光学工程的发展

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光学工程的发展范文第1篇

文章摘要：摘 要:简要地论述了目前国内光学工程教学现状,分析了在光学工程教学与科研领域中处于一流地位的多所美国大学的教学方式,如亚利桑那大学、罗切斯特大学以及加州大学等,仔细研究了它们关于光学工程学科的课程设置、教学大纲和教学课件。结合作者在教学中的实际...  

    摘　要:简要地论述了目前国内光学工程教学现状,分析了在光学工程教学与科研领域中处于一流地位的多所美国大学的教学方式,如亚利桑那大学、罗切斯特大学以及加州大学等,仔细研究了它们关于光学工程学科的课程设置、教学大纲和教学课件。结合作者在教学中的实际体会,对国内的光学工程学科的大学教学提出了几点建议,即师生共享教学大纲,注重实验与工程,丰富网络资源。

    关键词:光学工程;课程设置;教学大纲;实验;工程;网络资源

    光学工程是国家一级学科,其理论基础为光学、光电子学、应用光学、量子光学和非线性光学等。目前,光学工程已发展为以光学技术与信息科学为基础,与能源科学、材料、生命科学、精密机械与制造、计算机科学、医学及微电子技术等紧密交叉和相互渗透学科。 近几年来,光电子信息产业发展迅速,对光学工程专业的人才需求增加。为了适应时代的需求,许多高校纷纷设立与光学工程有关的院系,如国防科技大学的光电科学与工程学院、重庆大学的光电工程学院、电子科技大学的光电信息学院、天津大学的精密仪器与光电子学院等。

    有的院校虽然没有单独设立院系,但都开设了相应的专业方向,如北京理工大学信息科学技术学院光电工程系、上海交通大学光信息科学与技术专业等。 虽然光学工程已经引起国人的重视,但它毕竟是一门新兴的学科,如何办好该学科,以适应产业需求,高质量地培养光学工程人才是许多高校乃至整个国家需要解决的课题。社会的发展对高校人才培养提出了新的挑战,要培养适应现在和未来社会的高素质复合人才就必须创新人才培养模式,本科是创新性人才培养的基础。本文对众多美国知名大学的教学方式进行了研究,并对在光学工程教学与科研领域中处于一流地位的亚利桑那大学(University of Arizona)[1]、罗切斯特大学(University of Rochester)[2]以及加州大学(University of California)[3]等大学的教学目标、课程设置、教学大纲和教学课件进行了分析,结合目前国内教学的实际情况以及作者在多年教学中的切身感受,对国内光学工程学科的大学教育提出了几点建议。

    教学大纲是按照教学计划中关于各学科的教学目的和任务,根据学生的特点、知识水平以及发展学生智力的需要,以纲要的形式,具体规定每门学科的教材范围、深度、体系和结构、教学时间以及教学法上的具体要求。最近改名为课程标准,它是在上述要求的基础上增加了过程与方法、情感态价值观等方面的内容。 在国内,教学大纲一般由教学管理部门或任课老师制定, 在课程的第一次课,多数教师会将大纲的主要内容告知学生。学生很少参与大纲的制定,只是被动地接收受已经制定好的内容。

    在美国,绝大多数大学都要求教师和他们的学生共享教学大纲。老师的第一次课并不讲授具体的知识,而是把教学大纲发给学生,和学生一起讨论教学大纲,以达成某种共识。 教学大纲更合理。“教学”是由教师的“教”和学生的 “学”所组成的双边活动。如果教学大纲只是由“教”这一边来制定,由于对学生的实际情况了解不够深入,它可能符合老师 “教”的要求,而非常不利于学生的“学”。如课程中的一些背景知识,老师在制定大纲的时候认为学生已经掌握,但学生并没有掌握,这样就会导致知识的断点;相反,则可能会出现知识点重复。

    这种情况在我们的教学中是很难完全避免的。如果老师在正式上课之前,将教学大纲拿到课堂上与学生一起讨论,听取学生意见,合理地采纳学生的一些建议,可以使所制定的教学大纲不仅适合教师的“教”,而且还适合学生的 “学”。 为学生的学习提供指南。通过对教学大纲的学习与讨论,学生可以很好地把握这门课程所要学习的内容,从而作出选修与否的决定。

