“光學工程與系統設計”課程教學改革的實踐與探索

張薇+李湘寧

摘 要：該文針對“光學工程與系統設計”課程存在學時少、相應配套課程不夠完善、學生基礎知識水平不均衡等問題，從教學內容、教學方法、實踐環節等多方面進行探索，通過合理安排規劃授課內容;利用分析、解決實際工程問題將理論和實踐相結合;引入本領域最新研究內容;采用啟發式、討論式教學方法等方式，提高了學生學習的主動性，使教學達到最佳的效果，最終實現了本課程提高學生現代光學系統設計能力，培養學生解決工程問題能力的目的。

關鍵詞：工程光學 ?光學工程與系統設計 ?教學方法 ?教學改革

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0142-02

隨著光學技術的發展，對光學儀器和光電儀器設計的要求也越來越高，這就要求設計者具備扎實的理論基礎、較高的設計技巧和現代光學系統設計計算能力。目前，社會上對光學設計的專業人才有著越發迫切的需求，為此，高校肩負著培養具有良好光學設計能力的工程型人才的重任。

為了幫助學生鞏固應用光學專業基礎知識，掌握評價光學系統的基本方法，提高學生對光學系統的應用能力和設計能力，該校在光學工程學科研究生教學中開設了“光學工程與系統設計”課程。該課程在本科工程光學的基礎上，系統、全面地講解光學工程的理論、應用和系統設計方法，幫助學生提高在工程應用中解決實際問題的能力。

“光學工程與系統設計”課程針對光學工程學科研究生開設，要求學生具有一定的光學工程基礎知識，教學目標是培養光學工程的高級應用人才。授課內容除注重于基本概念的講解和基本原理的分析外，擬通過大量豐富的光學系統應用實例，培養和提高學生發現和解決工程問題的能力。

因此，該門課程在較短的課時內，既要有對專業基礎知識的深入理解，又要結合工程生產實踐，以解決實際設計問題為目的，使學生在系統、全面地掌握光學設計理論和設計方法基礎上，能夠獨立完成大多數典型光學部件和系統的設計工作。因此，要達到較好的授課效果，對授課教師提出了較高的要求。

在“光學工程與系統設計”的授課中，如何將理論與實際相結合，充分調動學生學習興趣，使學生逐步適應從習慣于科學理論、理想假定的學習者到光學工程專業技術人員的轉變，培養和提高學生發現和解決工程問題的能力，是重點考慮的問題。該文將對教學中遇到的問題及經驗進行做出總結。

1 “光學工程與系統設計”教學中面臨的主要問題

在該課程的教學過程中，主要存在的問題有以下幾點。

1.1 學時少，相應配套課程不完善，學生基礎知識水平不均衡

“光學工程與系統設計”課程涵蓋光學成像理論、典型現代光學系統的結構原理和光學特性、光學系統設計方法等等方面，涉及知識內容非常廣泛。在有限的學時內，要完成所有的教學內容，達到使學生系統、全面地掌握光學設計理論和方法，提高學生現代光學系統設計能力，培養學生工程素質的目的，對學生的基礎知識、綜合能力的要求都較高。而在實際教學中，由于學生可能來自于不同的本科專業，在光學工程類基礎課程方面的知識水平表現出很不均衡，相應的配套課程也不夠完善。因此，如何在本課程的教學中，如何緩這些矛盾，彌補這些缺陷，達到好的授課效果，對教師提出了很大挑戰。

1.2 學生工程意識淡薄，動手能力差，不能將理論與實際相結合

學生對工程設計的特點仍舊缺乏認識，對工程問題較為生疏，工程意識非常淡薄，因此造成了動手能力差，不能將所學的理論知識與實際應用有機結合的問題。而本課程正是以培養具有良好光學設計能力的工程型人才為目標，因此，如何理論結合實際，在對實際問題的分析與討論中，培養學生學習與發展的能力和創造性解決工程問題的能力，是重點要解決的一個問題。

1.3 學生的學習積極性問題

教育學認為：興趣是學習最好的老師。學生對所學習的課程產生了興趣，才能更加認真、更加投入地汲取課程的知識，更好地發揮思維和智力的潛能，做出創造和發明。正是由于本課程涉及內容廣泛，學生基礎知識水平不均衡，如果不能夠采取合理措施，將理論與實踐相結合，充分調動起學生學習的主動性，就更容易造成部分學生對課程喪失興趣，消極學習。因此，作為專業課程老師，怎樣培養學生的學習興趣，不使學生感覺學習過程無聊、無用而索然無味，是授課教師必須認真思考的問題。

