《光学系统设计实践》教学大纲
一、课程信息
课程中文名称：光学系统设计实践
课程英文名称：Optical system design practices
课程代码：0110054
学分/学时：2/48
开课学期：三（下）
适用专业：光电信息科学与工程
开课单位：物理与信息工程学院
先修课程: 大学物理、工程光学，激光原理
后续课程：照明工程应用、平板显示技术
二、课程描述
《光学系统设计实践》课程是光电信息工程本科教学中重要的实践环节，是光学知识理论联系实际的应用环节。通过实践，培养学生运用理论解决实际问题的能力，以及实事求是和严谨的科学作风，使学生通过实验结果，利用所学的理论去分析研究光学系统。通过本课程的学习，培养学生使用现代光学软件的能力以及运用现代光学软件解决实际问题的能力，为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础具有重要作用。本课程要求学生具有普通光学、光学系统设计理论基础。由指导教师讲清实践的基本原理、要求等，由学生独立操作完成实验；对设计性实验，由学生独立设计、实验；通过实践，要求学生掌握光学系统设计的基本设计思路，设计原则及设计技巧。同时希望学生通过研究式的钻研、探索乃至犯错误的过程中，提高他们开展科技活动和社会实践的能力以及开展科研工作的能力。本课程突出实际设计能力的培养，为服务国家和“数字福建”发展需求培养光电领域人才，是光电领域的核心实践课程。
三、教科书目/阅读材料/学校资源
1.光学设计，袁旭沧 主编，北京理工大学出版社，1988
2.应用光学，张以谟 主编，北京机械工业出版社 1982
3.光学设计（第2版），刘钧，高明，国防工业出版社
4.光学设计手册（原书第3版） [墨]丹尼尔·马拉卡纳·赫尔南德斯（Daniel Malacara-Hernánd /2018-01-25 /机械工业出版社
5.现代光学设计方法（第3版）李林 黄一帆 王涌天 著 /2018-09-30 /北京理工大学出版社
学校图书馆搜索“光学设计”等相关书目可以作为课外深入学习的参考资料
四、课程规定
1、根据选定好的设计，每人一组进行设计，认真完成，完成不了，需认真说明原因；
2、座位安排：根据系里统计的每位学生的绩点，对于后面10位的同学要求坐到前面三排，其余同学第一次上课大家按照自己的习惯自由选择座位，从第二次课开始固定座位，由班长整理座位安排表并打印学号，姓名，今后课程都按固定座位入座，考勤不点名，按座位空缺直接计入缺勤，一次缺勤期末总分扣5分，迟到10分钟内扣1分；
3、本课程即时收集设计报告的方式，精准了解每位同学的设计正确性，设计合理性和设计总结。
五、课程目标
通过本课程的学习，使学生掌握现代光学设计软件以及典型光学系统的基本理论与架构，并对这些理论与架构在光学系统设计中的某些应用和设计方法有初步了解。为适应光电信息科学与技术的飞速发展及在相关专业领域的深入学习打下坚实的基础。
具体目标如下：
1、要求学生掌握常用光学设计软件及其基本工作原理。
2、要求学生掌握几种典型光学系统，并理解其运行的原理，以及明确不同光学系统的典型设计要求。
3、要求学生掌握对各种典型光学系统进行三维建模，并对典型光学系统目标性能进行针对性分析。
4、要求学生掌握对光学设计软件使用以及仿真，并能够对各种出现问题的总结。
5. 要求学生具有根据典型光学系统的设计目标进行系统设计的能力以及实现实验仿真。
6.能独立撰写规范的课程设计报告，并积极协助团队成员完成团队任务。
7、具备坚韧的科学精神和服务国家发展战略的家国情怀。
六、达成课程目标的途径和措施
1、考核目标：在考核学生对光学系统设计的基本知识和基本原理基础上，重点考核学生掌握对典型光学系统设计和相关软件工具使用，并能设计过程中能发现问题，分析问题，提出解决方案，从而最终解决问题。
2、考核方式：采用即时写设计报告的方式，报告中所体现的设计正确性，设计合理性和设计总结组成考核成绩。
3、评价环节对课程目标达成贡献率及支撑材料：
考察环节 |
设计正确性 |
设计合理性 |
设计总结 |
课程目标达成的贡献率 |
0.4 |
0.20 |
0.4 |
支撑材料 |
设计和解决问题方案正确性 |
光能利用效率、均匀性、颜色、配光等性能指标 |
总结出现各种问题原因 |
七、课程目标与毕业要求指标分解点的对应关系
支撑毕业要求 |
成果关联度 |
支撑毕业要求指标分解点 |
对应课程目标支撑及理由 |
3 设计/开发解决方案 |
0.2 |
3.3 在光学系统设计过程中能发现问题，并能对复杂问题进行分析，能提出解决思路，并最终解决问题 |
对应课程目标 1 支撑理由:通过课程目标1的达成，学生对光学系统设计的基本原理和方法学习，分析在设计过程中遇到的问题和原因，完成对毕业x.x的部分支撑。 |
4 研究 |
0.15 |
4.2 能够针对关键性的问题开展仿真或实验优化研究，包括方案制定，实验准备，实施和验证等 |
对应课程目标 2和3 支撑理由:通过对光学系统基本理论的学习，掌握现代光学设计软件的工作原理及其操作，掌握其分析功能，达到复杂光学系统设计的要求形成对毕业要求x.x的部分支撑。 |
4 研究 |
