陳穎+王春芳+童凱

[摘 要] 為了提高工程光學課程的教學效果，并增強理論教學與實踐教學的結(jié)合，提出了多元化的工程光學教學模式，引入先進教學理念，以啟發(fā)式、討論式等教學方法增強師生互動；結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息平臺，做好課前預習、課后復習和網(wǎng)絡(luò)答疑，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)試題庫和教學交流平臺；結(jié)合課程設(shè)計、大學生創(chuàng)新訓練、科技創(chuàng)新競賽和本科生參與科研課題等多種方式培養(yǎng)學生的實踐能力。課程改革結(jié)果表明，學生的設(shè)計和動手能力明顯增強。該研究成果為工程光學的教與學提供了一種值得借鑒的新思路，并可為相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)方向課的教學實踐提供一定的參考。

[關(guān)鍵詞] 工程光學；教學改革；多元化；實踐教學

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 1005-4634（2014）02-0089-04

0 引言

《工程光學》是測控技術(shù)及儀器專業(yè)的專業(yè)平臺課，根據(jù)燕山大學本科生培養(yǎng)方案設(shè)置，其總學時為40學時，其中實驗學時為6學時。在知識結(jié)構(gòu)上，該課程以大學物理和高等數(shù)學知識為先導，同時又以光電檢測技術(shù)、光學儀器設(shè)計、激光檢測技術(shù)、紅外檢測技術(shù)和光纖傳感及通信等課程為延拓。將幾何光學和物理光學作為主要授課內(nèi)容，講授測量過程中涉及光學測量的各種方法，講授其基本思想、原理與技術(shù)，并以此為理論基礎(chǔ)，使學生在光學參量測量的過程中進行測量系統(tǒng)的分析與設(shè)計，并對其性能進行優(yōu)化及誤差分析，從而滿足系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的要求和工程實際中的特定需要。

1 教學現(xiàn)狀及存在問題分析

在目前的《工程光學》教學過程中，存在著以下問題。

1）在教學內(nèi)容上，原來的教學大綱強調(diào)教學內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性，導致物理光學的部分章節(jié)與大學物理中的相應(yīng)內(nèi)容存在一定重復[1，2]，在幾何光學部分，存在大量的理論公式推導，抽象晦澀。

2）教學方法與手段單一。在以往的教學過程中，由于理論分析和公式推導內(nèi)容較多，《工程光學》主要以板書教學為主。隨著計算機輔助教學模式在教學中的推廣，多媒體教學方式雖然提高了單位學時內(nèi)的授課信息量，但也沒有改變以教師為中心、學生被動式學習的基本狀況，互動環(huán)節(jié)明顯缺失，忽視了授課效果的及時反饋，未能充分地發(fā)揮學生的主觀能動性，教學效果不理想[3，4]。

3）實驗內(nèi)容陳舊，只能完成一些基礎(chǔ)性驗證實驗，而對設(shè)計性實驗的實現(xiàn)能力較差。光學器件的設(shè)計和加工過程都十分繁雜，因此，根據(jù)設(shè)計性實驗的要求購買或加工光學組件，其可行性不高。隨著實踐教學模式的探索與推廣，實驗室的作用應(yīng)得到重視和充分的顯現(xiàn)[5，6]。

在《工程光學》的教學改革過程中，探索多元化教學模式，實現(xiàn)課堂教學與實踐性環(huán)節(jié)的有機結(jié)合，是十分必要的。

2 多元化教學模式探索

在《工程光學》教學改革過程中，嘗試課堂教學與信息網(wǎng)絡(luò)平臺、實踐教學和光學前沿講座相結(jié)合的多元化相輔相成的改革方案。其框架見圖1。

2.1 引入先進教學理念，改進課堂教學方法

本科生教育在整個教育體系中是一個系統(tǒng)性基礎(chǔ)理論教育部分，而后續(xù)的研究生教育階段將主要著眼于知識創(chuàng)新和技術(shù)攻關(guān)，具有更強的理論性、技術(shù)性、應(yīng)用性和方向性。因此，本科生教育恰是一個打基礎(chǔ)的階段，應(yīng)注重對學生科學思想的培養(yǎng)，對基礎(chǔ)理論知識的全面系統(tǒng)性學習必須被視為重中之重。

