工程光學課程教學大綱

PAGEPAGE8《工程光學》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱工程光學課程編號01130013課程性質必修課課程類別學科專業(yè)基礎課程開課單位測控教研室授課學期第4學期學分/學時3/48課內學時48理論授課44上機學時0課內實踐0實驗學時4課外學時48適用專業(yè)測控技術與儀器是否雙語否先修課程大學物理、工程數(shù)學后續(xù)課程光電檢測、數(shù)字圖像處理、機械量測量等二、課程簡介《工程光學》課程是測控技術與儀器專業(yè)學生的專業(yè)基礎課程，分為上、下兩篇。幾何光學部分包括光學的基本概念、基本原理、像差理論、光度學基礎和典型系統(tǒng)等內容。學生通過課程的學習，為以后學習光學系統(tǒng)設計、光信息理論和從事光學測量或研究打下堅實的基礎。課程綜合性、靈活性和實踐性都很強，具有一定的難度。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標課程目標1：知識目標能利用幾何光學的基本概念、基本定律和成像理論建立簡單光學元件的數(shù)學模型并進行成像計算；能掌握理想光學系統(tǒng)的思想以解決實際光學系統(tǒng)的成像問題；能利用光學量的計算和光傳播定律分析光源和像的能量分布特點，解決光源選擇和光路設計問題。課程目標2：能力目標能根據(jù)給定的光學系統(tǒng)設計要求選定光學元件，確定系統(tǒng)參數(shù)，解決實際成像過程光路設計問題；能利用光闌的基本概念和光束限制計算解決光學設計中的光束選擇問題；能理解像差理論的基本思想評價成像質量；能掌握典型光學系統(tǒng)的構成、參數(shù)計算，實現(xiàn)基本實用光學系統(tǒng)的設計以解決測控系統(tǒng)中的光學測量問題。課程目標3：素質目標能夠識別工程問題的綜合特征，理解光學測量技術在精密儀器中的應用，增強創(chuàng)新和精益求精的工匠精神；能夠在光學測量系統(tǒng)的結構設計中獲得科學的世界觀和方法論。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標11.2掌握解決測控系統(tǒng)工程領域問題所需的工程基礎知識，具備應用基本理論分析工程問題的能力。1-工程知識課程目標22.1能夠運用數(shù)學、自然科學和儀器儀表工程學科的基本原理對測控系統(tǒng)工程問題進行識別與描述。4.1能夠基于科學原理并采用科學方法，針對測控系統(tǒng)工程領域復雜工程問題，探討分析解決方案；2-問題分析4-研究課程目標31.2掌握解決測控系統(tǒng)工程領域問題所需的工程基礎知識，具備應用基本理論分析工程問題的能力。4.1能夠基于科學原理并采用科學方法，針對測控系統(tǒng)工程領域復雜工程問題，探討分析解決方案；1-工程知識4-研究四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元幾何光學基本定律與成像概念（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內容幾何光學和物理光學的關系，幾何光學中的基本概念及四大基本定律；幾何光學系統(tǒng)中物、像概念及物像空間的劃分；幾何光學中線段、角的符號規(guī)則；單折射球面的光路計算；共軸球面系統(tǒng)逐次成像原理和計算方法。2.重點和難點重點：幾何光學的基本概念和定律；單個折射球面的光路計算。難點：物像的虛實和完善成像；光路建模的符號規(guī)則及光路計算。3.教學方法課堂講授、巡回指導、案例分析、線上測驗。4.學生學習預期成果能夠理解幾何光學的基本概念和定律，能夠計算物體經(jīng)折射球面后成像特點，包括正倒、縮放和虛實。5.支撐課程目標課程目標1第二單元理想光學系統(tǒng)（學時數(shù)：10學時）1.