    在学习的过程中,学生可以不时地拿出课程大纲,对照自己的学习情况确定是否达到课程大纲的要求。另外由于学生很好地掌握了每次课将要学习的内容,根据自己的实际情况做出是否要提前预习,会使整个学习过程更轻松,学习更具有系统性和条理性。 约束教师的教学。教学大纲是教师和学生共同制定的,这就相当于教师和学生之间的一种契约,在教师要求学生 “学”的同时对教师的“教”也提出了要求。教师在教的过程这必须严格地按照教学大纲来进行,不能随意地增加、删减内容、调整教学次更改教学时间,不能不公正地评定学生的成绩等。这在一定程度上可以约束教师的行为,提高教师的素质和教学质量。 “光学工程”是一门年轻的学科,许多课程的教学大纲还处于制定和完善状态。

    让学生参与到大纲的制定中,使我们的大纲不仅适合教师的“教”,而且还有利于学生的“学”,为高质量的“教学”打下基础。 “光学工程”是一门工科学科,学生的动手能力和工程实践能力对其将来的工作有很大影响。因此,学生在大学阶段所受的实验和工程方面的教育就显得尤为重要。事实上,在光学工程领域中处于一流地位的美国亚利桑那大学、罗切斯特大学等学校都是非常注重实验和工程的。

光学工程的发展范文第2篇

英文名称：Optical Instruments

主管单位：中国科学技术协会

主办单位：上海光学仪器研究所;中国仪器仪表学会光学仪器分会;中国光学学会工程光学专业委员会

出版周期：双月刊

出版地址：上海市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1005-5630

国内刊号：31-1504/TH

邮发代号：

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1979

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Caj-cd规范获奖期刊

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光学工程的发展范文第3篇

2009年8月的北京显得比以往更加炎热，我在家短暂停留后早早地回到学校，准备考研的复习。那一年，我即将大四。

在此之前，我曾同室友为修改简历而通宵达旦，也曾在北京各大招聘会之间来回奔波，然而受2008年金融危机的影响，一份份简历都石沉大海，杳无音信。那时才体会到找一份理想工作的艰难，但是站在人生的岔路口，无论工作、考研或出国，每一个人都必须做出自己的选择。生于农村的我，家境一般，出国是遥不可及梦想，于是我选择了考研。

我的本科专业是测控技术与仪器专业，属于交叉学科，在报考研究生时可以报考检测与自动化装置、控制科学与工程、计算机科学与应用、微电子和光电测量等。由于大学三年成绩平平，对于具体报考哪个专业，自己也不清楚。最初的想法是报考控制相关的专业，因为这个学科与本科专业最接近，于是先复习英语和政治的书籍，同时看一些控制专业方面的书籍。

原本可以按照这个计划走下去，但是世事难料――工程光学挂科了。我所就读的专业侧重弱电检测和控制，“工程光学”本不是本专业的重点课程的课程，只是要求“了解”即可。偏偏我一心忙于复习考研，对它压根不重视，才导致了挂科的悲剧。重修本来也没什么，可是我正奔大四而去，还要为考研复习，挂科、重修不仅会增加时间成本，而且这一不良记录恐怕在研究生复试时成为一大劣势。这门课，挂得可真不是时候！

选择挂科专业考研

我一边抓紧时间复习考研的课程，一边重修“工程光学”这门课程，从一定意义上说，重修更重要，因为它直接决定着我能否毕业。

考过研的都知道，能有一个固定的座位是最大的幸福。教室经常要上课，所以大多数人会很早去图书占座，一占就是一天。为此，我也早上6点钟起床，到图书馆排队等着开门。一开门，我就冲到前面，把《自动控制原理》以及相关的习题答案等摆满了整个桌位。研究控制系统，必须建立动态系统的模型，并且分析系统的动态特性，然后采用适合的控制方法，得出一套合理的控制方案。动态系统模型的建立直接影响着后面工作的进行，而这需要对机械、物理、数学等知识有很深刻的理解并能灵活应用。有一次，在建立一个卫星姿态控制系统的控制模型时，我从早上到晚上都没有弄明白卫星究竟是怎么运动的。在图书馆复习的很长一段时间内，我都没什么进步，同时我还要按时去重修工程光学的课程。

