光學(xué)課程蘊(yùn)含的科學(xué)精神與科學(xué)方法

吳丹 李珂 顧濟(jì)華

摘? 要：以立德樹人為根本宗旨，強(qiáng)化“課程思政”和“專業(yè)思政”，圍繞“思想引領(lǐng)、知識(shí)傳授、能力提升”三位一體課程建設(shè)目標(biāo)，從科學(xué)精神和科學(xué)方法的角度，挖掘光學(xué)專業(yè)課程的德育內(nèi)涵和元素。

關(guān)鍵詞：光學(xué);課程建設(shè);課程思政

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2021）26-0090-05

Abstract： With the fundamental purpose of establishing moral integrity and educating people， the paper strengthens the "ideological and political education in all courses" and "professional ideological and political education"， centering on the trinity curriculum construction goal of "ideological guidance， knowledge transfer， and ability improvement"， and excavates the moral connotation and elements of professional course of Optics from the perspective of scientific spirit and scientific method.

Keywords： Optics; curriculum construction; ideological and political educationin all courses

我國(guó)有著五千年的文明史，兩千多年前曾出現(xiàn)過(guò)百家爭(zhēng)鳴的思想繁榮時(shí)代，諸子百家的出現(xiàn)是那個(gè)時(shí)代思想繁榮的標(biāo)志，自然領(lǐng)域的研究規(guī)模似乎也可與古希臘媲美。例如，墨子（約公元前476-390）就曾研究過(guò)光的直線傳播和小孔成像的光學(xué)問(wèn)題。西方測(cè)地術(shù)發(fā)展成為抽象的幾何學(xué)，觀測(cè)行星發(fā)展成為天文學(xué)，而在我國(guó)古代成為皇家御用的、預(yù)測(cè)命運(yùn)的占星術(shù)。到了近代，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)就稍顯落后了，是否因?yàn)樽詽h以來(lái)歷代統(tǒng)治者都遵循“罷黜百家，獨(dú)尊儒術(shù)”的理念，造成了我國(guó)科技略顯落后的局面，值得學(xué)術(shù)界深入研究。而在經(jīng)歷中世紀(jì)黑暗之后的西方，經(jīng)過(guò)了轟轟烈烈的文藝復(fù)興思想文化解放運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了現(xiàn)代意義上的科學(xué)，工程技術(shù)也隨之取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，改變了人類的生產(chǎn)和生活方式。本文擬通過(guò)光學(xué)課程中的有關(guān)教學(xué)內(nèi)容，闡述科學(xué)精神與科學(xué)方法在現(xiàn)代科學(xué)中的重要作用。

一、探索、質(zhì)疑是科學(xué)精神的第一特質(zhì)

光學(xué)是一門有悠久歷史的學(xué)科，它的發(fā)展史可追溯到兩千多年前。人類對(duì)光的研究，最初主要是試圖回答“人怎么能看見周圍的物體？”“為什么遠(yuǎn)處的物體與眼前的物體相比，看起來(lái)那么微小？”“為什么物體在水下的位置和形狀會(huì)徹底改變？”