在課堂教學過程中，應(yīng)精選教學內(nèi)容，課堂教學內(nèi)容的設(shè)計必須以問題的解決為主線，致力于對學生分析和設(shè)計能力的培養(yǎng)。針對每個教學單元的重要知識點，教師選擇有代表性、難度適中、綜合性較強的光學系統(tǒng)，合理設(shè)計問題，以點帶面，使學生在遇到實際問題時學會分析問題和解決問題，加深學生對光學原理在測量中實際應(yīng)用的認識，鍛煉分析和系統(tǒng)設(shè)計的能力，激發(fā)學生的學習動力。

板書教學這種傳統(tǒng)的課堂教學方式，能夠?qū)⒔處煹恼Z言和肢體動作相結(jié)合，教學方式生動，能夠使學生集中注意力，并使教學思路得以逐步地展示，從而使教師的講解過程與學生的理解過程同步。以板書教學為主體，注重學生對基礎(chǔ)性原理知識的掌握，最終達到較為理想的教學效果。多媒體教學能夠綜合文字、圖像、聲音、動畫和視頻，立體教學更適合人的思維習慣和記憶規(guī)律。通過聲音、圖像進行多維教學，使課堂上教與學的交流更為流暢、學生的思維更為敏捷、學生的學習效率和自主學習的積極性得到提高。由于授課學時的限制和系統(tǒng)化授課的要求，在保證知識結(jié)構(gòu)完整性的前提下，將物理現(xiàn)象的呈現(xiàn)、應(yīng)用背景的圖片等通過多媒體的方式進行形象地展示，可使學生獲得的信息豐富且直觀，并激發(fā)學生的學習興趣，使其帶著問題對理論性的內(nèi)容進行學習。

2.2 課堂教學與網(wǎng)絡(luò)信息平臺相結(jié)合

由于授課學時有限，除了課堂教學所涉及的核心內(nèi)容之外，對于其先導課程大學物理中已經(jīng)涉及的內(nèi)容和難度較小的輔助性內(nèi)容，可以通過網(wǎng)絡(luò)信息平臺的授課視頻和學習資料來完成。與此同時，網(wǎng)絡(luò)信息平臺可以幫助學生完成課前預習、課后復習，并培養(yǎng)學生網(wǎng)絡(luò)提問和教師離線解答的師生交流模式，更好地保證授課效果，并排查授課過程中的薄弱環(huán)節(jié)。

網(wǎng)絡(luò)信息平臺除了作為課堂教學的延伸之外，還應(yīng)為教學內(nèi)容和教學方式的改革提供及時的信息反饋。為了加強對教學過程的監(jiān)督和管理，不斷提高教學質(zhì)量，在過去幾年的教學工作中，學校教務(wù)部門也建立了教學質(zhì)量評價體系，通過學生評分和督導組的教學評價，對每門課程的運行情況進行評價。這種方式在很大程度上對教學改革起到了促進作用，但過去時的反饋信息只能指導今后的教學工作，缺乏實時性。通過網(wǎng)絡(luò)信息平臺的留言板，方便老師對后續(xù)課程的教學內(nèi)容及方式進行及時調(diào)整，并以此作為增進師生交流的互動平臺。

建設(shè)《工程光學》課程網(wǎng)絡(luò)習題庫。為了配合課堂教學，使之產(chǎn)生更好的收效，課后的練習和自我測試是十分必要的。根據(jù)教學重點和難點問題，編制各類習題，并以期末考試和考研等各類考題為參照，編制典型習題，并提供習題講解，從而方便學生課后復習和考前準備。

