工程型人才培養的光學設計課程教學方法研究

黃幼萍　陳冬英

摘 要 本文針對光學設計課程目前教學情況不理想的現狀，對教學方法的改革進行探討。文中提倡運用Zemax軟件輔助教學，課堂中引入項目教學法，很好地將理論與實踐相結合。同時將課程與光學設計競賽聯系起來，激發學生的學習積極性，并建立校外實踐基地，強化學生的實踐能力。通過改革培養具備良好光學設計技巧的工程型人才，讓學生具有在生產及科研實踐中理解、分析及解決工程問題的能力。

關鍵詞 光學設計 教學方法 項目教學 實踐基地

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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

隨著光技術的快速發展，光學儀器和光電儀器在科學實驗、醫學研究以及生活中等領域的使用越來越廣泛。光學系統[1]是儀器中最重要的部件，它直接影響著儀器的光學性能，因此對光學系統的設計要求越來越高，這就使得光學設計人員在學好理論的基礎上還要有較高的設計水平。

光學設計是光電與信息工程、光學工程專業學生必修的專業課，具有很強的實踐性，旨在培養具有創新能力的工程型人才。[2]該學科與物理光學、幾何光學、工程制圖等這幾門課程有著緊密的聯系，[3]所以前期學生應具有扎實的光學基礎知識和良好的工程素質，后期要能夠獨立設計各類光學系統。從之前的教學情況來看，學生在學習理論的過程中比較吃力，實際設計能力也比較差，因此課程教學改革迫在眉睫。本文將以注重學生工程素質為出發點，針對教學過程中存在的問題提出改革方法，加強學生的綜合能力。

1 教學過程中存在的問題

第一，光學設計課程涉及的概念多、專業性強且抽象，傳統的“咀嚼-喂養”教學方式，造成“滿堂灌”，難以被學生接受。加之學生在前期的光學課程中沒打好基礎，導致對課程中的一些理論知識難以掌握和應用，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，學生難以將理論與實踐結合起來，無法學以致用。且在設計過程中，往往忽視與實際工程的聯系，如設計中并未考慮生產廠家的加工水準和裝配工藝，使得設計出來的系統不具有加工的可行性。

第三，學校“重理論，輕實踐”的教學模式難以提高學生的實際動手能力。而長期以來實踐教學內容一成不變，則難以開發學生創新潛能。

根據以上教學所存在的問題，本文對教學方法做了以下的改革，改革后的教學效果得到了很大的改善，學生的工程素質和實踐能力有了很大的提升。

2 教學方法探討

2.1 借助Zemax軟件輔助教學

實踐離不開理論的指導，為了將抽象復雜的理論知識直觀化，讓學生更好地理解，在課堂中借助Zemax軟件[4， 5]進行教學。如以學生較為薄弱的像差中畸變為例，向學生闡述畸變的產生原因和影響。畸變[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，導致實際的像高（用“x”表示）與理想像高（正方形網格）不一致，產生了桶形畸變。結合圖1和圖2來看，可以直觀的發現，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。

這樣的教學方法讓學生一目了然，而且不容易忘記，提高教學效率。

2.2 項目教學法

項目教學法是由4-5學生組隊完成一個完整的項目。這種教學方法將以學生為主體，教師從旁輔導、協助，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共同完成，根據教學內容的需求，結合企業和科研項目，選取難度適中的工程項目去模擬。具體的開展流程如圖5：

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

2.3 優化課程設計實踐內容

隨著科學技術的進步，教學內容也需要與時俱進，我們有必要添加現代光學前沿知識，讓學生及時掌握當下的科技前沿動態。結合當代科技前沿，把目前比較的流行的單反相機、手機鏡頭等光學系統的設計增加到課程設計實踐內容中，同時把畢業設計課題加入其中，讓學生參與課題的研究，調動積極性。

2.4 引導學生參加競賽

在學院每年舉辦的科技節中加入光學設計競賽項目，組織學生參賽，根據每組設計的指標、結果以及創新性進行評比，并給予一定的獎勵。通過競賽的方法能夠培養學生的創新能力，并激發學生的學習興趣。

2.5 建立校外實踐基地

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

（1）邀請企業的相關技術人員到我校開設講座，為學生傳遞企業需求、提供技術上的指導。

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

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

3 結束語

光學設計課程在光電與信息工程專業畢業生的就業中發揮了至關重要的作用，是學生從事光學相關行業必須掌握的硬技術。文中就目前教學所存在的問題進行分析研究，對其教學方法做了一系列改革，重點在于：借助軟件教學演示法、引入項目教學法、優化實踐內容、鼓勵學生參加光學設計競賽、注重校企合作的聯合培養模式，讓學生學好光學設計課程，掌握扎實的設計基礎，培養學生自主學習、分析和解決實際工程問題的綜合能力，成為具備真才實學的工程型人才。

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.光學設計[M].西安：西安電子科技大學出版社，2006：1-3.

[2] 李曉艷，王樂，石巖.注重素質和實踐能力的現代光學系統設計課程教學方法研究[J].科技信息，2011（2）：113-113.

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

[4] 武旭華，陳宇.ZEMAX軟件在光學理論教學中的應用[J]. 電氣電子教學學報，2016.38（5）：134-136.

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

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