《光學系統(tǒng)CAD課程設(shè)計》教學大綱

《光學系統(tǒng)CAD課程設(shè)計》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06160254課程性質(zhì)：集中實踐課學分：2學分周數(shù)：2周先修課程：光電信息技術(shù)導論、物理光學、工程制圖與CAD等并修課程：光學系統(tǒng)CAD適用專業(yè)：光電信息科學與工程開課單位：電子信息工程學院一、課程說明《光學系統(tǒng)CAD課程設(shè)計》是《光學系統(tǒng)CAD》課程教學中的一個重要實踐性環(huán)節(jié)，是光電類各專業(yè)學生在光學系統(tǒng)CAD課程學習后進行全面、系統(tǒng)、深入的實踐性教學，培養(yǎng)學生光學系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)的基本方法，為學生學習后繼課程及從事工程技術(shù)工作、科學研究以及開拓新技術(shù)領(lǐng)域打下堅實的基礎(chǔ)。二、課程目標通過課程設(shè)計，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握各種常見光學設(shè)計的基本原理與方法，通過文獻檢索與歸納總結(jié)，優(yōu)化設(shè)計方案。課程目標2：能夠針對具有特定需求的工程技術(shù)問題進行提煉和描述，確定相應(yīng)的光學設(shè)計目標與技術(shù)方案。課程目標3：融會貫通光學設(shè)計課程的理論和方法，能夠正確客觀地評價光學設(shè)計對環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的影響。三、課程目標與畢業(yè)要求《光學系統(tǒng)CAD課程設(shè)計》課程教學目標對光電信息科學與工程專業(yè)要求的支撐見表1。

表1課程教學目標與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標支持強度3.設(shè)計/開發(fā)解決方案3.1能夠針對用戶對光電信息系統(tǒng)的功能及技術(shù)指標要求，根據(jù)所學專業(yè)知識，確定設(shè)計目標，并通過分析、類比等方式提出滿足要求的解決方案。課程目標1：掌握各種常見光學設(shè)計的基本原理與方法，通過文獻檢索與歸納總結(jié)，優(yōu)化設(shè)計方案。H5.使用現(xiàn)代工具5.1能夠了解和合理選擇現(xiàn)代光電信息系統(tǒng)設(shè)計的工程技術(shù)資源和現(xiàn)代工程工具、信息技術(shù)工具，解決光電信息領(lǐng)域復(fù)雜工程問題并理解其局限性。課程目標2：能夠針對具有特定需求的工程技術(shù)問題進行提煉和描述，確定相應(yīng)的光學設(shè)計目標與技術(shù)方案。M10.溝通10.1具有較強的口頭表述能力和書寫能力，能夠獨立撰寫光電信息領(lǐng)域中與工程相關(guān)問題的調(diào)查報告、實驗報告等。課程目標3：融會貫通光學設(shè)計課程的理論和方法，能夠正確客觀地評價光學設(shè)計對環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的影響。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內(nèi)容、基本要求與學時分配教學內(nèi)容教學要求，教學重點難點課時安排對應(yīng)的課程目標1.審題、選題、查閱資料，方案分析、比較教學要求：采用多媒體授課，以典型光學系統(tǒng)設(shè)計方案為例講解課程設(shè)計的過程，下達任務(wù)書。學生根據(jù)任務(wù)書查閱資料、熟悉題目的具體內(nèi)容及其設(shè)計原理，理解題目的具體內(nèi)容和設(shè)計原理。重點：光學設(shè)計方案的基本原理。難點：最佳光學設(shè)計方案的確定。2天1、22.總體設(shè)計教學要求：根據(jù)光學方案及已知條件確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計方案的論證與比較，并在光學設(shè)計軟件ZEMAX中進行建模。