2.3 引入任務(wù)式教學模式，培養(yǎng)學生的實踐能力

《工程光學》的教學改革嘗試，要注重培養(yǎng)學生的工程能力、創(chuàng)新能力、學習知識和運用知識以及解決問題的能力，乃至團隊協(xié)作能力。目前，《工程光學》課程設(shè)計、大學生創(chuàng)新訓練、科技創(chuàng)新比賽以及《工程光學》開放性實驗，是課程教學改革要涉及到的實踐性環(huán)節(jié)。在實踐性教學環(huán)節(jié)中，教師要轉(zhuǎn)變教學觀念，從教學的主導位置變?yōu)橹笇Ш洼o助學生學習的角色。以明確的任務(wù)為驅(qū)動，使學生以主動的和實踐的方式進行學習，并建立實踐環(huán)節(jié)和課程教學內(nèi)容之間的有機聯(lián)系，實現(xiàn)課堂所學的書本理論知識的運用，從而培養(yǎng)學生的工程實踐綜合能力。

Zemax是目前功能較為強大的光學設(shè)計軟件，因此，在課程設(shè)計中，可以用其完成光學系統(tǒng)的輔助設(shè)計，并幫忙學生完成課堂幾何光學教學中各種典型光學系統(tǒng)的像差分析。在課程設(shè)計的過程中，以分組的形式安排了“照相物鏡鏡頭設(shè)計與像差分析”、“牛頓望遠鏡設(shè)計與像差矯正”、“帶有非球面矯正器的施密特-卡塞格林系統(tǒng)設(shè)計”、“多重結(jié)構(gòu)配置的激光束擴大器”、“折疊反射鏡面和坐標斷點”和“消色差透鏡設(shè)計”等多個設(shè)計任務(wù)。例如，在照相物鏡鏡頭的設(shè)計中，如圖2所示，應(yīng)用Zemax軟件可以對后置光闌三片物鏡原始結(jié)構(gòu)（其中，分別代表該多光組系統(tǒng)中的3個透鏡元件）進行參數(shù)優(yōu)化，輸入?yún)?shù)并進行焦距縮放，從而生成初始參數(shù)及結(jié)構(gòu)。如圖3所示。

進而在Zemax中進行像差分析及參數(shù)優(yōu)化，在初始結(jié)構(gòu)的MTF 曲線中，可看出成像質(zhì)量很差， 因此需要校正像差，如圖4所示。調(diào)整其可變參量（包括6個曲率半徑，2個空氣間隔和3個玻璃的厚度），對物鏡的結(jié)構(gòu)進行逐次優(yōu)化。每次調(diào)整后再次優(yōu)化實時關(guān)注MTF圖的曲線變化，最后使各個參數(shù)都在可接受范圍之內(nèi)，如圖5所示。通過課程設(shè)計中對具體光學系統(tǒng)的設(shè)計和分析，學生們對課堂所學知識有了更新和更深刻的理解，通過學以致用，更加體會到所學知識的重要性。

在課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，鼓勵學生結(jié)合課堂所學理論知識，開展創(chuàng)新性研究，申報大學生創(chuàng)新訓練計劃項目，教師指導學生進行選題和方案論證，以項目組的形式，明確每個學生的任務(wù)分工，使每個學生都有機會參與實際項目的研究或開發(fā)，通過項目的實施來驅(qū)動學習，在實踐中加深和強化對理論知識的理解。對于大學生創(chuàng)新計劃項目，導師不需特意強調(diào)成果，應(yīng)注重其研究和實施的過程。

在創(chuàng)新訓練基礎(chǔ)上，鼓勵學生參加科技創(chuàng)新比賽，通過賽事培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作精神。學生可以親身體驗科學研究的全過程，以個性化的思路提出設(shè)計方案，從而大大增強學生解決問題的能力。通過精心的賽前準備，所設(shè)計的“光電主動式紅外報警器”在燕山大學校團委組織的“世紀杯”科技創(chuàng)新大賽中獲得了優(yōu)異的成績，這也極大地增強了學生的自信心，促使學生在實踐中運用所學知識，進一步加深了對知識的理解。

