物理光學(xué)課程信息化教學(xué)改革

毛少娟+陳玉丹+華文深+李剛

摘 要 通過(guò)分析當(dāng)前物理光學(xué)課程教學(xué)中存在的突出問(wèn)題，結(jié)合軍械工程學(xué)院的信息化教學(xué)改革研討活動(dòng)，對(duì)物理光學(xué)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面進(jìn)行改革。實(shí)踐表明，以往課程教學(xué)中存在的問(wèn)題得到有效解決，課程教學(xué)水平得到明顯提升。

關(guān)鍵詞 物理光學(xué)；信息化；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）20-0102-02

1 前言

2012年，中央軍委頒發(fā)《2020年前軍隊(duì)院校教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》，綱要指出形成現(xiàn)代軍隊(duì)院校教育體制、構(gòu)建軍事創(chuàng)新教育機(jī)制、基本實(shí)現(xiàn)院校教育信息化，為官兵成長(zhǎng)成才提供優(yōu)質(zhì)教育，為新質(zhì)戰(zhàn)斗力建設(shè)提供人才保證的總體目標(biāo)[1]。為了適應(yīng)新形勢(shì)下對(duì)人才培養(yǎng)的目標(biāo)、人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力、素質(zhì)，特別是創(chuàng)新能力的新的要求，軍械工程學(xué)院開(kāi)展了信息化教學(xué)改革研討活動(dòng)，物理光學(xué)課程的改革也勢(shì)在必行。

物理光學(xué)課程是軍械工程學(xué)院直通車軍用光電工程專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，它是研究光的基本屬性、光的傳播規(guī)律、光與物質(zhì)相互作用以及相關(guān)應(yīng)用的科學(xué)，是一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科，也是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科。該課程的學(xué)習(xí)與后繼課程如光電技術(shù)、激光技術(shù)、光纖通信等有密切關(guān)系，也是學(xué)員今后從事科研工作不可或缺的基礎(chǔ)內(nèi)容。信息化條件下，如何提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)員更好地適應(yīng)將來(lái)的崗位任職需要，一直是任課教員思考的問(wèn)題。

2 當(dāng)前物理光學(xué)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

課程內(nèi)容陳舊，學(xué)員學(xué)習(xí)興趣不高 物理光學(xué)課程主要研究光的波動(dòng)性，包括干涉、衍射、偏振現(xiàn)象、光在各向同性及各向異性介質(zhì)中的傳播規(guī)律等，內(nèi)容體系比較經(jīng)典、固定，不同的教材在內(nèi)容組織、編排、講述上變化不大，對(duì)基本理論的闡述也都很詳細(xì)、完善。但是講解完之后學(xué)員總覺(jué)得這門課程內(nèi)容陳舊、脫離實(shí)際，無(wú)法將課上知識(shí)與現(xiàn)代先進(jìn)光學(xué)技術(shù)及科研應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。

究其原因，一方面在于物理光學(xué)課程本身的特點(diǎn)，它不像應(yīng)用光學(xué)、幾何光學(xué)那樣，研究的是光線的傳播行為及成像特點(diǎn)，比較直觀可見(jiàn)。物理光學(xué)課程主要涉及的是光的波動(dòng)理論，內(nèi)容比較抽象，不便于理解。另一方面，物理光學(xué)課程的理論體系雖然固定不變，但是教員可以思考如何讓枯燥的理論變得鮮活、生動(dòng)起來(lái)，激起學(xué)員對(duì)物理光學(xué)知識(shí)的興趣。

課程理論性強(qiáng)，學(xué)員理解難度大 軍械工程學(xué)院培養(yǎng)的學(xué)員工科背景強(qiáng)，學(xué)員對(duì)課程的實(shí)際應(yīng)用有特殊的興趣。而傳統(tǒng)課程的內(nèi)容從光的電磁理論到干涉、衍射理論，再進(jìn)一步學(xué)習(xí)傅立葉光學(xué)基礎(chǔ)理論，對(duì)于數(shù)理基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的工科學(xué)生而言，隨著理論教學(xué)的深入，很多知識(shí)和概念都理解得不夠透徹，從而逐漸喪失學(xué)習(xí)興趣。此外，傳統(tǒng)課程中公式繁多而抽象，尤其是進(jìn)入衍射和傅立葉光學(xué)部分內(nèi)容后，經(jīng)常出現(xiàn)又長(zhǎng)又復(fù)雜的公式，學(xué)員表示見(jiàn)到這些公式就發(fā)怵，很難理解公式的物理含義，這將直接影響課程的學(xué)習(xí)效果。

