光學(xué)設(shè)計教學(xué)中案例的篩選研究

楊朋　龍學(xué)文

【摘 要】光學(xué)設(shè)計是工程光學(xué)中必不可少的實踐課程，而案例教學(xué)是工程應(yīng)用課程中及其重要的教學(xué)手段。本文從案例教學(xué)的角度出發(fā)，分析了案例篩選的原則，并舉例說明光學(xué)設(shè)計教學(xué)中如何篩選案例。

【關(guān)鍵字】光學(xué)設(shè)計；案例；篩選

中圖分類號： TM923.34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）02-0023-001

【Abstract】Optical design is an indispensable practical course in engineering optics， and case teaching is an important teaching method in engineering application course. From the perspective of case teaching， this paper analyzes the principles of case screening and illustrates how to select cases in the teaching of optical design.

【Key words】Optical design；Case；Screening

0 引言

光學(xué)設(shè)計是工程光學(xué)的重要應(yīng)用課程，重點培養(yǎng)學(xué)生的理論與實踐的結(jié)合能力、應(yīng)用能力以及動手能力。作為一門實踐課程，應(yīng)當(dāng)與實際應(yīng)用緊密相連[1]。案例教學(xué)是一種從實際案例入手，由學(xué)生自主分析案例、解決問題的教學(xué)手段，而案例教學(xué)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(xué)設(shè)計教學(xué)中案例的篩選原則

1.1 篩選光學(xué)設(shè)計教學(xué)案例

光學(xué)設(shè)計案例源于設(shè)計生產(chǎn)中的具體問題，用于解決產(chǎn)品在光學(xué)應(yīng)用方面所遇到的問題，近年來不斷涌現(xiàn)的新領(lǐng)域的光學(xué)設(shè)計問題，也促使著教學(xué)者不斷更新教學(xué)案例。而作為教學(xué)對象的學(xué)生并沒有接觸過實際生產(chǎn)與設(shè)計，獲取設(shè)計知識的途徑就自然變成了學(xué)校教學(xué)。為了能夠讓學(xué)生更好地掌握光學(xué)設(shè)計的手段，激發(fā)學(xué)生的設(shè)計創(chuàng)新能力，案例選擇尤為重要，光學(xué)設(shè)計的案例的選取遵循的原則有：

（1）案例選擇應(yīng)當(dāng)遵循由易到難、由淺到深、由經(jīng)典到創(chuàng)新的原則[1]。學(xué)生的設(shè)計基礎(chǔ)幾乎為零，對光學(xué)設(shè)計中會遇到的問題也毫無經(jīng)驗，因此在教學(xué)之初應(yīng)當(dāng)選擇簡單可重復(fù)性高的案例。在學(xué)生熟練掌握設(shè)計工具，對設(shè)計方法及設(shè)計思路有一定認(rèn)識后，簡單的教學(xué)案例會讓學(xué)生感到乏味枯燥進(jìn)而失去學(xué)習(xí)的動力與興趣，因此是要適當(dāng)提高案例的難度，形成階梯式教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

（2）案例篩選應(yīng)當(dāng)遵循真實性原則[1]。真實性是指案例時來源于真正的生產(chǎn)、設(shè)計，并不是為了達(dá)到某些教學(xué)目的而產(chǎn)生的。真實的案例能帶動學(xué)生的積極性，促使學(xué)生進(jìn)入設(shè)計者的角色，提高學(xué)生的參與度。真實的案例才能體現(xiàn)光學(xué)設(shè)計的應(yīng)用性和真實感，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中感知光學(xué)設(shè)計的重要性。

（3）案例篩選應(yīng)當(dāng)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(jié)。我們處在一個飛速發(fā)展的時代，光學(xué)系統(tǒng)也是日新月異，傳統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計手段已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用要求，這就要求教學(xué)者在篩選案例的過程中，注意與實際結(jié)合，及時更新案例庫。同時，案例的實時性也能幫助學(xué)生擴(kuò)大知識面、更好地融入到今后的工作中。

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

2 光學(xué)設(shè)計教學(xué)中案例的篩選舉例

光學(xué)設(shè)計之初，學(xué)生對設(shè)計工具沒有操作基礎(chǔ)，對設(shè)計思路模糊不清，該階段案例應(yīng)該選取較為簡單重復(fù)性高的案例。例如：單透鏡設(shè)計、雙膠合透鏡設(shè)計。在這些案例中學(xué)生應(yīng)重點掌握設(shè)計的原理、光學(xué)系統(tǒng)的基本設(shè)計思路、光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)要求、設(shè)計工具的基本操作。

在掌握了基本的設(shè)計方法后，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)選取一定難度和較高應(yīng)用價值的光學(xué)設(shè)計案例。例如激光擴(kuò)束鏡，如圖1所示。

圖1 激光擴(kuò)束鏡設(shè)計

該案例要求學(xué)生在熟練掌握設(shè)計工具（下轉(zhuǎn)第9頁）（上接第23頁）后，結(jié)合幾何光學(xué)理論，推算出光學(xué)結(jié)構(gòu)的初始結(jié)構(gòu)，再根據(jù)實際模擬結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在優(yōu)化的過程中，學(xué)生可以自主選擇優(yōu)化思路和優(yōu)化方法。該案例應(yīng)用范圍廣、可創(chuàng)新性強(qiáng)，涉及到的設(shè)計工具功能應(yīng)用廣，學(xué)生可以根據(jù)具體的使用要求進(jìn)行再一次的設(shè)計。

圖2 基于LED的均勻矩形光斑透鏡設(shè)計

傳統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計案例教學(xué)已經(jīng)無法滿足當(dāng)今社會對光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用了，因此光學(xué)設(shè)計案例還應(yīng)當(dāng)設(shè)計新的非傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計的領(lǐng)域。例如，針對LED的二次光學(xué)設(shè)計，如圖2所示。

LED已經(jīng)成為當(dāng)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(xué)設(shè)計者對其重新進(jìn)行光分布[2]。該案例是將LED的出光在一定范圍內(nèi)控制成均勻你的矩形光斑。適用于LED臺燈設(shè)計、LED路燈設(shè)計、LED室內(nèi)照明設(shè)計。

3 結(jié)語

案例教學(xué)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(xué)的教學(xué)效果、激發(fā)學(xué)生的設(shè)計、創(chuàng)造能力[3]。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊朋，文偉，諶雄文.案例教學(xué)在光學(xué)創(chuàng)新設(shè)計中的研究與應(yīng)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(shè)計[J].科技視界，2016（25）：228-229.

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