利用實驗室條件，《工程光學》課程設(shè)計的設(shè)計任務(wù)、大學生創(chuàng)新訓練的相關(guān)內(nèi)容、科技創(chuàng)新比賽的前期準備和方案實施等實踐環(huán)節(jié)對實驗的需求都可以得到很大程度上的解決。將開放性設(shè)計性實驗、競賽題目、科研課題與工程光學某些知識相聯(lián)系，制定項目的實施方案，規(guī)劃實驗流程，列出實驗儀器及元器件清單，通過實驗驗證項目方案的可行性。在不斷發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題的過程中，學生會對探索和追求未知的科學領(lǐng)域產(chǎn)生極大的興趣，在學習的過程中變被動為主動，在研究過程中也不斷提高了自身的創(chuàng)新能力，真正實現(xiàn)了以人為本、自主學習的教學理念。

2.4 開展現(xiàn)代光學前沿知識講座

《工程光學》課程所講授的內(nèi)容是光學的基礎(chǔ)性應(yīng)用知識，通過開設(shè)光學講座的方法，向?qū)W生傳遞這些知識在現(xiàn)代光學技術(shù)中應(yīng)用的信息，更能使學生了解光學前沿的概況，給課堂教學內(nèi)容賦予時代氣息，拓展學生的知識面。通過這類活動，不但能增進學生對學科和本專業(yè)科研方向和科研梯隊的了解，更能使學生充分認識到學習《工程光學》的意義，而且也增強了學生熱愛專業(yè)、致力于專業(yè)課程學習的積極性，從而取得良好的收效。

2.5 教學安排及課時調(diào)整

《工程光學》教學改革已經(jīng)在教學實踐中推進了一年，取得了初步的成果，并將在今后的教學過程中不斷探索、總結(jié)和提高。在上一個教學周期中，針對多元化教學模式的采用，已將整個學時安排進行了必要的調(diào)整。采用網(wǎng)絡(luò)信息平臺，針對大學物理中已經(jīng)涉及的部分知識點，縮減了每堂課復習舊知識點和考前總復習的時間，網(wǎng)絡(luò)試題庫的建設(shè)節(jié)約了習題課的時間，以上兩方面節(jié)約學時數(shù)約6個學時，從中分配4個學時進行課堂項目式教學，其余2個學時開設(shè)光學前沿講座。更為深入復雜的設(shè)計任務(wù)則在為期1.5周的《工程光學》課程設(shè)計中完成。另外，學生通過大學生科技創(chuàng)新訓練及科技創(chuàng)新比賽，除了獲得實踐能力的鍛煉之外，還獲得了大學四年中必修的“科技創(chuàng)新”學分。

3 結(jié)束語

在現(xiàn)今的高等教育中，注重人才的全面發(fā)展，多出人才、出好人才，是高等教育的最終目的。在工程光學教學和實踐中，發(fā)現(xiàn)了不少問題，有些教學改革的想法還不完善，還將在今后的教學實踐中不斷探索行之有效的改革措施。通過教學實踐和經(jīng)驗總結(jié)，提高教師的理論教學和實踐教學水平，完善教學方法，取得更好的教學效果。通過多元化教學模式的嘗試，在優(yōu)化課程理論教學內(nèi)容的同時，引入豐富的實踐教學環(huán)節(jié)，使學生的工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)得到有效的培養(yǎng)，為學生今后的研究和就業(yè)開辟更為廣闊的空間。

參考文獻

[1]施建華，王弘剛，梁永輝，江文杰.關(guān)于“光學工程”學科課程建設(shè)的幾點思考[J].光學技術(shù)，2007，33（S1）：309-310.

[2]付瑞紅，王愛冬.信息化時代高等教育理念及課程模式的探索[J].教學研究.2013，36（2）：8-12.

[3]蔡建文.工程光學課程教學探討[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2011，（5）：58.

[4]李麗，劉曉波.工程光學教學改革探索[J].實驗技術(shù)與管理，2009，26（8）：129-131.

