简述导波导波光学教学中加强创新教育一些初探

论文导读：比使得学生概念明确、牢固掌握导波光学的基本处理方法。再例如，导波光学中的模式本征方程可有多种形式，包括：由全反射半相移？表示的形式，由导模传播常数？表示的形式，由导模有效折射率N表示的形式，由波导归一化参量V，b和a表示的形式等。这些形式的模式本征方程之间可相互转化，实际应用中，应根据讨论的具体问题选择合适形式的模
摘要：导波光学是光学有关专业的一门重要前沿课程，传统的教学内容和教学方法不利于现代创新实践教学的需求。本文结合笔者实际教学和科研工作经验，从教学方法、教学内容等方面探讨如何在导波光学的课堂教学中融入创新教育，提高学生的学习积极性和对有关科学问题的兴趣，培养创新意识。
关键词：导波光学；创新教育；波导
1674-9324（2013）47-0028-02
导波光学是现代光电子器件、集成光学、光通信等领域的重要课程，是光信息科学、光通信、光电子等专业的特色课程。传统的导波光学教学内容和教学方法偏向于基本原理阐述、理论公式推导等，对学生创新能力的培养显得不足。随着现代创新实践教育的形式需求，导波光学作为一门专业前沿课程有必要从教学内容、教学方法等方面着手改革，使得创新教育融入专业知识的讲授中。笔者根据近几年的导波光学教学积累、结合相关专业研究经验，探讨分析如何在导波光学的教学中加强学生的创新教育。

一、紧扣主线，形散神不散

模式是导波光学中一个非常重要的概念，对本科生来说，也是一个比较全新的概念，学生在学习的过程中，刚开始有个理解、接受的过程。这就要求教师在讲授内容时，要循序渐进、不时提醒、重点强调。虽然导波光学的研究内容比较广泛，但对各种问题的求解分析，主要归结为建立模式本征方程、求解分析模式本征方程。例如：从波导的结构来看，有平板波导、矩形波导、条形波导，脊形波导等，三层波导、多层波导、金属包覆波导等；从波导的折射率分布来看，有均匀折射率分布波导、渐变折射率分布波导、W型折射率分布波导等。表面上看起来这些波导形式多样，但实际处理问题的思路和方法基本类似。教师在讲授时应从思路入手，引导学生利用已学知识，借鉴其他类型波导的处理方法，试探自行分析求解，激发创新思维。这样学生也易于抓住导波光学的主要内容和处理问题的方法，形成融会摘自：毕业论文格式模板www.7ctime.com
贯通，为今后相关方向的创新打好扎实的基础知识、训练过硬的专业技能。

二、善于归纳总结、分析对比，概念明确

导波光学的处理方法包括几何光学理论和电磁理论，两种方法各有优缺点。几何光学方法比较直观、简便，处理起来较容易，但不能给出模场的分布形式，而电磁理论比较精确，能够给出模场分布，但处理起来较复杂。教师在讲授时结合实例，分析总结两种方法的优缺点和适用范围，通过归纳对比使得学生概念明确、牢固掌握导波光学的基本处理方法。再例如，导波光学中的模式本征方程可有多种形式，包括：由全反射半相移？表示的形式，由导模传播常数？表示的形式，由导模有效折射率N表示的形式，由波导归一化参量V，b和a表示的形式等。这些形式的模式本征方程之间可相互转化，实际应用中，应根据讨论的具体问题选择合适形式的模式本征方程。通过这些归纳总结、分析对比，学生对导波光学的内容和概念有了总体的印象，使得所学的知识掌握牢固，促进创新教育。

三、将模拟计算引入教学中，形象生动，激发学生学习兴趣

导波光学的理论较为复杂，涉及到的数学推导较多，且比较烦琐，学生学习过程中容易出现疲倦、失去兴趣等情况。大多数情况下，导波光学中所求解的模式本征方程是一种超越方程，无法给出解析解，通常需要通过数值计算才能得出模式的具体情况。教师在教学的过程中，可以通过示范数值求解过程和步骤、点明方法，引导学生自行编程求解，或者作为课后作业的形式布置给学生自行完成。另外，导模的场分布，根据电磁场的数学形式很难感受到其实际分布情景，而通过Matlab等软件能够将场分布的形式直观地显现出来。通过这些计算、模拟的实践，能够培养学生数值求解、理论模拟问题的能力，这也是今后从事相关创新活动的基本技能，同时学生可以从中感受到成功的喜悦，对模式的概念、模场分布等有更加直观的印象，进而激发了学生的学习兴趣。因此，在导波光学中引入模拟计算是专业前沿课程中进行创新教育的一种有益尝试。

四、将现代前沿研究问题引入课堂教学中，培养学生的创新意识

导波光学是一门专业前沿课程，与导波光学有关的现代前沿研究问题颇多，在课堂教学中，教师将导波光学有关的最新前沿研究问题介绍给学生，将会激发学生的兴趣和部分学生的科研热情，培养学生的创新意识。例如，Slot波导为两个条形波导靠得很近时，条形波导间的间隙处论文导读：中充分发挥大学生开发新型实验项目的探讨.实验室研究与探索，2010，（10）.王建国，茶振香.关于高校实施创新教育的思考.山东省青年管理干部学院学报，2004，（2）.基金项目：上海理工大学理学院课程建设项目作者简介：卜胜利（1978-），男，安徽和县人，主要从事物理学、光学的教学和科研工作。上一页12
（或者是低折射率区域）的场强将得到很大的增强，这有利于光与物质相互作用。其原理可以用电磁场的边界连续性条件给出解释，通过类似这类问题的介绍，学生对电磁理论方法处理导波问题及其在实际中的应用的认识将从理性升华到感性的高度。另外，还可以对光子晶体及光子晶体波导这类导波光学高级应用进行实例介绍，光子晶体效应会使得某个频率范围的光完全不能通过介质，而光子晶体波导则可以实现光90o弯折而无损耗地传输，这些基于导波效应的新奇光学现象将会引起一些学生浓厚的科学兴趣，成为其今后进一步探索和创新的动力，进而达到创新教育的目的。
在实验教学条件允许的情况下，可向学生演示倏逝场的概念及其传感应用。将一根普通单模光纤通过高温拉细或者通过氢氟酸腐蚀使其外径变细，这样光纤的就会有较强的倏逝场，其对环境变化非常敏感，据此可以实现传感的功能。例如，纤径变细的光纤浸入不同溶液或者不同浓度的某种溶液中（如：蔗糖水溶液），此时由于环境的折射率改变，将导致光纤的透射光强发生明显的变化，如用He-Ne激光器等可见光源进行实验，透射光强的变化可肉眼观察到。这对学生巩固理论知识、强化有关概念和原理、增强感性认识、加强动手能力、培养兴趣等诸多方面有非常积极的意义。导波光学是一门理论性强、数学推导过程烦琐的课程，通过教学方法的改进、教学内容的修订更新、现代前沿研究问题的引入等措施将在一定程度上激起学生的学习及对相关科学研究问题的兴趣，增强创新意识，同时也将使得学生更加明确导波光学中的物理概念，牢固掌握导波光学的基础知识，使得创新教育融入专业知识的课堂教学中。
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基金项目：上海理工大学理学院课程建设项目
作者简介：卜胜利（1978-），男，安徽和县人，主要从事物理学、光学的教学和科研工作。