摘 要 我校对应用光学课程的教学内容、方法与设计进行了探究与实践。在教学内容、方法方面进行了如下四个方面的探索：绪论中引入应用光学的鼻祖王大珩先生的科研生平介绍、增加现代光学基础内容、注重传统理论知识在现代实际工程中的应用、注重科研与教学的结合。实施了由 “引”、“讲”、“思”这三个环节构成的重在启发和引导学生自主学习的教学设计，收到了良好的教学效果。
关键词 应用光学 教学方法 教学设计
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.049
Abstract The teaching content， method and design of "Applied Optics" Course in our university have been explored and practiced. In terms of teaching contents and methods， the following four aspects are explored： introduction of Mr. Wang Dahong， the founder of applied optics， in the introduction， introduction of his scientific research life， addition of the basic content of modern optics， application of traditional theoretical knowledge in modern practical engineering， and combination of scientific research and teaching. The teaching design， which is composed of three links of "lead"， "talk" and "think"， focuses on inspiring and guiding students to study independently， has achieved good teaching results.
Keywords Applied Optics； teaching methods； teaching design
0 引言
應用光学课程是以几何光学理论为基础，其主要内容包括光学系统中光的传播、成像、光度学、色度学、像差、典型光学系统及现代光学系统等。我校光电信息科学与工程专业是国家级特色专业，是以光通信与光电工程、信息显示与光电技术、光电系统与信息处理技术等方向相互交叉渗透，以“光电信息+”为载体，以光、机、电、软相互融合为特色的传统而又新兴的专业。本课程面向光电信息科学与工程专业本科生，属于学科基础课，也是后续专业基础课的理论基础。应用光学课程作为学生最早接触的专业基础课程之一，在培养学生专业基本素养及基础工程素质方面具有重要作用。因此，本课程的目标是通过学习让学生掌握光学系统成像的基本概念和理论、光学系统设计的基本方法；让学生了解现代光学系统；让学生具备光学元件及系统的分析和设计能力；在进行基本理论教学的同时，重点突出该课程的工程应用特点，在对实际工程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。
应用光学不仅是与我国光学仪器等相关专业一同诞生的传统课程，也是全球具有悠久光学工程教育历史的国际一流大学共同拥有的一门经典课程。多所大学对应用光学课程进行了教学改革的探索。如，浙江大学采用研究型教学将科研与教学紧密结合，实践环节采用了科研模式和学生自我评价机制，课程的教学效果得到显著的提升。南京邮电大学在实施卓越计划的背景下，对应用光学课程进行了面向工程教育的教学改革，探索从传统的知识传授型教学到结合工程教育的研究型教学转变的途径。针对应用光学课程教学中教师、学生和企业三者之间不能实现资源有效共享的问题，武汉理工大学将产学研这一创新模式引入教学环节中。电子科技大学对应用光学课程的探究式小班教学进行了初探，给出了具体措施，通过实际案例分析指出了教师如何设计“恰到好处”的研讨问题。
为激发学生学习兴趣，拓宽学生的知识面和科技视野，培养学生理论联系实际的能力，培养学生的面向工程的创新能力，针对该课程内容非常丰富、理论性较强、 概念较抽象但又具有工程应用背景的特点，我校对应用光学课程的教学内容、方法与教学设计进行了探索与实践，取得了较好的教学效果。
1 教学方法与内容的探究
考虑到应用光课程内容非常丰富、理论性较强、 概念较抽象但又具有工程应用背景的特点，我们在十多年的教学实践中，从以下几个方面进行教学内容与方法进行了改革与调整。
（1）绪论中引入应用光学的鼻祖王大珩先生的科研生平介绍，激发学生学习兴趣，培养学生爱国主义精神以及严谨求实的科学态度。在绪论部分，除了介绍世界光学发展简史以及光学在各领域的应用外，引入了应用光学的鼻祖王大珩先生的科研生平介绍。中国科学院院士陈星旦说：“大珩先生作为中国现代光学事业的开创者，他的科研活动无疑就是一部中国光学成长史”。光学玻璃、V棱镜折射仪、长春光机所、两弹一星、863计划等这些标签都与王大珩先生有关。我们以这些标签为线索介绍王大珩先生的科研活动，作为国内应用光学的近代发展史。1948年，满怀科技强国的梦想，王大珩从国外回到祖国。“在旧中国留下的废墟上，寻找不到一处可以完全利用的基础，中国几乎就没有应用光学！”王大珩曾说，“从此，我开始了一生的追求——发展祖国的应用光学事业。”借由王大珩先生的科研足迹，不仅可以让学生对中国应用光学的发展有深入了解，还可以培养学生的爱国主义情操。王大珩曾说，“在科学面前，再大的名气都是毫无用处的，科学是一个自我校正系统，任何错误在其中都不能长期隐瞒下去，只能老老实实地用科学的态度来对待科学”，借此培养学生严谨求实的科学态度。
