工程型人才培養(yǎng)的光學(xué)設(shè)計課程教學(xué)方法研究

黃幼萍　陳冬英

摘 要 本文針對光學(xué)設(shè)計課程目前教學(xué)情況不理想的現(xiàn)狀，對教學(xué)方法的改革進行探討。文中提倡運用Zemax軟件輔助教學(xué)，課堂中引入項目教學(xué)法，很好地將理論與實踐相結(jié)合。同時將課程與光學(xué)設(shè)計競賽聯(lián)系起來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并建立校外實踐基地，強化學(xué)生的實踐能力。通過改革培養(yǎng)具備良好光學(xué)設(shè)計技巧的工程型人才，讓學(xué)生具有在生產(chǎn)及科研實踐中理解、分析及解決工程問題的能力。

關(guān)鍵詞 光學(xué)設(shè)計 教學(xué)方法 項目教學(xué) 實踐基地

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.01.057

Researching about Teaching Method of Optical Design Course for

Engineering Talents Cultivation

HUANG Youping， CHEN Dongying

（College of Electronics and Information Science， Fujian Jiangxia University， Fuzhou， Fujian 350108）

Abstract With the problem of unsatisfactory teaching situation of "Optical Design" course， the reforming methods of teaching methods have been discussed in this article. In the article， we advocate using Zemax software for teaching. We also introduce the project teaching method into classroom. This way can combine theory with practice better. At the same time， we can stimulate students' studying initiative by associating course with optical design competition. In addition， we can improve students' practical ability by establishing the practice training bases. We can cultivate engineering talents with good optical design ability by reforming. Let the students have the ability to understand， analyze and solve engineering problems in the production and research practice.

Keywords Optical Design； teaching method； project teaching； practice training base

0 引言

隨著光技術(shù)的快速發(fā)展，光學(xué)儀器和光電儀器在科學(xué)實驗、醫(yī)學(xué)研究以及生活中等領(lǐng)域的使用越來越廣泛。光學(xué)系統(tǒng)[1]是儀器中最重要的部件，它直接影響著儀器的光學(xué)性能，因此對光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計要求越來越高，這就使得光學(xué)設(shè)計人員在學(xué)好理論的基礎(chǔ)上還要有較高的設(shè)計水平。

光學(xué)設(shè)計是光電與信息工程、光學(xué)工程專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)課，具有很強的實踐性，旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的工程型人才。[2]該學(xué)科與物理光學(xué)、幾何光學(xué)、工程制圖等這幾門課程有著緊密的聯(lián)系，[3]所以前期學(xué)生應(yīng)具有扎實的光學(xué)基礎(chǔ)知識和良好的工程素質(zhì)，后期要能夠獨立設(shè)計各類光學(xué)系統(tǒng)。從之前的教學(xué)情況來看，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的過程中比較吃力，實際設(shè)計能力也比較差，因此課程教學(xué)改革迫在眉睫。本文將以注重學(xué)生工程素質(zhì)為出發(fā)點，針對教學(xué)過程中存在的問題提出改革方法，加強學(xué)生的綜合能力。

1 教學(xué)過程中存在的問題

第一，光學(xué)設(shè)計課程涉及的概念多、專業(yè)性強且抽象，傳統(tǒng)的“咀嚼-喂養(yǎng)”教學(xué)方式，造成“滿堂灌”，難以被學(xué)生接受。加之學(xué)生在前期的光學(xué)課程中沒打好基礎(chǔ)，導(dǎo)致對課程中的一些理論知識難以掌握和應(yīng)用，特別是像差理論知識尤其薄弱，而像差這部分知識又恰巧是本課程的重中之重。

第二，學(xué)生難以將理論與實踐結(jié)合起來，無法學(xué)以致用。且在設(shè)計過程中，往往忽視與實際工程的聯(lián)系，如設(shè)計中并未考慮生產(chǎn)廠家的加工水準(zhǔn)和裝配工藝，使得設(shè)計出來的系統(tǒng)不具有加工的可行性。

第三，學(xué)?！爸乩碚摚p實踐”的教學(xué)模式難以提高學(xué)生的實際動手能力。而長期以來實踐教學(xué)內(nèi)容一成不變，則難以開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能。

根據(jù)以上教學(xué)所存在的問題，本文對教學(xué)方法做了以下的改革，改革后的教學(xué)效果得到了很大的改善，學(xué)生的工程素質(zhì)和實踐能力有了很大的提升。

2 教學(xué)方法探討

2.1 借助Zemax軟件輔助教學(xué)

實踐離不開理論的指導(dǎo)，為了將抽象復(fù)雜的理論知識直觀化，讓學(xué)生更好地理解，在課堂中借助Zemax軟件[4， 5]進行教學(xué)。如以學(xué)生較為薄弱的像差中畸變?yōu)槔驅(qū)W生闡述畸變的產(chǎn)生原因和影響?；僛6]是由于視場較大或很大時，像的放大率隨視場而異，使像相對于物體失去相似性。

打開Zemax軟件中自帶的100骯憬薔低罰油？可以明顯看到由于視場的增大，像的局部放大倍率不同，導(dǎo)致實際的像高（用“x”表示）與理想像高（正方形網(wǎng)格）不一致，產(chǎn)生了桶形畸變。結(jié)合圖1和圖2來看，可以直觀的發(fā)現(xiàn)，負畸變所形成的像是桶形的。從圖3和圖4可以清楚觀察到，畸變并不影響成像的清晰度，僅引起了變形。

這樣的教學(xué)方法讓學(xué)生一目了然，而且不容易忘記，提高教學(xué)效率。

2.2 項目教學(xué)法

項目教學(xué)法是由4-5學(xué)生組隊完成一個完整的項目。這種教學(xué)方法將以學(xué)生為主體，教師從旁輔導(dǎo)、協(xié)助，改變以往以教師為中心的局面。項目的選取可由教師和同學(xué)共同完成，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需求，結(jié)合企業(yè)和科研項目，選取難度適中的工程項目去模擬。具體的開展流程如圖5：

通過項目教學(xué)法可以把理論與實踐很好地結(jié)合起來，從而提高學(xué)生解決實際工程問題的能力。

2.3 優(yōu)化課程設(shè)計實踐內(nèi)容

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，教學(xué)內(nèi)容也需要與時俱進，我們有必要添加現(xiàn)代光學(xué)前沿知識，讓學(xué)生及時掌握當(dāng)下的科技前沿動態(tài)。結(jié)合當(dāng)代科技前沿，把目前比較的流行的單反相機、手機鏡頭等光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計增加到課程設(shè)計實踐內(nèi)容中，同時把畢業(yè)設(shè)計課題加入其中，讓學(xué)生參與課題的研究，調(diào)動積極性。

2.4 引導(dǎo)學(xué)生參加競賽

在學(xué)院每年舉辦的科技節(jié)中加入光學(xué)設(shè)計競賽項目，組織學(xué)生參賽，根據(jù)每組設(shè)計的指標(biāo)、結(jié)果以及創(chuàng)新性進行評比，并給予一定的獎勵。通過競賽的方法能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.5 建立校外實踐基地

為了加強學(xué)生的實踐能力，實現(xiàn)與企業(yè)的無縫對接，提倡校企合作教學(xué)，建立校外實踐基地，具體措施有：

（1）邀請企業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員到我校開設(shè)講座，為學(xué)生傳遞企業(yè)需求、提供技術(shù)上的指導(dǎo)。

（2）教師與企業(yè)建立合作項目的同時讓學(xué)生積極參與項目的研發(fā)，指定部分內(nèi)容讓學(xué)生協(xié)助完成項目，培養(yǎng)他們在生產(chǎn)及科研實踐中理解、分析及解決工程問題的能力。

（3）由于學(xué)校的設(shè)備有限，有些知識的獲取還是需要到企業(yè)去實踐的，如鏡片的加工方法和系統(tǒng)的裝調(diào)、測試等都需要借助企業(yè)的設(shè)備才能完成，為此組織學(xué)生到企業(yè)進行實習(xí)。同時將學(xué)生的畢業(yè)論文設(shè)計與此次實習(xí)掛鉤，讓學(xué)生在實習(xí)的同時能夠完成畢業(yè)論文設(shè)計，還可以在畢業(yè)后輕松與企業(yè)對接。

3 結(jié)束語

光學(xué)設(shè)計課程在光電與信息工程專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，是學(xué)生從事光學(xué)相關(guān)行業(yè)必須掌握的硬技術(shù)。文中就目前教學(xué)所存在的問題進行分析研究，對其教學(xué)方法做了一系列改革，重點在于：借助軟件教學(xué)演示法、引入項目教學(xué)法、優(yōu)化實踐內(nèi)容、鼓勵學(xué)生參加光學(xué)設(shè)計競賽、注重校企合作的聯(lián)合培養(yǎng)模式，讓學(xué)生學(xué)好光學(xué)設(shè)計課程，掌握扎實的設(shè)計基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分析和解決實際工程問題的綜合能力，成為具備真才實學(xué)的工程型人才。

基金項目：福建省中青年教師教育科研項目JAT170618

參考文獻

[1] 劉鈞，高明.光學(xué)設(shè)計[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006：1-3.

[2] 李曉艷，王樂，石巖.注重素質(zhì)和實踐能力的現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)方法研究[J].科技信息，2011（2）：113-113.

[3] 牛春暉.《光學(xué)設(shè)計》課程教學(xué)改革的探索與實踐[J]. 青年與社會·中外教育研究，2011（1）：15-16.

[4] 武旭華，陳宇.ZEMAX軟件在光學(xué)理論教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報，2016.38（5）：134-136.

[5] 蘇倩倩.《工程光學(xué)》課程中像差理論的教學(xué)探討[J].教育教學(xué)論壇，2015（19）：74-75.

[6] 李曉彤，岑兆豐.幾何光學(xué)·像差·光學(xué)設(shè)計（第二版）[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2007：115-116.