“应用光学”课程教学改革初探

黄富瑜， 周 冰， 刘秉琦， 胡文刚， 武东生， 张 鹏

(军械工程学院 电子与光学工程系， 河北 石家庄 050003)

“应用光学”课程教学改革初探

黄富瑜， 周 冰， 刘秉琦， 胡文刚， 武东生， 张 鹏

(军械工程学院 电子与光学工程系， 河北 石家庄 050003)

本文从教学内容、教学手段、教学重点、教学实施等方面进行了“应用光学”课程改革初探。以“学为主体、教为先导”为原则、以“基础理论——原理应用——工程实践——前沿发展”为思想，兼顾理论知识传授和应用能力培养，新的教学模式不仅有助于夯实学生专业基础、提升工程实践能力，也为下一步“应用光学”课程全面改革提供参考。

教学改革；应用光学；军队院校

0 引言

“国以才立，军以才强”，围绕习主席“强军梦”的指示要求，当前，许多军事院校都着眼工程应用型人才培养目标，紧贴部队需求积极开展教学改革[1-3]。作为全军唯一一所培养具备军械装备工程技术、管理指挥能力干部的重点高等院校，我校高度重视教学改革，针对工程应用型本科生的培养研究了多项实用教改措施，取得了良好效果。

“应用光学”课程是作为光电信息科学与技术、光电信息工程、光学仪器、测控技术与仪器、军用光电工程等专业的专业基础课和学位基础课，也是后续专业课程的核心基础之一[4]。针对我校工科院校的教学特点，本文主要围绕应用型军事人才培养目标，探讨“应用光学”课程教学改革问题，着眼提升学生实践能力，为教学积累经验。

1 立足能力培养，规划教学目标

按照我校的人才培养指导思想，应用型人才的培养目标是：一是培养德智军体全面发展、适应部队信息化建设的指挥官人才；二是培养专业技术硬、工程实践能力强的工程师人才。其中，工程师人才培养是使学生在系统掌握光学基础理论同时，初步具备军用光电系统的论证、设计、试验、管理等工程实践能力。

围绕应用型人才培养目标，“应用光学”课程全面贯彻落实素质教育和创新教育思想，坚持学为主体、教为先导的原则，结合本门课程理论联系实际的特点，一方面，加强几何光学基本理论的基础教学，让学生理解光的几何传播和成像规律，掌握几何光学的基本概念、基本原理以及光学系统的基本设计思路；另一方面，注重培养学生自主获取知识能力、工程实践能力和科学思维能力，提高学生运用所学的基本光学零件、光学系统成像性质、光能传输理论等方面的知识，分析和解决实际光学系统问题的能力。

2 紧贴军事应用，优化教学内容

军用光学仪器主要分为目视观测仪器和摄影测量仪器两大类。其中，目视观测仪器诸如望远镜、瞄准镜、潜望镜、光学测距机等，从光学系统构成原理来说，这些仪器又都属于望远系统的范畴。

紧贴军事应用，“应用光学”课程按照“基础理论——原理应用——工程实践——前沿发展”的主线展开教学，并依主线将整个课程划分为几何光学理论、原理光学系统、实际望远系统和现代光学系统四个模块，如图1所示。

图1 面向应用型人才培养的“应用光学”课程教学体系

在教学内容上，删减与实用教学相关性不大或与后续课程重复的章节，如削弱辐射度学、色度学、投影仪、光纤光学系统、非成像光学系统等内容，精选现代光学研究前沿内容，增添与军用光学系统关系密切的实践教学环节。图1中四个模块依次对应基础、应用、实践、前沿几个教学环节，针对不同教学环节，灵活运用不同的教学手段：

(1)基础教学环节以几何光学基本原理、主平面和焦点位置计算、理想光学系统物像关系等为主要内容，教学目的是让学生理解并掌握几何光学基本概念、基本原理和理想光学系统物像关系分析方法。

针对该部分内容侧重专业基础、理论性强、公式多的特点，主要采用讲授式的教学方式，通过对关键公式及其物理内涵的精细讲解，使学生掌握几何光学基本规律，并学会利用这些来分析物像关系。

(2)应用教学环节以人眼光学特性、放大显微系统、望远系统、照相系统等为主要内容，教学目的是让学生学会运用基础理论构建原理光学系统，并学会分析其工作原理。其中，望远系统是军用光学系统的母体，作为重点讲授。

针对该部分内容侧重原理应用的特点，主要采用讲授式、启发式相结合的教学手段。在理论讲授的基础上，启发学生从单个光学零件入手，利用所学理论，逐步完成放大、显微、望远等基本光学系统的原理性构建和学习。

(3)实践教学环节主要围绕军用光电装备的母体——望远系统展开，借助光学设计软件、光电装备专修室等软硬件平台具体实施，教学目的是让学生学会运用所学知识分析实际光学系统。

针对该部分内容侧重工程实践，对成像光束、成像质量、像面照度等要求较高的特点，主要采用讲授式和实践式相结合的教学手段。为加深学生对实际望远系统轴向尺寸受限、横向尺寸受限、像面照度要求高、成像质量要求严等问题的理解，教学在理论讲授的基础上，利用ZEMAX光学设计软件进行问题的仿真模拟和分析，并借助光电装备专修室的设备和仪器，组织学生对军用观察望远镜、周视瞄准镜、狙击步枪瞄准镜等典型军用光电装备进行实装操作、结构分解和设计需求分析，以巩固学习效果。

