“光学工程与系统设计”课程教学改革的实践与探索

张薇+李湘宁

摘 要：该文针对“光学工程与系统设计”课程存在学时少、相应配套课程不够完善、学生基础知识水平不均衡等问题，从教学内容、教学方法、实践环节等多方面进行探索，通过合理安排规划授课内容;利用分析、解决实际工程问题将理论和实践相结合;引入本领域最新研究内容;采用启发式、讨论式教学方法等方式，提高了学生学习的主动性，使教学达到最佳的效果，最终实现了本课程提高学生现代光学系统设计能力，培养学生解决工程问题能力的目的。

关键词：工程光学  光学工程与系统设计  教学方法  教学改革

中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0142-02

随着光学技术的发展，对光学仪器和光电仪器设计的要求也越来越高，这就要求设计者具备扎实的理论基础、较高的设计技巧和现代光学系统设计计算能力。目前，社会上对光学设计的专业人才有着越发迫切的需求，为此，高校肩负着培养具有良好光学设计能力的工程型人才的重任。

为了帮助学生巩固应用光学专业基础知识，掌握评价光学系统的基本方法，提高学生对光学系统的应用能力和设计能力，该校在光学工程学科研究生教学中开设了“光学工程与系统设计”课程。该课程在本科工程光学的基础上，系统、全面地讲解光学工程的理论、应用和系统设计方法，帮助学生提高在工程应用中解决实际问题的能力。

“光学工程与系统设计”课程针对光学工程学科研究生开设，要求学生具有一定的光学工程基础知识，教学目标是培养光学工程的高级应用人才。授课内容除注重于基本概念的讲解和基本原理的分析外，拟通过大量丰富的光学系统应用实例，培养和提高学生发现和解决工程问题的能力。

因此，该门课程在较短的课时内，既要有对专业基础知识的深入理解，又要结合工程生产实践，以解决实际设计问题为目的，使学生在系统、全面地掌握光学设计理论和设计方法基础上，能够独立完成大多数典型光学部件和系统的设计工作。因此，要达到较好的授课效果，对授课教师提出了较高的要求。

在“光学工程与系统设计”的授课中，如何将理论与实际相结合，充分调动学生学习兴趣，使学生逐步适应从习惯于科学理论、理想假定的学习者到光学工程专业技术人员的转变，培养和提高学生发现和解决工程问题的能力，是重点考虑的问题。该文将对教学中遇到的问题及经验进行做出总结。

1 “光学工程与系统设计”教学中面临的主要问题

在该课程的教学过程中，主要存在的问题有以下几点。

1.1 学时少，相应配套课程不完善，学生基础知识水平不均衡

“光学工程与系统设计”课程涵盖光学成像理论、典型现代光学系统的结构原理和光学特性、光学系统设计方法等等方面，涉及知识内容非常广泛。在有限的学时内，要完成所有的教学内容，达到使学生系统、全面地掌握光学设计理论和方法，提高学生现代光学系统设计能力，培养学生工程素质的目的，对学生的基础知识、综合能力的要求都较高。而在实际教学中，由于学生可能来自于不同的本科专业，在光学工程类基础课程方面的知识水平表现出很不均衡，相应的配套课程也不够完善。因此，如何在本课程的教学中，如何缓这些矛盾，弥补这些缺陷，达到好的授课效果，对教师提出了很大挑战。

1.2 学生工程意识淡薄，动手能力差，不能将理论与实际相结合

学生对工程设计的特点仍旧缺乏认识，对工程问题较为生疏，工程意识非常淡薄，因此造成了动手能力差，不能将所学的理论知识与实际应用有机结合的问题。而本课程正是以培养具有良好光学设计能力的工程型人才为目标，因此，如何理论结合实际，在对实际问题的分析与讨论中，培养学生学习与发展的能力和创造性解决工程问题的能力，是重点要解决的一个问题。

1.3 学生的学习积极性问题

教育学认为：兴趣是学习最好的老师。学生对所学习的课程产生了兴趣，才能更加认真、更加投入地汲取课程的知识，更好地发挥思维和智力的潜能，做出创造和发明。正是由于本课程涉及内容广泛，学生基础知识水平不均衡，如果不能够采取合理措施，将理论与实践相结合，充分调动起学生学习的主动性，就更容易造成部分学生对课程丧失兴趣，消极学习。因此，作为专业课程老师，怎样培养学生的学习兴趣，不使学生感觉学习过程无聊、无用而索然无味，是授课教师必须认真思考的问题。

2 教学改革实践与探索

针对以上问题，我们在教学过程中，从教学体系、教材、课件、教学方法等多方面进行改革探索，以完善教学内容、创新教学方法为出发点，从提高学生兴趣，加强师生互动，讲解深入浅出，理论结合实际，融入科研内容等多方面着手，改善教学效果，取得了较好的成效。主要采用了以下手段后。

