光學(xué)課程教學(xué)改革的思考與實踐

程 菊，馬春林

(淮陰師范學(xué)院 物理與電子電氣工程學(xué)院，江蘇 淮安 223001)

1 引言

光學(xué)課程是高校物理學(xué)專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課，也是普通物理學(xué)中一個必不可少的組成部分.自1960年激光出現(xiàn)以來，光學(xué)學(xué)科以前所未有的規(guī)模和速度迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多以激光為基礎(chǔ)的現(xiàn)代光學(xué)，如非線性光學(xué)、信息光學(xué)、光纖光學(xué)、光電子學(xué)、量子光學(xué)等許多新的分支學(xué)科.這些學(xué)科都是以經(jīng)典光學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展而成，因此，光學(xué)課程是這些新技術(shù)的理論基礎(chǔ)課.通過學(xué)習(xí)光學(xué)課程可以幫助學(xué)生奠定堅實的知識基礎(chǔ)[1]，同時學(xué)習(xí)其典型的科學(xué)思想方法.

鑒于光學(xué)課程的重要地位，我們應(yīng)該不斷地探索如何對該課程實施恰當(dāng)?shù)?、適合學(xué)科發(fā)展、適合人才培養(yǎng)需求的教學(xué)工作.因此，如何改革現(xiàn)有光學(xué)課程的傳授式教學(xué)，使之適應(yīng)科學(xué)技術(shù)和當(dāng)今社會發(fā)展的需要，是一個值得深入探討的課題.

2 光學(xué)課程教與學(xué)的現(xiàn)狀

2.1 教學(xué)內(nèi)容

長期以來，光學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容一直是以幾何光學(xué)與波動光學(xué)的基本概念、基本原理為主.盡管在教學(xué)內(nèi)容中加入現(xiàn)代光學(xué)的基本原理[1]，但由于學(xué)時限制，課堂上教師對現(xiàn)代光學(xué)部分的內(nèi)容只作簡單的介紹，大部分內(nèi)容讓學(xué)生自己閱讀，因而光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容一直局限在經(jīng)典光學(xué)的主要原理部分，對其應(yīng)用涉及較少[2].而光學(xué)是現(xiàn)代前沿科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)和源泉，當(dāng)今現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的光學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容已跟不上時代的要求，不具有現(xiàn)代氣息.大學(xué)生在畢業(yè)以后，對現(xiàn)代光學(xué)發(fā)展概況了解甚少，很難適應(yīng)當(dāng)今社會對光電子技術(shù)、光通信技術(shù)人才的應(yīng)用要求.這就要求我們對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，充分利用有限的學(xué)時，合理安排教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論的同時，能很好的了解現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展動態(tài).

2.2 教學(xué)方法

縱觀我國的教學(xué)現(xiàn)狀，傳授式教學(xué)方法根深蒂固.這種教學(xué)方法以教師為主體，學(xué)生的學(xué)習(xí)完全屬于被動型.這雖然在知識的傳授方面有一定的意義，但卻嚴(yán)重地影響了學(xué)生能力的發(fā)展，降低了學(xué)生參與教學(xué)活動的積極性和主動性.只有讓學(xué)生成為教學(xué)活動的主體，發(fā)揮學(xué)生的主動性，使學(xué)生成為知識的探索者和創(chuàng)造者，才能使學(xué)生有自覺和持久的學(xué)習(xí)興趣，變“被動優(yōu)秀型”為“主動優(yōu)秀型人才”.因此，光學(xué)課程的教學(xué)方法也成為亟待改革的內(nèi)容之一.

2.3 教學(xué)效果

對于教學(xué)工作者來說，如果想要收到較好的教學(xué)效果，就必須學(xué)會引導(dǎo)學(xué)生積極主動的學(xué)習(xí).而在高等教育中多數(shù)教師往往認(rèn)為聽課者已成人，具有學(xué)習(xí)的自主性，因此只注重知識的講解，而忽略對學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的調(diào)動，與學(xué)生的互動甚少.然而現(xiàn)在一些學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后，生活方式與以往變化很大，沒有了壓力與目標(biāo)，所以對學(xué)習(xí)也就不那么重視.筆者發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生進(jìn)入大二以后學(xué)習(xí)積極性明顯變?nèi)?，課堂上只是被動接受而不善于主動思考，因此如何調(diào)動大學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性是一個值得注意的問題.