其中，要盡可能減小像差、增加通光量，提高MTF對比度，并且要便于使用。重點：系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的確定。難點：優(yōu)化設(shè)計提高MTF值。1天1、23.光學系統(tǒng)各鏡片的設(shè)計教學要求：根據(jù)總體設(shè)計的要求，分析光學系統(tǒng)中各透鏡和鏡片的作用及產(chǎn)生的像差，對各鏡片進行視場、厚度、折射率、通光孔徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)進行計算。重點：透鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)對像差的影響難點：使用解析方法進行計算2天1、24.光學系統(tǒng)的建模及像質(zhì)評價教學要求：在規(guī)定時間內(nèi)完成設(shè)計方案，并在ZEMAX軟件中進行建模，熟練使用ZEMAX軟件的鏡頭數(shù)據(jù)編輯、評價函數(shù)、多重結(jié)構(gòu)、坐標斷點、鏡片翻轉(zhuǎn)、全局坐標設(shè)置等功能，會使用MTF曲線、點列圖、像差曲線、波像差圖、畸變圖等對像質(zhì)進行評價重點：建模及像質(zhì)評價。難點：坐標斷點的使用。1天1、25.進行優(yōu)化設(shè)計教學要求：在已經(jīng)建立好的模型基礎(chǔ)上，根據(jù)像質(zhì)評價結(jié)果，進一步進行優(yōu)化設(shè)計，通過設(shè)置變量、改變透鏡材料、控制邊界條件、設(shè)置操作數(shù)等方式，改善鏡頭的成像質(zhì)量。重點：光學系統(tǒng)的優(yōu)化。難點：各種操作數(shù)的使用。2天1、26.撰寫說明教學要求：根據(jù)實際設(shè)計過程撰寫說明書，說明書格式按照《河南工學院課程設(shè)計說明書（報告書）（模板）》，說明書中應(yīng)有詳細的設(shè)計步驟，每一步驟又要有相應(yīng)的鏡片參數(shù)、模型結(jié)構(gòu)圖和MTF曲線、點列圖、像差曲線圖等，做好記錄，最終將優(yōu)化后的結(jié)果和優(yōu)化前的結(jié)果進行比較。重點：詳細的實驗步驟和記錄。難點：說明書撰寫格式。1天1、2、37.答辯教學要求：答辯是考核課程設(shè)計是否達到基本要求和相應(yīng)水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是教師對學生論文的一次會診和指導?？己藘?nèi)容包括學生對任務(wù)書、光學設(shè)計手冊、參考資料的運用。教師提問的內(nèi)容包括典型光學系統(tǒng)的工作原理、優(yōu)化設(shè)計具體操作以及ZEMAX軟件使用方法等。重點考察學生對典型光學系統(tǒng)設(shè)計步驟的掌握情況及說明書的質(zhì)量，設(shè)計過程中的態(tài)度。同時檢查設(shè)計創(chuàng)新性、工作量、有無違反學術(shù)規(guī)范現(xiàn)象等，提出改進意見。重點：相關(guān)基本原理與設(shè)計的整體考核。難點：課程設(shè)計質(zhì)量的檢驗。1天1、2、3合計10天（2周）五、教學方法及手段由于課程內(nèi)容與生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合，學習者應(yīng)根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書、相關(guān)光學設(shè)計參考書，以自學為主、教師講授為輔，學會綜合應(yīng)用相關(guān)軟件進行光學系統(tǒng)的設(shè)計，并養(yǎng)成自覺遵守國家標準的習慣。六、教材和參考書1.推薦教材：李曉彤岑兆豐編著.《幾何光學.像差.光學設(shè)計》（第4版）[M].杭州：浙江大學出版社.20202.參考書：(1)李林.《計算機輔助光學設(shè)計的理論與應(yīng)用》[M].北京：國防工業(yè)出版社.2014(2)丁馳竹趙鑫鄭丹.《光學零件CAD與加工工藝》[M].北京：化學工業(yè)出版社.2013(3)吉紫娟.《ZEMAX光學系統(tǒng)設(shè)計實訓教程》[M].