課程主要內容共線理論、基點和基面的含義；理想光學系統(tǒng)物像關系和放大率分析；多光組成像原理，雙光組光路的計算及典型雙光組的應用；實際光學系統(tǒng)的基點和基面的確定方法。2.重點和難點重點：理想光學系統(tǒng)的物像關系和放大率。難點：理想光學系統(tǒng)物像關系計算和雙光組光路的特點。3.教學方法課堂講授、課堂討論、巡回指導、案例分析、線上測驗、實驗。4.學生學習預期成果能夠識記理想光學系統(tǒng)的基本概念；能夠熟練運用牛頓或高斯公式分析理想光學系統(tǒng)的光路計算；能夠分析典型雙光組的光路特點和應用。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3第三單元平面與平面系統(tǒng)（學時數(shù)：8學時）1.課程主要內容平面光學系統(tǒng)的特點；平面鏡成像原理和安裝要求；反射棱鏡成像規(guī)則及平行平板成像特點；各平面系統(tǒng)在整個光路設計中的應用。2.重點和難點重點：反射棱鏡成像規(guī)則；平面鏡和平行平板的成像特點。難點：平行平板的等效和反射棱鏡的展開；折射棱鏡的應用原理。3.教學方法課堂講授、課堂討論、巡回指導、線上測驗、實驗。4.學生學習預期成果能夠利用平面元件的成像特點設計光路解決光學測量問題。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3第四單元光學系統(tǒng)中的光束限制（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內容光闌的定義和作用；孔徑光闌、視場光闌和漸暈光闌的作用和分析；漸暈現(xiàn)象對成像的影響和漸暈系數(shù)的計算；場鏡的作用，景深和焦深的概念及遠心光路的作用。2.重點和難點重點：孔徑光闌和視場光闌的判斷，遠心光路的設計和作用。難點：光闌對光束限制的分析。3.教學方法課堂講授、課堂討論、巡回指導、線上測驗。4.學生學習預期成果能夠清晰分析光路中各個元件的限制作用，評價光束限制對成像的影響。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3第五單元光度學基礎（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內容輻射量和光度量參數(shù)的基本概念和關系；光傳播過程中光學量的基本定律；成像系統(tǒng)的光照度分析。2.重點和難點重點：光學量的計算和基本定律。難點：不同形狀光源各個光學量參數(shù)的分析。3.教學方法課堂講授、課堂討論、巡回指導、線上測驗。4.學生學習預期成果能夠利用點光源、面光源的發(fā)光特點和光線傳播的變化規(guī)律在光路設計中合理選擇光源、評價像質的。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2第六單元像差理論（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容球差、彗差、像散等幾何像差的定義、形成及對成像影響和校正。2.重點和難點重點：單色光像差的形成原因及校正。難點：單色光像差形成原因及對成像的影響。3.教學方法課堂講授、課堂討論、巡回指導。4.學生學習預期成果能夠分析各個像差的成因和特點解決光路成像的像質問題。5.支撐課程目標課程目標2、課程目標3第七單元典型光學系統(tǒng)（學時數(shù)：8學時）1.課程主要內容眼睛的成像結構、原理和特性；放大鏡的成像原理和視覺放大率、線視場的分析；顯微鏡和望遠鏡系統(tǒng)的光路組成及計算；目鏡、攝影系統(tǒng)和投影系統(tǒng)的光路組成及分析。2.重點和難點重點：顯微鏡和望遠鏡的光學結構和成像分析。難點：各典型光學系統(tǒng)的光束限制和視場計算。3.教學方法課堂講授、課堂討論、巡回指導、線上測驗。4.學生學習預期成果能夠掌握典型光學系統(tǒng)的光路設計解決其他的光學測量系統(tǒng)的成像問題。