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1、工程光学设计课程教学改革与创新初探2011年第7期(总第143期)大众科技DAZHONGKEJ(CumulativelyNo.143)工程光学设计课程教学改革与创新初探高兴宇宁黎华萧泽新(桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林541004)【摘要】"工程光学设计"课程是机械电子工程专业光机电一体化方向的一门重要必修课,文章从教学现状和教学难点出发,针对教学内容,教学方法和实践教学等方面,提出和进行了一系列具体的教学改革.【关键词】工程光学设计表;教学改革;创新【中图分类号】G420【文献标识码】A【文章编号】10081151(2011)07022502"工程光学设
2、计"是"工程光学"或"应用光学"等专业基础必修课的后续课程,是为了培养学生对光学系统的实际设计能力而开设的.其教学质量的好坏,对学生的动手能力和实践能力的培养有重要影响.本课程共分四大部分:一,光学系统设计基础(第1章光学设计概述,第2章初级像差理论,像差校正与像质评价),二,光学部件与系统设计(第3章代数法求解光学部件初始结构,第4章典型光学部件设计,第5章典型光学系统设计,第6章变焦距光学系统设计),三,现代光学系统设计(第7章激光光学系统设计,第8章光纤光学系统设计),四,光学设计实务(第9章光学设计CAD软件应用基础,第1O章光学零件与
3、光学制图).通过本门课程的学习,培养学生进行像差理论分析,利用光学设计CAD软件进行典型光学部件和系统的设计和典型激光,光纤系统设计的能力.在教学内容方面,我们要处理好本课程与前续课程的关系,理论与实践设计的关系,经典光学系统设计与现代光学系统设计的关系等问题:在教学手段方面,我们要跟上现代科技发展步伐,积极大胆地尝试现代科技教学手段,逐步采用双语教学,并积极与光学科技公司联系,让学生到光学车间去实地学习;在教学方法方面,我们要积极探索新的教学方法.1教学内容的改革本课程一个最大特色就是理论联系实际,教学内容丰富,的教学时间内,既要使学生掌握基本的手动计算简单光学系统初始结构的方法,又要学会使
4、用光学设计CAD软件进行较复杂光学系统的设计和分析,校正工作,教师应摆脱教材的局内容和学生自身的特点作了如下调整:1.1修善教学大纲,删除交叉课程内容,增加实践设计环节的比重.在原有的教学大纲基础上,根据教育部的专业规范和我们的课程体系,在全体教师充分讨论的基础上,修善了教学大纲,机械电子工程专业光机电一体化方向的学生在大三和大四期间要相继学习"工程光学(几何光学)","工程光学设计","光电测试技术","工程光学(物理光学)",中"工程光学(几何光学)"是其他课程的基础课程,而"工程
5、光学设计"起到承上启下的衔接作用.根据实际情况,在教学过程中,略去第2章中与"工程光学(几何光学)"重复的"几何像差"部分,直接讲述薄透镜的初级像差理论:略去第4章中的典型光学部件望远物镜,显微物镜,照相物镜的类型介绍部分,直接讲述如何设计这些物镜,并以典型实例为重点讲解内容;在第7章激光光学系统设计中增加"f-theta镜头设计"一节;在第三加突出重点和接近现代光学设计的实际要求,从而使其即有本专业,本学校的专业特色,让学生能够了解当今国内外光来本专业毕业生生的工作情况看,增加的这些内容受到不少用人单位的欢迎.1.2加强基
6、础概念讲解,减少繁杂的数学推导本课程中主要的理论内容为Pw方法计算简单光学部件的初始结构,其中涉及到像差理论的一些公式,如果从源头开始一步步推导,则较为繁琐,且需要学生对像差理论特别是高级像差理论有深入的理解.在实际教学过程中,我们直接从薄透镜的初级像差和数开始介绍,给学生仔细讲解每个像差和数公式中符号的意义,而不用介绍如何推导得到像差和数.其他的理论公式内容也做这样的处理,强调概念的物理意义及其应用.学生在学习过程就可以温故而知新,做到事半功倍,淡化公式推导,学生学起来也会相对轻松.1.3课堂讲解与演示实验相结合,增加上机实验课时"工程光学设计"是一门实践性很强的课程,除
7、了上课时对理论的讲解外,为了让学生更加清晰直观地懂得光学系【收稿日期】201卜0426【作者简介】高兴宇(1981-),男,辽宁铁岭人,桂林电子科技大学机电工程学院光机电一体化研究所讲师,研究方向为光机电一体化.225.统的结构,特性,像差等问题,有必要增加演示实验环节.比如在讲到显微镜结构和物镜类型的时候,我们就将显微镜实物和从低倍到高倍的半复消色差物镜拿到课堂上,对着实物逐个部分讲解,再结合书上的光路图,学生就很容易记住实验拿到课堂上,让学生更多亲身感受各种光学现象,加深学生对光学课程内容的理解和兴趣,通过演示实验教学来激发学生的学习积极性,主动性,从而收到事半功倍之效.本课程强调的是学生
