張繼艷

摘 要：《光學(xué)設(shè)計(jì)CAD》是應(yīng)用光學(xué)系列課程不可缺少的實(shí)踐環(huán)節(jié)，是提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要課程，該文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、教材編寫、教學(xué)成效反饋等方面，提出了一系列的改革措施，經(jīng)實(shí)踐證明，課程的教學(xué)改革取得了一定的成效。

關(guān)鍵詞：光學(xué)設(shè)計(jì) 教學(xué)改革 實(shí)踐教學(xué) 翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號(hào)：G643.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（a）-0183-02

如何應(yīng)對(duì)快速發(fā)展的光電信息產(chǎn)業(yè)，更好地培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才，是光電信息科學(xué)技術(shù)專業(yè)的工作重點(diǎn)，而具有光電特色的應(yīng)用性課程的學(xué)習(xí)則是提高學(xué)生創(chuàng)新能力的最好途徑之一，光學(xué)設(shè)計(jì)CAD正是一門具有很強(qiáng)應(yīng)用性的實(shí)踐類課程。

光學(xué)設(shè)計(jì)CAD是光電信息科學(xué)技術(shù)專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)選修課，是光學(xué)系列課程中不可缺少的實(shí)踐環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)大學(xué)生工程素質(zhì)與創(chuàng)新意識(shí)中發(fā)揮著重要的作用，同時(shí)這門課也是光電信息專業(yè)的特色課程。結(jié)合地方企業(yè)需求，開設(shè)具有光電特色的光學(xué)設(shè)計(jì)CAD實(shí)踐課程，這對(duì)于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有十分重要的意義。同時(shí)，對(duì)于推動(dòng)其他高校相關(guān)專業(yè)和實(shí)踐教學(xué)課程體系的改革與創(chuàng)新也具有積極的促進(jìn)作用。

1 改革教學(xué)內(nèi)容

像差理論是《光學(xué)設(shè)計(jì)CAD》重要的基礎(chǔ)知識(shí)[1]，貫穿整個(gè)課程的始終，像差部分的理論內(nèi)容中數(shù)學(xué)內(nèi)容繁多，大量像差公式的推導(dǎo)和光路圖繪制，難免會(huì)讓學(xué)生感到枯燥，同時(shí)專業(yè)術(shù)語的晦澀，其中公式定理的聯(lián)系和區(qū)別往往讓學(xué)生無所適從。為了方便學(xué)生記憶與理解，在像差部分學(xué)習(xí)中引入動(dòng)態(tài)多媒體教學(xué)[2]，尤其光路的繪制的內(nèi)容統(tǒng)一使用CAI課件，動(dòng)態(tài)光線可以詳細(xì)的描繪像差產(chǎn)生的機(jī)理及像差的消除和控制等內(nèi)容。

廈門理工學(xué)院的光學(xué)設(shè)計(jì)CAD課程分為理論課程和上機(jī)實(shí)驗(yàn)課程兩部分，共計(jì)3個(gè)學(xué)分，其中理論課占2個(gè)學(xué)分，實(shí)驗(yàn)課占1個(gè)學(xué)分。隨著素質(zhì)教育的不斷推近，筆者認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)課程的得要性，著力塑造具有特色的光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)課程主要強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)新思維，在平時(shí)的理論課程中會(huì)穿插實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，比如理論教學(xué)中介紹照相機(jī)光圈的知識(shí)，就直接引入Zemax軟件，打開一個(gè)設(shè)計(jì)好的照相物鏡程序，通過調(diào)整入瞳的大小觀察成像的情況。使學(xué)生能夠直觀地掌握光圈與相機(jī)分辨率之間的關(guān)系。在分析判斷像差的環(huán)節(jié)，借助簡(jiǎn)單的單透鏡與雙膠合透鏡的光學(xué)系統(tǒng)作為例子，學(xué)生即可以對(duì)像差有更深刻的理解，同時(shí)也在學(xué)習(xí)過程中逐漸熟悉了軟件。實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的設(shè)置貼近生活實(shí)踐，簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)題目有單透鏡的設(shè)計(jì)，雙膠合透鏡的設(shè)計(jì)，多重配置的激光擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)題目由淺入深逐步過渡到自主選題的三片式照相物鏡、手機(jī)照相物鏡、顯微物鏡等設(shè)計(jì)。學(xué)生通過對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的操作可以更深刻的理解理論學(xué)習(xí)中的相關(guān)概念。實(shí)驗(yàn)課程的最后增加了公差設(shè)計(jì)的內(nèi)容，讓學(xué)生了解整個(gè)工程設(shè)計(jì)的完整過程，使整個(gè)學(xué)習(xí)過程更貼近工程實(shí)踐。

