《光学设计》课程教学模式的探索与实践

第４期　２０１４年４月　福建教育学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＦＵＪＩＡＮ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＥＤＵＣＡＴＩＯＮ　Ｎ０．４　Ａｐｒｉｌ，２０１４　《光学设计》课程教学模式的探索与实践　许晓赋　廖珊珊　高忠坚　杨秀珍　魏茂金　（１．三明学院机电工程学院，福建三明３６５００４；２三明学院艺术设计学院，福建三明３６５００４）　摘要：光学设计是一门实践性很强的专业课程。培养理论知识扎实、实践动手能力强、具有独立设计光　学系统的高素质光电人才以适应市场的需求，已成为应用型本科院校培养该类人才的重要课题。文章从教学　内容的构建、教学方法的选用、考核方式的变革以及产学研合作教育四个方面，就如何开展（（光学设计　课　程教学进行了初步的探索与实践。　关键词：光学设计；产学研教育；教学模式　中图分类号：Ｇ６４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—９８８４（２０１４）０４—００６９—０３　光学设计是光电信息科学与工程的一门专业实　应用，使得越来越多的光学设计者摒弃传统的手工计　践课，是该专业的特色课程。该课程基于应用光学的　算，借助计算机辅助来完成光学设计，使得目前大部　理论知识，同时涉及到物理光学的知识，是一门实践　分的教材不能适用当今教学的需要。　性很强的应用型课程。该课程要求学生掌握工程制图　其次，传统的教学手段上采用“一本教材一支笔，　的基础知识，利用计算机进行光学设计的实践课程。　一块黑板画到底”的教学方法，但此方法己不适合以　当下，各高校试行以培养学生工程素质与综合创新能　计算机为载体的《光学设计》课程。　力为基本目标，将学生培养为既具有坚实理论基础又　再次，对于本课程的考核，传统的教学以学生完　有相当实践能力的复合型实用人才，必须科学合理地　成出勤、作业情况、期末考试试卷为成绩评定标准来　设置教学内容、教学方法。教学内容及教学方法的设　评定学生对该课程的掌握情况。这种综合评价方式是　置直接影响到学生对该课程的学习及未来从事光学　目前传统课程所采纳的考核方式，但其存在着一些问　设计工作，这是我们作为高校教师应值得思考的问题。　题，比如考前突击一周复习、平时作业抄袭，纯粹应　本文从该课程目前存在的一些问题出发，对课程教学　付考试。这种考核方式不适合《光学设计》该实践课　内容的构建、教学方法的选用、课程考核方式的变革　程的教学。　以及产学研合作教育四个方面对《光学设计》教学进　二、《光学设计》课程教学模式的探索与实践　行初步探索与实践。　针对以上的三个问题，我们对该课程做了教学内　一、《光学设计》课程教学模式中存在的主要问题　容的构建、教学方法的选用、考核方式的变革以及产　首先，目前该课程的教材编写方面偏重理论公式　学研合作教育等四个方面的探索与实践。　推导计算，利用光线追迹理论，进行大量繁琐的数学　（一）教学内容的构建　计算像差…来对光学系统设计进行教学。这种设计方　《光学设计》课程是一门实用性很强的实践性课　法，通过理论计算能得到精确度高的理想结构，但是　程。而目前大多数教材并没有把教学内容跟光学设计　计算繁琐且耗时。同时，其注重学生对知识理论体系　软件完美地融合在一起，而是单独列章，这就导致学　的掌握，缺乏学生实际动手能力的操作，使得学生对　生的理论知识与实际操作相脱节。比如，刘钧编写的　该课程兴趣不高。另外，计算机的普及及工程的广泛　光学设计的教材　按如下编排，绪论、像差综述、光　收稿日期：２０１４—０３—２５　基金项目：福建省物理实验教学示范中心（闽教高［２００９１　８８号）；三明学院机电工程学院课堂教学改革试点项目　作者简介：许晓赋（１　９８４一），男，福建泉州人，三明学院机电工程学院助教，硕士。　２０１４年第４期　福建教育学院学报　７０　学系统像质评价和像差容限、光学系统的外形尺寸计　算、光学系统的初始结构计算方法、望远物镜设计、　显微镜物镜设计、目镜设计、照相物镜设计、照明光　学系统设计、轴对称非球面设计概述、夜视仪器的光　（二）教学方法的选用　《光学设计》课程的核心内容是光学系统的设计，　根据该课程的性质，应以上机教学为主。因此该课程　采用教师上机演示，配合学生自己上机操作的教学方　式。课程教学中应以构成光学系统的基本元件、基本　学系统、光学设计软件ＺＥＭＡＸ简介、光学制图。从目　录编排来看，内容丰富，知识体系完整，但是其软件　结构和基本问题为线索展开，将核心训练点和综合运　的使用与理论知识单独成章，按镜头的类型进行讲解，　用能力的训练贯穿其中。首先，对于像差综述、光学　且知识难度过大，对于我们三明学院机电工程学院新　专业的学生不太适合。因此，编排一本完全把两者融　合、摒弃难懂、符合学生认知规律的教材是很有必要　的。根据瑞格卢斯教学系统的宏策略　。　，对于内容的　设置，笔者认为光学设计所讲授的核心内容应该是光　学系统的设计。