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元幾何光學基本定律與成像概念課堂講授、巡回指導、案例分析、線上測驗課程目標161：1第二單元理想光學系統(tǒng)課堂講授、課堂討論、巡回指導、案例分析、線上測驗、實驗課程目標1、2、3101：1第三單元平面與平面系統(tǒng)課堂講授、課堂討論、巡回指導、線上測驗、實驗。課程目標1、2、381：1第四單元光學系統(tǒng)中的光束限制課堂講授、課堂討論、巡回指導、線上測驗課程目標1、2、361：1第五單元光度學基礎課堂講授、課堂討論、巡回指導、線上測驗。課程目標1、261：1第六單元像差理論課堂講授、課堂討論、巡回指導課程目標2、341：1第七單元典型光學系統(tǒng)課堂講授、課堂討論、巡回指導、線上測驗。課程目標1、2、381：1合計481：1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績30%課后作業(yè)50共計安排5次作業(yè)，主要考核各重點章節(jié)知識點，以計算形式為主，線下提交批閱，目標分值=0.5×作業(yè)平均值。小組討論15共計安排3次線上討論，主要考核光路設計中光束限制、像差和各元件的功能等，根據(jù)討論內容優(yōu)劣給小組打分，各小組內根據(jù)任務分派組內為每個人打分。目標分值=0.15×討論平均值線上測驗25安排5次線上客觀題測驗，主要考核基礎知識，每次答題時間控制在15分鐘之內。目標分值=0.25×測驗平均值出勤和綜合表現(xiàn)10按出勤、使用手機做與學習無關事情的次數(shù)按比例扣分，最終以滿分10分折算。實踐成績10%實驗100安排2次實驗，主要考核典型雙光組的應用和折射棱鏡的應用，每次實驗提交實驗報告，按數(shù)據(jù)和報告內容準確、詳實度按比例以滿分10分折算。期末測驗60%知識401.考核范圍：所有教學內容2.測驗題型：客觀題（選擇、判斷、填空）、主觀題（簡答、作圖和計算）3.評價細則：客觀題占約50分，主觀題約占50分。能力40綜合應用15創(chuàng)新5（二）課程考核對課程目標的支撐教學內容考核內容考核方式支撐的課程目標第一單元幾何光學基本定律與成像概念1、幾何光學基本概念和定律2、成像的基本概念3、單折射球面光路計算4、球面光學成像系統(tǒng)線上測驗課后作業(yè)期末測驗課程目標1第二單元理想光學系統(tǒng)1、共線成像理論2、基點和基面3、理想光學系統(tǒng)物像關系4、理想光學系統(tǒng)放大率5、理想光學系統(tǒng)的組合線上測驗課后作業(yè)實驗小組討論期末測驗課程目標1、2、3第三單元平面與平面系統(tǒng)1、平面鏡成像2、平行平板3、反射棱鏡4、折射棱鏡和光楔課后作業(yè)實驗期末測驗課程目標1、2、3第四單元光學系統(tǒng)中的光束限制1、光闌2、相機系統(tǒng)中的光闌3、望遠鏡系統(tǒng)中的光闌4、顯微鏡系統(tǒng)中的光闌線上測驗課后作業(yè)小組討論期末測驗課程目標1、2、3第五單元光度學基礎1、輻射量和光學量及其單位2、光傳播過程中光學量的變化3、成像系統(tǒng)像面的光照度線上測驗課后作業(yè)期末測驗課程目標1、2第六單元像差理論1、軸上點像差2、正弦差和彗差3、場曲和像散4、畸變5、色差小組討論期末測驗課程目標2、3第七單元典型光學系統(tǒng)1、眼睛及其光學系統(tǒng)2、放大鏡3、顯微鏡系統(tǒng)4、望遠鏡系統(tǒng)5、其他典型光學系統(tǒng)線上測驗課后作業(yè)期末測驗課程目標1、2、3六、使用教材、相關推薦書目及課程資源（一）使用教材郁道銀，談恒英.工程光學基礎教程（第2版），機械工業(yè)出版社，2017.11（二）相關推薦書目1.郁道銀，談恒英.工程光學（第4版），機械工業(yè)出版社，2023.122.李湘寧，賈宏志，張榮福等.工程光學（第3版），科學出版社，2022.62.李林，黃一帆.應用光學（第5版），北京理工大學出版社，2017.1（三）課程資源<1>工程光學：