武漢：華中科技大學出版社.2018(4)郁道銀,談恒英.工程光學.第4版[M].北京：機械工業(yè)出版社.2016.(5)林曉陽.ZEMAX光學設(shè)計超級學習手冊[M].北京：人民郵電出版社.2014.(6)黃一帆,李林.光學設(shè)計教程[M].北京：北京理工大學出版社.2009.七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由：學習態(tài)度、工作量完成情況、設(shè)計能力、設(shè)計說明書（報告書）、和答辯成績五部分構(gòu)成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)分值考核/評價細則課程目標123學習態(tài)度10(1)主要考核學生學習紀律和答疑情況。(2)教師根據(jù)課堂整體表現(xiàn)情況評分?！獭?5工作量完成情況10(1)主要考核學生獨立完成設(shè)計任務(wù)情況。(2)教師根據(jù)獨立完成任務(wù)情況評分?！獭獭?34設(shè)計能力40(1)主要考核說明書數(shù)據(jù)計算正確合理性。(2)教師根據(jù)計算合理性與否評分?！獭?020設(shè)計說明書（報告書）30(1)主要考核學生的設(shè)計完成情況。。(2)教師根據(jù)說明書完成質(zhì)量高低評分?！獭獭?01010答辯成績10(1)主要考核學生答辯自述和回答問題情況。(2)教師根據(jù)答辯自述情況和回答問題正確性與否進行評分?！獭獭?34合計：100414118八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定課程設(shè)計采用優(yōu)、良、中、及格、不及格五級評分制。即90分以上為優(yōu)，80~89分為良，70~79分為中，60~69分為及格，60分以下為不及格。總成績分五部分：學習態(tài)度、工作量完成情況、設(shè)計能力、設(shè)計說明書（報告書）和答辯成績。其中：(1)學習態(tài)度占10%，無故曠課達3次取消總成績；(2)工作量完成情況占10%；(3)設(shè)計能力占40%；(4)設(shè)計說明書（報告書）占30%；(5)答辯成績占10%。最后一周的周五進行驗收、答辯，由2-3位教師組成答辯考核小組，對每位學生進行口試答辯，要求學生根據(jù)設(shè)計回答教師所提出的問題。課程設(shè)計成績根據(jù)學生設(shè)計的合理性、計算的準確性、設(shè)計說明書的規(guī)范性、設(shè)計中分析與解決問題的能力及設(shè)計態(tài)度和答辯情況綜合評定。2.成績評定標準考核內(nèi)容、評價標準、所占比重見表4。表4考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥90（優(yōu)秀）90>x≥80（良好）80>x≥70（中等）70>x≥60（及格）x<60（不及格）課堂表現(xiàn)10學習認真、態(tài)度端正，遵守紀律,表現(xiàn)優(yōu)秀學習認真、態(tài)度端正，遵守紀律,表現(xiàn)良好遵守紀律，學習態(tài)度良好，表現(xiàn)中等遵守紀律，學習態(tài)度一般，表現(xiàn)一般學習紀律較差，表現(xiàn)較差工作量完成情況10獨立完成設(shè)計任務(wù)的90%以上獨立完成設(shè)計任務(wù)的80%以上獨立完成設(shè)計任務(wù)的70%以上獨立完成設(shè)計任務(wù)的60%以上獨立完成設(shè)計任務(wù)的60%以下設(shè)計能力40綜合運用理論知識、軟件操作技能較強，能夠較好地處理工程實際問題綜合運用理論知識、軟件操作技能較好，能夠處理工程實際問題綜合運用理論知識、軟件操作技能一般，基本能夠處理工程實際問題綜合運用理論知識、軟件操作技能一般，不能處理工程實際問題綜合運用理論知識、軟件操作技能較差，不能處理工程實際問題設(shè)計說明書（報告書）30設(shè)計方案正確、表達清楚；設(shè)計思路、實驗（論證）方法科學合理；達到課程設(shè)計規(guī)定的要求設(shè)計方案正確、表達較為清楚；設(shè)計思路、實驗（論證）方法科學合理；達到課程設(shè)計規(guī)定的要求設(shè)計方案基本正確、表達較為清楚；設(shè)計思路、實驗（論證）方法基本合理；基本達