“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的實(shí)踐與探索

張薇+李湘寧

摘 要：該文針對(duì)“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程存在學(xué)時(shí)少、相應(yīng)配套課程不夠完善、學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)水平不均衡等問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)等多方面進(jìn)行探索，通過合理安排規(guī)劃授課內(nèi)容;利用分析、解決實(shí)際工程問題將理論和實(shí)踐相結(jié)合;引入本領(lǐng)域最新研究?jī)?nèi)容;采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法等方式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，使教學(xué)達(dá)到最佳的效果，最終實(shí)現(xiàn)了本課程提高學(xué)生現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題能力的目的。

關(guān)鍵詞：工程光學(xué) ?光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì) ?教學(xué)方法 ?教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（a）-0142-02

隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)光學(xué)儀器和光電儀器設(shè)計(jì)的要求也越來越高，這就要求設(shè)計(jì)者具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、較高的設(shè)計(jì)技巧和現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算能力。目前，社會(huì)上對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)的專業(yè)人才有著越發(fā)迫切的需求，為此，高校肩負(fù)著培養(yǎng)具有良好光學(xué)設(shè)計(jì)能力的工程型人才的重任。

為了幫助學(xué)生鞏固應(yīng)用光學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的基本方法，提高學(xué)生對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用能力和設(shè)計(jì)能力，該校在光學(xué)工程學(xué)科研究生教學(xué)中開設(shè)了“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程。該課程在本科工程光學(xué)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)、全面地講解光學(xué)工程的理論、應(yīng)用和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，幫助學(xué)生提高在工程應(yīng)用中解決實(shí)際問題的能力。

“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程針對(duì)光學(xué)工程學(xué)科研究生開設(shè)，要求學(xué)生具有一定的光學(xué)工程基礎(chǔ)知識(shí)，教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)光學(xué)工程的高級(jí)應(yīng)用人才。授課內(nèi)容除注重于基本概念的講解和基本原理的分析外，擬通過大量豐富的光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例，培養(yǎng)和提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的能力。

因此，該門課程在較短的課時(shí)內(nèi)，既要有對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的深入理解，又要結(jié)合工程生產(chǎn)實(shí)踐，以解決實(shí)際設(shè)計(jì)問題為目的，使學(xué)生在系統(tǒng)、全面地掌握光學(xué)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，能夠獨(dú)立完成大多數(shù)典型光學(xué)部件和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。因此，要達(dá)到較好的授課效果，對(duì)授課教師提出了較高的要求。

在“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的授課中，如何將理論與實(shí)際相結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生逐步適應(yīng)從習(xí)慣于科學(xué)理論、理想假定的學(xué)習(xí)者到光學(xué)工程專業(yè)技術(shù)人員的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)和提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的能力，是重點(diǎn)考慮的問題。該文將對(duì)教學(xué)中遇到的問題及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行做出總結(jié)。

1 “光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”教學(xué)中面臨的主要問題

在該課程的教學(xué)過程中，主要存在的問題有以下幾點(diǎn)。

1.1 學(xué)時(shí)少，相應(yīng)配套課程不完善，學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)水平不均衡

“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程涵蓋光學(xué)成像理論、典型現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和光學(xué)特性、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法等等方面，涉及知識(shí)內(nèi)容非常廣泛。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，要完成所有的教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到使學(xué)生系統(tǒng)、全面地掌握光學(xué)設(shè)計(jì)理論和方法，提高學(xué)生現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)的目的，對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)、綜合能力的要求都較高。而在實(shí)際教學(xué)中，由于學(xué)生可能來自于不同的本科專業(yè)，在光學(xué)工程類基礎(chǔ)課程方面的知識(shí)水平表現(xiàn)出很不均衡，相應(yīng)的配套課程也不夠完善。因此，如何在本課程的教學(xué)中，如何緩這些矛盾，彌補(bǔ)這些缺陷，達(dá)到好的授課效果，對(duì)教師提出了很大挑戰(zhàn)。