課程與裝備聯(lián)系不夠緊密，學(xué)員感覺(jué)用處不大 軍械工程學(xué)院軍用光電工程專業(yè)學(xué)員畢業(yè)后大多在各級(jí)修理分隊(duì)或后方倉(cāng)庫(kù)從事與裝備相關(guān)的工作。在院校學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)員普遍對(duì)與崗位任職相關(guān)的裝備知識(shí)感興趣。在軍用光電工程專業(yè)的課程體系中，應(yīng)用光學(xué)、軍用光學(xué)儀器構(gòu)造、軍用光學(xué)檢校，激光技術(shù)、激光測(cè)距機(jī)、激光制導(dǎo)等課程各自形成由淺入深的課程體系，而物理光學(xué)課程作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，鑒于其研究?jī)?nèi)容主要針對(duì)波動(dòng)光學(xué)，所以它不像應(yīng)用光學(xué)、激光技術(shù)課程與裝備聯(lián)系得那么顯而易見(jiàn)，而主要是體現(xiàn)在裝備設(shè)計(jì)、研發(fā)中所應(yīng)用的光學(xué)技術(shù)或理論。

課程缺乏實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容 物理光學(xué)課程一般開(kāi)設(shè)在教學(xué)的第五學(xué)期，而與之相關(guān)聯(lián)的、實(shí)踐性教學(xué)課程現(xiàn)代光學(xué)實(shí)驗(yàn)和光學(xué)測(cè)試技術(shù)，分別在第六和第七學(xué)期開(kāi)設(shè)，這樣就出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課與理論課脫節(jié)、截然分開(kāi)的現(xiàn)象，違背了光學(xué)本身是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)課程很難發(fā)揮其應(yīng)有的作用。一方面，實(shí)驗(yàn)課與理論課相隔時(shí)間太長(zhǎng)，學(xué)員在上實(shí)驗(yàn)課時(shí)理論知識(shí)忘得所剩無(wú)幾，削弱了實(shí)驗(yàn)課本應(yīng)起到的提高理論認(rèn)識(shí)的作用；另一方面，實(shí)驗(yàn)課滯后理論課程，容易使理論課教員陷入對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的平鋪直敘，忽視了本應(yīng)由學(xué)員自己動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)操作、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的過(guò)程。

教學(xué)方法單一，不夠靈活多樣 物理光學(xué)課程具有較強(qiáng)的獨(dú)立性、系統(tǒng)性、專用性，偏重于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R(shí)體系，講究嚴(yán)密的邏輯推理等特點(diǎn)，目前課程的教學(xué)方式還是以教員講授為主[2]。教學(xué)過(guò)程常常遇到教學(xué)方法古板、講授平鋪直敘等難題，尤其是遇到較多的公式推導(dǎo)時(shí)，采用這種教學(xué)方法，教員講得大汗淋漓，學(xué)員卻感覺(jué)枯燥乏味，教學(xué)效果大打折扣。

3 課程信息化教學(xué)改革內(nèi)容

針對(duì)上述課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，任課教員對(duì)物理光學(xué)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面進(jìn)行了改革。

教學(xué)內(nèi)容的改革

1）科學(xué)整合、修訂教學(xué)內(nèi)容。軍械工程學(xué)院學(xué)員在上物理光學(xué)課程之前，已經(jīng)較為系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了大學(xué)物理課（約2個(gè)學(xué)期，130學(xué)時(shí)），其中光學(xué)部分的內(nèi)容占據(jù)了相當(dāng)?shù)姆萘?。結(jié)合學(xué)院修訂人才培養(yǎng)方案的契機(jī)，課程組參考軍內(nèi)外名牌高校的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)課程組教員充分討論，精簡(jiǎn)、刪除了陳舊過(guò)時(shí)的、與大學(xué)物理課程重合的內(nèi)容，修改完善了新的課程標(biāo)準(zhǔn)，重新明確了教學(xué)內(nèi)容和掌握程度。

2）加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容與裝備知識(shí)的聯(lián)系。軍校學(xué)員將來(lái)的任職崗位在部隊(duì)，對(duì)知識(shí)的軍事應(yīng)用興致頗高。鑒于此，任課教員在課堂教學(xué)中注重講清基本概念、原理，弱化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，平時(shí)注重收集與課程內(nèi)容相關(guān)的軍事知識(shí)，并對(duì)其進(jìn)行提煉加工總結(jié)，使其與教學(xué)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)起來(lái)，盡可能多地增加理論基礎(chǔ)課和軍事、裝備的結(jié)合點(diǎn)，提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，如已經(jīng)梳理出激光告警、光學(xué)加密、相干激光器陣列、相控陣射電望遠(yuǎn)鏡、相控陣?yán)走_(dá)、莫爾條紋等應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)。此外，信息光學(xué)在現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)和軍事技術(shù)中應(yīng)用廣泛，任課教員適當(dāng)將教學(xué)內(nèi)容加以延伸，使學(xué)員對(duì)光學(xué)前沿有所了解。endprint

