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浅谈《光学设计》课程教学改革的探索与实践(2)

2015-12-25 01:00
　　3．光学设计软件的应用
　　在光学设计课程教学中，为了演示光线追迹结果及光学系统在各种不同情况下、不同输入光场时的输出光场情况等，需要编制相应的模块软件。但由于编制这样的模块软件工作量大、难度较高，往住使任课老师放弃在教学过程中演示复杂的光学现象，即使有人花大量时间和精力编制出一些，也因为功能不强、效果不佳而影响教学效果。我们将诸如ZEMAX、OSLO、CODE－V等功能强大的商业光学设计软件引入光学设计课程的教学过程，可以减小设计工作量，并且使课程课件的深度得到加强，从而扩大学生的感性认知和视野，增强教学效果。
　　现有的成像光学分析与设计软件主要有三种，分别为：美国Optical Research Association 公司的CODE－V软件；Lambda Research Corporation公司的OSLO软件；Focus Software Inc开发的ZEMAX软件。其中ZEMAX软件由于界面友好，容易上手，目前占据最大份额；我们在课堂教学中采用的也是ZEMAX软件。该软件可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射、绕射等光学模型，并结合优化、公差等分析功能，是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。课堂利用ZEMAX的计算与模拟功能，鼓励学生通过自主探索，在掌握理论知识的前提下，让学生建立相应的模型和模型，通过自己输入参数去完成对光学系统的形象化和具体化，并对光学系统像差进行详细了解，为进一步设计提供参考依据。例如，如果要给学生讲授cook三片式透镜组（入瞳10mm，全视场角40°）的结构以及性能，通过ZEMAX可以很形象地显示。图1所示，cook透镜组的二维和三维结构图都可以画出，而且所选三个视场（0视场、10°视场、20°视场）的光线轨迹也可以准确画出，这样就使得学生有更形象、直观的认识。如果要了解该透镜组性能，就可以利用ZEMAX光线追迹程序快速计算出每一条光线的轨迹，并算出各种像差值。该cook透镜组的几种像差图见图2所示，这里只显示了四种像差图：点列图、波像差图、调制传递函数图和场曲、像散及畸变图。根据这些像差图，学生可以对该系统的像差有个全面的认识，可以更进一步改进并优化结构参数。而计算实际像差利用传统的手工计算花费时间是巨大的。 （科教作文网http://zw.ΝsΕac.cOM编辑）
　　总之，利用光学设计软件，可以使光学设计课程授课效率更高，学生学习兴趣更浓，学习效果更好。

　　三、课程考核方法的改革

　　已成为课程改革的一部分，与课程的实施方法相辅相成，从而更客观地反映教与学的效果，达到拓展学生的个性，激发其学习能力和兴趣的目的。传统理工科课程通常以闭卷加平时成绩相结合的方式进行考核。针对《光学设计》的课程特点，我们采用了以考核综合知识和能力为主导的考试方法。具体包括：①建立小课题，学生撰写小论文。比如让学生们调研目前流行的单反相机的原理并进行初步设计，学生通过查资料，深入调研，强化学生自己思考的过程，同时也能考察一个学生的综合素质。②开展课堂讨论，给予评价。这部分的考核主要是通过讨论来考察学生对知识点的应用和具体解决问题的能力。③试卷考核。该部分主要考概念题和思考题，加深学生对理论基本知识的理解和掌握。
　　通过这三种方式来全面综合地考察、评定学生对该门课程的学习掌握和理解程度，从而更好地反馈和指导教学。这样的考核方法覆盖指标更全面，考核的结果就会更客观合理，能够真实全面反映学生的学习情况与能力水平，有利于对学生的知识和能力进行综合评价。

　　四、教师自身能力提高

　　教师是课程改革最直接、最关键的群体，因此教师的自身成长与课程的建设发展密切相关。教师的专业成长不仅仅是教学经历和教学经验的累积与丰富，更是教师由被动到主动参与课程决策、课程运作和课程评价，促进课程、教师和学生共同发展的过程。在不断变革的大下，教师应树立终身和终身学习的观念，即“教育既是为了促进个人的终身全面发展，又是为了促进社会的持续发展和全面进步。”只有具备这样的观念，才能不断解决教育中出现的各种问题，才能建构新课程条件下的目标、教学、评价体系。另外，很多人对于光学设计存在错误的认识，认为只要学好几种光学设计软件就可以进行光学设计。其实，光学设计是一种创造性的工作，它需要经验也需要设计人员有正确的设计思想和设计理念，而软件只是工具而已。光学设计总要从像差补偿开始，如果没有对基础像差理论的深入、正确理解，只是按照已有参数按步就班地操作，光学设计则成了完全的技术工作，毫无思想性可言。对于这部分理论内容要有“板凳要坐十年冷”的准备，从复杂、枯燥的公式中理解设计的基础，打好光学设计的基础。光学设计是一门需要慢慢磨的手艺，作为教师的我们就更要负起责任，不断提高自身水平，不浮躁、不图快，踏踏实实的不断学习，积极地参与科研，积累更多的光学设计经验，这样才能更好地讲授好这门课。

　　五、结束语

　　随着科学技术的发展，光学系统的作用越来越被重视，迫切需要光学设计的专业人才，为此高校肩负着培养具有良好光学设计人才的重任。本文对光学设计教学内容与课程设置的安排、教学方式的优化改革以及考核方式多样化等问题进行了研究与讨论，为学生更好地掌握光学设计知识、将来更好地服务于社会打下良好的基础。 （转载自中国科教评价网http://www.nseac.com）
　　参考文献
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　　2 李 林.辅助光学设计的理论与应用［M］.北京：国防出版社，2002
　　3 黄一帆、李 林.光学设计教程［M］.北京：北京理工大学出版社，2009
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