(4)前沿教学环节以当前光学技术发展动态特别是与军事应用相关的技术成果为主要内容，教学目的是让学生了解现代光学系统发展前沿，并为后续光电装备课程学习奠定理论基础。

针对该部分内容侧重发展前沿的特点，主要采用专题讲座的教学方式，介绍激光光学系统、红外/微光光学系统、现代新型光电器件及其成像系统等军事应用广泛的现代光学系统，通过对比分析经典光学系统的差异，提升学生跟踪新技术的能力。

3 兼顾课程衔接，设计教学重点

在军用光电工程专业课程体系中，“应用光学”课程不仅是最为重要的专业基础课，更是“光学仪器检校”、“光学仪器构造”、“光学测试技术”等后续课程学习的理论基础。为做好课程之间的衔接，需要精心设计教学重点。例如：

“光学仪器检校”课程涉及透镜成像、棱镜成像、光学系统视度、放大率、成像质量等理论及检校方法，有必要将课程中单透镜/透镜组合系统的物像关系、平面镜棱镜系统成像规律、目视光学仪器视度调节、视放大率公式、成像质量评价等内容设计为重点；“光学仪器构造”课程涉及双目观察仪器、瞄准仪器、测量仪器等军用光电仪器的原理与构造，而这些仪器中大都包含望远系统或者倒置的望远系统组件，有必要将课程中望远系统尤其是开普勒望远系统内容设计为教学重点，并在实际望远系统模块教学中，采用不断提出问题、解决问题的方法，逐步完成军用望远系统的设计过程；“光学测试技术”课程涉及光线在光学系统中的传输、光学系统(望远镜、显微镜)对准、调焦、测角等内容，有必要在课程教学中着重讲授光线传输规律、光学系统物像关系、目视光学仪器视度调节等知识。

此外，在教学实施过程中，还需兼顾本课程各模块之间的逻辑关系与内在联系，结合“应用光学”课程特点，注重知识从数学、物理基础层面向工程技术层面的转化，实现基础理论与实际应用的结合。

4 依托教学平台，开展教学实施

在教学实施过程中，充分利用本学科网络教室、光学设计软件、光电装备专修室等教学资源，深化学生对所学理论的认知和理解，促进学用转化。

(1)借助在校园网开设的“应用光学”网络教室，拓展课堂教学，使学生能够在课外时间完成课前预习、课下自学和课后复习的工作；同时，通过开设在线答疑、论坛交流等功能，加强教师与学生、学生与学生之间的互动交流，提高学生学习的主动性。

(2)将ZEMAX光学设计软件引入到实际教学中，通过模拟仿真和分析，将光学系统结构、光学设计流程、像质评价方法等教学内容直观化、形象化，调动学生的求知欲和探索欲，提升授课效果。

(3)依托光电装备专修室硬件条件，以现役光电装备为教学对象，开展实践教学，促进学生将所学理论与工程实践紧密联系起来。

5 结语

围绕应用型人才培养目标，本文发挥军队院校特色，从教学内容、教学手段、教学重点、教学实施等方面对“应用光学”课程教学改革进行了探讨。秉承“学为主体、教为先导”教学原则，以提升学生工程实践能力为教学目的，按照“基础理论——原理应用——工程实践——前沿发展”的设计思想，由浅入深、从理论向实践、递进式完善教学内容；在教学过程中，注重授课效率、合理运用讲授式、启发式、案例式和实践式等多种教学方法，精心设计教学重点、做好与后续课程之间的有机衔接，凸显军事应用、依托装备教学提升教学效果，兼顾前沿发展、增强学生把握光学动态、获取新知识的能力。本文研究成果不仅可以为学生后续课程学习和毕业后在岗位任职奠定坚实的理论基础，而且也可为同类高等院校进行“应用光学”课程教学改革提供参考。

[1] 王泽锋, 程湘爱, 王睿等. 军校本科专业课程研究型教学模式初探[J]. 长沙：高等教育研究学报, 2012, 35(1):60-62.

[2] 沈洪斌， 李 刚， 胡文刚等. 突出军校专业特色 建设现代光学实验中心[J]. 上海：实验室研究与探索, 2011, 30(2): 91-94.

[3] 张慧, 姜爱民, 田爱平. 军校应用型工程力学课程教学新模式初探[C]. 中国力学大会, 陕西西安, 2013年8月.

[4] 赵瑞, 孔梅梅, 彭玲等. “应用光学”课程教学模式改革[J]. 南京：电气电子教学学报, 2015, 37(3):33-35.

Teaching Reform of Applied Optics Course

HUANG Fu-yu, ZHOU Bing, LIU Bing-qi, HU Wen-gang, WU Dong-sheng, ZHANG Peng

(DepartmentofElectronicandOpticsEngineering,OrdnanceEngineeringCollege,Shijiazhuang050003,China)

The teaching reform of Applied Optics course is discussed from many aspects, such as teaching context, teaching method, teaching emphasis, teaching implementation and so on. The design principle is that studying is main body and teaching is precursor, and the design thought is along the line of basic theory-principle application-engineering practice-frontier development. Combining the theory teaching and ability training, the new teaching mode is helpful to improve the major foundation and practical ability, and can also provide reference for complete teaching reform of Applied Optics course.

practical talents cultivation; teaching reform; applied optics; military college

2016-03-11;

2016-06-07

2014年度军械工程学院教学研究课题(构建光电对抗环境下光电装备保障人才培养体系)

黄富瑜(1985- )，男，博士，讲师，主要从事光电对抗与信息处理方面的教学科研工作，E-mail：submitoptics@163.com

G642

A

1008-0686(2017)01-0049-03