说来也巧，在重修“工程光学”时，我逐渐发现光电技术是一个很有前途的行业。在复习“现代光学系统”那一章时，书中介绍了在卫星摄影、军事目标跟踪和夜视观察等方面广泛应用的红外光探测系统，它把人肉眼不可能直接接收的红外光图像转变为人眼可视的图像。我素来对军事比较感兴趣，如果从事这方面的工作应该要比仪表控制有意思。而激光引发核聚变有可能成为下一代新能源，光子计算机业将是计算机未来发展和变革的必然方向。可以说，在光电领域，每天都发生着新的变化，无论对国防科技或日常生活都产生深刻影响。反观我现在的专业，即使在控制专业岗位上勤勤恳恳工作几年，也是重复着别人的老路做着已经程序化的工作，这不是我想要的生活。而且通过重修，我发现对光学工程领域的了解要比自动控制方面更深。

当时已经是10月，离研究生报名截止还有一周左右。我了解到，当年我们专业一共招收12名研究生，全国报名人数有70多个，光我们班报名的就有20多个，且他们平时学习成绩都不错。而我在三年多的大学生活里，没有参加过社团，没有得过奖学金，没有特殊才能，加权平均分在专业60人中排名47，专业课更只有六七十分的，再加上“挂科”的不良记录，我拿什么和他们竞争呢？

我突然想到了最近复习得颇有心得的“光学工程”。跨考光学工程专业？没准有戏！

不可完成的任务？

听说对于跨考的考生，老师不会太在意本科成绩，这对我是一大“福音”。由于本校没有光学工程专业，于是我想到报考中国科学院大学。

在我心中，中国科学院大学是学术殿堂一般的存在，如果能考上，我的未来必然发生翻天覆地的变化。不过，从国科大专业课的大纲来看，考试课程比我们学习的课程要难许多，而且还另加了一些物理光学等其他光学书籍的知识，冗长的公式，繁琐的计算，还有眼花缭乱折射、反射图像令仅有大学物理基础的我感到无从下手。再说，国科大的竞争向来激烈，从录取数据来看，去年这个专业只录取了4个人，今年的计划也是4个人，我必须在报考的众多考生中至少进入前5名才有希望（按照1∶1.2复试）。此时的我，心里也没底。但是既然选择了，就不能后悔更不能退缩，没有哪一道彩虹不经历风雨，没有谁能随随便便成功，现在要紧的是做好初试的复习。

因为我准备的比较晚，距离考试只有3个月的时间，于是我的复习计划不能像多数人一样，应该是一条不同寻常的方法。

12月的一天，北京正下着一场大雪，天空飘舞着美丽的雪花，我正赶往我报考的研究所见一位未曾谋面的师姐。她读研一，是我通过往年的录取名单联系到的。师姐很耐心地给我讲了她初试时的情形，并回忆了初试时考试的内容。由于国科大不提供最近3年的试题，因此这次看似简单的交谈，实则对我的帮助很大，我仿佛在一片茫茫大海之中，突然发现了一座指路的灯塔。得到师姐的帮助，我不知对其他考生来说公不公平，我认为，能想到去找并最终找到考研前辈，也是我努力的表现。在短短的三个月里，我在专业课和公共课两方面双管齐下，在初试中，专业课还出现了一道往年的原题。最后我的总成绩比国家线高出50多分，各科都过线，顺利进入复试。

