光學設計教學中案例的篩選研究

楊 朋 龍學文

（懷化學院 機械與光電物理學院，湖南 懷化 418008）

0 引言

光學設計是工程光學的重要應用課程，重點培養學生的理論與實踐的結合能力、應用能力以及動手能力。作為一門實踐課程，應當與實際應用緊密相連[1]。案例教學是一種從實際案例入手，由學生自主分析案例、解決問題的教學手段，而案例教學中最重要的是案例本身具有的價值與意義，因此選擇案例尤為重要。

1 光學設計教學中案例的篩選原則

1.1 篩選光學設計教學案例

光學設計案例源于設計生產中的具體問題，用于解決產品在光學應用方面所遇到的問題，近年來不斷涌現的新領域的光學設計問題，也促使著教學者不斷更新教學案例。而作為教學對象的學生并沒有接觸過實際生產與設計，獲取設計知識的途徑就自然變成了學校教學。為了能夠讓學生更好地掌握光學設計的手段，激發學生的設計創新能力，案例選擇尤為重要，光學設計的案例的選取遵循的原則有：

（1）案例選擇應當遵循由易到難、由淺到深、由經典到創新的原則[1]。學生的設計基礎幾乎為零，對光學設計中會遇到的問題也毫無經驗，因此在教學之初應當選擇簡單可重復性高的案例。在學生熟練掌握設計工具，對設計方法及設計思路有一定認識后，簡單的教學案例會讓學生感到乏味枯燥進而失去學習的動力與興趣，因此是要適當提高案例的難度，形成階梯式教學，促進學生的創造性思維。

（2）案例篩選應當遵循真實性原則[1]。真實性是指案例時來源于真正的生產、設計，并不是為了達到某些教學目的而產生的。真實的案例能帶動學生的積極性，促使學生進入設計者的角色，提高學生的參與度。真實的案例才能體現光學設計的應用性和真實感，讓學生在學習的過程中感知光學設計的重要性。

（3）案例篩選應當遵循實時性原則[1]。所謂實時性就是緊跟時代步伐，避免與社會脫節。我們處在一個飛速發展的時代，光學系統也是日新月異，傳統的光學設計手段已經無法滿足現代光學系統的應用要求，這就要求教學者在篩選案例的過程中，注意與實際結合，及時更新案例庫。同時，案例的實時性也能幫助學生擴大知識面、更好地融入到今后的工作中。

（4）案例篩選應當遵循再創新性原則。如果選擇的案例已經沒有再次創新的必要，那么學生只會重復前人的工作，沒有創新的舉動，教學將會失去提高學生創新能力的意義[1]。

2 光學設計教學中案例的篩選舉例

光學設計之初，學生對設計工具沒有操作基礎，對設計思路模糊不清，該階段案例應該選取較為簡單重復性高的案例。例如：單透鏡設計、雙膠合透鏡設計。在這些案例中學生應重點掌握設計的原理、光學系統的基本設計思路、光學系統的參數要求、設計工具的基本操作。

在掌握了基本的設計方法后，應當適當選取一定難度和較高應用價值的光學設計案例。例如激光擴束鏡，如圖1所示。

圖1 激光擴束鏡設計

該案例要求學生在熟練掌握設計工具后，結合幾何光學理論，推算出光學結構的初始結構，再根據實際模擬結果進行優化設計。在優化的過程中，學生可以自主選擇優化思路和優化方法。該案例應用范圍廣、可創新性強，涉及到的設計工具功能應用廣，學生可以根據具體的使用要求進行再一次的設計。

傳統的光學設計案例教學已經無法滿足當今社會對光學領域的應用了，因此光學設計案例還應當設計新的非傳統光學設計的領域。例如，針對LED的二次光學設計，如圖2所示。

圖2 基于LED的均勻矩形光斑透鏡設計

LED已經成為當今社會的主流照明光源，但是其原始出光并不滿足使用要求。這就要求光學設計者對其重新進行光分布[2]。該案例是將LED的出光在一定范圍內控制成均勻你的矩形光斑。適用于LED臺燈設計、LED路燈設計、LED室內照明設計。

3 結語

案例教學的根本在于案例，只有選擇合理正確的選擇案例，才能保證案例教學的教學效果、激發學生的設計、創造能力[3]。

［1］楊朋,文偉,諶雄文.案例教學在光學創新設計中的研究與應用[J].教育,2016(10):00244-00245.

［2］楊朋,諶雄文,周韜,等.一種基于 LED的均勻矩形光斑透鏡設計[J].科技視界,2016(25):228-229.

［3］陶少華.案例與項目相結合的教學模式研究[J].計算機工程與科學,2014,36(a02):210-212.