黃幼萍　陳冬英

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

關(guān)鍵詞 光學(xué)設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 項(xiàng)目教學(xué) 實(shí)踐基地

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shí)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)研究以及生活中等領(lǐng)域的使用越來(lái)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(duì)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，這就使得光學(xué)設(shè)計(jì)人員在學(xué)好理論的基礎(chǔ)上還要有較高的設(shè)計(jì)水平。

光學(xué)設(shè)計(jì)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(qiáng)的實(shí)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(shí)的光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和良好的工程素質(zhì)，后期要能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)各類光學(xué)系統(tǒng)。從之前的教學(xué)情況來(lái)看，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的過(guò)程中比較吃力，實(shí)際設(shè)計(jì)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(diǎn)，針對(duì)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題提出改革方法，加強(qiáng)學(xué)生的綜合能力。

1 教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

第一，光學(xué)設(shè)計(jì)課程涉及的概念多、專業(yè)性強(qiáng)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(méi)打好基礎(chǔ)，導(dǎo)致對(duì)課程中的一些理論知識(shí)難以掌握和應(yīng)用，特別是像差理論知識(shí)尤其薄弱，而像差這部分知識(shí)又恰巧是本課程的重中之重。

第二，學(xué)生難以將理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，無(wú)法學(xué)以致用。且在設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往忽視與實(shí)際工程的聯(lián)系，如設(shè)計(jì)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(jì)出來(lái)的系統(tǒng)不具有加工的可行性。

第三，學(xué)?！爸乩碚摚p實(shí)踐”的教學(xué)模式難以提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。而長(zhǎng)期以來(lái)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容一成不變，則難以開(kāi)發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能。

根據(jù)以上教學(xué)所存在的問(wèn)題，本文對(duì)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(shí)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(shí)踐離不開(kāi)理論的指導(dǎo)，為了將抽象復(fù)雜的理論知識(shí)直觀化，讓學(xué)生更好地理解，在課堂中借助Zemax軟件[4， 5]進(jìn)行教學(xué)。如以學(xué)生較為薄弱的像差中畸變?yōu)槔?，向?qū)W生闡述畸變的產(chǎn)生原因和影響。畸變[6]是由于視場(chǎng)較大或很大時(shí)，像的放大率隨視場(chǎng)而異，使像相對(duì)于物體失去相似性。

打開(kāi)Zemax軟件中自帶的100骯憬薔低罰油？可以明顯看到由于視場(chǎng)的增大，像的局部放大倍率不同，導(dǎo)致實(shí)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(lái)看，可以直觀的發(fā)現(xiàn)，負(fù)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(xiàng)目教學(xué)法

項(xiàng)目教學(xué)法是由4-5學(xué)生組隊(duì)完成一個(gè)完整的項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目，選取難度適中的工程項(xiàng)目去模擬。具體的開(kāi)展流程如圖5：

通過(guò)項(xiàng)目教學(xué)法可以把理論與實(shí)踐很好地結(jié)合起來(lái)，從而提高學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

2.3 優(yōu)化課程設(shè)計(jì)實(shí)踐內(nèi)容

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，教學(xué)內(nèi)容也需要與時(shí)俱進(jìn)，我們有必要添加現(xiàn)代光學(xué)前沿知識(shí)，讓學(xué)生及時(shí)掌握當(dāng)下的科技前沿動(dòng)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(jī)、手機(jī)鏡頭等光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)增加到課程設(shè)計(jì)實(shí)踐內(nèi)容中，同時(shí)把畢業(yè)設(shè)計(jì)課題加入其中，讓學(xué)生參與課題的研究，調(diào)動(dòng)積極性。

2.4 引導(dǎo)學(xué)生參加競(jìng)賽

在學(xué)院每年舉辦的科技節(jié)中加入光學(xué)設(shè)計(jì)競(jìng)賽項(xiàng)目，組織學(xué)生參賽，根據(jù)每組設(shè)計(jì)的指標(biāo)、結(jié)果以及創(chuàng)新性進(jìn)行評(píng)比，并給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)。通過(guò)競(jìng)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(shí)踐基地

為了加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)的無(wú)縫對(duì)接，提倡校企合作教學(xué)，建立校外實(shí)踐基地，具體措施有：

（1）邀請(qǐng)企業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員到我校開(kāi)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(xiàng)目的同時(shí)讓學(xué)生積極參與項(xiàng)目的研發(fā)，指定部分內(nèi)容讓學(xué)生協(xié)助完成項(xiàng)目，培養(yǎng)他們?cè)谏a(chǎn)及科研實(shí)踐中理解、分析及解決工程問(wèn)題的能力。

（3）由于學(xué)校的設(shè)備有限，有些知識(shí)的獲取還是需要到企業(yè)去實(shí)踐的，如鏡片的加工方法和系統(tǒng)的裝調(diào)、測(cè)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(jìn)行實(shí)習(xí)。同時(shí)將學(xué)生的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)與此次實(shí)習(xí)掛鉤，讓學(xué)生在實(shí)習(xí)的同時(shí)能夠完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，還可以在畢業(yè)后輕松與企業(yè)對(duì)接。

3 結(jié)束語(yǔ)

光學(xué)設(shè)計(jì)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(wèn)題進(jìn)行分析研究，對(duì)其教學(xué)方法做了一系列改革，重點(diǎn)在于：借助軟件教學(xué)演示法、引入項(xiàng)目教學(xué)法、優(yōu)化實(shí)踐內(nèi)容、鼓勵(lì)學(xué)生參加光學(xué)設(shè)計(jì)競(jìng)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(jì)課程，掌握扎實(shí)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的綜合能力，成為具備真才實(shí)學(xué)的工程型人才。

基金項(xiàng)目：福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目JAT170618

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