创造性思维在光学设计中的应用

摘 要:光学设计工作在光学工业中起着很重要的作用。光学设计的目的就是为提高经典光学和非经典光学的发展。介绍了创造性思维、创造方法的各自概念和相互关系,论述了光学设计中应用创造性思维的必要性,提出了在光学设计中将各种思维方法相结合以解决在设计中遇到的难题。

关键词:创造性思维 光学设计 直观思维 逆向思维 联想思维

中图分类号:J5文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)02(a)-0248-01

1 引言

设计教育就是培养符合社会需求,满足人们需要,具有创新精神能力的高素质的复合型设计人才。对学生的创新精神的培养是设计教育的重点,近年来,随着经典光学和非经典光学的迅速发展,光学设计在光学工业中起着重要的作用,在设计教学中利用创造性思维开发与挖掘学生的能力,是设计教学改革的一个重点课题。本文从分析创造性思维和创造方法、形式的各自概念及相互关系着手,论述了在光学设计中进行创造性思维的方法、策略和模型。

2 创造性思维的概念、本质特征和基本形式

2.1 创造性思维的概念、本质特征

能创新的思维,即创新思维或创造思维,才是高水平的思维,才是真正的智慧。钱学森说:“创造思维才是智慧的源泉;逻辑思维和形象思维都是手段。”[1]创造性思维是突破传统思维习惯和逻辑规则,以新颖的思路来阐明问题、解答问题的思维方式。

2.2 创造性思维中的非逻辑思维

创造性思维的基本形式一般可分为两类:逻辑式创造性思维和非逻辑性创造思维。创造性思维要以逻辑思维为基础,创造性思维的核心是非逻辑思维。逻辑式创造性思维包括逻辑推理和假说等思维形式,非逻辑性思维包括超前思维,直观思维,幻想思维,灵感思维,逆向思维,联想思维等思维形式。

超前思维是指人类思维活动中面向未来所进行的思维活动,它是人类特有的思维形式之一,“是人们根据客观事物的发展规律,在综合现实世界提供的多方面信息的基础上,对于客观事物和人们的实践活动的发展趋势、未来图景及其实现的基本过程的预测、推断和构想的一种思维过程和思维形式,它能指导人们调整当前的认识和行为,并积极地开拓未来”。

直觉是创造性思维“真正可贵的因素”。直觉思维是大脑对客观世界及其关系的一种非常直接的识别或猜想的思维形式。它是从整体上对待现象、越过思考的中间环节直接得出结论的一种心智思维方式。直觉思维具有捷性、直接性、本能意识等特征。

幻想思维是指与某种愿望相结合并且指向未来的一种想象,由于幻想在人們的创造活动中起着重要作用,在发明创造活动中应鼓励人們对事物进行各种各样的幻想。幻想思维最主要的特点是它的脱离现实性。

灵感是创造性思维过程的突发性飞跃。它是一种高度复杂的思维活动,是人们在文艺创作、科学研究中因思维高度集中而突然表现出来的一种心智思维状态。

逆向思维也叫求异思维,它是对司空见惯的似乎已成定论的事物或观点反过来思考的一种思维方式。人们常会因为对某个问题太熟悉,以至于用正常的思维方式很难打破思维惯性的局限。如果反过来去想或将问题的叙述方式倒过来,常会有助于形成新的思路和想法。

联想思维是创新思维的一种形式,它是从一事物想到另一事物,或者从事物的一方面想到另一方面的思维方式。联想思维有相似联想、对比联想,类比联想、因果联想等多种方式;从思维方向说,联想思维又可分为单向联想(正向、反向)及双向联想(可逆)[4]。

3 光学设计中应用创造性思维的方法

3.1 光学设计需要创造性思维

人类从事任何有目的的活动之前都是要有所构思或谋划的,这种构思或谋划活动便是广义的设计。光学设计就是这种广义设计的一个具体的分支,若想设计一套完好的光学系统需要具备以下知识基础。

(1)几何光学。基础几何光学是光学设计的基础。要做光学设计必须懂得各种光学仪器成像原理,外形尺寸计算方法,了解各种典型光学系统的设计方法和设计过程。实际光学系统大多由球面和平面构成。记住共轴球面系统光轴截面内光路计算的三角公式,了解公式中各参数的几何意义是必要的。

在光学系统中造成光能损失的原因有三点:透射面的反射损失、反射面的吸收损失和光学材料内部的吸收损失。

(2)象差理论。光学系统有七种初级象差:球差、慧差、象散场曲、畸变、位置色差、垂轴色差。对这几种象差的考虑是光学设计者必须想到的。光学设计中必须要考虑象差的存在,在设计时可由设计透镜参数采用联想思维的方法找出透镜组之间的各种象差及必然联系[5]。

(3)材料的选择和公差的分配。

(4)了解光学工艺。光学工艺大致分为切割,粗磨,精磨,抛光和磨边,最后还有镀膜和胶合。由此可以将设计的系统转化为实用化产品时应该考虑的因素。

3.2 基于创造性思维在光学设计中的三阶段模型

基于创造性思维在光学设计中的活动机理,可将光学设计划分为3个阶段:建模期、优化期及反复论证期。

(1)建模期。建模期的主要工作在于发现问题。任何设计、创造都发端于问题的发现。其重要性在于它直接影响问题解决的途径和方法,关系到设计的方向、目标及价值。此过程重点在于确定目标以便建立初步模型。

(2)优化期。优化是在建立模型基础上,经过艰苦的逻辑思维和想象、灵感、直觉及顿悟等非逻辑思维的综合应用,经常以某触发点和非逻辑思维为诱因,找到设计突破点,对设计模型的各种参数进行优化设计,通过改变某些参数如替换玻璃材料以改变折射率,改变设计系统的面形、半径、结构等参数对已建系统模型进行优化设计,以便于达到更好的设计效果。

(3)反复论证期。突破一般是某点或几点的创新。但对于具体的光学元件的设计,必须把所有因素在突破点的基础上重新组合,包括对原先设计的继承,形成新的设计方案,并给予优化和验证。它是问题选择和突破的最终目标和归宿。

4 结语

在光学设计中,创造性思维指运用新颖的、独特的方法,创造性地解决问题,产生有意味的图形的思维,是人类思维的高级阶段,它具有新颖性、首创性、独创性的特点,它是一个人智力水平高度的表现,人类物质文明和精神文明的全部结果,无一不是创造的结晶,人类思维的本质就是创造,不会创造或没有创造性,它仅是一种基本的思维形式而不是创造性思维。

参考文献

[1]赵光武.思维科学研究[M].北京:中国人民大学出版社,1999.

[2]王跃新.创造性思维训练与培养[M].吉林:吉林人民出版社,2004.

[3]陈向阳.谈创造性思维的培养,黄淮学院艺术系[M].新闻大学杂志,复旦大学主办,2007.