新工科背景下光学工程学科仿真软件课程体系构建探讨

新工科背景下光学工程学科仿真软件课程体系构建探讨

黄轲琴

610402197706241245

摘要：当前，我国正处于一个具有重大战略意义的发展时期，需要抓住机遇，不断推进。随着科学技术水平和综合国力的不断提升,’科教兴国‘成为了我国经济建设和社会发展的基本指导方针之一。在这种大环境下,’大众创业万众创新‘也逐渐被提上日程。在“十四五”规划中，明确提出要在涉及到国家安全与发展的关键技术领域（如人工智能、量子信息、集成电路等）中，建立并实施一系列具有重大战略意义的科技攻关项目，以确保国家安全和发展的可持续性。随着我国经济进入新常态和产业结构调整转型升级加快推进，对人才提出了更高的要求，同时也带来了前所未有的机遇与挑战。为了提高大学工程专业的教育与教学质量，必须进一步加强相应专业的教育和教学水平。

关键词：课程体系；仿真软件课程；光学工程学科；新工科

1新工科背景下光学工程学科仿真软件课程体系构建的意义

1.1避免安全隐患

在光学工程学领域，某些实验的离线状态可能会带来潜在的风险。例如，在光通讯系统和激光医疗设备等方面，都需要进行一些特殊测试，以了解其工作性能是否正常，并对某些故障做出诊断或处理。在进行与激光相关的实验时，若未谨慎操作，可能会导致高能激光所引起的灼伤；或者因眼睛受强光照射而引起视网膜病变和失明等严重并发症。除非学生遵守规定正确佩戴眼镜，否则可能会对视力造成不良影响。所以，光学实验课必须要有一个安全防护措施，这样才能保证学生的生命安全。此外，部分光学实验还牵涉到高压气缸，具有易燃、易爆、有毒、腐蚀等危险特性。因此，在这些特殊场合的应用上，必须要有一定的安全措施才能保障师生安全。在模拟软件的教学过程中，学生可以在老师的指导下，自由探索和试验多个领域，而无需担心任何安全性问题。因此，通过使用模拟软件来辅助教学是一种很好的教学方式。通过使用模拟软件，学生可以直接对光斑强度进行分析，无需考虑任何安全因素。这样不仅提高了教学质量，而且节约了实验成本。

1.2减少对设备的依赖程度，以降低其对系统的依赖性

采用线下实验和模拟软件培训等多种方式，以提高学生对所学内容的掌握程度为目标。在教学中我们可以采用不同方法对实验教学进行改革。传统的实验通常依赖于仪器，这不仅需要高昂的采购成本，还需要经历漫长的道路，以及日常维护仪器的工作。如果不配备专门的仪器设备，很多情况下就无法进行实验教学，或者不能正常开展教学活动。在使用某些仪器时，需要进行繁琐的准备工作，以确保操作的顺利进行。如需要更换或者维修时，往往会因为没有时间，场地以及其他原因造成无法正常运行。此外，部分实验设备数量有限或体积较大，导致多名学生只能共享一套设备，从而限制了每个人的操作机会。所以，我们可以考虑通过计算机实现对实验的控制。

1.3案例更注重于实际应用场景

在光学工程的授课过程中，传统的光学实验，如干涉、衍射和全息实验等，更注重于物理现象的展示，其主要目的是通过实际操作来加深学生对物理原理的理解，但在实际应用中，却未能很好地实现衔接。因此，为了适应现代科学技术发展和社会需求，必须要加强对实验教学的重视程度。通过合理设置模拟软件课程，学生可以在学习过程中灵活应用所学知识，从而更好地将其应用于实践中。因此，在光学实验教学中引入模拟软件是非常有必要的。在ZEMAX仿真软件的课程中，大量的实际案例都可以通过训练来提高学生的实际应用能力。通过这种方式，学生就可以掌握许多相关的理论知识。除了ZEMAX以外，许多学子在毕业后也能在模拟设计课上获得相关技能。

