物理光學(xué)課程教學(xué)改革的探索

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）

物理光學(xué)課程教學(xué)改革的探索

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）

物理光學(xué)課程是光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課.通過(guò)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)光的物理本質(zhì)和基本規(guī)律，掌握基本的分析方法，提高分析和解決問(wèn)題的能力.為了更好地提高教學(xué)效果，在物理光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式領(lǐng)域進(jìn)行探索改革.

物理光學(xué)；教學(xué)；改革

1 引言

物理光學(xué)課程是光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程涵蓋著經(jīng)典光學(xué)和現(xiàn)代光學(xué)的廣泛內(nèi)容（包括光的電磁屬性、光的干涉、光的衍射、光的偏振、光的量子性和現(xiàn)代光學(xué)等）.該課程的開(kāi)設(shè)也為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)光學(xué)類課程如光電子學(xué)、激光原理、光信息處理、光通信等鋪設(shè)了基礎(chǔ)理論.

鑒于物理光學(xué)課程的重要地位，我們應(yīng)該不斷地對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行探索和研究，以期不斷提高教學(xué)效果，提升教學(xué)質(zhì)量，從而提高學(xué)生的獨(dú)立思考、探索創(chuàng)新的能力.

2 物理光學(xué)課程教與學(xué)的現(xiàn)狀

2.1 教學(xué)內(nèi)容

物理光學(xué)主要從電磁波角度描述光的本性及其傳播規(guī)律，通常該課程繼普通物理課程后開(kāi)設(shè).現(xiàn)有的很多波動(dòng)光學(xué)教程與之前的普通物理中波動(dòng)光學(xué)部分以及后續(xù)課程如光信息處理以及光電子學(xué)有部分相關(guān)內(nèi)容的重疊.因此一定要考慮這些相關(guān)課程內(nèi)容的銜接以及各光學(xué)課程自身內(nèi)容的有機(jī)融合和整合問(wèn)題.另外，物理光學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容一直是以基本概念、基本原理為主，由于學(xué)時(shí)限制，課堂上教師對(duì)現(xiàn)代光學(xué)部分的內(nèi)容只作簡(jiǎn)單的介紹，大部分內(nèi)容讓學(xué)生自己閱讀.例如F-P干涉儀、閃耀光柵和晶體光學(xué)，在現(xiàn)代光通信、光信息處理、光電傳感、光電子器件等學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，同時(shí)該部分內(nèi)容也是本課程的教學(xué)難點(diǎn)，學(xué)生不易掌握[1].

當(dāng)今現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，而大學(xué)生在畢業(yè)以后，對(duì)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(huì)對(duì)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(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革.充分利用有限的學(xué)時(shí)，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(shí)，能很好的了解現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展動(dòng)態(tài).

2.2 教學(xué)方法

縱觀我國(guó)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(dòng)型.這雖然在知識(shí)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(dòng)的積極性和主動(dòng)性.只有讓學(xué)生成為教學(xué)活動(dòng)的主體，發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，使學(xué)生成為知識(shí)的探索者和創(chuàng)造者，才能使學(xué)生有自覺(jué)和持久的學(xué)習(xí)興趣，變“被動(dòng)優(yōu)秀型”為“主動(dòng)優(yōu)秀型人才”.因此，物理光學(xué)課程的教學(xué)方法也成為函待改革的內(nèi)容之一.

2.3 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(jī)注重期末的閉卷考試，考題主要側(cè)重對(duì)書本知識(shí)的記憶和模仿，缺乏綜合能力的測(cè)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 物理光學(xué)課程改革的思考

3.1 教學(xué)內(nèi)容的處理

首先，在教學(xué)內(nèi)容分配上，要注意與普通物理中光學(xué)部分的銜接[2].普通物理的光學(xué)部分，注重基本的物理概念和現(xiàn)象的介紹與解釋，注重對(duì)規(guī)律的表述.這樣雖然直觀容易理解，但學(xué)生對(duì)問(wèn)題的深入了解與研究不足.物理光學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)以不同的方法，不同的探索角度更深層次的引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)與普通物理中的重復(fù)內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng).例如，普通物理中學(xué)生已經(jīng)直觀認(rèn)識(shí)了光的衍射現(xiàn)象，而在物理光學(xué)中，學(xué)生需要學(xué)會(huì)應(yīng)用衍射標(biāo)量場(chǎng)的理論具體分析各種衍射現(xiàn)象.雖然同一知識(shí)內(nèi)容在兩門課中都出現(xiàn)，但側(cè)重點(diǎn)不同，應(yīng)讓學(xué)生體會(huì)到從現(xiàn)象到本質(zhì)的探索過(guò)程.

其次，在教學(xué)內(nèi)容體系上，充分考慮傳統(tǒng)經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代光學(xué)前沿知識(shí)相結(jié)合，刪掉一些陳舊過(guò)時(shí)的內(nèi)容，增添一些現(xiàn)代光學(xué)的前沿知識(shí).物理光學(xué)的主要內(nèi)容分為：光的干涉、衍射、偏振等內(nèi)容.物理光學(xué)的主要應(yīng)用是光學(xué)精密測(cè)量.過(guò)去的課程中重點(diǎn)講授各種干涉、衍射裝置是和光學(xué)精密測(cè)量知識(shí)的實(shí)際需求是吻合的，但在目前光電信息時(shí)代，除光學(xué)精密測(cè)量外，光子信息技術(shù)已成為其最主要的應(yīng)用.因此目前的教學(xué)也應(yīng)與光子學(xué)知識(shí)的實(shí)際需求想吻合，增加講授以光子學(xué)知識(shí)為主的現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容的分量.教學(xué)過(guò)程中，采用局部融合式，即在經(jīng)典和現(xiàn)代光學(xué)中找到結(jié)合點(diǎn)，把相應(yīng)的物理前沿內(nèi)容滲透進(jìn)去，這樣可以使學(xué)生既不感到光學(xué)基礎(chǔ)理論枯燥乏味，又能體會(huì)到現(xiàn)代光學(xué)前沿課題是與基礎(chǔ)理論緊密結(jié)合的.例如，講解多光束干涉以及F-P干涉儀的應(yīng)用時(shí)，往往會(huì)提及激光器諧振腔[3]，此時(shí)可以簡(jiