關(guān)于大學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)思考

林佳

摘 要 光學(xué)實(shí)驗(yàn)作為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的重要組成部分，一直以來，不僅發(fā)揮著輔助加深大學(xué)物理理論知識理解的作用，還是學(xué)習(xí)光學(xué)精密儀器調(diào)節(jié)等重要實(shí)踐知識的平臺，更為學(xué)生們開拓了科學(xué)視野，在培養(yǎng)創(chuàng)新思維方面承擔(dān)重要的教育責(zé)任。本文圍繞目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，主要是光學(xué)方面的教學(xué)工作所存在的幾點(diǎn)問題進(jìn)行簡要分析，并針對這些情況提出可行性的改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 光學(xué)實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.02.028

Abstract As an important part of experiment of college physics， optical experiment has not only played a supporting role in deepening understanding about theory knowledge of college physics； but provided a practice platform for students to learn the knowledge about adjusting precise optical instruments. Meanwhile， optical experiment could also broaden the students horizons of science， develop students ability of creative thought. This paper focuses on the teaching of experiment of college physics， mainly analyzes the existing problems on optical experiments， and some useful suggestions have been put forward on how to improve the experimental teaching.

Keywords experiment of college physics； optical experiment； innovation ability

當(dāng)今大學(xué)普遍將教學(xué)與研究并重作為新的教育理念，力求培養(yǎng)全面和諧發(fā)展的新時(shí)代青年人才。眾所周知，教學(xué)的重點(diǎn)是教學(xué)計(jì)劃的完整實(shí)施以及教學(xué)質(zhì)量的根本保證。因此針對大學(xué)生這一群體，開展研究方面的課程不僅使學(xué)生自身能力不斷提高和完善，而且還為培養(yǎng)他們的獨(dú)立創(chuàng)新精神提供了一個(gè)重要途徑。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)非常重要的基礎(chǔ)課程，對于剛?cè)雽W(xué)的學(xué)生，在其科學(xué)與工程的學(xué)習(xí)方面，都發(fā)揮了重要作用。它不僅作為大學(xué)物理理論課的重要實(shí)踐部分，鞏固了學(xué)生所學(xué)的理論知識，同時(shí)還使學(xué)生掌握了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式以及動(dòng)手能力。這種理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合正是科學(xué)思維培養(yǎng)的關(guān)鍵，①正是大學(xué)教育所需要的。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作經(jīng)過多年的改革與創(chuàng)新，依據(jù)內(nèi)容的難度水平，發(fā)展出了較完整的課程體系，即由三部分組成：基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)、綜合研究類實(shí)驗(yàn)以及開放設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)。通常情況下，基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)主要通過單一的實(shí)驗(yàn)原理、簡單的實(shí)驗(yàn)方法，使學(xué)生掌握基本的物理概念和基本的實(shí)驗(yàn)操作技能，例如示波器的使用，分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用等。而綜合類實(shí)驗(yàn)則是在基本知識和技能的基礎(chǔ)上要求學(xué)生具有更多的主動(dòng)性和創(chuàng)新性，尤其是設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生們自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)手段和測量方法，這對于鍛煉他們的科學(xué)思維起到了非常重要的引導(dǎo)性作用，例如鐵磁材料磁化曲線及居里點(diǎn)的測定，光敏電阻特性測定及其應(yīng)用等。這種課程體系對于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有非常重要的實(shí)踐意義。②

在諸多實(shí)驗(yàn)中，光學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅包括分光儀的使用，薄透鏡、棱鏡等光學(xué)鏡片的測量等這一類的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，還包括通過傳感器的引入，與力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等實(shí)驗(yàn)結(jié)合，如太陽能電池特性研究等綜合類實(shí)驗(yàn)，③它更是開放設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常涉及到的重要實(shí)驗(yàn)部分。因此在大學(xué)生們實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)中，作為重要組成的光學(xué)實(shí)驗(yàn)，其教學(xué)質(zhì)量是不容忽視的。④但在目前的實(shí)際情況下，依然存在著一些問題，引發(fā)我們的思考，亟待我們尋求有效的解決途徑以提升教學(xué)質(zhì)量。