接到复试通知时，离复试只有一周的时间。复试没有笔试只有面试，这使我有点担心。因为我对“光学工程”这个专业了解不多，仅限于一两本书的书面知识，没有接触过有关光学方面的软件、硬件，没有做过任何的光学有关的实验。无奈之下，我再次询问了师姐有关复试的形式和内容，都得到了师姐详细的回答。师姐告诉我，老师一定会问有关光学实验的问题，我必须对此做针对性的复习。于是，不管白天还是晚上，我都将光学书籍中有关实验的部分流程记了个遍，具体涉及的实验，我甚至都知道在哪本书哪一页。

光学工程的发展范文第4篇

2013年1月中旬，这样一条消息进入人们的视野：国防科大精密工程创新团队自主研制的磁流变和离子束两种超精抛光装备，创造了光学零件加工的纳米精度，并通过国家权威部门验收。

据专家介绍，这一成果使我国成为世界上少数掌握这两种高精度光学零件制造装备技术的国家，该团队成为唯一同时具有小工具数控抛光、磁流变和离子束抛光装备研发能力的团队。

1月18日，“超精密光学零件可控柔体抛光技术与装备”在国家科学技术奖励大会上，荣获2012年度国家技术发明奖二等奖。

带着好奇和喜悦，本刊记者采访了国防科大精密工程创新团队的负责人李圣怡教授。

“纳米精度”精确到什么程度？李圣怡教授通俗地打比方：一个2米口径而精度为9纳米的大镜加工，如果将我国960万平方公里的国土面积等同于整个镜面，它就相当于一个直径3500公里的大镜，精度要达到不大于17.5厘米的高差。

“尽善尽美，精益求精，创造卓越”，是这个创新团队的精神内核；“琢玉成大器，磨砺亮人生”，是李圣怡追求的人格境界。他希望能够打造出一支属于中国精密领域的“梦之队”。他说，他们现在只爬到了这一领域“珠峰”的山腰，“现在还在爬。”

微米、亚微米，纳米、亚纳米，这是李圣怡追求的微境界；攀登、再攀登，攻坚、再攻坚，这是李圣怡不舍的大情怀。

记者：您能否为我们介绍一下磁流变和离子束这两种超精抛光装备，它的应用价值，以及它在提升我国精密制造水平方面的意义？

李圣怡：从2000年开始，我们一直关注世界上最先进的光学制造领域的动态。传统的加工手段就是简单机械加上老师傅的手艺经验，所用的原理和工艺还是牛顿、伽俐略那个时代的，己沿用了一二百年了，现在还在用。要靠手艺，凭手感的加工方法，无疑是非确定性的，这算第一代加工技术。随着光学零件的形状越来越复杂，精度越来越高，上世纪70年代小工具数控技术引入到光学加工中，使非确定加工变成确定性加工，但材料去除的原理仍未改变，仍不是精确可控的加工。

上世纪末，世界上陆续出现一些新原理的加工技术。例如，磁流变抛光技术是美国在前苏联解体后，引进苏联的科学家开发完善的。1998年，美国推出第一台商品化磁流变抛光机床，取得很好的效果，引起全世界的关注和跟踪研究。

我们2000年也开始投入这一领域的跟踪研究。随着研究的深入，我们敏锐地感觉到，小工具数控的加工技术，可划分为第二代技术。我们发现新一类技术都可以用计算机控制抛光盘或抛光膜的刚度或柔度，这是第一、二代技术不具备的特色，是否可以称之为第三代技术？我们把它称之为“可控柔体制造技术”，目的是总结第三代技术的共性，找出与第一、二代技术不同的研究思路和方法。因此，我们选择了磁流变抛光和离子束抛光作为第三代技术两个典型实例来研究。

我们的研究都是国家急需的，比如说，卫星对地观测的相机就需要大口径镜光学元件，制造大规模集成电路的关键设备是光刻机，它的镜头是由很多片精度优于纳米级的镜片组成。另外，激光惯性约束聚变的研究，可为人类将来解决能源问题，也需要大批量、高精度的光学元件。

现在很多光学元件，如非球面、自由曲面等，用传统加工己做不来了，我们用磁流变加工技术，不但精度非常高，而且效率也很高，满足了重大工程需求。而离子束抛光技术是目前光学加工中精度最高的一种手段，比如光刻机镜头的镜片加工，要想达到纳米和亚纳米精度，非离子束抛光机莫属。

