Zemax軟件在《應用光學》雙語課程教學中的應用①②

摘 要:《應用光學》課程是“光學工程”學科最重要的課程之一，在專業學習中占有非常重要的地位。隨著光學的迅速發展，對光學專業的人才要求越來越高，對光學方向的教育要求也越來越高，為了提高學生順應時代的光學專業知識的應用能力，以及《應用光學》雙語課程的教學水平，提出將Zemax光學設計軟件全面應用于該課程的教學和設計實踐中，激發學生的學習興趣，培養學生的實踐設計能力。

關鍵詞:應用光學教學Zemax

中圖分類號:G420文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(a)-0185-01

1 引言

《應用光學》課程，一直作為“光信息科學與技術”、“光電信息工程”、“光學儀器”、“測控技術與儀器”等專業的專業基礎課和學位基礎課，是“光學工程”學科最重要的課程之一，在專業學習中占有非常重要的地位。為了順應全球經濟化和高等教育國際化的客觀要求，培養適應新世紀要求的光學人才，大多高校都逐步開展了《應用光學》課程的雙語教學工作。但是，該課程的雙語教學工作仍存在一些需改進的問題，因為提高課堂教學質量是提高教學質量的首位[1]，所以，針對這些問題，從教學手段方面著手，將先進的國際通用光學設計軟件Zemax應用于課堂教學，給出了相應的具體教學研究內容。

2 面臨的問題

從我們幾年的教學實踐來看，雖然已經過從內容安排、教學方法等方面嘗試了一些教學改革，獲得了一定的效果[2]，但是由于英語水平的限制和不均衡性，學生普遍對雙語教學持有既歡迎又畏懼的矛盾心理。一方面學生普遍意識到專業課采用英語教學方式對他們以后職業生涯建設的重要性，另一方面又對自身英語水平缺乏把握，擔心聽不懂、跟不上[3]。而且，再加上《應用光學》課程理論性較強、概念較抽象的特點，目前該課程的雙語教學仍然面臨的問題主要有以下幾個方面。

(1)概念較多、抽象難記，而且公式繁多、推導較復雜，要求學生具有較強的推理、想像能力，同時光學實驗的技巧性要求較高，實驗條件比較苛刻，部分物理現象在實際實驗中不明顯，難以觀察。從而使學生無法全面、深刻的理解相當一部分光學規律、現象等基礎理論。(2)在目前的雙語教學過程中，還未有相應的英文界面的光學軟件應用于教學，老師往往只能注重課本知識的傳遞，學生也只是機械的記憶、理解書本上已有的知識，不利于學生創新設計能力的培養。(3)理論知識的學習與實踐環節的結合不夠，學生對應用光學知識的應用面知之甚少，學習時比較茫然，不能激發學生的學習興趣與熱情;進而使得學生本應該通過該課程的學習獲得的專業特長，在參加今后的工作崗位競爭中難以全面展現和直接發揮出來。

3 具體教學研究內容(解決方法)

針對上述目前面臨的問題或挑戰，我們將光學設計軟件Zemax引入《應用光學》的教學中，提出了一些解決方法，具體的教學研究內容如下。

(1)從教學內容體系上，壓縮理論知識的一部分內容，刪除以往中基礎光學教材中通常包含的非主體部分、與其他學科相重復的部分以及比較陳舊的內容。

(2)將先進的國際通用光學設計軟件Zemax用于課堂，直接使用Zemax軟件的一些設計實例進行理論教學。

在課堂教學過程中，我們可以直接利用Zemax顯示《應用光學》中相應的理論知識或公式計算結果。例如，我們在講到透鏡的焦距和透鏡材料的折射率、透鏡兩個鏡面的半徑的關系時，理論公式在黑板上推出后，我們可打開Zemax軟件，在透鏡數據窗口里填上折射率和鏡面半徑數值，接著電腦就會顯示設計出的透鏡圖和焦距大小。這樣，學生對透鏡公式很快就理解了，且不易忘記。

還有，Zemax功能強大，其中圖形界面設計非常形象生動，應用于課堂教學可以讓學生很直觀地了解一些較難想象的內容。

(3)安排簡單的上機教學，將上機實踐引入《應用光學》課程的理論學習，使得理論與實踐設計相結合。

通過安排一定的上機時間，讓學生進行初步的軟件操作學習，了解所學知識的實際作用，真正體會到“應用光學”的應用性，初步掌握光學設計軟件Zemax的使用方法，使學生了解光學設計有關的知識。同時，Zemax是全英文界面的光學設計軟件，學生基于該平臺的學習不僅可以提高專業英語水平，從而進一步提高《應用光學》雙語課程的學習，而且，能夠讓學生提高學生未來的就業競爭力，走上工作崗位后，可以少走彎路，直接發揮自己的專業特長。

所以，采用Zemax軟件與《應用光學》課程相結合的教學手段，加強實踐環節的建設，不僅可以鞏固和加深對應用光學基礎理論的理解，而且通過必要的設計實踐使學生獲得光學設計的初步能力。

(4)編寫出與《應用光學》理論知識相結合的配套教材，使實踐設計環節與理論課學習更好的結合。雖然Zemax軟件的使用普遍性很高，但是目前有關Zemax的中英文對照教材卻很少，大部分都是英文參考書，不利于學生很快的入門，所以，為了使學生快速的掌握Zemax設計軟件的基本操作和簡單分析工具，基于教學經驗，總結出相應的配套教材初稿，當然也適用于后續的《光學CAD》課程的進一步教學。

由于Zemax是目前國際上普及程度最高的光學設計軟件，所以，結合Zemax軟件的《應用光學》雙語課程教學中，我們在展示有關理論演示結果、提高學生對理論知識理解的同時，還可以激發學生的學習欲望，增強學習信心，對自己定下學習的目標，不斷學習、不斷進步。

4 結語

《應用光學》課程是“光信息科學與技術”、“光電信息工程”等專業的基礎課程，在光學專業人才的培養方面起到至關重要的作用，為后續光學類課程的學習打下基礎。而光學設計是光學發展中關鍵的一步，對光學發展以及教育有著重要的影響。通過將目前國際上普及程度最高的光學設計軟件Zemax引入到《應用光學》課程的理論教學中，實踐設計與理論結合，不僅能夠夯實學生對基礎知識的理解，真正體會到“應用光學”的應用性，激發學生的學習興趣，培養學生的實踐設計能力，而且能夠為提高學生未來的就業競爭力、縮短工作適應期提供新途徑。因此，光學設計軟件Zemax應用于《應用光學》雙語課程的教學具有重要的實踐意義。

參考文獻

[1] 楊叔子，王筠.要真抓課堂教學質量[J].中國高教研究，2007.

[2] 萬靜.“應用光學”雙語教學研究與實踐[J].南京郵電大學學報(社會科學版)，2008.

[3] 梁佩瑩，陳立，冰曹輝.波動光學與應用光學雙語教學實踐[J].科技信息，2009.