工程型人才培养的光学设计课程教学方法研究

黄幼萍　陈冬英

摘 要 本文针对光学设计课程目前教学情况不理想的现状，对教学方法的改革进行探讨。文中提倡运用Zemax软件辅助教学，课堂中引入项目教学法，很好地将理论与实践相结合。同时将课程与光学设计竞赛联系起来，激发学生的学习积极性，并建立校外实践基地，强化学生的实践能力。通过改革培养具备良好光学设计技巧的工程型人才，让学生具有在生产及科研实践中理解、分析及解决工程问题的能力。

关键词 光学设计 教学方法 项目教学 实践基地

中图分类号：G424 文献标识码：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

随着光技术的快速发展，光学仪器和光电仪器在科学实验、医学研究以及生活中等领域的使用越来越广泛。光学系统[1]是仪器中最重要的部件，它直接影响着仪器的光学性能，因此对光学系统的设计要求越来越高，这就使得光学设计人员在学好理论的基础上还要有较高的设计水平。

光学设计是光电与信息工程、光学工程专业学生必修的专业课，具有很强的实践性，旨在培养具有創新能力的工程型人才。[2]该学科与物理光学、几何光学、工程制图等这几门课程有着紧密的联系，[3]所以前期学生应具有扎实的光学基础知识和良好的工程素质，后期要能够独立设计各类光学系统。从之前的教学情况来看，学生在学习理论的过程中比较吃力，实际设计能力也比较差，因此课程教学改革迫在眉睫。本文将以注重学生工程素质为出发点，针对教学过程中存在的问题提出改革方法，加强学生的综合能力。

1 教学过程中存在的问题

第一，光学设计课程涉及的概念多、专业性强且抽象，传统的“咀嚼-喂养”教学方式，造成“满堂灌”，难以被学生接受。加之学生在前期的光学课程中没打好基础，导致对课程中的一些理论知识难以掌握和应用，特别是像差理论知识尤其薄弱，而像差这部分知识又恰巧是本课程的重中之重。

第二，学生难以将理论与实践结合起来，无法学以致用。且在设计过程中，往往忽视与实际工程的联系，如设计中并未考虑生产厂家的加工水准和装配工艺，使得设计出来的系统不具有加工的可行性。

第三，学校“重理论，轻实践”的教学模式难以提高学生的实际动手能力。而长期以来实践教学内容一成不变，则难以开发学生创新潜能。

根据以上教学所存在的问题，本文对教学方法做了以下的改革，改革后的教学效果得到了很大的改善，学生的工程素质和实践能力有了很大的提升。

2 教学方法探讨

2.1 借助Zemax软件辅助教学

实践离不开理论的指导，为了将抽象复杂的理论知识直观化，让学生更好地理解，在课堂中借助Zemax软件[4， 5]进行教学。如以学生较为薄弱的像差中畸变为例，向学生阐述畸变的产生原因和影响。畸变[6]是由于视场较大或很大时，像的放大率随视场而异，使像相对于物体失去相似性。

打开Zemax软件中自带的100肮憬蔷低罚油？可以明显看到由于视场的增大，像的局部放大倍率不同，导致实际的像高（用“x”表示）与理想像高（正方形网格）不一致，产生了桶形畸变。结合图1和图2来看，可以直观的发现，负畸变所形成的像是桶形的。从图3和图4可以清楚观察到，畸变并不影响成像的清晰度，仅引起了变形。

这样的教学方法让学生一目了然，而且不容易忘记，提高教学效率。

2.2 项目教学法

项目教学法是由4-5学生组队完成一个完整的项目。这种教学方法将以学生为主体，教师从旁辅导、协助，改变以往以教师为中心的局面。项目的选取可由教师和同学共同完成，根据教学内容的需求，结合企业和科研项目，选取难度适中的工程项目去模拟。具体的开展流程如图5：

通过项目教学法可以把理论与实践很好地结合起来，从而提高学生解决实际工程问题的能力。

2.3 优化课程设计实践内容

随着科学技术的进步，教学内容也需要与时俱进，我们有必要添加现代光学前沿知识，让学生及时掌握当下的科技前沿动态。结合当代科技前沿，把目前比较的流行的单反相机、手机镜头等光学系统的设计增加到课程设计实践内容中，同时把毕业设计课题加入其中，让学生参与课题的研究，调动积极性。

2.4 引导学生参加竞赛

在学院每年举办的科技节中加入光学设计竞赛项目，组织学生参赛，根据每组设计的指标、结果以及创新性进行评比，并给予一定的奖励。通过竞赛的方法能够培养学生的创新能力，并激发学生的学习兴趣。

2.5 建立校外实践基地

为了加强学生的实践能力，实现与企业的无缝对接，提倡校企合作教学，建立校外实践基地，具体措施有：

（1）邀请企业的相关技术人员到我校开设讲座，为学生传递企业需求、提供技术上的指导。

（2）教师与企业建立合作项目的同时让学生积极参与项目的研发，指定部分内容让学生协助完成项目，培养他们在生产及科研实践中理解、分析及解决工程問题的能力。

（3）由于学校的设备有限，有些知识的获取还是需要到企业去实践的，如镜片的加工方法和系统的装调、测试等都需要借助企业的设备才能完成，为此组织学生到企业进行实习。同时将学生的毕业论文设计与此次实习挂钩，让学生在实习的同时能够完成毕业论文设计，还可以在毕业后轻松与企业对接。

3 结束语

光学设计课程在光电与信息工程专业毕业生的就业中发挥了至关重要的作用，是学生从事光学相关行业必须掌握的硬技术。文中就目前教学所存在的问题进行分析研究，对其教学方法做了一系列改革，重点在于：借助软件教学演示法、引入项目教学法、优化实践内容、鼓励学生参加光学设计竞赛、注重校企合作的联合培养模式，让学生学好光学设计课程，掌握扎实的设计基础，培养学生自主学习、分析和解决实际工程问题的综合能力，成为具备真才实学的工程型人才。

基金项目：福建省中青年教师教育科研项目JAT170618

参考文献

[1] 刘钧，高明.光学设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006：1-3.

[2] 李晓艳，王乐，石岩.注重素质和实践能力的现代光学系统设计课程教学方法研究[J].科技信息，2011（2）：113-113.

[3] 牛春晖.《光学设计》课程教学改革的探索与实践[J]. 青年与社会·中外教育研究，2011（1）：15-16.

[4] 武旭华，陈宇.ZEMAX软件在光学理论教学中的应用[J]. 电气电子教学学报，2016.38（5）：134-136.

[5] 苏倩倩.《工程光学》课程中像差理论的教学探讨[J].教育教学论坛，2015（19）：74-75.

[6] 李晓彤，岑兆丰.几何光学·像差·光学设计（第二版）[M].杭州：浙江大学出版社，2007：115-116.