[5]蔡懷宇，郁道銀，李清.“工程光學”國家精品課程的建設(shè)與改革[J].高等理科教育，2006，（2）：38-40.

[6]岑兆豐，李曉彤，劉向東.浙江大學應(yīng)用光學課程的發(fā)展和改革[J].光學技術(shù).2007，33（S1）：268-269.

2.3 引入任務(wù)式教學模式，培養(yǎng)學生的實踐能力

《工程光學》的教學改革嘗試，要注重培養(yǎng)學生的工程能力、創(chuàng)新能力、學習知識和運用知識以及解決問題的能力，乃至團隊協(xié)作能力。目前，《工程光學》課程設(shè)計、大學生創(chuàng)新訓練、科技創(chuàng)新比賽以及《工程光學》開放性實驗，是課程教學改革要涉及到的實踐性環(huán)節(jié)。在實踐性教學環(huán)節(jié)中，教師要轉(zhuǎn)變教學觀念，從教學的主導位置變?yōu)橹笇Ш洼o助學生學習的角色。以明確的任務(wù)為驅(qū)動，使學生以主動的和實踐的方式進行學習，并建立實踐環(huán)節(jié)和課程教學內(nèi)容之間的有機聯(lián)系，實現(xiàn)課堂所學的書本理論知識的運用，從而培養(yǎng)學生的工程實踐綜合能力。

Zemax是目前功能較為強大的光學設(shè)計軟件，因此，在課程設(shè)計中，可以用其完成光學系統(tǒng)的輔助設(shè)計，并幫忙學生完成課堂幾何光學教學中各種典型光學系統(tǒng)的像差分析。在課程設(shè)計的過程中，以分組的形式安排了“照相物鏡鏡頭設(shè)計與像差分析”、“牛頓望遠鏡設(shè)計與像差矯正”、“帶有非球面矯正器的施密特-卡塞格林系統(tǒng)設(shè)計”、“多重結(jié)構(gòu)配置的激光束擴大器”、“折疊反射鏡面和坐標斷點”和“消色差透鏡設(shè)計”等多個設(shè)計任務(wù)。例如，在照相物鏡鏡頭的設(shè)計中，如圖2所示，應(yīng)用Zemax軟件可以對后置光闌三片物鏡原始結(jié)構(gòu)（其中，分別代表該多光組系統(tǒng)中的3個透鏡元件）進行參數(shù)優(yōu)化，輸入?yún)?shù)并進行焦距縮放，從而生成初始參數(shù)及結(jié)構(gòu)。如圖3所示。

進而在Zemax中進行像差分析及參數(shù)優(yōu)化，在初始結(jié)構(gòu)的MTF 曲線中，可看出成像質(zhì)量很差， 因此需要校正像差，如圖4所示。調(diào)整其可變參量（包括6個曲率半徑，2個空氣間隔和3個玻璃的厚度），對物鏡的結(jié)構(gòu)進行逐次優(yōu)化。每次調(diào)整后再次優(yōu)化實時關(guān)注MTF圖的曲線變化，最后使各個參數(shù)都在可接受范圍之內(nèi)，如圖5所示。通過課程設(shè)計中對具體光學系統(tǒng)的設(shè)計和分析，學生們對課堂所學知識有了更新和更深刻的理解，通過學以致用，更加體會到所學知識的重要性。

在課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，鼓勵學生結(jié)合課堂所學理論知識，開展創(chuàng)新性研究，申報大學生創(chuàng)新訓練計劃項目，教師指導學生進行選題和方案論證，以項目組的形式，明確每個學生的任務(wù)分工，使每個學生都有機會參與實際項目的研究或開發(fā)，通過項目的實施來驅(qū)動學習，在實踐中加深和強化對理論知識的理解。對于大學生創(chuàng)新計劃項目，導師不需特意強調(diào)成果，應(yīng)注重其研究和實施的過程。

