光学设计教学中案例的筛选研究

杨 朋 龙学文

（怀化学院 机械与光电物理学院，湖南 怀化 418008）

0 引言

光学设计是工程光学的重要应用课程，重点培养学生的理论与实践的结合能力、应用能力以及动手能力。作为一门实践课程，应当与实际应用紧密相连[1]。案例教学是一种从实际案例入手，由学生自主分析案例、解决问题的教学手段，而案例教学中最重要的是案例本身具有的价值与意义，因此选择案例尤为重要。

1 光学设计教学中案例的筛选原则

1.1 筛选光学设计教学案例

光学设计案例源于设计生产中的具体问题，用于解决产品在光学应用方面所遇到的问题，近年来不断涌现的新领域的光学设计问题，也促使着教学者不断更新教学案例。而作为教学对象的学生并没有接触过实际生产与设计，获取设计知识的途径就自然变成了学校教学。为了能够让学生更好地掌握光学设计的手段，激发学生的设计创新能力，案例选择尤为重要，光学设计的案例的选取遵循的原则有：

（1）案例选择应当遵循由易到难、由浅到深、由经典到创新的原则[1]。学生的设计基础几乎为零，对光学设计中会遇到的问题也毫无经验，因此在教学之初应当选择简单可重复性高的案例。在学生熟练掌握设计工具，对设计方法及设计思路有一定认识后，简单的教学案例会让学生感到乏味枯燥进而失去学习的动力与兴趣，因此是要适当提高案例的难度，形成阶梯式教学，促进学生的创造性思维。

（2）案例筛选应当遵循真实性原则[1]。真实性是指案例时来源于真正的生产、设计，并不是为了达到某些教学目的而产生的。真实的案例能带动学生的积极性，促使学生进入设计者的角色，提高学生的参与度。真实的案例才能体现光学设计的应用性和真实感，让学生在学习的过程中感知光学设计的重要性。

（3）案例筛选应当遵循实时性原则[1]。所谓实时性就是紧跟时代步伐，避免与社会脱节。我们处在一个飞速发展的时代，光学系统也是日新月异，传统的光学设计手段已经无法满足现代光学系统的应用要求，这就要求教学者在筛选案例的过程中，注意与实际结合，及时更新案例库。同时，案例的实时性也能帮助学生扩大知识面、更好地融入到今后的工作中。

（4）案例筛选应当遵循再创新性原则。如果选择的案例已经没有再次创新的必要，那么学生只会重复前人的工作，没有创新的举动，教学将会失去提高学生创新能力的意义[1]。

2 光学设计教学中案例的筛选举例

光学设计之初，学生对设计工具没有操作基础，对设计思路模糊不清，该阶段案例应该选取较为简单重复性高的案例。例如：单透镜设计、双胶合透镜设计。在这些案例中学生应重点掌握设计的原理、光学系统的基本设计思路、光学系统的参数要求、设计工具的基本操作。

在掌握了基本的设计方法后，应当适当选取一定难度和较高应用价值的光学设计案例。例如激光扩束镜，如图1所示。

图1 激光扩束镜设计

该案例要求学生在熟练掌握设计工具后，结合几何光学理论，推算出光学结构的初始结构，再根据实际模拟结果进行优化设计。在优化的过程中，学生可以自主选择优化思路和优化方法。该案例应用范围广、可创新性强，涉及到的设计工具功能应用广，学生可以根据具体的使用要求进行再一次的设计。

传统的光学设计案例教学已经无法满足当今社会对光学领域的应用了，因此光学设计案例还应当设计新的非传统光学设计的领域。例如，针对LED的二次光学设计，如图2所示。

图2 基于LED的均匀矩形光斑透镜设计

LED已经成为当今社会的主流照明光源，但是其原始出光并不满足使用要求。这就要求光学设计者对其重新进行光分布[2]。该案例是将LED的出光在一定范围内控制成均匀你的矩形光斑。适用于LED台灯设计、LED路灯设计、LED室内照明设计。

3 结语

案例教学的根本在于案例，只有选择合理正确的选择案例，才能保证案例教学的教学效果、激发学生的设计、创造能力[3]。

［1］杨朋,文伟,谌雄文.案例教学在光学创新设计中的研究与应用[J].教育,2016(10):00244-00245.

［2］杨朋,谌雄文,周韬,等.一种基于 LED的均匀矩形光斑透镜设计[J].科技视界,2016(25):228-229.

［3］陶少华.案例与项目相结合的教学模式研究[J].计算机工程与科学,2014,36(a02):210-212.