《光學(xué)系統(tǒng)CAD課程設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱

《光學(xué)系統(tǒng)CAD課程設(shè)計(jì)》教學(xué)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(shí)踐課學(xué)分：2學(xué)分周數(shù)：2周先修課程：光電信息技術(shù)導(dǎo)論、物理光學(xué)、工程制圖與CAD等并修課程：光學(xué)系統(tǒng)CAD適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程開課單位：電子信息工程學(xué)院一、課程說明《光學(xué)系統(tǒng)CAD課程設(shè)計(jì)》是《光學(xué)系統(tǒng)CAD》課程教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是光電類各專業(yè)學(xué)生在光學(xué)系統(tǒng)CAD課程學(xué)習(xí)后進(jìn)行全面、系統(tǒng)、深入的實(shí)踐性教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)的基本方法，為學(xué)生學(xué)習(xí)后繼課程及從事工程技術(shù)工作、科學(xué)研究以及開拓新技術(shù)領(lǐng)域打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握各種常見光學(xué)設(shè)計(jì)的基本原理與方法，通過文獻(xiàn)檢索與歸納總結(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。課程目標(biāo)2：能夠針對具有特定需求的工程技術(shù)問題進(jìn)行提煉和描述，確定相應(yīng)的光學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)與技術(shù)方案。課程目標(biāo)3：融會(huì)貫通光學(xué)設(shè)計(jì)課程的理論和方法，能夠正確客觀地評價(jià)光學(xué)設(shè)計(jì)對環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的影響。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《光學(xué)系統(tǒng)CAD課程設(shè)計(jì)》課程教學(xué)目標(biāo)對光電信息科學(xué)與工程專業(yè)要求的支撐見表1。

表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支持強(qiáng)度3.設(shè)計(jì)/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(biāo)要求，根據(jù)所學(xué)專業(yè)知識，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，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(biāo)1：掌握各種常見光學(xué)設(shè)計(jì)的基本原理與方法，通過文獻(xiàn)檢索與歸納總結(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)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(biāo)2：能夠針對具有特定需求的工程技術(shù)問題進(jìn)行提煉和描述，確定相應(yīng)的光學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)與技術(shù)方案。M10.溝通10.1具有較強(qiáng)的口頭表述能力和書寫能力，能夠獨(dú)立撰寫光電信息領(lǐng)域中與工程相關(guān)問題的調(diào)查報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。課程目標(biāo)3：融會(huì)貫通光學(xué)設(shè)計(jì)課程的理論和方法，能夠正確客觀地評價(jià)光學(xué)設(shè)計(jì)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(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)課時(shí)安排對應(yīng)的課程目標(biāo)1.審題、選題、查閱資料，方案分析、比較教學(xué)要求：采用多媒體授課，以典型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為例講解課程設(shè)計(jì)的過程，下達(dá)任務(wù)書。學(xué)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(jì)原理，理解題目的具體內(nèi)容和設(shè)計(jì)原理。重點(diǎn)：光學(xué)設(shè)計(jì)方案的基本原理。難點(diǎn)：最佳光學(xué)設(shè)計(jì)方案的確定。2天1、22.總體設(shè)計(jì)教學(xué)要求：根據(jù)光學(xué)方案及已知條件確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的論證與比較，并在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX中進(jìn)行建模。其中，要盡可能減小像差、增加通光量，提高M(jìn)TF對比度，并且要便于使用。重點(diǎn)：系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的確定。難點(diǎn)：優(yōu)化設(shè)計(jì)提高M(jìn)TF值。1天1、23.光學(xué)系統(tǒng)各鏡片的設(shè)計(jì)教學(xué)要求：根據(jù)總體設(shè)計(jì)的要求，分析光學(xué)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(jìn)行視場、厚度、折射率、通光孔徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。重點(diǎn)：透鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)對像差的影響難點(diǎn)：使用解析方法進(jìn)行計(jì)算2天1、24.光學(xué)系統(tǒng)的建模及像質(zhì)評價(jià)教學(xué)要求：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)方案，并在ZEMAX軟件中進(jìn)行建模，熟練使用ZEMAX軟件的鏡頭數(shù)據(jù)編輯、評價(jià)函數(shù)、多重結(jié)構(gòu)、坐標(biāo)斷點(diǎn)、鏡片翻轉(zhuǎn)、全局坐標(biāo)設(shè)置等功能，會(huì)使用MTF曲線、點(diǎn)列圖、像差曲線、波像差圖、畸變圖等對像質(zhì)進(jìn)行評價(jià)重點(diǎn)：建模及像質(zhì)評價(jià)。難點(diǎn)：坐標(biāo)斷點(diǎn)的使用。1天1、25.進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)要求：在已經(jīng)建立好的模型基礎(chǔ)上，根據(jù)像質(zhì)評價(jià)結(jié)果，進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(diǎn)：光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化。難點(diǎn)：各種操作數(shù)的使用。2天1、26.撰寫說明教學(xué)要求：根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)過程撰寫說明書，說明書格式按照《河南工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（報(bào)告書）（模板）》，說明書中應(yīng)有詳細(xì)的設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jìn)行比較。重點(diǎn)：詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟和記錄。難點(diǎn)：說明書撰寫格式。1天1、2、37.答辯教學(xué)要求：答辯是考核課程設(shè)計(jì)是否達(dá)到基本要求和相應(yīng)水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是教師對學(xué)生論文的一次會(huì)診和指導(dǎo)?？