在創(chuàng)新訓練基礎(chǔ)上，鼓勵學生參加科技創(chuàng)新比賽，通過賽事培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作精神。學生可以親身體驗科學研究的全過程，以個性化的思路提出設(shè)計方案，從而大大增強學生解決問題的能力。通過精心的賽前準備，所設(shè)計的“光電主動式紅外報警器”在燕山大學校團委組織的“世紀杯”科技創(chuàng)新大賽中獲得了優(yōu)異的成績，這也極大地增強了學生的自信心，促使學生在實踐中運用所學知識，進一步加深了對知識的理解。

利用實驗室條件，《工程光學》課程設(shè)計的設(shè)計任務(wù)、大學生創(chuàng)新訓練的相關(guān)內(nèi)容、科技創(chuàng)新比賽的前期準備和方案實施等實踐環(huán)節(jié)對實驗的需求都可以得到很大程度上的解決。將開放性設(shè)計性實驗、競賽題目、科研課題與工程光學某些知識相聯(lián)系，制定項目的實施方案，規(guī)劃實驗流程，列出實驗儀器及元器件清單，通過實驗驗證項目方案的可行性。在不斷發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題的過程中，學生會對探索和追求未知的科學領(lǐng)域產(chǎn)生極大的興趣，在學習的過程中變被動為主動，在研究過程中也不斷提高了自身的創(chuàng)新能力，真正實現(xiàn)了以人為本、自主學習的教學理念。

2.4 開展現(xiàn)代光學前沿知識講座

《工程光學》課程所講授的內(nèi)容是光學的基礎(chǔ)性應(yīng)用知識，通過開設(shè)光學講座的方法，向?qū)W生傳遞這些知識在現(xiàn)代光學技術(shù)中應(yīng)用的信息，更能使學生了解光學前沿的概況，給課堂教學內(nèi)容賦予時代氣息，拓展學生的知識面。通過這類活動，不但能增進學生對學科和本專業(yè)科研方向和科研梯隊的了解，更能使學生充分認識到學習《工程光學》的意義，而且也增強了學生熱愛專業(yè)、致力于專業(yè)課程學習的積極性，從而取得良好的收效。

2.5 教學安排及課時調(diào)整

《工程光學》教學改革已經(jīng)在教學實踐中推進了一年，取得了初步的成果，并將在今后的教學過程中不斷探索、總結(jié)和提高。在上一個教學周期中，針對多元化教學模式的采用，已將整個學時安排進行了必要的調(diào)整。采用網(wǎng)絡(luò)信息平臺，針對大學物理中已經(jīng)涉及的部分知識點，縮減了每堂課復習舊知識點和考前總復習的時間，網(wǎng)絡(luò)試題庫的建設(shè)節(jié)約了習題課的時間，以上兩方面節(jié)約學時數(shù)約6個學時，從中分配4個學時進行課堂項目式教學，其余2個學時開設(shè)光學前沿講座。更為深入復雜的設(shè)計任務(wù)則在為期1.5周的《工程光學》課程設(shè)計中完成。另外，學生通過大學生科技創(chuàng)新訓練及科技創(chuàng)新比賽，除了獲得實踐能力的鍛煉之外，還獲得了大學四年中必修的“科技創(chuàng)新”學分。

3 結(jié)束語

在現(xiàn)今的高等教育中，注重人才的全面發(fā)展，多出人才、出好人才，是高等教育的最終目的。在工程光學教學和實踐中，發(fā)現(xiàn)了不少問題，有些教學改革的想法還不完善，還將在今后的教學實踐中不斷探索行之有效的改革措施。通過教學實踐和經(jīng)驗總結(jié)，提高教師的理論教學和實踐教學水平，完善教學方法，取得更好的教學效果。通過多元化教學模式的嘗試，在優(yōu)化課程理論教學內(nèi)容的同時，引入豐富的實踐教學環(huán)節(jié)，使學生的工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)得到有效的培養(yǎng)，為學生今后的研究和就業(yè)開辟更為廣闊的空間。

參考文獻

[1]施建華，王弘剛，梁永輝，江文杰.關(guān)于“光學工程”學科課程建設(shè)的幾點思考[J].光學技術(shù)，2007，33（S1）：309-310.