1.2 學(xué)生工程意識(shí)淡薄，動(dòng)手能力差，不能將理論與實(shí)際相結(jié)合

學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)仍舊缺乏認(rèn)識(shí)，對(duì)工程問題較為生疏，工程意識(shí)非常淡薄，因此造成了動(dòng)手能力差，不能將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合的問題。而本課程正是以培養(yǎng)具有良好光學(xué)設(shè)計(jì)能力的工程型人才為目標(biāo)，因此，如何理論結(jié)合實(shí)際，在對(duì)實(shí)際問題的分析與討論中，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展的能力和創(chuàng)造性解決工程問題的能力，是重點(diǎn)要解決的一個(gè)問題。

1.3 學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性問題

教育學(xué)認(rèn)為：興趣是學(xué)習(xí)最好的老師。學(xué)生對(duì)所學(xué)習(xí)的課程產(chǎn)生了興趣，才能更加認(rèn)真、更加投入地汲取課程的知識(shí)，更好地發(fā)揮思維和智力的潛能，做出創(chuàng)造和發(fā)明。正是由于本課程涉及內(nèi)容廣泛，學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)水平不均衡，如果不能夠采取合理措施，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，就更容易造成部分學(xué)生對(duì)課程喪失興趣，消極學(xué)習(xí)。因此，作為專業(yè)課程老師，怎樣培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不使學(xué)生感覺學(xué)習(xí)過程無聊、無用而索然無味，是授課教師必須認(rèn)真思考的問題。

2 教學(xué)改革實(shí)踐與探索

針對(duì)以上問題，我們?cè)诮虒W(xué)過程中，從教學(xué)體系、教材、課件、教學(xué)方法等多方面進(jìn)行改革探索，以完善教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法為出發(fā)點(diǎn)，從提高學(xué)生興趣，加強(qiáng)師生互動(dòng)，講解深入淺出，理論結(jié)合實(shí)際，融入科研內(nèi)容等多方面著手，改善教學(xué)效果，取得了較好的成效。主要采用了以下手段后。

2.1 精心規(guī)劃授課內(nèi)容，注意銜接，有的放矢

該課程許多內(nèi)容涉及到幾何光學(xué)、物理光學(xué)、激光原理等基礎(chǔ)課程知識(shí)，希望學(xué)生能夠具有一定的相關(guān)基礎(chǔ)，在授課時(shí)才能產(chǎn)生較好的效果。然而，如前所述，在教學(xué)中存在學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)水平不均衡，配套課程不夠完善的問題。為解決這一矛盾，在授課體系與授課內(nèi)容方面，進(jìn)行了精心的規(guī)劃，力求合理。

首先，在授課內(nèi)容方面，重視教材內(nèi)容的科學(xué)組織，在內(nèi)容的編排上注意知識(shí)本身的內(nèi)在規(guī)律性、系統(tǒng)性及相互聯(lián)系，增強(qiáng)課程各個(gè)部分之間的邏輯性，有的放矢，從而節(jié)省學(xué)時(shí)，解決課程容量大與學(xué)時(shí)有限的矛盾。其次，在講授必要內(nèi)容的基礎(chǔ)上，注意與前期課程的銜接，但并不完全依賴于前期課程知識(shí)的掌握，而是注重啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生自主的復(fù)習(xí)、掌握、擴(kuò)展原有知識(shí)，例如通過布置思考題目、提供參考文獻(xiàn)、課上討論等方式，幫助和鼓勵(lì)學(xué)生通過主動(dòng)學(xué)習(xí)，來解決基礎(chǔ)知識(shí)水平不均衡的問題。同時(shí)，在授課中并不簡(jiǎn)單的按照教材施教，而是及時(shí)結(jié)合科研項(xiàng)目，充分利用與課程有關(guān)的最新研究成果，補(bǔ)充本領(lǐng)域的前沿技術(shù)。endprint