2 教學改革實踐與探索

針對以上問題，我們在教學過程中，從教學體系、教材、課件、教學方法等多方面進行改革探索，以完善教學內容、創新教學方法為出發點，從提高學生興趣，加強師生互動，講解深入淺出，理論結合實際，融入科研內容等多方面著手，改善教學效果，取得了較好的成效。主要采用了以下手段后。

2.1 精心規劃授課內容，注意銜接，有的放矢

該課程許多內容涉及到幾何光學、物理光學、激光原理等基礎課程知識，希望學生能夠具有一定的相關基礎，在授課時才能產生較好的效果。然而，如前所述，在教學中存在學生基礎知識水平不均衡，配套課程不夠完善的問題。為解決這一矛盾，在授課體系與授課內容方面，進行了精心的規劃，力求合理。

首先，在授課內容方面，重視教材內容的科學組織，在內容的編排上注意知識本身的內在規律性、系統性及相互聯系，增強課程各個部分之間的邏輯性，有的放矢，從而節省學時，解決課程容量大與學時有限的矛盾。其次，在講授必要內容的基礎上，注意與前期課程的銜接，但并不完全依賴于前期課程知識的掌握，而是注重啟發、引導學生自主的復習、掌握、擴展原有知識，例如通過布置思考題目、提供參考文獻、課上討論等方式，幫助和鼓勵學生通過主動學習，來解決基礎知識水平不均衡的問題。同時，在授課中并不簡單的按照教材施教，而是及時結合科研項目，充分利用與課程有關的最新研究成果，補充本領域的前沿技術。endprint

通過合理的規劃授課內容，并在授課過程中，注意銜接，有的放矢，激勵學生課下主動學習的方式，提高了教學質量。

2.2 理論結合實際，重在能力培養

本課程除了具有知識的系統性、理論性強的特點外，更重要的特點是應用性強。在工程設計中，需要靈活地運用學過的理論知識，用理論指導實踐，才能使設計朝著成功的方向前進。當設計過程出現問題時，怎樣利用理論知識和實踐經驗，來有效地進行修正，最終得到滿足使用要求的系統設計，這種解決工程問題的能力的提高，是本課程最核心要解決的問題。

為此，我們在基礎理論講授后，通過拋出一個或幾個實際工程設計問題，引導學生進行深入思考與討論，完成自主設計。例如在學習了像差理論及典型顯微光學系統后，要求學生設計一款高倍率顯微系統，針對該系統設計過程中發生的各種問題，包括怎樣從低倍率系統逐步過渡到高倍率系統，怎樣實現復消色差，以及工程實際中如何實現系統裝調等等問題，一一進行討論和分析，通過引導學生發現問題，鼓勵學生自主分析解決問題，提高學生的實踐能力。

這樣的理論與實際相結合的過程，深受學生好評，學生們一致認為，通過這樣的練習，不但加深了對理論知識的理解，更大大提高了他們發現和解決工程問題的能力。

2.3 創新授課方法，刺激學生主動學習

由于授課內容的更新以及理論與實際相結合的要求，教師在授課方法上也必須進行相應的創新，才能夠達到預期的效果。學生是課堂教學的主體，只有激發學生求知的動力，課堂教學才有可能成功。除了傳統的講授方式外，在本課程的授課過程中，更加注重啟發式教學和討論式教學。啟發式教學方法，是指通過具有啟發式的提問，激勵學生學習的興趣，從而培養學生的創造性思維能力。討論式教學方法，是指通過討論問題，積極引導學生進行獨立思考，培養學生的自主學習能力。

在具體做法上，除了采用布置思考題目，推薦參考文獻的方式外，還通過將學生分為合作小組，針對某一任務進行組內合作，然后組織各小組就各自研究成果在全班進行交流，鼓勵學生之間就技術問題進行討論、質疑與辯論，加深理解。

通過啟發式與討論式教學方法的引入，增強了師生互動，提高了學生的學習興趣，刺激學生主動學習的欲望。

3 結語

在“光學工程與系統設計”的教學中，針對存在的問題，從規劃授課內容、理論結合實際以及創新授課方法等等方面進行了教學改革的實踐與探索。通過合理地規劃授課內容，理論與實際相結合，以及引入啟發式和討論式的教學方法，注重對學生發現和解決工程問題的能力的培養，刺激學生學習的主動性與積極性，提高了教學質量，收到了良好的效果。

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