8、要会动手设计光学系统,因此开设了8个课时的上机实验环节.课程的第10章"光学设计CAD作方法和应用实例,这部分内容我们放到上机实验课中讲述.教师通过大屏幕演示软件的操作,然后学生跟着进行操作,后的作业练习,大部分学生都可以用0SL0进行简单的光学系统的设计,优化和校正,从而达到了本课程教学的目的.对于本课程我们不单以学生完成一份期末考试试卷为成绩评定标准,而要与平时的学习效果联系起来,比如课堂提问,课堂练习和课堂讨论,课后作业的完成情况,上机实验完成质量等,这样各方面学习内容和成果相结合,综合考察和终结性评价相结合,更好地发挥成绩评定的激励功能,使考试成绩更能客观地反映学生综合素质提
9、高的程度.2教学软硬件条件的改革根据"工程光学设计"课程的特点(光路图较多,知识面广,演示环节多),投入了很多精力编制了一套"工程光学设计"多媒体教学课件,在开发课件的过程中精心编排课件内容,力求课件重点突出,层次分明,目的明确.2.2试建立网络教学平台.网络课堂为学生的学习和发展提供了形式多样的学习环境,同学们可以在课后时间利用该网络资源预习,自学,复习,提交作业,了解感兴趣的课外知识,以及与老师进行网络上的互动等,提高了学习的自主性和主动性.2.3建立题型多样的"工程光学"题库.课后练习和测试对帮助学生巩固课堂所学知识十分重要.经
10、过努力我们已初步建起该课程的题库:一套基础概念题,分别作为课堂讨论和课后思考题.习题解答部分,将教材课后习题整理作答,附解题思路和多种解法,在期末复习时提供给学生参考.英语补充题部分,主要是根据相关文献整理出的英语习题,用于双语教学中布置给学生的课外作业.3教学方法和教学手段的改革3.1开展启发讨论式教学.点之前,着重介绍此知识点是为了解决什么样的问题而提出的解决方法,使教师的主导地位得到了充分发挥,学生的主.226.体地位得以充分提高,体现了以教师为主导,学生为主体,媒体为核心的教学原则,极大程度上避免对知识"生吞硬咽"现象的产生,进而有效的提高教学效果.教学过程中我们结
11、合实际科研项目中的案例来讲解光学系统设计的问题,使学生能够了解最新的科技前沿进展,明白了自己所学的知识能够用在哪些方面,更加激发了学生的发,我们在课堂上也向学生介绍企业对光学设计人才的需求,以及市场上这类人才的紧缺程度,这样他们就会认为自己所学知识确实是有用的,为将来的找工作会带来帮助."工程光学"课程图多,知识面广,公式推导复杂且具有一定抽象性.应用多媒体课件借助颜色,图像,动画等多种技术将授课内容图文并茂的展示给学生,将抽象的教学内容形象化,从而使学生加深了对关键知识点的理解和记忆,在感性认识的基础上,水到渠成地上升到理性认识,极大程度的避免对知识"生吞硬咽&
12、quot;现象的产生;同时还可以节约课堂板书,推算和复杂的做图的时间,能够大幅度扩展单位学时的授课信息量,从而有效提高了课堂效率和教学质量,件制作工具,使光路传播过程通过3D动画的形式演示出来,大大提高了同学对光学问题的理解成都,而且也提高了学习兴趣.多媒体教学也存在一些弊病,如:多媒体教室光线暗,学生容易疲劳,发困等,这些要通过激发学生的兴趣,变换讲授方法等方式加以克服.在具体的教学过程中,多媒体课件也不能完全代替传统的教学方法,尤其一旦涉及有较多数学推导过程的教学内容时,要与传统教学手段有机结合,给多媒体课件与传统教学方法相结合的方法,使二者相互补充,融教学内容的知识性,基础性,新颖性,趣
13、味性为一体.4结语上述教学手段方法都是我们在实际教学实践中摸索出来方面需要改进:(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)逐步开展双语教学.引入世界着名大学英文教材,再结合当前使用的教材内容,对学生进行英语教学,使学生不仅能学到工程光学设计方法,还对本领域专业英语有很好的掌握."工程光学设计"课程是一门发展变化很快的学科,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领域发展的最新要求.【参考文献】1】萧泽新.工程光学设计(第2版)【M】_北京:电子工业出版社.2008.21郁道银,谈恒英.工程光学(第2版)M】.北京:机械工业出版社.2006.313张文涛,蒋曲博,汪杰君,许川佩.光学设计课程教学方法改革初探U.创新科技导报.2011,No.2:179-181.