《應(yīng)用光學(xué)》課程中仿真軟件的應(yīng)用及其對畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)應(yīng)用光學(xué)》課程中仿真軟件的應(yīng)用及其對畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)

趙超櫻+++馬可昭+++周浙科+++勞春寧+++鐘緣

【摘要】本科畢業(yè)設(shè)計是每個學(xué)生都必須要完成的綜合性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，分析本校光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中存在的問題，在課程設(shè)計中采用網(wǎng)絡(luò)平臺討論和多種仿真軟件交互使用的方法，為后續(xù)開展本科畢業(yè)設(shè)計給出指導(dǎo)意見。

【關(guān)鍵詞】畢業(yè)設(shè)計 《應(yīng)用光學(xué)》仿真軟件 教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺

【基金項目】感謝杭州電子科技大學(xué)2014年教學(xué)模式改革試點課程“應(yīng)用光學(xué)”項目（GK160103209249）支持。

【中圖分類號】G64 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）32-0226-01

1.畢業(yè)設(shè)計選題存在的問題

一般而言，畢業(yè)設(shè)計課題的選取分為兩類：一類是跟教師研究課題相關(guān)的，還有一類是跟教師教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的。對于前者，我們學(xué)院的教師絕大部分是理論物理專業(yè)出身，很多理論課題非常深奧，跟學(xué)生所學(xué)的知識是非常脫節(jié)的。學(xué)生無法理解其中的物理原理和物理機制。這類選題對于接下來還會繼續(xù)從事科學(xué)研究的學(xué)生來講是很有幫助的。但是對于基礎(chǔ)很差的學(xué)生，通常教師都是將已有的程序發(fā)給學(xué)生，在此基礎(chǔ)上，做參數(shù)的調(diào)整，看物理圖像的演變。做實驗的老師也是直接將現(xiàn)有的實驗步驟告訴學(xué)生，學(xué)生只要重復(fù)操作就可以了。學(xué)生思考很少。對于后者，學(xué)生前面剛學(xué)習(xí)完，對知識的理解都是片段化的，還沒有完全消化吸收，還不能獨立解決一個理論問題。

2.因材施教

有個別學(xué)生動手能力非常強，會積極思考，卻不愿做理論計算。有些學(xué)生解題思路清晰，動手能力一般。因此，需要因材施教。對于研究性課題，應(yīng)該安排研究生跟理論基礎(chǔ)好的本科生一起實施。這樣本科生在接觸最新的研究課題時，能了解一些新的現(xiàn)代技術(shù)的最新進展，并產(chǎn)生相應(yīng)的研究熱情，這大大帶動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。對于教學(xué)性課題，應(yīng)該讓動手能力強的學(xué)生學(xué)習(xí)最新的仿真軟件，譬如用Zemax軟件模擬光線追跡過程，用Tracepro軟件和matlab軟件模擬光度學(xué)的知識。這樣畢業(yè)設(shè)計的題目可以結(jié)合實際生活，編程的部分可以放手讓學(xué)生自己做。在軟件中搭建簡易的光學(xué)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上，運用已有的知識進行數(shù)值仿真，并對已有的結(jié)果提出自己的優(yōu)化設(shè)計方案?？梢栽谄綍r教學(xué)過程和畢業(yè)設(shè)計中，讓學(xué)生充分的發(fā)揮實踐動手能力。譬如：簡易的仿真人眼模型、學(xué)生從實際的人眼結(jié)構(gòu)出發(fā)，模擬近視眼、遠(yuǎn)視眼和散光眼的形成以及透鏡矯正過程。譬如：雙膠合透鏡，學(xué)生通過比較單透鏡和雙膠合透鏡之間的關(guān)系，了解雙膠合透鏡減小像差的原理，已經(jīng)通過改變雙膠合透鏡的形狀、材質(zhì)等因素，獲得最佳的雙膠合透鏡組。譬如折反射望遠(yuǎn)鏡物鏡的設(shè)計。了解折反射球面系統(tǒng)的原理。校正透鏡組，可以達(dá)到最小的像差。這些題目極大的帶動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。成績不是很好的學(xué)生，也能自己組隊獨立完成一個小的課程設(shè)計，并在課堂上講解和演示，極大的增強他們的自信。這在其他課程中是沒有的。也極大的激發(fā)了學(xué)生想做一名光學(xué)工程師的熱情。整個課程設(shè)計的結(jié)果放到學(xué)校的elearing網(wǎng)絡(luò)平臺上，學(xué)生相互提問。

3.對畢業(yè)設(shè)計論文的指導(dǎo)

結(jié)合實際，給出畢業(yè)設(shè)計的題目譬如：單透鏡以及雙透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)像差理論分析等等。這些題目是在原先課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，增加了幾何光學(xué)的光學(xué)傳輸理論分析在里面的，既有本人的研究課題內(nèi)容，又包含了教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生能數(shù)值仿真和matlab編程，同時得到像差理論的分析，前者是點陣圖和像差曲線分布圖，后者是衍射積分的三維仿真圖。前后比較，可以直觀的得到通過透鏡后物面和像面的光強分布。對于學(xué)生了解幾何光線傳輸理論和矩陣光學(xué)都有一定的指導(dǎo)意義。為學(xué)生后續(xù)光學(xué)工程專業(yè)的研究生的學(xué)習(xí)也有一定幫助。譬如，學(xué)校停車場路燈的布局，學(xué)生可以軟件設(shè)計整個布置，然后按照這個布局來實際搭建LED燈的布局，最后檢驗數(shù)值仿真的結(jié)果，出現(xiàn)偏差再繼續(xù)調(diào)試。直到符合要求為止。為學(xué)生后續(xù)成為光學(xué)工程師的工作也有一定的幫助。應(yīng)用光學(xué)是一門實用性很強的課程，對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)是一個很好的鋪墊。國內(nèi)光學(xué)工程師又很短缺，需要通過課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計讓本科生了解光學(xué)設(shè)計的的基本過程。從中找到激發(fā)點。單純的講課并不能把這個過程完整的呈現(xiàn)。這是一個循序漸進的過程。需要學(xué)生對光學(xué)知識要有一個很好的了解，激發(fā)他從事科學(xué)研究的熱情。

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