（2）增加现代光学基础内容，拓宽学生的知识面和科技视野。结合基本内容，将相关的最新发展和研究成果融入讲授内容， 使学生能紧跟科技发展步伐。如在讲解透镜时，引入“自聚焦透镜”； 在讲述典型光学系统“投影仪”时，增加“现代投影仪”的内容；在讲述典型光学系统“望远镜”时，增加“现代大型天文望远镜”的相关内容；在典型光学系统的基础上加入现代应用光学系统，包括激光、光纤光学、红外光学系统等。此外，我们给学生补充了光学系统设计的整体流程图，让学生清楚应用光学所学内容在光学系统设计流程图中的作用与位置关系，让学生既可见“树木”，又可见“森林”。
（3）注重传统理论知识在现代实际工程中的应用，增强学生学习兴趣，培养理论联系实际的能力、工程应用和工程实践能力。应用光学是一门专业性很强的课，同时也是一门非常注重工程应用的课程。因此对重要知识点可引入实际工程应用例子，既可提高学生的学习兴趣，又可培养学生工程应用和工程实践能力。例如，讲述“全反射”现象时，除引入传统的“光纤”的例子外，还可引入“指纹考勤机”、“智能雨刷”、“蜃景的形成原因”等例子；讲述五角反射棱镜时，除了讲述教材中的潜望镜的例子外，引入“单反照相机”的例子。在讲解景深这一节时，引入大景深和小景深成像的摄影技巧。讲解人眼的双目视觉时，引入3D电影的原理、昆虫复眼、光场相机的原理等。讲解望远系统时，给出了几个典型的世界最先进的天文望远镜，尤其是对世界著名的韦伯望远镜的结构、特点进行了深入分析。这些实际工程应用例子贴近现实生活，学生学习兴趣显著增强，并且真正做到学以致用。
（4）注重科研与教学的结合，培养学生面向工程的应用能力和创新能力。在教学中努力加强学生的科研意识，将多位教师科研成果中与本课程相关的知识与技术融入到教学内容中， 增加课程内容的先进性、 前沿性、 实用性。譬如在讲解“人眼”这个典型光学系统的成像特点时，引入科研成果“光学三维传感”， 扩展了学生知识面。又如，在講解朗伯源及朗伯余弦定律，指出实际生活中很多漫发射物体表面，都可以近似看作朗伯源。引入科研成果“光纤旋转叶片振动传感器”，指出在该项目的光路设计与分析过程中，将叶片简化为朗伯源，这样简化计算的科学依据就是基于此，培养学生面向工程的应用能力和创新能力。
2 教学设计探究
在应用光学课程的教学实践中，我们实施了分为“引”、“讲”、“思”这三个环节的教学设计，下面以典型光学系统这一章节“人眼的成像与校正”这一小节为例，说明我们的教学设计思路。
2.1 启发式的“引”
采用问题引入，“为什么在学习典型光学系统时首先学习人眼呢？”通过本问题，说明学习人眼的重要性，通过三个问题“人眼是如何看到物体的？ 人眼的成像特点？ 近视眼和远视眼的成像特点及校正？”引出本节的教学内容。
2.2 融合多种教学方法的“讲”
“讲”的过程中采用多种教学方法，如在本小节引入课堂小实验、问题启发、互动、分析与讨论等教学方法。
（1）按照光线前进的方向，结合图片讲解人眼解剖结构（包括角膜、虹膜、前室、瞳孔、晶状体、后室、巩膜、视网膜、黄斑、盲斑）。
（2）与摄像系统进行类比，重点指出角膜和晶状体、视网膜及瞳孔在人眼成像中的作用。
（3）设计盲斑小实验，使同学们直观的感知盲斑的存在的同时，活跃课堂气氛。
（4）人眼的调节原理？启发学生思考，根据透镜制造者公式分析，此处透镜制造者公式需板书，引导同学们一起来完成板书，并强调该公式的重要性。
（5）正常人眼处在没有调节的自然状态时，无限远物体正好成像在人眼的视网膜上。眼睛观察无限远物体时一般不易疲劳，由此引出下面结论：对于目视光学仪器，如望远镜和显微镜，为方便人眼长时间观察，它们通过目镜所成的像一般应设计成在无限远处。为后面望远镜和显微镜的学习作铺垫。
（6）讲解完近视眼和远视眼后，特别指出，为适应不同视力，望远镜和显微镜的目镜设计时需要考虑视度调节，为以后的学习做铺垫。
（7）非正常眼（近视、远视）的校正方法是难点。重点讲解近视眼，远视眼简单讲解。其中，结合近视眼的校正，给大家指出校正的核心思想就是双光组成像，需要利用前面学习过的高斯公式及双光组组合的过渡公式。将视眼、远视眼成像及校正的光路做成动画演示，便于大家直观的理解。板书与动画演示时注意与同学们的互动。并在此引入讨论，此处的焦距计算有没有问题？
2.3 激发兴趣的“思”
本小节给出如下思考题：正常人眼是不是理想成像呢？正常人眼成像如果有像差存在，怎么检测呢？教材上没有讲述此内容，让同学们自己检索相关资料并探究之。
采用“引”、“讲”、“思”三个环节相结合的教学设计，课堂生动活泼，学生参与度高，不但可以激发学生兴趣，引导学生进行自主学习和探究，学生深入理解和掌握重要知识点，扩展同学们的知识面，还可以锻炼和提升学生的综合素养。
3 结语
我校对应用光学课程的教学内容、方法与教学设计进行了多年的探索与实践。教学内容与方法的改革从以下几个方面进行了探索：绪论中引入应用光学的鼻祖王大珩先生的科研生平介绍，激发学生学习兴趣，培养学生爱国主义精神以及严谨求实的科学态度；增加现代光学基础内容，拓宽学生的知识面和科技视野；注重传统理论知识在现代实际工程中的应用，增强学生学习兴趣，培养理论联系实际的能力、工程应用和工程实践能力；注重科研与教学的结合，培养学生面向工程的应用能力和创新能力。在应用光学课程的教学实践中，为启发和引导学生自主的学习，我们实施了分为“引”、“讲”、“思”这三个环节的教学设计，收到了良好的教学效果。
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