2.1 精心规划授课内容，注意衔接，有的放矢

该课程许多内容涉及到几何光学、物理光学、激光原理等基础课程知识，希望学生能够具有一定的相关基础，在授课时才能产生较好的效果。然而，如前所述，在教学中存在学生基础知识水平不均衡，配套课程不够完善的问题。为解决这一矛盾，在授课体系与授课内容方面，进行了精心的规划，力求合理。

首先，在授课内容方面，重视教材内容的科学组织，在内容的编排上注意知识本身的内在规律性、系统性及相互联系，增强课程各个部分之间的逻辑性，有的放矢，从而节省学时，解决课程容量大与学时有限的矛盾。其次，在讲授必要内容的基础上，注意与前期课程的衔接，但并不完全依赖于前期课程知识的掌握，而是注重启发、引导学生自主的复习、掌握、扩展原有知识，例如通过布置思考题目、提供参考文献、课上讨论等方式，帮助和鼓励学生通过主动学习，来解决基础知识水平不均衡的问题。同时，在授课中并不简单的按照教材施教，而是及时结合科研项目，充分利用与课程有关的最新研究成果，补充本领域的前沿技术。endprint

通过合理的规划授课内容，并在授课过程中，注意衔接，有的放矢，激励学生课下主动学习的方式，提高了教学质量。

2.2 理论结合实际，重在能力培养

本课程除了具有知识的系统性、理论性强的特点外，更重要的特点是应用性强。在工程设计中，需要灵活地运用学过的理论知识，用理论指导实践，才能使设计朝着成功的方向前进。当设计过程出现问题时，怎样利用理论知识和实践经验，来有效地进行修正，最终得到满足使用要求的系统设计，这种解决工程问题的能力的提高，是本课程最核心要解决的问题。

为此，我们在基础理论讲授后，通过抛出一个或几个实际工程设计问题，引导学生进行深入思考与讨论，完成自主设计。例如在学习了像差理论及典型显微光学系统后，要求学生设计一款高倍率显微系统，针对该系统设计过程中发生的各种问题，包括怎样从低倍率系统逐步过渡到高倍率系统，怎样实现复消色差，以及工程实际中如何实现系统装调等等问题，一一进行讨论和分析，通过引导学生发现问题，鼓励学生自主分析解决问题，提高学生的实践能力。

这样的理论与实际相结合的过程，深受学生好评，学生们一致认为，通过这样的练习，不但加深了对理论知识的理解，更大大提高了他们发现和解决工程问题的能力。

2.3 创新授课方法，刺激学生主动学习

由于授课内容的更新以及理论与实际相结合的要求，教师在授课方法上也必须进行相应的创新，才能够达到预期的效果。学生是课堂教学的主体，只有激发学生求知的动力，课堂教学才有可能成功。除了传统的讲授方式外，在本课程的授课过程中，更加注重启发式教学和讨论式教学。启发式教学方法，是指通过具有启发式的提问，激励学生学习的兴趣，从而培养学生的创造性思维能力。讨论式教学方法，是指通过讨论问题，积极引导学生进行独立思考，培养学生的自主学习能力。

在具体做法上，除了采用布置思考题目，推荐参考文献的方式外，还通过将学生分为合作小组，针对某一任务进行组内合作，然后组织各小组就各自研究成果在全班进行交流，鼓励学生之间就技术问题进行讨论、质疑与辩论，加深理解。

通过启发式与讨论式教学方法的引入，增强了师生互动，提高了学生的学习兴趣，刺激学生主动学习的欲望。

3 结语

在“光学工程与系统设计”的教学中，针对存在的问题，从规划授课内容、理论结合实际以及创新授课方法等等方面进行了教学改革的实践与探索。通过合理地规划授课内容，理论与实际相结合，以及引入启发式和讨论式的教学方法，注重对学生发现和解决工程问题的能力的培养，刺激学生学习的主动性与积极性，提高了教学质量，收到了良好的效果。

参考文献

[1] Warren J Smith.现代光学工程[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2] 李丽，刘晓波.工程光学教学改革探索[J].实验技术与管理，2009，26（8）：129-131.

[3] 张文涛，蒋曲博，汪杰君，等.《光学设计》课程教学方法改革初探[J].科技创新导报，2011（2）：179-181.

[4] 张薇.光电子发光与显示技术课程教学改革的探索与实践[J].科技创新导报，2013（16）：156-157.

[5] 刘宝元，刘钧，路绍军.学生“现代光学系统设计”计算能力培养的探索与实践[J].中国西部科技，2008（27）：99-100.

[6] 牟达，罗春华，李艳红.“光学设计及CAD”课程多媒体教学实践与研究[J].长春理工大学学报，2012，7（11）：226-227.endprint