1 課程安排不合理，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)困難

任何一門課程的教學(xué)通常都是遵照循序漸進(jìn)、由淺入深的教育方法，然而在實(shí)際教學(xué)過程中，卻存在諸多的現(xiàn)實(shí)問題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)這門課通常并不能遵循以上所提到的規(guī)律開展教學(xué)。⑤首先，實(shí)驗(yàn)課課時(shí)量和儀器數(shù)量與逐年擴(kuò)招的學(xué)生人數(shù)增量無法實(shí)時(shí)匹配，實(shí)驗(yàn)中心因其在整個(gè)大學(xué)教育中的受重視程度，所獲得的資金并不能促使實(shí)驗(yàn)室及時(shí)新增、更新實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，不能適應(yīng)教學(xué)規(guī)模的變化和科學(xué)研究的發(fā)展。因此，課上不僅會(huì)出現(xiàn)兩位同學(xué)共用一臺實(shí)驗(yàn)儀器的情況，更會(huì)因資源有限，上課班級較多等客觀條件限制，出現(xiàn)了目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)授課普遍采用所有實(shí)驗(yàn)輪轉(zhuǎn)排課的方式。在這種情況下，學(xué)生們不得不依照學(xué)校的安排進(jìn)行課程學(xué)習(xí)，而打破了先易后難的順序，面臨基礎(chǔ)類、綜合類實(shí)驗(yàn)混合編排，采取不分先后的上課模式。

這種情況對于光學(xué)類實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)是尤其不利的。因?yàn)楣鈱W(xué)部分在大學(xué)物理的授課中是被排在中后期學(xué)習(xí)的，然而由于輪轉(zhuǎn)排課，很多同學(xué)在沒有學(xué)習(xí)理論知識的前提下便可能先被安排上光學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)課。這種情況對于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)較好的同學(xué)，或許還可以應(yīng)對自如，但對于個(gè)別基礎(chǔ)較差的學(xué)生，很有可能導(dǎo)致其預(yù)習(xí)不充分，實(shí)驗(yàn)課上聽不懂，動(dòng)手操作時(shí)不知所措，在這樣的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下，很容易導(dǎo)致學(xué)生對這門實(shí)驗(yàn)課程喪失興趣，甚至?xí)绊懙狡鋵ζ渌麑?shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)。因此對于事先沒有接受大學(xué)物理光學(xué)理論課學(xué)習(xí)的同學(xué)，我們認(rèn)為應(yīng)采用特別的教學(xué)模式及授課技巧。

首先作為老師，我們應(yīng)該對學(xué)生強(qiáng)調(diào)預(yù)習(xí)的重要性，目前很多同學(xué)對實(shí)驗(yàn)課重視不夠，課上都是機(jī)械模仿老師所演示的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，依葫蘆畫瓢式地記錄數(shù)據(jù)應(yīng)付了事，沒有更多的個(gè)人思考，這對學(xué)生們創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)很不利。⑥因此我們更應(yīng)該把握住這次機(jī)會(huì)，在學(xué)生對理論知識還沒有完全掌握的情況下，從預(yù)習(xí)入手，引導(dǎo)學(xué)生先在頭腦中構(gòu)造出與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論上的抽象概念。如在光的偏振性實(shí)驗(yàn)、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)等，可以從學(xué)生們所熟悉的光沿直線傳播的特性出發(fā)，對比引出光的相干性、偏振性等概念，然后在課堂上通過老師進(jìn)一步的講解理論知識，對其有一個(gè)更準(zhǔn)確的理解，最后動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)時(shí)，便將剛剛所形成的抽象概念具體化，對知識點(diǎn)有了深刻的理解和記憶。這也對他們的后續(xù)學(xué)習(xí)具有非常積極的影響。

2 時(shí)刻注重學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)

離開了中學(xué)時(shí)代的應(yīng)試教育體系，順利升入大學(xué)后，很多同學(xué)便開始對自身降低要求，面對眾多課程和活動(dòng)不知所措，沒有樹立明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，就會(huì)更加忽視大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)這類基礎(chǔ)性課程的重要性和意義。然而大學(xué)的教育目的不僅是傳授專業(yè)知識，更是發(fā)掘?qū)W生潛在能力，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)、探索、鉆研的能力，為其將來獨(dú)立走向社會(huì)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此實(shí)驗(yàn)類的課程更應(yīng)該發(fā)揮這方面的優(yōu)勢，始終不忘創(chuàng)新教育，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。其中相比于力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等經(jīng)典的物理實(shí)驗(yàn)，光學(xué)實(shí)驗(yàn)具有更大的綜合性和開放性，在光學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂上，同學(xué)們在已經(jīng)熟練掌握了實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)過程的情況下，學(xué)有余力之時(shí)，老師便可以引入一些具有啟發(fā)性的問題引起學(xué)生的深入思考，激發(fā)他們解決問題的欲望。例如可以采取哪些辦法提高楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中所測條紋的數(shù)據(jù)精度；再如光纖作為光學(xué)重要材料，是否可以應(yīng)用到諸多做過的光學(xué)實(shí)驗(yàn)中對其進(jìn)行改良、創(chuàng)新。⑦在實(shí)驗(yàn)課堂上，不應(yīng)害怕學(xué)生出錯(cuò)，更不能以完成實(shí)驗(yàn)的速度作為評判標(biāo)準(zhǔn)，尤其不應(yīng)對學(xué)生的創(chuàng)意妄加評論，這樣的課堂才能使他們樂在其中、大膽探索、通力合作，最終高效地完成實(shí)驗(yàn)。這也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義所在。

