工程光学课程教学大纲

PAGEPAGE8《工程光学》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称工程光学课程编号01130013课程性质必修课课程类别学科专业基础课程开课单位测控教研室授课学期第4学期学分/学时3/48课内学时48理论授课44上机学时0课内实践0实验学时4课外学时48适用专业测控技术与仪器是否双语否先修课程大学物理、工程数学后续课程光电检测、数字图像处理、机械量测量等二、课程简介《工程光学》课程是测控技术与仪器专业学生的专业基础课程，分为上、下两篇。几何光学部分包括光学的基本概念、基本原理、像差理论、光度学基础和典型系统等内容。学生通过课程的学习，为以后学习光学系统设计、光信息理论和从事光学测量或研究打下坚实的基础。课程综合性、灵活性和实践性都很强，具有一定的难度。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标课程目标1：知识目标能利用几何光学的基本概念、基本定律和成像理论建立简单光学元件的数学模型并进行成像计算；能掌握理想光学系统的思想以解决实际光学系统的成像问题；能利用光学量的计算和光传播定律分析光源和像的能量分布特点，解决光源选择和光路设计问题。课程目标2：能力目标能根据给定的光学系统设计要求选定光学元件，确定系统参数，解决实际成像过程光路设计问题；能利用光阑的基本概念和光束限制计算解决光学设计中的光束选择问题；能理解像差理论的基本思想评价成像质量；能掌握典型光学系统的构成、参数计算，实现基本实用光学系统的设计以解决测控系统中的光学测量问题。课程目标3：素质目标能够识别工程问题的综合特征，理解光学测量技术在精密仪器中的应用，增强创新和精益求精的工匠精神；能够在光学测量系统的结构设计中获得科学的世界观和方法论。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标11.2掌握解决测控系统工程领域问题所需的工程基础知识，具备应用基本理论分析工程问题的能力。1-工程知识课程目标22.1能够运用数学、自然科学和仪器仪表工程学科的基本原理对测控系统工程问题进行识别与描述。4.1能够基于科学原理并采用科学方法，针对测控系统工程领域复杂工程问题，探讨分析解决方案；2-问题分析4-研究课程目标31.2掌握解决测控系统工程领域问题所需的工程基础知识，具备应用基本理论分析工程问题的能力。4.1能够基于科学原理并采用科学方法，针对测控系统工程领域复杂工程问题，探讨分析解决方案；1-工程知识4-研究四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元几何光学基本定律与成像概念（学时数：6学时）1.课程主要内容几何光学和物理光学的关系，几何光学中的基本概念及四大基本定律；几何光学系统中物、像概念及物像空间的划分；几何光学中线段、角的符号规则；单折射球面的光路计算；共轴球面系统逐次成像原理和计算方法。2.重点和难点重点：几何光学的基本概念和定律；单个折射球面的光路计算。难点：物像的虚实和完善成像；光路建模的符号规则及光路计算。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、线上测验。4.学生学习预期成果能够理解几何光学的基本概念和定律，能够计算物体经折射球面后成像特点，包括正倒、缩放和虚实。5.支撑课程目标课程目标1第二单元理想光学系统（学时数：10学时）1.课程主要内容共线理论、基点和基面的含义；理想光学系统物像关系和放大率分析；多光组成像原理，双光组光路的计算及典型双光组的应用；实际光学系统的基点和基面的确定方法。2.重点和难点重点：理想光学系统的物像关系和放大率。难点：理想光学系统物像关系计算和双光组光路的特点。3.教学方法课堂讲授、课堂讨论、巡回指导、案例分析、线上测验、实验。4.学生学习预期成果能够识记理想光学系统的基本概念；能够熟练运用牛顿或高斯公式分析理想光学系统的光路计算；能够分析典型双光组的光路特点和应用。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3第三单元平面与平面系统（学时数：8学时）1.课程主要内容平面光学系统的特点；平面镜成像原理和安装要求；反射棱镜成像规则及平行平板成像特点；各平面系统在整个光路设计中的应用。2.重点和难点重点：反射棱镜成像规则；平面镜和平行平板的成像特点。难点：平行平板的等效和反射棱镜的展开；折射棱镜的应用原理。3.教学方法课堂讲授、课堂讨论、巡回指导、线上测验、实验。4.学生学习预期成果能够利用平面元件的成像特点设计光路解决光学测量问题。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3第四单元光学系统中的光束限制（学时数：6学时）1.课程主要内容光阑的定义和作用；孔径光阑、视场光阑和渐晕光阑的作用和分析；渐晕现象对成像的影响和渐晕系数的计算；场镜的作用，景深和焦深的概念及远心光路的作用。2.重点和难点重点：孔径光阑和视场光阑的判断，远心光路的设计和作用。难点：光阑对光束限制的分析。3.教学方法课堂讲授、课堂讨论、巡回指导、线上测验。4.学生学习预期成果能够清晰分析光路中各个元件的限制作用，评价光束限制对成像的影响。