2.4 考核方式

目前我校多數(shù)考試課程仍然延續(xù)使用傳統(tǒng)的考核方式，即學(xué)生成績注重期末的閉卷考試，考題主要側(cè)重對書本知識的記憶和模仿，缺乏綜合能力的測試.這種考核方式并不能夠引導(dǎo)學(xué)生的探索式思維方式，反而容易造就很多“答案青年”，不利于培養(yǎng)學(xué)生正確的思維模式與自學(xué)能力.因此，完善課程考核方式成為必然.

3 光學(xué)課程改革的思路與實踐

3.1 教學(xué)內(nèi)容的處理

由于光學(xué)課程涉及的內(nèi)容非常廣泛，頭緒繁多，自身又不像電磁學(xué)或者經(jīng)典力學(xué)那樣有一個貫穿始終的思路而形成比較完整的體系[3].因此在教學(xué)改革過程中既要注意講授必要的傳統(tǒng)內(nèi)容，又要緊密結(jié)合現(xiàn)代光學(xué)前沿課題，找準(zhǔn)基礎(chǔ)理論與科技前沿課題的結(jié)合點，精選現(xiàn)代光學(xué)知識內(nèi)容，把握幾個現(xiàn)代光學(xué)的前沿課題，以線帶面進(jìn)行教學(xué).教師在講授基礎(chǔ)光學(xué)的相關(guān)內(nèi)容時，及時地引入現(xiàn)代光學(xué)相關(guān)知識，可以使學(xué)生既不感到光學(xué)基礎(chǔ)理論枯燥乏味，又能體會到現(xiàn)代光學(xué)前沿課題是與基礎(chǔ)理論緊密結(jié)合的.比如，講解偏振現(xiàn)象時可以引入立體電影的原理；講解幾何光學(xué)全反射原理時，可以介紹光纖光學(xué)系統(tǒng)及其應(yīng)用；講解雙折射晶體原理時，可以介紹晶體材料的進(jìn)展和應(yīng)用前景；講解光的干涉內(nèi)容時，可以簡要介紹“納米技術(shù)”等.這樣不僅可以增加教學(xué)容量，還能大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)的內(nèi)容充滿活力.

另外，注意教學(xué)內(nèi)容的前后交叉講解，也可以啟發(fā)學(xué)生主動思維，改善教學(xué)效果.比如，等傾干涉內(nèi)容中提到該實驗適用擴(kuò)展光源，因而應(yīng)用激光作為光源時需要對其擴(kuò)束.此時可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何應(yīng)用透鏡組合完成擴(kuò)束，而這部分內(nèi)容就是倒裝的伽利略或開普勒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng).課堂上學(xué)生對這個內(nèi)容表現(xiàn)出了較大興趣，并能積極自學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的知識.

3.2 教學(xué)方法的改革

目前，光學(xué)課程的教學(xué)雖仍以課堂教學(xué)為主，但是講解過程中應(yīng)貫徹少講、精講的原則.課堂教學(xué)方法可靈活多樣.

(1)豐富課堂教學(xué)方法.在以教師講授為主的課堂教學(xué)方法基礎(chǔ)上，可以盡可能多地讓學(xué)生參與成為教學(xué)活動的主體.例如，教師精心挑選某些章節(jié)內(nèi)容，提前布置，對搜集資料、內(nèi)容組織、語言表達(dá)等方面提出具體要求，屆時隨機指定幾名學(xué)生各講一部分，然后由教師點評并總結(jié)知識要點，或安排一定的課時留作討論式教學(xué).這種教學(xué)方式既活躍了課堂氣氛又加深了學(xué)生對知識的理解、運用，更有利于自身素質(zhì)的提高.

