(yǎng)方案，重新明確了教學內(nèi)容和教學要求[3]，《工程光學》屬于專業(yè)基礎課，高職學生一般在大一就開始了該課程的學習。因此，教師應將《工程光學》教學內(nèi)容緊密、巧妙地融合于各門專業(yè)課程中，為學生后續(xù)課程的學習打下基礎。在理論課程的講授過程中，由于工程光學課程要求學生具有較扎實的高等數(shù)學知識，這恰恰是高職學生的短板。因此，在教學中保證夠用的原則下，應注重基本原理、定律的復習引導，適當減少繁雜的數(shù)學推導，強調(diào)概念的物理意義及其應用，同時既要涉及到相關原理的擴展應用，又要注意把握擴展的深度，這樣在學習過程中就可以做到事半功倍，學生學起來也會相對輕松。
（2）根據(jù)市場需求，調(diào)整教學內(nèi)容，深化教學改革。
由于《工程光學》課程涉及的內(nèi)容非常廣泛，在保證系統(tǒng)講授工程光學基礎知識的前提下，將生產(chǎn)一線涉及到的新技術、新工藝、新產(chǎn)品、新設備等相關的研究前沿和研究成果融入課堂教學中，同時根據(jù)人才培養(yǎng)方案的要求，來選取不同的教學內(nèi)容。如：激光加工技術專業(yè)的學生通過學習幾何光學、物理光學的基礎知識，光學儀器使用及調(diào)試等基本知識從而使之掌握基本光學儀器測量技術，基本光路及光學現(xiàn)象的分析，激光光學器件調(diào)試技能，光學零件檢測、特性分析等基本技能；光電子技術專業(yè)的學生必須具備光學元件的加工與檢測，光學元器件的特性分析及調(diào)試，光電子設備和精密儀器的光學成像和測量系統(tǒng)分析。
（3）教學內(nèi)容分理論、實驗、實訓三大模塊有序開展。
理論教學指導實驗、實訓教學；反過來實驗教學有利于對理論知識的理解，實訓教學有利于對理論知識的升華。然而傳統(tǒng)的實驗教學通常在課堂時間內(nèi)安排一些驗證理論知識的實驗內(nèi)容，較少運用理論知識去解決實際問題，而且由于受課時的限制，學生只能做事先安排好的實驗，幾乎沒有選擇的余地，這種實驗教學模式不利于發(fā)揮學生的學習積極性、不利于拓寬學生的知識面、不利于培養(yǎng)學生的工程意識及解決實際問題的能力。結合我院實際，對工程光學課程的實驗教學進行了改革，將工程光學實驗設置為一門單獨的實驗課程，制定獨立的實驗教學大綱，將課程學時數(shù)提高到48學時，系統(tǒng)地安排實驗，在實驗教學內(nèi)容方面本著“逐步引導、循環(huán)上升”的原則[4]開展教學，在完成教學大綱規(guī)定的教學任務之余，實驗室還面向?qū)W生開放，學生不受學時限制，可根據(jù)自己的時間來預約實驗時間和內(nèi)容，管理員只需準備好相應的實驗器材，在實驗過程中出現(xiàn)的問題，主要依靠學生自行解決，教師進行適當?shù)闹笇В@樣極大的鍛煉了學生解決實際問題的能力。
實訓教學實行“項目型教學”，使學生真正體驗“學習的內(nèi)容是工作，通過工作實現(xiàn)學習”，采用基于工作過程的光學零件加工工藝的實訓課程，《光學零件CAD與加工工藝》是一門理論與實踐結合緊密的實訓課程，是光電儀器設計、光電器件、光學檢測技術、光通訊等專業(yè)課程的重要聯(lián)接紐帶，是光學工程師和光電儀器工程師所必備的專業(yè)基礎知識。通過實訓使真正實現(xiàn)教室—車間，學生—員工，教師—師傅的轉變，在整個實訓過程中，分綜合型和設計型兩部分來安排實訓教學內(nèi)容：
1）綜合性實訓是通過理論與實踐相結合的方式，幫助學生深入理解課程內(nèi)容。實驗內(nèi)容中包含了“光學零件的上盤、下盤技術”、“光學零件加工工藝流程”、“光學零件加工質(zhì)量檢驗技術”、“光學零件的鍍膜和膠合工藝”等綜合實驗。“光學零件的上盤、下盤技術”主要是針對光學零件生產(chǎn)過程中所必需的加工夾具進行設計；“光學零件加工工藝流程”要求學生掌握光學零件的粗磨成型工藝、細磨工藝、拋光工藝、定心磨邊工藝和檢測的全套生產(chǎn)流程；“光學零件加工質(zhì)量檢驗技術”要求學生會對加工工件的表面質(zhì)量檢驗、面形檢驗、棱鏡的角度檢驗、幾何尺寸的檢驗；“光學零件的鍍膜和膠合工藝”主要訓練學生掌握光學零件特種工藝中薄膜設計和按一定技術進行結合的基本能力。
2）設計性實訓是結合課程教學或獨立于課程教學而進行的，實訓內(nèi)容具有一定的綜合性、探索性。要求學生根據(jù)所掌握的Zemax等相應的光學設計軟件在電腦上對所設計的產(chǎn)品進行仿真，著重培養(yǎng)學生獨立解決實際問題能力和創(chuàng)新能力。
三、改革教學方法和教學手段
教學方法的變通，有利于學生對教學內(nèi)容的理解，從而提高教學效果。結合實際情況，在授課過程中主要從以下幾個方面進行了教學方法和教學手段的改革。
1、利用現(xiàn)代化的教學手段，提高學生的學習興趣
工程光學課程圖多、知識面廣、公式推導復雜且具有一定抽象性。應用多媒體課件借助顏色、圖像、動畫等多種技術將授課內(nèi)容圖文并茂的展示給學生，加深學生對課堂內(nèi)容的理解，提高學生的學習興趣，而且可以大幅度擴展授課信息量，收到事半功倍的效果。另外，精心設計的多媒體課件，包括一些典型例題、習題的講解、現(xiàn)代光學的實際應用，甚至一些光學知識專題講座，用于課堂教學，同時上傳到校園網(wǎng)上，供學生課后學習，以適用于不同要求、不同程度學生的需要。在講授一些抽象的知識點時，使用多媒體課件能將單調(diào)、枯燥的理論知識變?yōu)樯鷦印⑿蜗蟮膭討B(tài)畫面，易于學生理解和吸收[5]；同時節(jié)約了大量的作圖時間，有效提高課堂效率，從而解決了課程容量大與有限學時的矛盾。
（2）多做課堂演示實驗，多設光學實驗選修課程，激發(fā)學生的學習激情
課堂講解與演示實驗相結合，學生觀看教師的實際操作，更有利于定理、定律的理解，有利于提高教學效果。充分利用已有的示教儀器和設備，適當增加演示實驗教學。部分簡單的光學演示實驗可帶到課堂上，對于一些比較復雜的光學儀器如邁克爾遜干涉儀等設備，可以在實驗室進行理論教學，在講到顯微鏡結構和物鏡類型的時候，可將顯微鏡和物鏡拿到課堂上，對著實物逐個部分講解，再結合書上的光路圖，學生就很容易記住顯微鏡的結構形式和性能參數(shù)。在全校大力宣傳每年在武漢舉辦“中國光谷”光博會等重大活動，組織學生到光博會現(xiàn)場參觀和學習，同時面向全院增設一些交叉性較強的光學實驗公選課，內(nèi)容向普及性、趣味性方向轉移，以激發(fā)學生的學習激情。
（3）重視互動教學，創(chuàng)新教學模式，鼓勵學生深度學習
為了提高學習效果，采用互動教學法，互動主要包括學生-老師互動、學生-學生互動、學生-內(nèi)容互動等幾種形式。運用互動教學能激發(fā)學生在學習上的興趣，同時鼓勵學生深度學習。結合筆者的教學經(jīng)驗：在講授課程時，要在教學實施方案中設有交流、討論專題，一般先由教師提出討論題目、要點、閱讀書目，學生可據(jù)此進行準備。討論前可將全班同學分成幾個學習小組，組內(nèi)的每位同學分別承擔不同的任務，通過討論讓學生交流各自的學習情況，使學生能相互啟發(fā)、相互促進，從知識運作、技能訓練、語言表達、歸納總結等方面得到充分的鍛煉。在討論過程中，教師可根據(jù)學生表達的不同觀點，對每個小組的結果進行考評。因此，每個小組成員不但期望自己同組的同學努力，而且自己也會加倍努力，這樣大大刺激了學生的學習積極性，有效地幫助師生完成教學任務，同時使師生之間、學生之間的交流更加密切，整個學習過程是通過“組內(nèi)合作，組間競爭，課堂內(nèi)外結合[6]”來完成。使同學思維更加活躍，培養(yǎng)了學生探究問題的興趣、自學能力和獨立思考的能力。
四、改革考核方式
課程考核在某種程度上具有導向作用，采取何種形式進行課程考核將關系到教學效果的好壞和教學質(zhì)量的高低。根據(jù)《工程光學》課程內(nèi)容特點對學生的成績進行評定時，既要包括對基本知識掌握情況的考核，又要包括知識應用能力的考核。學生的總評成績可由以下幾部分[1]構成。
一是課堂表現(xiàn)和出勤情況，占15%。要求學生定期對教師所講的教學內(nèi)容進行總結，并在課堂上談談自己在學習中遇到的困難以及最終解決這個問題的辦法。
二是知識考試，占40%。轉變傳統(tǒng)的考試觀念，樹立以能力測試為中心的考試制度，同時對考試命題提出較高要求，考題要能體現(xiàn)學生分析問題、解決問題的能力，要有利于學生發(fā)散性思維、創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。逐步探索多種考試方式，例如可以實行教考分離，考評主要由企業(yè)來完成等。
三是實踐技能考試，占45%。實踐技能主要分實驗和實訓兩部分來進行考核，考核是對學生實踐動手能力的高低進行評價，通過考核促使學生努力提高自己的實踐技能。
五、結束語
工程光學課程是一門理論性和應用性較強的課程，由于現(xiàn)代光學學科的迅速發(fā)展，對工程光學課程的教學改革是教學發(fā)展的必然要求。實踐證明，通過不斷改進教學內(nèi)容、教學方法對實現(xiàn)高職《工程光學》教學改革的總體目標和提高學生應用光學的能力很有幫助。
參考文獻
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[3]武旭華，肖韶榮，張仙玲.“工程光學”教學改革初探與實踐[J].電氣電子教學學報增刊.2009（31）：35-36.
[4]丁茹，李輝，趙麗，鄭桐.測控專業(yè)“光學基礎”課程教學改革探討[C].天津工程師范學院學報