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3第五单元光度学基础（学时数：6学时）1.课程主要内容辐射量和光度量参数的基本概念和关系；光传播过程中光学量的基本定律；成像系统的光照度分析。2.重点和难点重点：光学量的计算和基本定律。难点：不同形状光源各个光学量参数的分析。3.教学方法课堂讲授、课堂讨论、巡回指导、线上测验。4.学生学习预期成果能够利用点光源、面光源的发光特点和光线传播的变化规律在光路设计中合理选择光源、评价像质的。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2第六单元像差理论（学时数：4学时）1.课程主要内容球差、彗差、像散等几何像差的定义、形成及对成像影响和校正。2.重点和难点重点：单色光像差的形成原因及校正。难点：单色光像差形成原因及对成像的影响。3.教学方法课堂讲授、课堂讨论、巡回指导。4.学生学习预期成果能够分析各个像差的成因和特点解决光路成像的像质问题。5.支撑课程目标课程目标2、课程目标3第七单元典型光学系统（学时数：8学时）1.课程主要内容眼睛的成像结构、原理和特性；放大镜的成像原理和视觉放大率、线视场的分析；显微镜和望远镜系统的光路组成及计算；目镜、摄影系统和投影系统的光路组成及分析。2.重点和难点重点：显微镜和望远镜的光学结构和成像分析。难点：各典型光学系统的光束限制和视场计算。3.教学方法课堂讲授、课堂讨论、巡回指导、线上测验。4.学生学习预期成果能够掌握典型光学系统的光路设计解决其他的光学测量系统的成像问题。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元几何光学基本定律与成像概念课堂讲授、巡回指导、案例分析、线上测验课程目标161：1第二单元理想光学系统课堂讲授、课堂讨论、巡回指导、案例分析、线上测验、实验课程目标1、2、3101：1第三单元平面与平面系统课堂讲授、课堂讨论、巡回指导、线上测验、实验。课程目标1、2、381：1第四单元光学系统中的光束限制课堂讲授、课堂讨论、巡回指导、线上测验课程目标1、2、361：1第五单元光度学基础课堂讲授、课堂讨论、巡回指导、线上测验。课程目标1、261：1第六单元像差理论课堂讲授、课堂讨论、巡回指导课程目标2、341：1第七单元典型光学系统课堂讲授、课堂讨论、巡回指导、线上测验。课程目标1、2、381：1合计481：1五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩30%课后作业50共计安排5次作业，主要考核各重点章节知识点，以计算形式为主，线下提交批阅，目标分值=0.5×作业平均值。小组讨论15共计安排3次线上讨论，主要考核光路设计中光束限制、像差和各元件的功能等，根据讨论内容优劣给小组打分，各小组内根据任务分派组内为每个人打分。目标分值=0.15×讨论平均值线上测验25安排5次线上客观题测验，主要考核基础知识，每次答题时间控制在15分钟之内。目标分值=0.25×测验平均值出勤和综合表现10按出勤、使用手机做与学习无关事情的次数按比例扣分，最终以满分10分折算。实践成绩10%实验100安排2次实验，主要考核典型双光组的应用和折射棱镜的应用，每次实验提交实验报告，按数据和报告内容准确、详实度按比例以满分10分折算。期末测验60%知识401.考核范围：所有教学内容2.测验题型：客观题（选择、判断、填空）、主观题（简答、作图和计算）3.评价细则：客观题占约50分，主观题约占50分。能力40综合应用15创新5（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元几何光学基本定律与成像概念1、几何光学基本概念和定律2、成像的基本概念3、单折射球面光路计算4、球面光学成像系统线上测验课后作业期末测验课程目标1第二单元理想光学系统1、共线成像理论2、基点和基面3、理想光学系统物像关系4、理想光学系统放大率5、理想光学系统的组合线上测验课后作业实验小组讨论期末测验课程目标1、2、3第三单元平面与平面系统1、平面镜成像2、平行平板3、反射棱镜4、折射棱镜和光楔课后作业实验期末测验课程目标1、2、3第四单元光学系统中的光束限制1、光阑2、相机系统中的光阑3、望远镜系统中的光阑4、显微镜系统中的光阑线上测验课后作业小组讨论期末测验课程目标1、2、3第五单元光度学基础1、辐射量和光学量及其单位2、光传播过程中光学量的变化3、成像系统像面的光照度线上测验课后作业期末测验课程目标1、2第六单元像差理论1、轴上点像差2、正弦差和彗差3、场曲和像散4、畸变5、色差小组讨论期末测验课程目标2、3第七单元典型光学系统1、眼睛及其光学系统2、放大镜3、显微镜系统4、望远镜系统5、其他典型光学系统线上测验课后作业期末测验课程目标1、2、3六、使用教材、相关推荐书目及课程资源（一）使用教材郁道银，谈恒英.工程光学基础教程（第2版），机械工业出版社，2017.11（二）相关推荐书目1.郁道银，谈恒英.工程光学（第4版），机械工业出版社，2023.122.李湘宁，贾宏志，张荣福等.工程光学（第3版），科学出版社，2022.62.李林，黄一帆.应用光学（第5版），北京理工大学出版社，2017.1（三）课程资源<1>工程光学：