能掌握第三代的可控柔体加工技术，使我国光学制造领域产生了革命性的变化，我们现在可以说，我们掌握了国际上最好的装备的研发技术，具备自主知识产权。它把我们的光学制造，从第一代、第二代提升到第三代，一下子上了一个台阶，做到了世界一流。

如果说以前的精度水平，是处于喜马拉雅山山脚下的5200米大本营的水平，那么现在我们就算到了山腰处7790米的大风口C4营地水平，我们把登顶的物质装备送到C4营地，为登顶8848米的主力部队，中科院长光所和成都光电所服务，现在正在朝顶端进发。原来我们差距太大，没办法攀登，现在，我们已经有了充足的基础，有了技术设备，相信经过努力，我们国家光学制造业一定能到达最高的山顶。将来我们的高端光刻机诞生那天，才能算是达到了顶峰，现在我们还在爬。

记者：精密和超精密加工技术的发展直接影响尖端技术和国防工业的发展，世界各国都极为重视。但是，您在进入这一领域的时候，我国在这方面可以说是相对落后的。您为什么会选择这一领域来进行科研攻关？

李圣怡：1968年，我从中南大学的前身中南矿冶学院毕业分到鞍钢，做了10年机电技术员。“”结束后，我作为第一届研究生，来到浙江大学科学仪器系学习，1981年毕业来到国防科技大学工作。国防科技大学精密机械系是1979年在钱老（钱学森）指导下重新组建的。钱老认为，精密机械在国防领域中非常重要，但加工制造还是用传统办法，比较落后。他敏锐地看到，尽管当时计算机控制技术刚刚发展，但计算机一定能够在新的机械制造技术中起到重大作用。针对机械系的科研方向怎么选择，他建议将精密陀螺仪表作为研究对象，开展计算机控制下的超精密加工的研究。1981年，我正好赶上超精密加工研究室刚刚成立，成了这个团队最年轻的成员。那个时候，我们做的是微米和亚微米水平的精密制造。后来，到90年代，我成了这个团队的第二代带头人。当时非常困难，也没有多少人，大家对超精密加工方向能不能坚持下去也没有信心。

31年过去了，现在我国己经是世界制造大国，大批的制造业转移到中国来，但是如果我们只能做低端制造，高端的做不了，就永远成不了世界制造强国。国家的需求是我们科技工作者的动力，而以提高精度为目标的精密、超精密制造是机械学科发展的主干方向，一定要坚持下去，储备力量，一定会有好的前景。困难大，对科研工作者是一个机遇，要瞄准最高的水平去做，要跨越式发展，才能尽快缩短与先进工业化国家的距离，现在看来当时的坚持是正确的。

记者：作为精密和超精密加工技术领域的知名专家，您怎么看我国在这一领域的发展脉络和前景？能否为我们介绍一下这个领域目前的研究状态，您认为未来的研究发展方向又在哪里？

李圣怡：我国的精密超精密加工，走过曲折的路。老一代产品和技术，由于工业基础差，与先进工业化国家很多方面差距很大。当时国内需求只好把希望寄托在进口上，而真正急需的高科技，外国又禁运、限制我们。经过几十年的发展，现在我们虽然仍存在差距，但是进步也很大，而且进步还在加速，因为工业基础在不断提高，科研人员在不断努力。目前在局部的点上，我们已经达到了世界先进水平，相信随着国家投入的增加，全社会的努力，我们一定能够全面达到世界先进水平。

现在我们的团队形成了三个研究方向，分别是纳米精度光学超精密加工、微机电系统、精密传动和机电测控。其中发展最好的是纳米精度光学超精密加工方向。我们抓到了光学零件的最高的水平的加工技术进行研究，把我国光学制造装备水平一下子提上来了，可以说，我们没有白努力。