在課程教學(xué)過程中也可以適當(dāng)安排幾次專題講座，專門介紹與現(xiàn)代生活息息相關(guān)的現(xiàn)代光學(xué)前沿課題，開拓學(xué)生視野，豐富課堂教學(xué).

為了提高教學(xué)效果，使所講內(nèi)容更加生動、形象，提高學(xué)生的興趣和接受能力，我院建立了對學(xué)生隨教學(xué)進(jìn)度定時開放的演示物理實驗室.在該實驗室，學(xué)生可以參觀或動手操作多個光學(xué)類演示儀器，啟發(fā)了學(xué)生的好奇心.

(2)著重方法講解.大學(xué)教學(xué)的關(guān)鍵是提高學(xué)生的素質(zhì)，不僅在于使學(xué)生掌握更多的知識，更重要的是掌握方法，形成分析和解決問題的能力.課堂教學(xué)中可以由光學(xué)原理引導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行相關(guān)設(shè)計，進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué).教師的責(zé)任不僅僅是“教”，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生去“觀察”和“學(xué)”，放棄“滿堂灌”、“拉著走”的教學(xué)方式.學(xué)生在老師的指導(dǎo)下完成具有一定研究性、探索性的小論文，鍛煉其獨立思考和探索問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神.

(3)采用多媒體和傳統(tǒng)的教學(xué)相結(jié)合.多媒體的使用大大節(jié)約了板書時間，緩解了課堂內(nèi)容多，課時不夠的矛盾，課堂教學(xué)信息量增大.但單純使用多媒體教學(xué)往往會導(dǎo)致教師教學(xué)進(jìn)度較快，學(xué)生不易接受.因此課程教學(xué)中應(yīng)采用多媒體和板書相結(jié)合的方式.在講解較難理解的重要原理時，可以使用板書推導(dǎo)，這樣學(xué)生容易跟上節(jié)奏；而講解易于明白的內(nèi)容時可以使用多媒體課件，節(jié)約課堂時間.

光學(xué)課程涉及到大量圖像，把光學(xué)圖像采用Flash、Matlab等軟件做成三維動態(tài)課件，在課堂教學(xué)中能產(chǎn)生生動活潑的效果，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和記憶力.比如講解夫瑯禾費衍射時，先讓學(xué)生觀看矩形衍射和圓孔衍射的Flash動畫來加強感性認(rèn)識；講解光的干涉時，仿真兩相干點光源發(fā)出的光波在空間的干涉圖樣，如圖1～4所示.

圖1 兩相干點光源的空間干涉圖樣 圖2 橫向放置的觀察屏上干涉圖樣

圖3 傾斜放置的觀察屏上干涉圖樣 圖4 縱向放置的觀察屏上干涉圖樣

圖1示意了空間中S1、S2作為相干點光源發(fā)出的光波疊加后形成的旋轉(zhuǎn)雙曲面形干涉圖樣；圖2示意了當(dāng)觀察屏垂直于S1、S2的中心軸線AB時，在屏上小范圍內(nèi)觀察到的干涉條紋，即通常所說的明暗相間的直線狀干涉條紋；圖3和圖4則分別示意了當(dāng)觀察屏既不垂直又不平行以及觀察屏平行于S1、S2的中心軸線AB時，屏上的干涉條紋形狀.課堂上，教師以形象的圖片說明了難以觀察到的光學(xué)現(xiàn)象，學(xué)生表現(xiàn)出了很大的興趣.