在教學(xué)中穿插1～2節(jié)課的前沿性的技術(shù)報(bào)告或是講座，聘請(qǐng)合作企業(yè)的工程師或是大學(xué)研究所的科研人員作一到兩場(chǎng)報(bào)告，使學(xué)生了解行業(yè)內(nèi)的最新發(fā)展?fàn)顩r，了解最新的技術(shù)工藝，學(xué)生通過學(xué)術(shù)報(bào)告對(duì)課程的興趣也日漸增加。

2 改革教學(xué)方式

打破教師一言堂的教學(xué)模式，提高學(xué)生的參與度。引入翻轉(zhuǎn)課堂的新的授課形式，課堂突出學(xué)生的主體意識(shí)，在一些教學(xué)內(nèi)容上，嘗試讓學(xué)生上臺(tái)講解，老師在一邊聽，并不斷拋出問題，誘導(dǎo)學(xué)生不斷的思考與探究。比如，用PW法求解雙膠合透鏡的結(jié)構(gòu)，請(qǐng)同學(xué)在課后預(yù)習(xí)，課上分組討論，并派每組的代表上臺(tái)講解。通過多樣的形式，學(xué)生的參與度得到提高，提高了其主體意識(shí)，也增加了其學(xué)習(xí)的興趣。

實(shí)驗(yàn)課的考核采用自主選題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，從企業(yè)需求和教師科研等渠道尋找設(shè)計(jì)題目，設(shè)計(jì)題目的難易度選擇適中，即要使學(xué)生得到訓(xùn)練，又要使學(xué)生通過一定的努力才能設(shè)計(jì)成功。其次是要求學(xué)生組成課題組，采用簽訂項(xiàng)目合同書的形式[3]，教師同課題組要簽訂一個(gè)完全按照科研項(xiàng)目開發(fā)合同擬定的任務(wù)書，任務(wù)書中有項(xiàng)目設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容，并有各階段各項(xiàng)任務(wù)完成的時(shí)間點(diǎn)，設(shè)計(jì)完成進(jìn)入答辯環(huán)節(jié)，每組派代表上臺(tái)答辯，學(xué)生答辯環(huán)節(jié)，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法發(fā)揮了極大的作用，學(xué)生在答辯的過程中可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題，并進(jìn)行分析總結(jié)，如果沒有完成任務(wù)書要求，就要繼續(xù)設(shè)計(jì)直到答辯通過。

3 建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。

為了向?qū)W生提供形式多樣的學(xué)習(xí)環(huán)境[4]，特別開發(fā)了光學(xué)設(shè)計(jì)CAD課程的網(wǎng)絡(luò)課堂，網(wǎng)絡(luò)課堂上有教師的授課視頻，授課的課件，教案，相應(yīng)的參考資料。網(wǎng)絡(luò)課堂可以讓學(xué)生在課后預(yù)習(xí)、自習(xí)、提交作業(yè)、了解課外知識(shí)，并可以和教師進(jìn)行網(wǎng)上交流、輔導(dǎo)答疑，網(wǎng)絡(luò)課堂提高了學(xué)生的主動(dòng)性和自覺性，也為輔助教學(xué)提供了極大地幫助。自開通以來受到了學(xué)生的極大歡迎，收到很好的成效。

4 教材編寫

目前，市面上一直缺少針對(duì)本科生教學(xué)使用的《光學(xué)設(shè)計(jì)CAD》教材，尤其是《光學(xué)設(shè)計(jì)CAD》實(shí)踐內(nèi)容相結(jié)合的配套教材，目前出版的相關(guān)教材不是難度太大，不適合本科生使用，就是內(nèi)容繁多，應(yīng)用性不強(qiáng)，而相關(guān)的軟件如Zemax的學(xué)習(xí)資料更是少之又少，如果要使用中英文的Zemax說明書來輔助教學(xué)，明顯內(nèi)容太過繁多，大部分內(nèi)容不適用。因此教師根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，編寫了適用于本科生使用的教材，教材內(nèi)容貼近實(shí)踐，包括光學(xué)設(shè)計(jì)的基本概念，軟件的基本操作與簡(jiǎn)單的分析工具，并有軟件設(shè)計(jì)的實(shí)例與詳細(xì)的操作步驟。目前，市場(chǎng)上對(duì)熟練操作光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的人才需求日益增加，學(xué)生如果在學(xué)校就可以熟練操作軟件，在未來的人才市場(chǎng)上會(huì)更具有競(jìng)爭(zhēng)力。