我们希望通过努力，把我们的实验室打造成一个高端制造研究的基地。希望我们的实验室成为开放的基础研究中心，我们以基础研究为主，与工业部门协作解决难题。另一方面，希望我们的实验室能成为新设备、新工艺开发的中间实验基地，使我们掌握的技术开发成产品、装备，使技术工程化，提供给工业界和社会使用。

记者：荣誉是对一个阶段的肯定，也是对下一个阶段的激励。您在未来有哪些相应的研究设想？

李圣怡：未来，我们正在做两方面研究工作，正在执行的研究计划有一项国家“973”重大基础研究计划，我们组织了四所大学和中科院两个研究所的国家队，针对空间用的两米口径碳化硅反射镜的加工，精度要达到面形误差小于9纳米的制造技术进行基础研究，其尺度与精度之比高达2×108，难度非常大。如果将我国960万平方公里的国土面积等同于整个镜面，它就相当于一个直径3500公里的大镜，精度要达到不大于17.5厘米的高差。目前虽然两米的大镜还没有马上上天的需求，但是这是将来的方向，因此我们的基础研究要先走一步，通过这个研究使大型光学镜制造水平再提高一步。

另外，现在我们开发的设备基本可以满足深紫外光刻机镜组的加工要求，但是极深紫外光刻机镜组的加工要求更高，要达到亚纳米精度。我们正在国家重大专项中和其他研究单位合作，希望在原有基础上再提高一步，瞄准国家需求，提升研究水平和理论深度。

记者：搞军工科研不像做其他领域，面临国外的严密封锁，一点可供借鉴的经验都没有。作为这一领域首屈一指的专家，您在研究工作中面临过哪些困难，是如何解决的？请您结合自身研究经验，谈谈怎样才能做到自主创新？您又是如何带领团队保持如此优越的创新能力的？

李圣怡：借鉴人家资料很重要，但是关键部分人家不告诉你。我们当初每走一步都很难，我们通过实践，在实践中遇到问题，开始认识并不深刻，遇到问题不知道人家怎么解决的。

一般做机械研究的人，认为把机床做好就行了。通过研究发现，这样的思路影响和制约了我们的研究水平。尽管我们机械系也学习了一些光学工程的基础知识，但这些远远不够，一定要通过学科的深度交叉，向光学加工的工程技术人员请教，一起来研究光学工艺。现在我们实验室不但机床机械设计、机床控制和机械零件制造做得非常好，光学零件加工也达到一流水平，这得益于研究思路的拓展。通过实践发现问题，通过理论指导实践，再通过实践反馈过来，克服困难。

创新是基础，也是前进的动力。创新要以国家需求为努力方向。创新要产生实际应用。有些研究很重要，但是往往只注重、拿到专利，却与应用脱节。我们希望自己的基础研究要形成自主知识产权，同时要走下去，成为原理样机、工程样机，能为用户提供很好的服务。

我们这次获国家发明奖的项目，一共申请了40多项发明专利，己授权了20多项。这些创新就是想办法解决工作中遇到的特殊问题得来的，这样的创新并不难。有需求，有背景，有难题，而想办法解决这些难题，就是创新。

以国家经济建设为目标，提供有用的创新，将成果推广到应用中去。这套思路和创新结合起来，成为我们创新的主流。

记者：能否介绍一下您所在的创新团队？这个团队为什么能够具备这样一种拼搏的劲头？

李圣怡：我们这个团队叫精密工程创新团队，1981年建立，有31年的历史了。当时是在钱老的直接授意下组建的精密机械系。他通过亲自调研，指引了精密机械系的研究方向。

经过30多年的发展，我们这个团队走过了三个阶段：第一个阶段，在老科学家的关怀带动下，艰难起步，初创辉煌的10年；第二阶段，在国家经济发展时期，学校为军队服务遇到困难，老一代教师退休，面临人才的断层，这10年，是人才培养和团队建设打基础的10年；第三个10年，我们又创造了一个辉煌的转折，确定了纳米精度的光学制造、微纳尺度机电系统制造为主攻方向，并把这个方向调整好，把超精密加工推向更高的水平。

