以工程素质为导向光学设计cad教学方法探析

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1、以工程素质为导向光学设计CAD教学方法探析　　摘要：光学设计CAD是光信息科学与技术专业十分重要的实践性课程，课程分为理论与实践两大部分。对科学合理的设置理论与实践教学内容，在教学中以工程素质为导向，培养学生的工程素质与综合创新能力方面进行了探讨。结合厦门理工学院的光学设计CAD课程提出了课程设置、教学内容、教学方法的相关讨论，旨在充分调动学生的积极性、主动性、创造性，更好地为今后走向工作岗位做好准备，提高就业竞争力。关键词：光学设计；工程素质；实践教学；创新能力作者简介：张继艳（1977-），女，黑龙江牡丹江人，厦门理工学院光电与通信工程学院，讲师，厦门大学物理与机电工程学院博士研究生；熊飞

2、兵（1976-），男，江西丰城人，厦门理工学院光电与通信工程学院，副教授。（福建厦门361024）基金项目：本文系国家自然科学基金（项目编号：11104234）、校级教改项目（项目编号：JGZY201223）的研究成果。中图分类号：G643.2文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）31-0093-029光学设计CAD课程是光信息科学与技术专业一门十分重要的实践性课程，是光电信息工程专业的特色课程，所有的内容都是基于前面学习过的“应用光学”和“物理光学”的理论知识。该课程与前期工程光学构成了一个完整的体系，学生可以通过这门课程培养工程意识，完成了由理论教学到工程实践的过渡。[1]

3、国内外知名大学都已认识到实践教学对知识掌握的重要性，在光学相关课程中都安排有实践教学环节，增加实践教学课时，培养学生的科学思维和创新能力。厦门理工学院于2011年开始大力推广卓越工程师计划，旨在培养适合工业界需求的合格工程师，这一教育计划是推进高等工程教育适应我国新型工业化和创新型国家建设的需要。该课程以光学系统设计为核心，[2]理论联系实际为立足点，以培养学生工程素质与综合创新能力为基本目标，将学生培养为既具有坚实理论基础又有相当实践能力的复合型实用人才。一、课程特点及教学内容分析9工程光学、光学系统课程设计分别是光学设计CAD前期和后续的相关课程，是一个完整的课程体系。工程光学教学的最终目

4、的是为了实现光学系统的设计，按照内容深浅，三门课程先后在三个学期开设：工程光学安排在大二上学期，光学设计CAD安排在大二下学期，光学系统课程设计安排在大二第三个学期。光学设计CAD所讲授的内容包括：像差理论、典型光学元件的像差特性、光学系统像质评价、典型光学系统的设计、计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图。[3]教学手段上采用传统板书和多媒体教学相结合。课程教学中以构成光学系统的基本元件、基本结构和基本问题为线索展开，将核心训练点和综合运用能力的训练贯穿其中。光学设计CAD课程分为理论教学与实践教学两个环节，课程总学分是3个学分，理论教学2个学分，实践教学1个学分。想在有限课程学

5、时内完成所有的理论与实践内容的教学比较困难。为了兼顾课时和教学效果，将部分上机内容搬到理论课堂上，有些实践内容放在后续的光学系统课程设计中进行。学习时间分为课上和课下，课上时间采用分级教学，以简单演示、复杂操作为原则安排授课形式；课下时间学生可根据自己的时间和学习情况合理安排。二、合理设置教学内容光学设计以工程光学内容为基础，需要学生对应用光学的基础概念有较好的理解。接下来要有较全面的像差知识，在具备像差知识的基础上，了解典型光学系统的结构特点，具备基本的光路计算常识，掌握一些特殊的光学系统的结构特点，如激光光学系统、傅立叶变换透镜、光谱仪光学系统及光纤光学系统等。像差部分的内容增加了现代光学

6、基础内容，所占比重很大。9结合高校对于科研以及应用型人才的培养要求，对教学内容进行了调整，[4]增加照相物镜设计，手机镜头的光学总体设计以及激光扩束设计等内容，教师提出设计的整体要求，引导学生按照规范程序进行初始结构选型、结构优化、像差平衡、公差分析的设计，使学生通过完整的设计了解工程研发的整个流程，使学生能在未来的就业市场上具有一定的竞争优势。少数对于光学设计很感兴趣且学习优秀的学生，结合学校的科研项目，让他们参与实际的科研工作，既丰富他们的工作阅历又能提高工作能力和设计水平。突出知识体系的重点和难点：针对教学中的重点和难点内容，采取重点授课、适当增加学时、灵活运用教学方法、增加实践机会等措

7、施，使学生真正理解和掌握重点和难点内容。在保证基础内容的前提下，压缩部分陈旧的非主体性的内容，例如代数法求解透镜的基本结构。目前，实际工程应用中已很少采用代数法求解基本结构，以往教学中学生对这部分内容的接受程度一般，普遍反映公式繁多，难以理解。与现代光学重复交叉的内容可以移到其它实践性课程中讲解，增加最新的现代光学基础内容。[5]授课时，将相关的研究前沿融入到基本内容中，学生既扩展了基础知识，又开