3.3 教學(xué)效果的提高

(1)理論聯(lián)系實際.多數(shù)學(xué)生往往不會對純理論的知識產(chǎn)生直接的興趣，如果只學(xué)習(xí)理論而不知理論的實際用途，學(xué)生也會覺得迷茫而空洞，學(xué)習(xí)也變成一個浮于表面形式的過程.在光學(xué)教學(xué)中，應(yīng)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，適時提出經(jīng)過理想化了的實際技術(shù)問題，激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生靈活運用所學(xué)知識去探索、解決問題.理工科課堂存在的共性就是當(dāng)教師一味講解基本理論時，只有少數(shù)學(xué)生聽講；而當(dāng)教師提出與之相關(guān)的實際應(yīng)用，特別是生活中常見的應(yīng)用時，多數(shù)學(xué)生會表現(xiàn)出求知欲.光學(xué)與實際生活聯(lián)系密切，如在講授分振幅干涉這部分內(nèi)容時可指出為何照相機鏡頭看起來是藍(lán)紫色的，為什么陽光下的肥皂泡看上去是五顏六色的，如何檢驗眼鏡片的表面是否是光潔的等等；而在講授光的散射這部分內(nèi)容時可指出為什么天空是藍(lán)色的而云彩是白色的，為什么朝霞和晚霞是紅色的等等.課堂實踐表明，如果結(jié)合了實際的應(yīng)用，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性提高，求知欲更強，更樂于主動思考問題.

(2)由問題帶動啟發(fā)性教學(xué).在介紹一個知識點之前，著重介紹知識點的實際來源，是為了解決什么樣的問題而提出的解決方法[4].講解過程應(yīng)以啟發(fā)學(xué)生自主思考為目的.例如講授光的干涉內(nèi)容時提出：教室里有許多盞日光燈，卻沒有看到光的明暗分布條紋，這是為什么？應(yīng)用楊氏實驗裝置能否實現(xiàn)光的干涉？如果可以，我們用一個觀察屏來觀察，可能看到什么圖樣？而觀察屏上的干涉圖樣正取決于兩光波干涉的光強分布，因此想要獲得屏上圖樣信息，關(guān)鍵就是推解出屏上不同位置各個點的光強分布規(guī)律.最終，學(xué)生可以由屏上不同位置點的光強分布推知哪些點具有相同的光強，即位于同一級干涉條紋上，從而明白整個楊氏干涉實驗的物理過程及意義.再如講授光的衍射內(nèi)容時，可以先讓學(xué)生了解衍射實驗裝置示意圖，然后啟發(fā)他們思考是否會產(chǎn)生光的衍射？如果有衍射，那么用一個屏去觀察，衍射圖樣可能是什么樣子？想要最終確定衍射圖樣的分布特征，那么就需要計算屏上各點的衍射光強分布，從而展開理論推導(dǎo).這種思路可以讓本身枯燥的理論知識變得生動，進(jìn)而活躍課堂氣氛，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識探索.

(3)發(fā)揮情感的積極作用.有調(diào)查表明，多數(shù)高校教師與學(xué)生之間的關(guān)系不同于高中教師與學(xué)生之間的關(guān)系，關(guān)鍵在于高校師生之間缺乏溝通.多數(shù)教師與學(xué)生見面機會僅限于課堂，且無更多交流，導(dǎo)致教師不認(rèn)識多數(shù)的學(xué)生，甚至學(xué)生不記得某課程任課教師是誰.這也會降低學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.如果教師能夠與學(xué)生多交流多溝通，親近學(xué)生，就能夠在學(xué)生心中樹立起更好的形象，從而進(jìn)一步激起學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)生真正成為教學(xué)中的主體.

我院為了提供學(xué)生和教師之間更多的交流機會，安排教師定期在校值班，相關(guān)教師在值班期間會到學(xué)生自習(xí)教室進(jìn)一步認(rèn)識了解學(xué)生，這同時也創(chuàng)造了學(xué)生利用課余時間擴(kuò)展自己知識面的良好渠道.

(4)考核方法的改革.課程成績評定可采用結(jié)構(gòu)化分?jǐn)?shù).在原有期末閉卷考試形式的基礎(chǔ)上，結(jié)合讀書報告、課堂討論及平時作業(yè)情況進(jìn)行綜合成績評定.學(xué)生經(jīng)過自身的思考、分析、小結(jié)，可以培養(yǎng)和鍛煉自己提出、分析和解決問題的能力.同時可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究和創(chuàng)新能力.

本文就光學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)效果和考核方法等方面提出教學(xué)改革的方向.我們應(yīng)該在今后的教學(xué)過程中，通過各種實踐，不斷開展教學(xué)改革，努力提高課程教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，培養(yǎng)學(xué)生形成正確的思維模式與自學(xué)、創(chuàng)新意識.

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