5 與課程相結(jié)合的競(jìng)賽與項(xiàng)目

教學(xué)的目的是學(xué)以致用，教學(xué)相長(zhǎng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)了相關(guān)的知識(shí)后，可以鼓勵(lì)學(xué)生積極的參與該課程相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽與創(chuàng)新項(xiàng)目。該校光電信息專業(yè)學(xué)生參加了第五屆全國(guó)大學(xué)生光電設(shè)計(jì)大賽，其中兩組學(xué)生選擇了最佳單透鏡構(gòu)建的題目，這個(gè)題目中景深擴(kuò)展、像差設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與照明設(shè)計(jì)等內(nèi)容剛好是光學(xué)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。學(xué)生通過參與競(jìng)賽，提高了動(dòng)手操作能力，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。最終我校的學(xué)生取得了省級(jí)二等獎(jiǎng)、國(guó)家級(jí)二等獎(jiǎng)的好成績(jī)。光電信息專業(yè)同學(xué)參于了多項(xiàng)省級(jí)、校極大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的申報(bào)，所申報(bào)的題目中也有和光學(xué)設(shè)計(jì)相關(guān)的題目。學(xué)生積極主動(dòng)的尋找題目，聯(lián)系導(dǎo)師，購買相應(yīng)的原材料與器件，突出了學(xué)生的主體意識(shí)，無形中更近一步提高他們的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

6 教學(xué)成效反饋和評(píng)估

教學(xué)實(shí)踐的最終成效，要綜合考慮教師、學(xué)生、用人單位等多方面的需求，并建立較完善的教學(xué)成效反饋和評(píng)估方法。該校有校級(jí)督導(dǎo)及學(xué)生評(píng)教的活動(dòng)，該課程無論在校級(jí)督導(dǎo)還是學(xué)生評(píng)教活動(dòng)中均獲得了一致的好評(píng)。同時(shí)，該校光電信息專業(yè)近幾年與多家企業(yè)合作，如廈門晶宇光電有限公司，廈門華聯(lián)電子、廈門勵(lì)德光電有限公司、廈門光莆電子、廈門麥克奧迪有限公司、廈門朗星照明等，簽訂共建實(shí)踐教學(xué)基地協(xié)議，為光電信息專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐實(shí)習(xí)提供了條件，該校主動(dòng)和企業(yè)座談，請(qǐng)企業(yè)來評(píng)估光學(xué)設(shè)計(jì)CAD課程，依據(jù)企業(yè)的需求提出課程的改革目標(biāo)。建立企業(yè)雇主與校友的訪談機(jī)制，通過調(diào)查問題卷進(jìn)一步了解從事光學(xué)設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)的校友對(duì)于課程建設(shè)上的意見與建議，并不斷地完善教學(xué)機(jī)制，從而提高適應(yīng)社會(huì)需求的能力。

7 結(jié)語

在經(jīng)過了以上的教學(xué)改革后，光學(xué)設(shè)計(jì)CAD課程已取得了初步的成效，但在某些環(huán)節(jié)上的改革還需進(jìn)一步深入，同時(shí)在課堂的授課方式上，擬增加企業(yè)參觀實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠親身了解企業(yè)工程師對(duì)于光學(xué)設(shè)計(jì)知識(shí)的運(yùn)用與操作。實(shí)踐環(huán)節(jié)貫穿的素質(zhì)教育，必將為學(xué)生的職業(yè)選擇上助力，提高學(xué)生在未來人才市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉鈞，高明.光學(xué)設(shè)計(jì)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

[2] 牟達(dá)，羅春華，李艷紅.光學(xué)設(shè)計(jì)及CAD“課程多媒體教學(xué)實(shí)踐與研究”[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，7（11）：226-227.

[3] 岑兆豐，李曉彤，劉向東.引入科研模式的光學(xué)系統(tǒng)CAD課程[J].光學(xué)技術(shù)，2007，33（11）：272-274.

[4] 李玉紅.光學(xué)課程教學(xué)改革實(shí)踐與成果[J].高等理科教育，2006（2）：97-99.