目前我们这个团队由青年教师、硕士和博士研究生、技术工人等80多人组成。我们的团队精神是：“尽善尽美，精益求精，创造卓越。”

所谓“尽善尽美”，就是做到极致，这是对我们团队成员在技术上和思想作风上的要求；所谓“精益求精”，从30年前的亚微米精度，到纳米精度，现在追求亚纳米精度，这个追求永无休止。我们要在这种追求中“创造卓越”，就是要强调创新，强调跨越式发展。

“琢玉成大器，磨砺亮人生”，就是希望我们的团队成员和学生，不但精雕细刻，制造出超精密光学器件，还要经过雕琢造就一批批有用的人材。我们的团队研磨、抛光了光学镜面，也打磨了发亮了自己的人生。

我们之所以能够刻苦攻关，靠的就是顽强拼搏。国防科大有两个传统，一是哈军工的优良传统，核心就是把国家重任放在肩上，艰苦奋斗，自力更生，奋发图强。这是陈庚将军任院长时我们就遵循的一贯原则。

1971年，国防科技大学迁到长沙之后，在新的以科研为主的条件下，与时俱进，银河巨型计算机团队创造了“银河精神”。

我们团队作为国防科技大学“银河系”的一个“子集”，在这两个传统的基础上，形成了我们自己的特点，把精度作为永不停止的追求，从而提高、带动了其他技术。

首先，我们学校具备军校的优良传统，执行力很强，我们也以此来组织团队。研究方向确定后，我们团队团结协作的能力很强，这是我们的优势。

其次，我们有重大项目驱动。舞台和平台大，就决定了我们的团队建设体量比较大，科研经费比较多，能够团结更多优秀的人才为我们的研究事业作贡献。在这个平台上，年轻人脱颖而出的几率也大。

再次，团队灵魂很重要。我们有哈军工的优良传统，有银河精神，有正确的思想指导，是为了国家做事情，这就使我们团队凝聚力很强。

光学工程的发展范文第5篇

【关键词】《光学设计》 教学改革 探索与实践

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2011）01－0015－02

《光学设计》是许多工科院校的“光信息科学与技术”、“光学工程”等专业的主修课程，北京信息科技大学光信息科学与技术专业在应用光学、物理光学等必修课基础上也开设了这门重要的专业选修课。《光学设计》是一门将几何光学与物理光学知识与实践相结合的学科，通过该课程的学习，学生可以系统的了解光学设计方面的知识，了解一些最常用的光学系统的设计方法，以及了解光学设计的发展方向。该课程的特点是应用性较强，涉及的内容较多，如何在有限的学时内，通过该课程的学习，培养学生熟练设计各种光学系统的能力，提高学生的分析能力和实践能力，这对授课教师提出了严峻挑战。该课程一般通过理论教学和实践教学两个环节完成教学内容，本文将几年来的课堂教学工作所积累下来的心得与体会加以总结，主要涉及到教学内容的组织，教学方法的改进与考核方式的变革等。