而像差综述、光学系统像质评价、计　算机软件的使用与自动优化方法、光学系统公差分析　是服务于光学系统的，其知识体系应如图ｌ所示。而　光学系统的设计部分教学应该从简单到复杂的过程，　可按简单镜头设计、三片镜头设计、中等复杂镜头设　计［４］进行教学，如图２所示，采用上机操作教学。　因此，我们认为本门课程的教学内容应该按图３所示　进行编排教学内容。　光学系统像质评价　ｊ　像差综述　光学系统设计　．．Ｊ光学系统的公差分析　ｌ　１　计算机软件的使用与自动　忧化方法　图１教学内容示意图（一）　图２教学内容示意图（二）　图３教学内容示意图（三）　系统像质评价、计算机软件的使用与自动优化方法、　光学系统公差分析四个部分的知识穿插到光学系统　的教学过程中，而不单独讲授。其次，从学生的认知　规律上看，在课堂上采用分级教学，以简单演示（简　单镜头设计）到复杂操作（中等复杂镜头设计）为原则　安排授课形式。再次，采用案例教学。案例教学是教　学中行之有效的一种教学方法　。光学系统的设计部分　非常适合采用案例教学，举个简单例子，比如：Ｈｅ—Ｎｅ　激光光束聚焦物镜设计　。具体如下：要求学生设计一　个如下系统，物距１＝ｏｏ，视场角（＾）－－０。；焦距ｆ’＝６０ｒｒ￣；　相对孔径Ｄ／ｆ’＝１／２￣工作波长入＝０．６３２８　ｕ　ｍ；此镜头　只需校正轴上球差，几何弥散斑直径小于０．Ｏ０２ｍｍ；　利用两块镜片完成。以这样的简单任务让学生自己独　立或组队进行动手去设计，不同人设计的结构肯定有　不同的结果，通过结果比较，教师通过评价分析，使　得学生对自己的设计结构及结果有个更深的理解，培　养学生从按步就搬到独立思考的能力，有利于应用型　人才模式的培养。　（三）考核方式的变革　对于本课程的教学核心是光学系统的设计，如图　２所示。该课程要求学生掌握光学系统设计的基本步　骤及基本操作方法，即学生的动手能力。因此，不能　像理论课程教学一样单以学生完成一份期末考试试　卷为成绩评定标准，而是要与平时的学习效果联系起　来，比如课后作业的完成情况、上机操作完成质量、　课程设计等，使各方面学习内容和成果相结合，综合　考察学生动手技能掌握程度。对于学生上机操作，可　以根据学生的学号进行相应参数的设置，使学生独立　完成设计，避免抄袭，从而考察学生对知识技能的掌　握程度、实际应用能力、分析和解决问题的能力　。　把过程性评价和终结性评价相结合，更好地发挥成绩　评定的激励功能，使成绩评定更能客观地反映学生综　合素质提高的程度。为此，可采用如下的方式来评定　本课程的成绩。本课程成绩由平时作业成绩、上机操　７１　许晓赋廖珊珊高忠坚杨秀珍魏茂金：《光学设计》课程教学模式的探索与实践　２０１４年第４期　作成绩、期末考试成绩、课程设计四个部分组成。　三、结语　课程总评成绩＝（平时作业成绩Ｘ２０％）＋（上机操　作成绩Ｘ３０％）＋（期末考试成绩Ｘ４０％）＋（课程设计　×１０％）　培养和提高学生的实践动手能力，为企业输送合　格实用的光学设计人才，一直是高校及教育工作者困　惑的问题，也是值得思考的问题。目前，对于该课程　这种考核方式，避免学生利用期末考试突击，使　得学生知道该课程的平时学习重要性。　的教学，我们认为仍有以下方面需要改进：（１）在教　学改革方面还应加大改革的力度，转变教学观念，目　前教学模式仍以课堂教学与演示为主，这不利于学生　创新能力的培养与发挥；（２）逐步开展学生自己设计　动手的教学模式。《光学设计》课程是一门与企业结　合很紧密的学科，对这门课程的教学内容也要不断改　进，以适应当今光学设计的发展。　（四）“产学研合作教育”下特色课程的建设　产学研合作教育是符合人才培养模式的需要。在　这种模式下，高校、企业两者发挥自身优势的同时进　行劣势互补，最后取得共赢。目前很多高校及专业都　在进行了产学研合作教育，这是高校发展的主流。光　学设计是光电信息科学与工程的一个特色课程，作为　三明学院机电工程学院新专业的一个课程需要快速　地开辟一套产学研合作教育路径，如可以依托企业资　源来进行光学设计的科研与学生的实习环节。譬如福　特科光电股份有限公司在机器视觉镜头，安防监控镜　头、汽车影像镜头等有很成熟的技术和先进的生产线　设备，因此可依托该公司进行光学设计方向的特色实　践项目。首先，以企业的任务为目的让学生自己组建　参考文献：　［１］袁旭沧．光学设计［Ｍ］．北京：北京理工大学出　版社，１９８８．　［２】刘钧，高明．光学设计［Ｍ］．北京：国防工业出　版社，２Ｏ１２．　［３】何克抗，郑永柏，谢幼如．教学系统设计［Ｍ］．　北京：北京师范大学出版社，２００２．　［４】毛文炜．现代光学镜头设计方法与实例［Ｍ］．　北京：机械工业出版社，２０１　３．　团队来完成该项目，教师进行协调与指导，企业人士　进行最终结果的评估，达到产学研的目的。其次，通　过该教学实践，可为学生开拓眼界，并为企业输送优　秀对口人才，达到合作办学，共建双赢的目的。再者，　企业与高校的合作，可为我校的教学及科研储备资源。　［５】郭雨燕．探索应用型本科院校的人才培养模　式…．科教文汇（中旬刊），２００９（６）．　［６］张文涛．　光学设计　课程教学方法改革初探　［Ｊ］．科技创新导报，２０１１（２）．