2新工科背景下光学工程学科仿真软件课程体系构建的路径

2.1软件训练与理论课程同步进行

为了确保理论和模拟软件的课程安排在同一学期内，每周的软件课程时间必须与理论课后2-3天的时间保持一致，以保证教学效果的最大化。如果教师在课堂上讲解不到位或讲授内容与实际脱节，会造成教学效果差。学生在学习过程中很容易陷入困惑和困惑，因为模拟软件的教学进度比理论课的进度要快得多；若模拟软件教学未能跟上理论课程的步伐，那么学生很可能会遗忘已经掌握的理论知识，从而在实际应用中付出更多的努力。为了解决这一问题，我们把这两门课程合并成一门课程——《计算机仿真技术》。为了确保学生有充足的时间来消化理论知识，同时也为了深化学生对知识的理解，理论课程和仿真软件课程之间的间隔应该控制在2-3天之间，这样可以利用大量的仿真案例，实现相互促进的效果。

2.2软件的各项功能将按照渐进式的方式进行详细介绍

为了更好地掌握每个程序，同学们应该有充足的时间去深入了解每个程序，以便更好地掌握它们的精髓。在软件开发过程中，一定会用到很多技术和方法，这其中包括软件工程的思想、面向对象的开发模式以及软件测试等方面。在模拟软件课程的授课过程中，教师应当遵循一系列原则，采用逐步推进的方式，以确保学生有充足的时间去消化和吸收所学知识。比如，当学生已经具备了一定的软件开发基础后，教师可以组织一些小型的实验来帮助他们巩固所学到的理论知识，并通过这些实验使学生更加深入地体会到软件背后的原理和功能。此外，每一次完成一个微小的案例或项目，教师都有权要求学生撰写实验报告，以确保每项设计都由学生亲自完成，从而避免学生之间的相互借鉴和抄袭，进一步深化学生对软件的理解。这样做不仅有利于激发学生对这门学科的兴趣和热情，而且也有助于提高学生解决实际问题的能力。老师们可以通过实验报告实时获取反馈信息，以了解学生的学习状况，从而为今后的教学调整提供有力支持。

2.3同时运用目标型和发散型案例，以达到最佳效果

在工业领域的创新与研究发展中，我们可以借鉴并借鉴那些能够培养学生正向解题能力的优势。本文通过对“问题解决法”进行了简单介绍并结合实例说明了这种教学方法对于提高学生创造力、思维能力及创新能力等方面起到积极作用。然而，该方法存在缺陷，例如，学生容易陷入“唯果论”的误区，最终陷入只知试而不知其根源的境地；对于问题情境的选择缺乏科学有效的指导原则，难以形成清晰完整的思路。学生在受限于条条框框的情况下，将受到创作空间的限制，思维也将受到限制。此外，由于教学时间有限，很难对学生进行全面系统的训练。因此，在授课过程中，教师需要构思一些具有发散性的案例，以激发学生的学习兴趣和创造力。这些案例往往具有一定的开放性和趣味性，并且能够激发出学员们的创造力和想象力。

结束语

针对“新工科”建设中对“工科类”课程教学的新要求，以“光电子类”课程为例，探讨了如何运用模拟软件在“光电子类”课程中实现教学目标。通过介绍几种常用的模拟软件及其特点和功能，说明了将模拟软件运用到“光电技术基础”课程实验教学过程中的重要性及可行性。相较于传统的实验课，模拟软件培训呈现出独特的优势，为学员提供了丰富的实践培训机会。此外，模拟软件可以作为一种工具来辅助课堂教学，也有助于提高教学质量和教学效果。

参考文献：

[1]中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要[EB/OL].(2021-03-13)[2022-10-02].

[2]刘闻亮.从“十四五”规划看就业风向[J].成才与就业,2021(增刊2):32-35.

[3]刘弘胤.“十四五”期间人工智能在安防市场发展将更加深入广泛[J].中国安防,2021(4):46-49.