一、精心组织授课内容，理清主线，突出重点。

光学设计课程囊括的知识点比较多，面向不同的教学对象，因为其本身知识积累就不同，而不同的教材组织方式，调强的知识重点也不尽相同，因此需要教师因人而异、不断调整授课内容的组织方式。北京信息科技大学光信息科学与技术专业将该课程核定为32学时，在这么短的课时内，如何选择讲授的知识点来保证教学活动的完成，根据本专业的特点，我们精心组织了教学内容，主要为了理清思路，并突出重点。光学设计涉及到的内容可分为：高斯光学、像差理论、典型光学系统、计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等。高斯光学是光学系统分析的基础，光学系统初始结构计算就是基于高斯光学理论的；像差理论是光学设计的重中之重，只有深刻了解了像差理论，才能够自主、灵活的设计光学系统；典型光学系统包括放大镜、显微镜、望远镜等系统，是了解实际光学系统的钥匙，也是光学系统初始结构计算的理论基础；而计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等是实践性很强的内容，也是把上述理论知识与实际设计过程联系的纽带。只有理清了这些内容的知识体系，才能有的放矢，条理清楚的讲授。我们经过探索，发现在授课时选择一个实际的光学系统（如开普勒望远镜系统），从它的基本结构讲起，引出物镜和目镜的各自特点，用高斯光学知识分析其放大率、视场角等参数，再引申到实际系统像差对像质的影响，最后讲授怎样设计这样一个系统以及设计中应该注意的问题。这样就能把所有要讲授的内容串联起来，学生就能更好地理清思路，知道哪部分内容的作用以及怎样学习效率更高。另外，讲解时不能一概而论，必须突出重点，每个知识模块的学时要分配得当。比如像差理论是本课程的重点，需要占用较多的学时讲解；而且像差理论这一部分应该把重点放在各种系统参数（比如，光阑大小、位置，材料折射率、相对色散等）对初级像差的影响上，因为这是一个优秀光学设计工程师必须练好的最重要的基本功。最后，处理好知识点与实际光学系统之间的关系。比如要提醒学生每一部分知识点都要结合与实际光学系统设计（包括加工、检测）的关系来学习，做到有的放矢、思路清晰。

二、教学方法的改进

1．课堂教学与课外科技创新实践相结合

学习基本原理知识的目的是为了更好地应用到实际生活中。我们积极鼓励学生参加各种科技创新活动，坚持课堂教学与课外创新实践活动相结合，强化实践能力培养，提高学生的设计与综合分析能力。比如，在学习了照相系统基本知识以后，我们鼓励学生调研如今市场上的各种照相机（包括数码相机、传统相机、摄像机等），让学生考察照相机的基本结构以及重要技术参数，并让学生尝试自己设计一台照相机系统。这样，学生的学习积极性得到大大提高，他们在设计过程中遇到很多问题，再重新回过头在课堂找答案，被动接收变为主动学习，学习效率大大提高。

2．现代多媒体教学技术的使用

多媒体教学是以计算机为核心的教学手段，能交互的综合处理文本、图形、图像、动画、音频及视频等多种媒体信息，更丰富、更复杂的信息多媒体教学对全面提高教学质量，增进教学效果起着不可替代的推进作用。基于多媒体的光学设计课程教学优势包括：第一，图文并茂，简洁直观，激发学生学习兴趣，提高学生学习的主动性。比如在讲授望远系统时，我们把目前世界上的各种望远系统图片投影到黑板上，并列举各系统的优缺点，使学生顿时产生了浓厚的学习兴趣。第二，把教师从繁重的板书中解放出来，更有利于教师语言、人格魅力的发挥，学生可以在相同的时间内获取更多的知识，提高课堂教学效率和教学质量。比如，在讲授各种目镜结构时，由于目镜的种类很多，有惠更斯目镜、冉斯登目镜、凯涅尔目镜、对称式目镜以及广角目镜等，一一板书这些目镜结构和特点非常花时间，而且作用不大。使用多媒体就可以很快的展示各种目镜结构以及特点，从而把更多时间放到讲授目镜选型以及设计中去。第三，教师为主导，学生为主体，二者相互有机结合，实现教与学的良性互动。比如，在学习球差与系统相对孔径以及光阑的关系这部分内容时，我们让学生自己提出各种参数，然后现场用多媒体计算光线轨迹并画出光路图、像差图等，学生再根据像差图提出新的修正结构，直到得出满意的球差。在这个过程中，教师与学生不再是填鸭式的灌输与接受知识，而是很好的互动，并激发了学生学习兴趣。

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，目前占据市场最大份额；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，让学生建立相应的物理模型和数学模型，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。

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

考试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笔试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，指导学生撰写小论文。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，给予总结评价。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。在不断变革的社会大环境下，教师应树立终身教育和终身学习的观念，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。

参考文献

1 王之江.光学设计理论基础［M］.北京：科学出版社，1985

2 李 林.计算机辅助光学设计的理论与应用［M］.北京：国防工业出版社，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

4 张卫纯、王开圣.浅谈《光电检测技术》课程的课堂教学［J］.甘肃科技，2009（18）：170～171