《應用光學》課程中仿真軟件的應用及其對畢業設計的指導應用光學》課程中仿真軟件的應用及其對畢業設計的指導

趙超櫻+++馬可昭+++周浙科+++勞春寧+++鐘緣

【摘要】本科畢業設計是每個學生都必須要完成的綜合性實踐教學環節，分析本校光信息科學與技術專業畢業設計中存在的問題，在課程設計中采用網絡平臺討論和多種仿真軟件交互使用的方法，為后續開展本科畢業設計給出指導意見。

【關鍵詞】畢業設計 《應用光學》仿真軟件 教學網絡平臺

【基金項目】感謝杭州電子科技大學2014年教學模式改革試點課程“應用光學”項目（GK160103209249）支持。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）32-0226-01

1.畢業設計選題存在的問題

一般而言，畢業設計課題的選取分為兩類：一類是跟教師研究課題相關的，還有一類是跟教師教學內容相關的。對于前者，我們學院的教師絕大部分是理論物理專業出身，很多理論課題非常深奧，跟學生所學的知識是非常脫節的。學生無法理解其中的物理原理和物理機制。這類選題對于接下來還會繼續從事科學研究的學生來講是很有幫助的。但是對于基礎很差的學生，通常教師都是將已有的程序發給學生，在此基礎上，做參數的調整，看物理圖像的演變。做實驗的老師也是直接將現有的實驗步驟告訴學生，學生只要重復操作就可以了。學生思考很少。對于后者，學生前面剛學習完，對知識的理解都是片段化的，還沒有完全消化吸收，還不能獨立解決一個理論問題。

2.因材施教

有個別學生動手能力非常強，會積極思考，卻不愿做理論計算。有些學生解題思路清晰，動手能力一般。因此，需要因材施教。對于研究性課題，應該安排研究生跟理論基礎好的本科生一起實施。這樣本科生在接觸最新的研究課題時，能了解一些新的現代技術的最新進展，并產生相應的研究熱情，這大大帶動了學生學習的積極性。對于教學性課題，應該讓動手能力強的學生學習最新的仿真軟件，譬如用Zemax軟件模擬光線追跡過程，用Tracepro軟件和matlab軟件模擬光度學的知識。這樣畢業設計的題目可以結合實際生活，編程的部分可以放手讓學生自己做。在軟件中搭建簡易的光學系統，并在此基礎上，運用已有的知識進行數值仿真，并對已有的結果提出自己的優化設計方案。可以在平時教學過程和畢業設計中，讓學生充分的發揮實踐動手能力。譬如：簡易的仿真人眼模型、學生從實際的人眼結構出發，模擬近視眼、遠視眼和散光眼的形成以及透鏡矯正過程。譬如：雙膠合透鏡，學生通過比較單透鏡和雙膠合透鏡之間的關系，了解雙膠合透鏡減小像差的原理，已經通過改變雙膠合透鏡的形狀、材質等因素，獲得最佳的雙膠合透鏡組。譬如折反射望遠鏡物鏡的設計。了解折反射球面系統的原理。校正透鏡組，可以達到最小的像差。這些題目極大的帶動了學生的學習積極性。成績不是很好的學生，也能自己組隊獨立完成一個小的課程設計，并在課堂上講解和演示，極大的增強他們的自信。這在其他課程中是沒有的。也極大的激發了學生想做一名光學工程師的熱情。整個課程設計的結果放到學校的elearing網絡平臺上，學生相互提問。

3.對畢業設計論文的指導

結合實際，給出畢業設計的題目譬如：單透鏡以及雙透鏡光學系統的光學像差理論分析等等。這些題目是在原先課程設計的基礎上，增加了幾何光學的光學傳輸理論分析在里面的，既有本人的研究課題內容，又包含了教學內容。學生能數值仿真和matlab編程，同時得到像差理論的分析，前者是點陣圖和像差曲線分布圖，后者是衍射積分的三維仿真圖。前后比較，可以直觀的得到通過透鏡后物面和像面的光強分布。對于學生了解幾何光線傳輸理論和矩陣光學都有一定的指導意義。為學生后續光學工程專業的研究生的學習也有一定幫助。譬如，學校停車場路燈的布局，學生可以軟件設計整個布置，然后按照這個布局來實際搭建LED燈的布局，最后檢驗數值仿真的結果，出現偏差再繼續調試。直到符合要求為止。為學生后續成為光學工程師的工作也有一定的幫助。應用光學是一門實用性很強的課程，對后續課程的學習是一個很好的鋪墊。國內光學工程師又很短缺，需要通過課程設計和畢業設計讓本科生了解光學設計的的基本過程。從中找到激發點。單純的講課并不能把這個過程完整的呈現。這是一個循序漸進的過程。需要學生對光學知識要有一個很好的了解，激發他從事科學研究的熱情。

參考文獻：

[1]毛海丹，趙葉華，周海華，陳江星.淺談大學本科生科研能力的培養。成功教育，2011，9：2-2

[2]陳林飛，葛凡，吳玲.大學生科研能力培養的若干方法研究。課程教育研究，2016，1：204

[3]趙超櫻.淺析基于研討的《應用光學》對本科生綜合素質的影響。課程教育研究，2016，1：229endprint