0.2 |
4.3 根据仿真结果或实验数据进行综合分析，获得科学，合理，有效的结论，并提出改进方案 |
对应课程目标 4 支撑理由:通过光学器件和系统的设计和仿真，根据结果理解光学系统设计的基本理论，形成对毕业要求x.x的部分支撑。 |
12 终身学习 |
0.1 |
12.2 能在工程实践中不断学习，适应环境，提升自身发展的能力。 |
对应课程目标 5和6 支撑理由:要求学生在光学系统设计过程中，分工协做，根据各种产品说明书进行三维建模和系统设计，在仿真和分析过程中相互沟通，形成对毕业要求x.x的部分支撑。 |
八、课程实践内容及学时分配
序号 |
实践内容 |
预期成果 |
课时 |
实现方式 |
支撑课程目标 |
1 |
授课和组队 |
经过老师的讲授，要求学生针对老师给定的多个项目中，自主完成设计，能独立完成老师分配的工作。 |
4 |
讲授和讨论 |
目标1，5，6： 要求学生掌握典型光学系统的设计，同时要求学生具有根据各种说明书设计光学系统的能力以及团队配合实现实验仿真。 |
2 |
制定设计方案 |
要求学生理解典型光学系统设计的基本方法，提炼出关键性问题，选择相应设计方案。 |
6 |
讨论 |
目标2：要求学生掌握几种典型光学系统，并理解其运行的原理，以及明确不同光学系统的典型设计要求。 |
3 |
光学设计和仿真验证 |
在光学系统设计过程中能发现问题，并能对复杂问题进行分析，能提出解决思路，并最终解决问题 |
28 |
实践 |
目标3：要求学生掌握对各种典型光学系统进行三维建模，并对典型光学系统目标性能进行针对性分析 |
4 |
分析与优化 |
根据仿真结果或实验数据进行综合分析，获得科学，合理，有效的结论，并提出改进方案 |
4 |
实践 |
目标4：要求学生掌握对光学设计软件使用以及仿真，并能够对各种出现问题的总结 |
5 |
撰写报告和验收 |
要求学生能独立撰写规范的课程设计报告，准确表达自己的设计思路，能正确总结出现各种问题原因。 |
6 |
独立撰写报告 |
目标5和6：能独立撰写规范的课程设计报告，并积极协助团队成员完成团队任务。 |
八、课程设计所需设备及材料
序号 |
环境、设备名称 |
数量 |
备注 |
1 |
高性能台式机 |
1 |
每人一套 |
2 |
TracePro |
1 |
九、课程目标达成评价
各环节对课程目标达成评价所使用到的权重占比分配（保留2位小数点）
课程目标 |
知识面比例 （本列总和为100） Pi |
各环节评价比例分配
（每行总和为1）
Wik |
各环节在课程达成中的占比
（所有行列总和为100）
Sik=Pi*Wik |
设计正确性 |
设计合理性 |
报告总结 |
设计正确性 |
设计合理性 |
报告总结 |
1.要求学生掌握单片机的基本结构与端口工作原理要求学生掌握常用光学设计软件及其基本工作原理 (支撑毕业要求x.x) |
25 |
0.4 |
0.2 |
0.4 |
10 |
5 |
10 |
2. 要求学生掌握几种典型光学系统，并理解其运行的原理，以及明确不同光学系统的典型设计要求（支撑毕业要求x.x） |
10 |
0.4 |
0.2 |
0.4 |
4 |
2 |
4 |
3、要求学生掌握对各种典型光学系统进行三维建模，并对典型光学系统目标性能进行针对性分析 (支撑毕业要求x.x) |
15 |
0.4 |
0.2 |
0.4 |
6 |
3 |
6 |
4. 要求学生掌握对光学设计软件使用以及仿真，并能够对各种出现问题的总结(支撑毕业要求 x.x) |
25 |
0.4 |
0.2 |
0.4 |
10 |
5 |
10 |
5. 要求学生具有根据典型光学系统的设计目标进行系统设计的能力以及实现实验仿真(支撑毕业要求 x.x) |
15 |
0.4 |
0.2 |
0.4 |
6 |
3 |
6 |
6. 能独立撰写规范的课程设计报告，并积极协助团队成员完成团队任务(支撑毕业要求 x.x) |
10 |
0.4 |
0.2 |
0.4 |
4 |
2 |
4 |
各环节对课程目标达成的贡献率（Mk） |
40 |
20 |
40 |
采用达成值计算法，辅以对学生的问卷调查法。
达成值计算法结合上表权重分配，采用下表进行计算。大于0.60为达成。
单一课程目标达成度评价采用下式：
总的课程目标达成度评价采用下式：
以上公式中：
k表示不同的评价方式，i表示不同的课程目标。
表示第k种评价方式期末评价成绩平均分，均为百分制；
是第k种评价方式通过第i个课程目标反映在总的课程目标评分占比，总和为100；
表示第k种评价方式对第i个课程目标百分占比,总和为100%；
表示第i个课程目标在课程总评价中的占比，总和为100。
十、课程目标达成评价结果用于持续改进
课程目标达成评价结果将用于后续教学过程的持续改进。
针对课程目标达成评价中发现的问题与不足，在本次实践总结中应由教师分析具体原因，并给出改进建议。后续任课教师应当针对以前的问题和建议，在授课计划中做好落实改进计划，并在实践过程中予以落实。
编写人：陈恩果
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