通過(guò)不斷思考這些特殊問(wèn)題和獨(dú)特謎團(tuán)，古希臘哲學(xué)家對(duì)光的理解有了巨大進(jìn)步。在古希臘眾多的哲學(xué)家中就有著名的數(shù)學(xué)家：歐幾里得（Euclid，約公元前330-275）。歐幾里得苦苦思索的就是這個(gè)問(wèn)題：為什么遠(yuǎn)處的物體與眼前的物體相比，看起來(lái)那么微??？歐幾里得提出了解釋：眼睛、指尖，和柱頂必須位于同一直線上，為了使之成立，眼睛中發(fā)出的光線，其路徑也只能是直線。這是一個(gè)根本性的突破。這一突破性發(fā)現(xiàn)證明，關(guān)于三角形中直線的幾何學(xué)知識(shí)，完全能夠用來(lái)闡釋世上關(guān)于光和視覺(jué)的問(wèn)題。約在公元前四百多年，中國(guó)的《墨經(jīng)》中記錄了世界上最早的光學(xué)知識(shí)。它有八條關(guān)于光學(xué)的記載，敘述影的定義和生成，光的直線傳播性和針孔成像，并且以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈淖钟懻摿嗽谄矫骁R、凹球面鏡和凸球面鏡中物和像的關(guān)系。羅杰·培根（Roger Bacon，約1214-1293），英國(guó)哲學(xué)家和自然科學(xué)家，實(shí)驗(yàn)科學(xué)的前驅(qū)。用自己全部財(cái)力置辦實(shí)驗(yàn)室， 開始致力于當(dāng)時(shí)新的研究方向，包括語(yǔ)言學(xué)、光學(xué)、煉金術(shù)，他懷疑推理演繹法，堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的可靠性，對(duì)光的性質(zhì)的研究和虹的研究頗有獨(dú)到之處，繪制了眼鏡的制作、闡述了反射、折射、球面光差的原理。他利用鏡子和透鏡在煉金術(shù)、天文學(xué)與光學(xué)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他對(duì)經(jīng)院哲學(xué)進(jìn)行批判，認(rèn)為只有實(shí)驗(yàn)科學(xué)才能“造福人類”，因思想異端，1257年被趕出大學(xué)講壇，曾經(jīng)在巴黎寺院里被幽禁十年，后又被以猛烈攻擊神學(xué)家和信仰占星術(shù)和煉金術(shù)等異端罪名入獄14年之久，在獄中仍透過(guò)牢房的窗觀察和研究光的反射。

如何解讀物體的顏色？顏色和光又有什么關(guān)系？文藝復(fù)興時(shí)期，科學(xué)巨匠達(dá)·芬奇（Leonardo da Vinci，1452-1519），為了藝術(shù)創(chuàng)造，便去分析光影效果，光投影到一個(gè)人的面龐上，它會(huì)產(chǎn)生什么樣的陰影效果？光的顏色怎么樣？如何搭配？達(dá)·芬奇用鏡像法來(lái)寫作，分析達(dá)·芬奇的筆記并不容易，對(duì)著鏡子照，并且在他的筆記里還有一些代碼，他有六千多份筆記散落在世界各地的博物館，至今仍然是科學(xué)史、藝術(shù)史專家研究的熱門問(wèn)題。他向人們傳達(dá)了一個(gè)個(gè)美學(xué)的觀點(diǎn)，展現(xiàn)了一幅幅美麗的圖形。使人感到此畫只應(yīng)天上有的感覺(jué)。在他作品當(dāng)中都表達(dá)出對(duì)自然的探索欲望。其實(shí)他一生只留下了十幾幅繪畫，按照現(xiàn)在大家公認(rèn)的研究，大概不會(huì)超過(guò)十七幅，但是僅僅這十七幅作品就充分顯示出達(dá)·芬奇對(duì)大自然敏銳的觀察力，對(duì)人物內(nèi)在細(xì)微情感的刻畫以及表現(xiàn)光與影種種變幻的技巧。達(dá)·芬奇是天才當(dāng)中的全才，他對(duì)他那個(gè)時(shí)代的任何藝術(shù)、科學(xué)、宗教、文學(xué)等幾乎所有的學(xué)科都有興趣并有所涉獵。在關(guān)于他的種種記載中，他是第一個(gè)提出直升機(jī)思想的人、第一個(gè)提出降落傘思想的人。并且繪畫出了潛水艇、坦克的模型，他是第一個(gè)提出近視眼要戴眼鏡，而且提出了隱形眼鏡概念的人。他提出怎樣測(cè)量光的強(qiáng)度，就是現(xiàn)在我們普遍使用的測(cè)量光強(qiáng)的工作原理，至今為止我們?nèi)匀辉诓捎谩?/p>