己藘?nèi)容包括學(xué)生對任務(wù)書、光學(xué)設(shè)計(jì)手冊、參考資料的運(yùn)用。教師提問的內(nèi)容包括典型光學(xué)系統(tǒng)的工作原理、優(yōu)化設(shè)計(jì)具體操作以及ZEMAX軟件使用方法等。重點(diǎn)考察學(xué)生對典型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟的掌握情況及說明書的質(zhì)量，設(shè)計(jì)過程中的態(tài)度。同時(shí)檢查設(shè)計(jì)創(chuàng)新性、工作量、有無違反學(xué)術(shù)規(guī)范現(xiàn)象等，提出改進(jìn)意見。重點(diǎn)：相關(guān)基本原理與設(shè)計(jì)的整體考核。難點(diǎn)：課程設(shè)計(jì)質(zhì)量的檢驗(yàn)。1天1、2、3合計(jì)10天（2周）五、教學(xué)方法及手段由于課程內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合，學(xué)習(xí)者應(yīng)根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書、相關(guān)光學(xué)設(shè)計(jì)參考書，以自學(xué)為主、教師講授為輔，學(xué)會(huì)綜合應(yīng)用相關(guān)軟件進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并養(yǎng)成自覺遵守國家標(biāo)準(zhǔn)的習(xí)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(xué).像差.光學(xué)設(shè)計(jì)》（第4版）[M].杭州：浙江大學(xué)出版社.20202.參考書：(1)李林.《計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)設(shè)計(jì)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(xué)零件CAD與加工工藝》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2013(3)吉紫娟.《ZEMAX光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程》[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社.2018(4)郁道銀,談恒英.工程光學(xué).第4版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2016.(5)林曉陽.ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)超級學(xué)習(xí)手冊[M].北京：人民郵電出版社.2014.(6)黃一帆,李林.光學(xué)設(shè)計(jì)教程[M].北京：北京理工大學(xué)出版社.2009.七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由：學(xué)習(xí)態(tài)度、工作量完成情況、設(shè)計(jì)能力、設(shè)計(jì)說明書（報(bào)告書）、和答辯成績五部分構(gòu)成，具體考核/評價(jià)細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)分值考核/評價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123學(xué)習(xí)態(tài)度10(1)主要考核學(xué)生學(xué)習(xí)紀(jì)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(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)情況。(2)教師根據(jù)獨(dú)立完成任務(wù)情況評分?！獭獭?34設(shè)計(jì)能力40(1)主要考核說明書數(shù)據(jù)計(jì)算正確合理性。(2)教師根據(jù)計(jì)算合理性與否評分。√√2020設(shè)計(jì)說明書（報(bào)告書）30(1)主要考核學(xué)生的設(shè)計(jì)完成情況。。(2)教師根據(jù)說明書完成質(zhì)量高低評分。√√√101010答辯成績10(1)主要考核學(xué)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(jìn)行評分?！獭獭?34合計(jì)：100414118八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定課程設(shè)計(jì)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?？偝煽兎治宀糠郑簩W(xué)習(xí)態(tài)度、工作量完成情況、設(shè)計(jì)能力、設(shè)計(jì)說明書（報(bào)告書）和答辯成績。其中：(1)學(xué)習(xí)態(tài)度占10%，無故曠課達(dá)3次取消總成績；(2)工作量完成情況占10%；(3)設(shè)計(jì)能力占40%；(4)設(shè)計(jì)說明書（報(bào)告書）占30%；(5)答辯成績占10%。最后一周的周五進(jìn)行驗(yàn)收、答辯，由2-3位教師組成答辯考核小組，對每位學(xué)生進(jìn)行口試答辯，要求學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)回答教師所提出的問題。課程設(shè)計(jì)成績根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的合理性、計(jì)算的準(zhǔn)確性、設(shè)計(jì)說明書的規(guī)范性、設(shè)計(jì)中分析與解決問題的能力及設(shè)計(jì)態(tài)度和答辯情況綜合評定。2.成績評定標(biāo)準(zhǔn)考核內(nèi)容、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表4。表4考核方式評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)習(xí)認(rèn)真、態(tài)度端正，遵守紀(jì)律,表現(xiàn)優(yōu)秀學(xué)習(xí)認(rèn)真、態(tài)度端正，遵守紀(jì)律,表現(xiàn)良好遵守紀(jì)律，學(xué)習(xí)態(tài)度良好，表現(xiàn)中等遵守紀(jì)律，學(xué)習(xí)態(tài)度一般，表現(xiàn)一般學(xué)習(xí)紀(jì)律較差，表現(xiàn)較差工作量完成情況10獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)的90%以上獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)的80%以上獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)的70%以上獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)的60%以上獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)的60%以下設(shè)計(jì)能力40綜合運(yùn)用理論知識、軟件操作技能較強(qiáng)，能夠較好地處理工程實(shí)際問題綜合運(yùn)用理論知識、軟件操作技能較好，能夠處理工程實(shí)際問題綜合運(yùn)用理論知識、軟件操作技能一般，基本能夠處理工程實(shí)際問題綜合運(yùn)用理論知識、軟件操作技能一般，不能處理工程實(shí)際問題綜合運(yùn)用理論知識、軟件操作技能較差，不能處理工程實(shí)際問題設(shè)計(jì)說明書（報(bào)告書）30設(shè)計(jì)方案正確、表達(dá)清楚；設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)（論證）方法科學(xué)合理；達(dá)到課程設(shè)計(jì)規(guī)定的要求設(shè)計(jì)方案正確、表達(dá)較為清楚；設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)（論證）方法科學(xué)合理；達(dá)到課程設(shè)計(jì)規(guī)定的要求設(shè)計(jì)方案基本正確、表達(dá)較為清楚；設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)（論證）方法基本合理；基本達(dá)