产品描述
在计算机虚拟仿真技术光学教学领域，传统的以Flash为主导、侧重于情景化的实训类仿真软件，因为缺乏数据计算、针对原理过程的仿真，已经满足不了教学需求，而国外的仿真软件偏向整体物理仿真，在教学应用、光学仿真等垂直领域功能薄弱，且多为代理销售，缺乏定制化和本地化服务。在这样的背景下，中国科学院软件研究所联合国防科技大学，面向光学系统的辅助设计与实验，研发了具有完全自主知识产权的光学系统辅助设计平台（简称SeeLight）。
1、SeeLight基于物理原理的数字化仿真方法，通过对光源物理特征、干涉、衍射、偏振等方面进行虚拟仿真方法的研究，从物理、数学层面进行可视化仿真，为光学系统的建模和设计提供极大的准确性和灵活性。
2、SeeLight提供7大类、72个成熟的光学模型，涵盖光源、光束传输、器件等多个种类，满足不同教学场景的仿真模拟需要；此外，SeeLight与中山大学等国内高校密切合作，内置的应用实例库囊括了光学基础教学的大部分内容，包含几何光学、波动光学（衍射）、波动光学（干涉）、光的偏振、信息光学、常用光学仪器等7大类共52个应用实例（包含光纤激光器6个案例）。
3、依托于云计算、并行计算等流行技术，SeeLight构建了搭建了稳定、高效的云服务平台，用户不需要下载任何插件，打开浏览器即可使用。SeeLight推出的作业管理系统、实验课程系统、学生知识点分析等多种教学功能，可有效支撑数字化教学的落地，并通过底层数据的采集与分析，使得以学生行为数据分析学生知识水平成为了可能，为精细化教学提供支持。
3.1 准确的物理模型
SeeLight平台中开发的每个模型都通过物理建模、仿真建模、软件实现、实验对比一整套流程进行迭代优化，进而确保最终形成的模型是准确可靠的。
3.2 数量丰富、可灵活扩展的基础元件模型库和教学案例库
SeeLight平台按照“使用基础元件灵活搭建教学案例”的设计思路，具有教学案例类型和数量可扩展、且可灵活配置。目前平台已内置了4大类、26个常用光学基础元件模型，涵盖光源、光束传输、控制、器件等，可以通过上述基础元件模型按需灵活搭建教学案例。同时，考虑到通用教学案例共享共用的需要，平台还内置了包含几何光学、波动光学（衍射）、波动光学（干涉）、光的偏振、信息光学、常用光学仪器等7大类共52个常用教学案例。
图2 SeeLight平台内置基础元件模型库
图3 SeeLight平台内置教学案例库
3.3 兼顾经典光学系统与创新光学实验的快速仿真与可视化
SeeLight注重基于物理原理的数字化仿真，以“搭积木、做连线、设参数”的交互方式灵活构建仿真系统（教学案例）。既可以对经典光学系统的基本组成、工作原理和误差影响进行模拟，又支持对“新思路、新想法、新实验”的快速仿真，从而为学生的基础知识、创新思维、科研方法训练夯实基础。
图4经典光学系统的模拟
图5“新思路、新想法、新实验”的仿真
3.4 基于云计算虚拟化构建便捷的个性化实验空间
SeeLight采用基于浏览器/服务器的云计算体系架构，无需软件安装，教师和学生均可以通过网络浏览器，便捷获得虚拟仿真实验平台提供的各项功能。并支持根据个人实际需要选择合适的基础元件模型和教学案例，以账户的形式构建个性化的学习和虚拟实验空间。每个用户在个人空间构建的专属实验案例和仿真结果还可以同其他用户进行共享使用。
图6 浏览器/服务器云计算体系架构
图7 个性化虚拟实验空间
3.5基于大数据分析的学习行为跟踪与智能化精准教学
SeeLight通过采集学生在平台上学习和实验过程中的浏览操作、鼠标键盘输入、实验系统搭建过程、仿真计算结果等各类数据，通过大数据分析的方法对每个学生的学习行为进行准确跟踪，定量化分析每个学生对老师讲授的各个知识点、原理方法和实验操作的掌握程度，并以图表和报告形式智能化推送给相关老师，辅助老师对每个学生进行针对性教学，从而实现教学效果的迭代优化。
图8 学生对知识点掌握程度定量分析
图9 教学效果的迭代优化
SeeLight在教学方面的应用可在课前、课堂、课后三个方面提供支持，覆盖整个教学过程的每个环节。课前通过SeeLight的示例案例进行原理知识学习，完成预习；课堂通过SeeLight在线搭建工程，演示课纲知识点，给予学生直观感受；课后通过作业系统，促进学生通过动手增进对知识的掌握，并且通过精确记录学生操作数据，统计分析学生对知识点的掌握情况，实现在精细化教学。