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[6]岑兆豐，李曉彤，劉向東.浙江大學應(yīng)用光學課程的發(fā)展和改革[J].光學技術(shù).2007，33（S1）：268-269.

2.3 引入任務(wù)式教學模式，培養(yǎng)學生的實踐能力

《工程光學》的教學改革嘗試，要注重培養(yǎng)學生的工程能力、創(chuàng)新能力、學習知識和運用知識以及解決問題的能力，乃至團隊協(xié)作能力。目前，《工程光學》課程設(shè)計、大學生創(chuàng)新訓練、科技創(chuàng)新比賽以及《工程光學》開放性實驗，是課程教學改革要涉及到的實踐性環(huán)節(jié)。在實踐性教學環(huán)節(jié)中，教師要轉(zhuǎn)變教學觀念，從教學的主導位置變?yōu)橹笇Ш洼o助學生學習的角色。以明確的任務(wù)為驅(qū)動，使學生以主動的和實踐的方式進行學習，并建立實踐環(huán)節(jié)和課程教學內(nèi)容之間的有機聯(lián)系，實現(xiàn)課堂所學的書本理論知識的運用，從而培養(yǎng)學生的工程實踐綜合能力。

Zemax是目前功能較為強大的光學設(shè)計軟件，因此，在課程設(shè)計中，可以用其完成光學系統(tǒng)的輔助設(shè)計，并幫忙學生完成課堂幾何光學教學中各種典型光學系統(tǒng)的像差分析。在課程設(shè)計的過程中，以分組的形式安排了“照相物鏡鏡頭設(shè)計與像差分析”、“牛頓望遠鏡設(shè)計與像差矯正”、“帶有非球面矯正器的施密特-卡塞格林系統(tǒng)設(shè)計”、“多重結(jié)構(gòu)配置的激光束擴大器”、“折疊反射鏡面和坐標斷點”和“消色差透鏡設(shè)計”等多個設(shè)計任務(wù)。例如，在照相物鏡鏡頭的設(shè)計中，如圖2所示，應(yīng)用Zemax軟件可以對后置光闌三片物鏡原始結(jié)構(gòu)（其中，分別代表該多光組系統(tǒng)中的3個透鏡元件）進行參數(shù)優(yōu)化，輸入?yún)?shù)并進行焦距縮放，從而生成初始參數(shù)及結(jié)構(gòu)。如圖3所示。

進而在Zemax中進行像差分析及參數(shù)優(yōu)化，在初始結(jié)構(gòu)的MTF 曲線中，可看出成像質(zhì)量很差， 因此需要校正像差，如圖4所示。調(diào)整其可變參量（包括6個曲率半徑，2個空氣間隔和3個玻璃的厚度），對物鏡的結(jié)構(gòu)進行逐次優(yōu)化。每次調(diào)整后再次優(yōu)化實時關(guān)注MTF圖的曲線變化，最后使各個參數(shù)都在可接受范圍之內(nèi)，如圖5所示。通過課程設(shè)計中對具體光學系統(tǒng)的設(shè)計和分析，學生們對課堂所學知識有了更新和更深刻的理解，通過學以致用，更加體會到所學知識的重要性。

在課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，鼓勵學生結(jié)合課堂所學理論知識，開展創(chuàng)新性研究，申報大學生創(chuàng)新訓練計劃項目，教師指導學生進行選題和方案論證，以項目組的形式，明確每個學生的任務(wù)分工，使每個學生都有機會參與實際項目的研究或開發(fā)，通過項目的實施來驅(qū)動學習，在實踐中加深和強化對理論知識的理解。對于大學生創(chuàng)新計劃項目，導師不需特意強調(diào)成果，應(yīng)注重其研究和實施的過程。

