“工程光学（上）”的研究型教学方式改革探索

张颖 牛燕雄 冯丽爽 孙军华

摘要：“工程光学（上）”是北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院相关本科专业的专业核心课程之一，其教学效果直接影响着后续专业课程。为了进一步培养学生的学习主动性、工程实践能力和创新能力，我们对该课程分别进行了基于光学测量的教学方式改革方案设计、基于光学系统像质评价的教学方式改革方案设计和基于基础光学设计的研究型教学方式改革方案设计，预计下一步实施之后能够使教学效果和教学质量得到一定的改善。

关键词：工程光学;研究型教学;改革;教学方式

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2020）22-0227-02

随着现代科学技术和工业技术的发展，工程光学已经交叉融入到信息科学、能源科学、材料科学、生命科学、空间科学、精密机械与制造、计算机科学及微电子技术等多个领域的研究之中，在当今的科技领域及工业技术中发挥着重要作用。为了适应时代发展的要求，将学生向研究型人才方向培养，提高学生的学习主动性、工程实践能力和创新能力，我们对“工程光学（上）”进行了教学方法方面的改革方案设计，预计在下一步实施之后能够使教学效果和教学质量得到一定的改善。

一、教学现状及分析

北航仪器科学与光电工程学院“工程光学（上）”的授课团队由四名教师组成，在明确本学院人才培养目标的基础上，制定“工程光学（上）”的教学大纲，确定教学目标及任务，通过课堂教学和课下学院科研团队设立实验两个主要环节，使学生掌握几何光学中的概念、基本光学原理与定律，学习和熟悉典型光学仪器的结构和原理，提升学生用几何光学知识解决工程问题的能力。教学团队通过研究和讨论的形式对当前存在的教学问题进行了分析，认为问题主要是当前课堂教学中的大量理论分析和公式推导使得学生在学习过程中感到枯燥，主动性不高。

二、研究型教学方式改革探索

在“工程光学（上）”的教学改革过程中，尝试将课堂教学与研究型实验教学相结合，制定相辅相成的教学改革方案，如图1所示。

1.基于光学测量的教学方式改革。针对几何光学基本定律与成像概念、理想光学系统、平面与平面系统这三章的内容，在采用传统教学方式的基础上进行基于光学测量的研究型教学方式改革方案与实践，并设计了光学元件及光学系统的关键参数的综合测试实验。针对光学元件及光学系统的应用形成的原理纷繁复杂，其测试方法也有所不同，在这个学科领域可以涌现出大量的创新方法。所设计的光学系统性能测试平台，目的在于体现元件测试、系统测试以及综合测试的要求，主要针对焦距、视场角等几个光学系统基本参量进行基础方法的引导，旨在抛砖引玉，给学生一个创新性发挥的空间。

焦距是光学系统和透镜的最重要光学参数，以该参量的测量方法为例，迄今已经有多种行之有效的测量方法。在几何光学原理基礎上，最基本的测量焦距和顶焦距的方法是放大率法。对于较大口径光学系统的焦距要求很准确时，可以采用精密测角法。在教学过程中，我们将给出这两种基本测量方法的测量原理，如图2和图3所示。

2.基于光学系统像质评价的教学方式改革。针对光学系统方面的内容，在采用传统教学方式的基础上引入其成像质量测试方法对比教学，进行基于光学系统像质评价的教学方式改革方案与实践。

设计了典型光学系统像质评价的综合测试实验。针对小视场小孔径、小视场大孔径、大视场小孔径和大视场大孔径等四组摄影镜头，分别通过星点测试和分辨率测试两种方法完成对光学系统成像质量的测试。

3.基于基础光学设计的研究型教学方式改革。针对光学系统方面的教学内容，具体包括光学系统中的光阑与光束限制、典型光学系统、现代光学系统、光学系统的像质评价和像差公差等，进行基础光学设计的研究型教学方式改革。在课堂教学中，结合前面学过的光学基础理论知识和各类光学系统的结构特点，利用ZEMAX光学设计软件设计简单、典型的光学系统。

三、结语

上述教学方法是我们的教学团队从多年的本科工程光学教学经历中摸索出来的，在下一步实施之后会进一步评估其对教学效果和教学质量的改善程度。在“工程光学（上）”教学的过程中，应以培养学生的学习主动性、工程实践能力和创新能力作为教学的重要目标，让学生学以致用、不断创新，这种教学观念应该贯穿于教学的各个环节。在今后的教学工作中还应加大改革的力度，不断改进教学内容和教学方法，紧随时代的步伐，为祖国培养出更多、更优秀的创新性人才。

参考文献：

[1]郁道银，谈恒英.工程光学[M].北京：机械工业出版社，2006：25- 27.

[2]李林.应用光学[M].北京：北京理工大学出版社，2010：148-170.

[3]蔡怀宇，郁道银，李清.“工程光学”国家精品课程的建设与改革[J].高等理科教育，2006，（2）：38-40.

[4]张建寰，颜黄苹，黄元庆.突出“实践”特色建设工程光学精品课程[J].高等理科教育，2009，（2）：108-111.

[5]武旭华，肖韶荣，张仙玲.“工程光学”教学改革初探与实践[J].电气电子教学学报，2009，31（S1）：35-37.

[6]朱华新，郭颖，刘桂林，李帅，孙亚军.Zemax软件在《工程光学》课程中的应用[J].江苏教育学院学报（自然科学版），2013，29 （06）：26-27+93.

[7]陈颖，王春芳，童凯.工程光学多元化教学模式研究[J].教学研究，2014，37（02）： 89-92.

Exploration of the Reform of the Research-based Teaching Method of Engineering Optics （I）

ZHANG Ying， NIU Yan-xiong， FENG Li-shuang， SUN Jun-hua

（School of Instrumentation Science & Opto-Electronics Engineering， Beihang University， Beijing 100191， China）

Abstract： Engineering Optics （I） is one of the core courses of the undergraduate majors of School of Instrumentation Science & Opto-electronics Engineering of Beihang University. The teaching effect of this course will directly affect the follow-up professional courses. In order to further develop students' learning initiative， engineering practice ability and innovation ability， we have carried out the reform of teaching methods respectively based on optical measurement， the evaluation of optical system image quality and basic optical design. It is expected that after the next step of implementation， the teaching effect and teaching quality will be improved.

Key words： Engineering Optics; research-based teaching; reform; teaching method

收稿日期：2019-09-11

基金項目：2015—2019年北京航空航天大学教改项目“《工程光学（上）》研究型教学方式改革与实践”

作者简介：张颖（1979-），女（汉族），山西朔州人，博士，副教授，研究方向：新型光电探测技术。