3 開放實(shí)驗(yàn)室、結(jié)合新工具以豐富課堂教學(xué)

光學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性和創(chuàng)新性不僅體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過程中對精密光學(xué)儀器的使用和光路的細(xì)致調(diào)節(jié)，更表現(xiàn)在其光學(xué)現(xiàn)象的多變。很多極富吸引力，多彩奇特，甚至意想不到的光學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)使學(xué)生具有更大的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造動(dòng)力。然而，受限于實(shí)驗(yàn)課堂的設(shè)備環(huán)境以及授課時(shí)間等因素，很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不能全部展示給同學(xué)們，或者讓同學(xué)們親自體驗(yàn)。這種現(xiàn)狀也引發(fā)了我們的思考。我們認(rèn)為首先對于基礎(chǔ)扎實(shí)、自學(xué)能力強(qiáng)的同學(xué)，應(yīng)該給他們提供更多的實(shí)踐空間，將實(shí)驗(yàn)平臺在課余時(shí)間開放給他們?nèi)ピ囼?yàn)自己的奇思妙想，同時(shí)適當(dāng)安排專業(yè)老師為他們提供必要的指導(dǎo)和安全防護(hù)。這不僅非常有利于這一部分同學(xué)實(shí)現(xiàn)他們更多更好的創(chuàng)新點(diǎn)子，同時(shí)也為諸多大學(xué)生創(chuàng)新競賽項(xiàng)目選拔出了優(yōu)秀的種子選手。

其次應(yīng)該注重目前諸多交互式程序軟件在實(shí)驗(yàn)中的使用，例如Matlab，Orgin等。Matlab發(fā)展至今，已經(jīng)成為了諸多科研工作中必不可少的工具，然而對于本科教育來說，學(xué)生對這些常用軟件的接觸仍然較少。因此在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，可以考慮嘗試?yán)肕atlab強(qiáng)大的分析計(jì)算、圖形顯示等功能實(shí)現(xiàn)可視化的仿真展示，不論是對于老師在課堂中理論部分的講解，還是學(xué)生課后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理以及有關(guān)實(shí)驗(yàn)的延伸計(jì)算，實(shí)驗(yàn)穿插軟件的使用，都可以發(fā)揮出非常理想的作用，取得良好的教學(xué)成果。⑧⑨例如在研究光的偏振性等基礎(chǔ)類驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)中，可以首先讓同學(xué)們在課堂上通過做實(shí)驗(yàn)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后鼓勵(lì)學(xué)生在課后利用Matlab的數(shù)值計(jì)算獲得理論結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，進(jìn)一步判斷結(jié)論正確與否。通過這樣的方式，也可以讓同學(xué)們明白，物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，但絕對離不開理論的解釋與證明。

4 小結(jié)

總之，光學(xué)實(shí)驗(yàn)作為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的重要部分，其在學(xué)生的技能知識傳授和創(chuàng)新思維培養(yǎng)方面都發(fā)揮著重要作用。作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的老師，我們更應(yīng)該不斷改良自己的教學(xué)策略，更新教學(xué)內(nèi)容，以提升光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。通過我們提出的幾點(diǎn)建議，多加揣摩，結(jié)合本學(xué)校的教學(xué)特點(diǎn)，相信不僅可以為學(xué)生打造一個(gè)更加優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)平臺，而且也可以為學(xué)生們提供更廣闊的發(fā)展空間。

注釋

① 虞吳.論考試與素質(zhì)教育[J]. 物理通報(bào)， 2001（12）：7-9.

② 孫維民，廉舒，王維，國安幫，趙寨.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革與實(shí)踐[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)， 2008.4（21）：99-101.

③ 謝莉莎，肖蘇，鄧小玖.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思考與實(shí)踐[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）， 2009.1（23）：19-22.

④ 高若平.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中光學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)及其教學(xué)策略[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2012（17）：172.

⑤ 王剛，徐義爽.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)對比教學(xué)研究與實(shí)踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2015（20）：116-119.

⑥ 孫凌濤，郭朝中，石東平，王祖英.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題及解決方法[J].科教導(dǎo)刊， 2015（2）：87.

⑦ 張少君，劉月明，馬愛華，劉滿倉.用光纖技術(shù)改進(jìn)大學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究， 2000（1）：6-9.

⑧ 劉志成，張君霞，黃蕊. Matlab可視化在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2015.1（28）：69-72.

⑨ 徐慧梁，何振江，楊冠玲.基于Matlab的簡單孔形夫朗禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)模擬[J].物理通報(bào)， 2004（3）：25-27.