在創(chuàng)新訓練基礎(chǔ)上，鼓勵學生參加科技創(chuàng)新比賽，通過賽事培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作精神。學生可以親身體驗科學研究的全過程，以個性化的思路提出設(shè)計方案，從而大大增強學生解決問題的能力。通過精心的賽前準備，所設(shè)計的“光電主動式紅外報警器”在燕山大學校團委組織的“世紀杯”科技創(chuàng)新大賽中獲得了優(yōu)異的成績，這也極大地增強了學生的自信心，促使學生在實踐中運用所學知識，進一步加深了對知識的理解。

利用實驗室條件，《工程光學》課程設(shè)計的設(shè)計任務(wù)、大學生創(chuàng)新訓練的相關(guān)內(nèi)容、科技創(chuàng)新比賽的前期準備和方案實施等實踐環(huán)節(jié)對實驗的需求都可以得到很大程度上的解決。將開放性設(shè)計性實驗、競賽題目、科研課題與工程光學某些知識相聯(lián)系，制定項目的實施方案，規(guī)劃實驗流程，列出實驗儀器及元器件清單，通過實驗驗證項目方案的可行性。在不斷發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題的過程中，學生會對探索和追求未知的科學領(lǐng)域產(chǎn)生極大的興趣，在學習的過程中變被動為主動，在研究過程中也不斷提高了自身的創(chuàng)新能力，真正實現(xiàn)了以人為本、自主學習的教學理念。

2.4 開展現(xiàn)代光學前沿知識講座

《工程光學》課程所講授的內(nèi)容是光學的基礎(chǔ)性應(yīng)用知識，通過開設(shè)光學講座的方法，向?qū)W生傳遞這些知識在現(xiàn)代光學技術(shù)中應(yīng)用的信息，更能使學生了解光學前沿的概況，給課堂教學內(nèi)容賦予時代氣息，拓展學生的知識面。通過這類活動，不但能增進學生對學科和本專業(yè)科研方向和科研梯隊的了解，更能使學生充分認識到學習《工程光學》的意義，而且也增強了學生熱愛專業(yè)、致力于專業(yè)課程學習的積極性，從而取得良好的收效。

2.5 教學安排及課時調(diào)整

《工程光學》教學改革已經(jīng)在教學實踐中推進了一年，取得了初步的成果，并將在今后的教學過程中不斷探索、總結(jié)和提高。在上一個教學周期中，針對多元化教學模式的采用，已將整個學時安排進行了必要的調(diào)整。采用網(wǎng)絡(luò)信息平臺，針對大學物理中已經(jīng)涉及的部分知識點，縮減了每堂課復習舊知識點和考前總復習的時間，網(wǎng)絡(luò)試題庫的建設(shè)節(jié)約了習題課的時間，以上兩方面節(jié)約學時數(shù)約6個學時，從中分配4個學時進行課堂項目式教學，其余2個學時開設(shè)光學前沿講座。更為深入復雜的設(shè)計任務(wù)則在為期1.5周的《工程光學》課程設(shè)計中完成。另外，學生通過大學生科技創(chuàng)新訓練及科技創(chuàng)新比賽，除了獲得實踐能力的鍛煉之外，還獲得了大學四年中必修的“科技創(chuàng)新”學分。

3 結(jié)束語

在現(xiàn)今的高等教育中，注重人才的全面發(fā)展，多出人才、出好人才，是高等教育的最終目的。在工程光學教學和實踐中，發(fā)現(xiàn)了不少問題，有些教學改革的想法還不完善，還將在今后的教學實踐中不斷探索行之有效的改革措施。通過教學實踐和經(jīng)驗總結(jié)，提高教師的理論教學和實踐教學水平，完善教學方法，取得更好的教學效果。通過多元化教學模式的嘗試，在優(yōu)化課程理論教學內(nèi)容的同時，引入豐富的實踐教學環(huán)節(jié)，使學生的工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)得到有效的培養(yǎng)，為學生今后的研究和就業(yè)開辟更為廣闊的空間。

參考文獻

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