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(yǎng)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(fā)學生的設計創(chuàng)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(chuàng)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(chuàng)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(jié)。我們處在一個飛速發(fā)展的時代，光學系統(tǒng)也是日新月異，傳統(tǒng)的光學設計手段已經無法滿足現代光學系統(tǒng)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(chuàng)新性原則。如果選擇的案例已經沒有再次創(chuàng)新的必要，那么學生只會重復前人的工作，沒有創(chuàng)新的舉動，教學將會失去提高學生創(chuàng)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(tǒng)的基本設計思路、光學系統(tǒng)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(yōu)化設計。在優(yōu)化的過程中，學生可以自主選擇優(yōu)化思路和優(yōu)化方法。該案例應用范圍廣、可創(chuàng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)學生的設計、創(chuàng)造能力[3]。

［1］楊朋,文偉,諶雄文.案例教學在光學創(chuàng)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.