通過合理的規(guī)劃授課內(nèi)容，并在授課過程中，注意銜接，有的放矢，激勵(lì)學(xué)生課下主動(dòng)學(xué)習(xí)的方式，提高了教學(xué)質(zhì)量。

2.2 理論結(jié)合實(shí)際，重在能力培養(yǎng)

本課程除了具有知識(shí)的系統(tǒng)性、理論性強(qiáng)的特點(diǎn)外，更重要的特點(diǎn)是應(yīng)用性強(qiáng)。在工程設(shè)計(jì)中，需要靈活地運(yùn)用學(xué)過的理論知識(shí)，用理論指導(dǎo)實(shí)踐，才能使設(shè)計(jì)朝著成功的方向前進(jìn)。當(dāng)設(shè)計(jì)過程出現(xiàn)問題時(shí)，怎樣利用理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，來有效地進(jìn)行修正，最終得到滿足使用要求的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這種解決工程問題的能力的提高，是本課程最核心要解決的問題。

為此，我們?cè)诨A(chǔ)理論講授后，通過拋出一個(gè)或幾個(gè)實(shí)際工程設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考與討論，完成自主設(shè)計(jì)。例如在學(xué)習(xí)了像差理論及典型顯微光學(xué)系統(tǒng)后，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一款高倍率顯微系統(tǒng)，針對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中發(fā)生的各種問題，包括怎樣從低倍率系統(tǒng)逐步過渡到高倍率系統(tǒng)，怎樣實(shí)現(xiàn)復(fù)消色差，以及工程實(shí)際中如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)裝調(diào)等等問題，一一進(jìn)行討論和分析，通過引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，鼓勵(lì)學(xué)生自主分析解決問題，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

這樣的理論與實(shí)際相結(jié)合的過程，深受學(xué)生好評(píng)，學(xué)生們一致認(rèn)為，通過這樣的練習(xí)，不但加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，更大大提高了他們發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的能力。

2.3 創(chuàng)新授課方法，刺激學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)

由于授課內(nèi)容的更新以及理論與實(shí)際相結(jié)合的要求，教師在授課方法上也必須進(jìn)行相應(yīng)的創(chuàng)新，才能夠達(dá)到預(yù)期的效果。學(xué)生是課堂教學(xué)的主體，只有激發(fā)學(xué)生求知的動(dòng)力，課堂教學(xué)才有可能成功。除了傳統(tǒng)的講授方式外，在本課程的授課過程中，更加注重啟發(fā)式教學(xué)和討論式教學(xué)。啟發(fā)式教學(xué)方法，是指通過具有啟發(fā)式的提問，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。討論式教學(xué)方法，是指通過討論問題，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

在具體做法上，除了采用布置思考題目，推薦參考文獻(xiàn)的方式外，還通過將學(xué)生分為合作小組，針對(duì)某一任務(wù)進(jìn)行組內(nèi)合作，然后組織各小組就各自研究成果在全班進(jìn)行交流，鼓勵(lì)學(xué)生之間就技術(shù)問題進(jìn)行討論、質(zhì)疑與辯論，加深理解。

通過啟發(fā)式與討論式教學(xué)方法的引入，增強(qiáng)了師生互動(dòng)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，刺激學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的欲望。

3 結(jié)語

在“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)中，針對(duì)存在的問題，從規(guī)劃授課內(nèi)容、理論結(jié)合實(shí)際以及創(chuàng)新授課方法等等方面進(jìn)行了教學(xué)改革的實(shí)踐與探索。通過合理地規(guī)劃授課內(nèi)容，理論與實(shí)際相結(jié)合，以及引入啟發(fā)式和討論式的教學(xué)方法，注重對(duì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的能力的培養(yǎng)，刺激學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，提高了教學(xué)質(zhì)量，收到了良好的效果。

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