摘 要：信息光子学是围绕光子学与信息科学交叉形成的学科，是光电专业的重要基础课程。为了同时兼顾理论教学与工程教育，决定对其教材改革进行研究。我们致力于将光子学的基本原理與光电器件的工作特性与工程实际中的案例相结合。通过列举诸多用MATLAB代码实现的仿真模拟，使学生对基础理论有直观的认知与深入的理解，并能够建立合适的模型对实际问题进行描述与解决。

关键词：信息光子学;MATLAB;教学

一、 引言

作为教育部建设的新工科专业之一，光电信息科学与工程专业的课程改革势在必行，而教材是施行课程教学的基本工具，是高校教学工作开展的基础，也是高校教学、科研水平及其成果的真实反映。信息光子学是本专业的必修课程，因此以该课程的教材改革为切入点，使教学内容与教学方法适应新的工程教育理念以及新的工程人才培养模式，进而推动教育教学改革，培养创新型人才。

二、 光电专业教材的现存问题

光电专业的教学应该理论与应用并重。然而本专业现有的教材却存在着一些问题。以信息光子学课程为例：

1. 课程有较多、较深的理论内容，教师往往过于注重公式的推导而忽略了物理过程、物理图像的解释，并且一些概念较为抽象，因此学生在学习的过程中可能兴趣不足，或者由于缺乏必要的基础知识而对有关现象懵懵懂懂。

2. 在教学当中应该兼顾所授知识在生产、生活中的运用，尤其是要适应新工科专业的建设要求，重点培养学生对于专业基础知识的应用能力。然而，现有此方向的教材在应用方面的知识内容相对陈旧，不能与时俱进，无法让学生对将从事的工作有具体与现实的认知。

3. 现有相关教材要么过于偏重理论的探讨，如《导波光学》《光纤光学》，要么过于偏重实际应用，如《光纤通信技术》，而没有将二者有机结合起来。因此学生需要学习多门课程或者选用多本教材。如何使学生在一门课程中既知其然，又知其所以然，既掌握相关理论，又了解其应用，是摆在本专业教师面前的一项重要课题。

三、 教材改革研究与实践

针对上述问题，我们对《信息光子学》开展教材研究与编写工作，有针对性地选择教材内容，改革编写方式，以匹配我们专业的教学要求与人才培养，同时完善教材体系内容，以供全国兄弟高校选用。在对教学内容进行研究与整理的过程中形成了自己的体系结构：首先从电磁场及光学的基础理论出发，讨论了光束在波导和光纤中的传播模式与特性，让学生在有限的学时内掌握相关的基础理论以及分析模型。在此基础上系统地介绍了光信息系统中的有源光器件和波分复用系统的原理及实际应用，循序渐进，有利于学生对信息光子学有一个全景式的认识。教学内容深浅适度，符合高年级本科学生及研究生的实际水平，同时形成了自己的特色：

1. 用计算光子学的方法贯穿各章节内容，通过计算机建模的手段研究光与物质的相互作用。采用MATLAB仿真工具，将各种物理现象以图像、图形的方式生动地呈现出来，并且介绍了模拟光在波导、光纤中传输的光束传播法。这为学生理解光子学及光电子器件的原理提供了一种路径：从物理概念出发，建立相应的理论模型，针对光学器件的工作原理、工作模式，将光子学问题归结为特征方程求根、积分求解、常微分方程求解等积分数值求解问题。通过列举诸多用MATLAB实现的仿真模拟，使学生对基础理论有直观的认知与深入的理解，并能够建立合适的模型对实际问题进行描述与解决。通过对光子学问题的仿真求解，使学生在理论学习的基础上更有参与感。在光束传播法原理和应用方面，编者依据多年的科研积累，总结了有关原理以及使用经验与技巧，提升了课程内容深度，也为研究生及年轻学者应用光束传播法开展相关研究提供了指导。

2. 深入浅出讲解理论的同时立足于实用。在各章节中都注意将光子学的基本原理与光电器件的工作特性与工程实际案例相结合，比如对于法布里-珀罗干涉仪、量子阱激光器、掺铒光纤放大器等等应用案例的分析与讲解。教材结合了行业发展动态与需求，提供了波分复用系统的两个实际调试操作，可供学生加以实际应用，使学生能将理论知识运用于实践。

3. 融合国内外高校的专业教学经验与方法，整合相关课程的教学内容。教材编写团队由既具有扎实的专业理论，又具有国际视野和企业工程经验的专家队伍组成，因此在编写过程中参考了大量的国内外教材与著述，反复商讨对内容的选取。同时注意与其他课程内容的衔接关系：如基础理论部分的光学、电磁场与波、导波光学，技术应用部分的激光技术、光纤通信技术、光电检测技术，软件仿真上的MATLAB在光信息处理中的应用、光通信器件设计等等，重点论述相关知识在本课程体系中的运用，而非赘述交叉的内容，以保证知识体系的独立、完整。

四、 结束语

随着我国高等教育改革的不断推进，课程建设、教材建设成为了教学改革研究的热点。我们对光电专业的必修课程信息光子学的教材改革进行了深入的研究，并完成了新编教材。该教材内容丰富、特色鲜明、原理阐述正确，科学事实和物理现象描述清楚、准确，并且获批为“十三五”江苏省高等学校重点教材。我们以教材改革构建课程的立体化教学，进而推动专业及学科建设，以实现教育部新工科建设的战略目标，培养学生运用现代信息技术工具分析并解决专业领域的复杂工程问题的能力。

参考文献：

[1]付喜，高海峡，张艳静，戴天傲.地方普通高校大学物理教材改革趋势研究[J].教育现代化，2017（48）：30-34.

[2]黄世钊，谈玲珑.新工科视角下电子信息工程专业建设探究[J].科技经济导刊，2018（26）：137-138.

作者简介：

杨磊，上海市，江苏大学机械工程学院。