教學(xué)方法的改革

1）采用問(wèn)題引領(lǐng)式教學(xué)法[3]。物理光學(xué)課程雖然理論性強(qiáng)，但實(shí)質(zhì)上它是一門與實(shí)際問(wèn)題聯(lián)系緊密的學(xué)科，其內(nèi)容構(gòu)架均來(lái)源于對(duì)實(shí)際光學(xué)現(xiàn)象的解釋。因此，在課程講授中，任課教員注重將理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，從現(xiàn)實(shí)生活中生動(dòng)的光學(xué)現(xiàn)象入手來(lái)講授難懂的理論知識(shí)。在講授某個(gè)知識(shí)點(diǎn)前，先介紹該知識(shí)點(diǎn)是為解決什么樣的問(wèn)題而提出的，在解決方法中注重問(wèn)題的環(huán)環(huán)相扣，在解決完一個(gè)問(wèn)題后，接著提出新問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)員思考，形成提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題這樣一個(gè)逐次遞進(jìn)的過(guò)程。

2）采用小組合作教學(xué)法。物理光學(xué)課程采用模塊化設(shè)計(jì)，研究光的干涉、衍射和偏振三種波動(dòng)光學(xué)現(xiàn)象。對(duì)于每部分內(nèi)容，布置干涉應(yīng)用、衍射應(yīng)用、偏振應(yīng)用三個(gè)專題作業(yè)。學(xué)員自行分組，每組3～5人，利用課下時(shí)間查閱資料、制作課件，每個(gè)專題選取兩組學(xué)員走上講臺(tái)進(jìn)行講解。這些綜合性的專題作業(yè)，不僅需要學(xué)員掌握基礎(chǔ)知識(shí)，而且通過(guò)學(xué)員自己的工作加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。事后，學(xué)員普遍反映，這種方式對(duì)知識(shí)的掌握程度甚至比最終考試的效果還要好。

教學(xué)手段的改革

1）合理組織安排理論課與實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。針對(duì)物理光學(xué)課程理論課與實(shí)驗(yàn)課脫節(jié)的現(xiàn)象，任課教員在理論課授課過(guò)程中，合理安排設(shè)計(jì)多次實(shí)驗(yàn)操作課。同時(shí)，光學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開(kāi)放式管理，學(xué)員在課余時(shí)間可以走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，親自體驗(yàn)光學(xué)現(xiàn)象的奧秘。通過(guò)實(shí)踐，學(xué)員對(duì)課堂教學(xué)中抽象難懂的知識(shí)理解得更加深刻，能夠很好地將光學(xué)實(shí)驗(yàn)與理論原理對(duì)應(yīng)起來(lái)，尤其是將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中參數(shù)變化對(duì)結(jié)果的影響與課上講的理論分析聯(lián)系起來(lái)。這種做法，一方面強(qiáng)化了學(xué)員對(duì)剛剛學(xué)過(guò)的理論知識(shí)的理解、加深了記憶；另一方面對(duì)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也大有裨益，學(xué)員能在完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步向綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)深化。

2）采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬與仿真等信息化教學(xué)方式。由于物理光學(xué)具有一定的抽象性，以傳統(tǒng)的教學(xué)方式，很難使學(xué)員充分理解知識(shí)。利用計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和可編程軟件，如Origin、MATLAB和ANSYS等軟件，將計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和仿真引入教學(xué)，對(duì)重要的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行仿真和數(shù)值分析，構(gòu)建光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)，可應(yīng)用于教學(xué)中對(duì)物理圖像進(jìn)行形象的、清晰的描述，使學(xué)員在感性充分認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，水到渠成地上升到理性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)關(guān)鍵結(jié)論的認(rèn)識(shí)，有效增強(qiáng)教學(xué)效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

借軍械工程學(xué)院信息化教學(xué)改革研討活動(dòng)之勢(shì)，物理光學(xué)課程組在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及手段上進(jìn)行了改革。經(jīng)過(guò)近兩年的教學(xué)實(shí)踐，課程整體水平得到明顯提升，課堂教學(xué)容量有了很大提高，學(xué)員對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)興趣有了顯著改善。雖然取得一定的成績(jī)，但課程改革之路仍需前行。比如近年很多高校開(kāi)展的MOOC教學(xué)模式及課程建設(shè)活動(dòng)，使得學(xué)員可以時(shí)時(shí)、處處進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間變得更加自由。

參考文獻(xiàn)

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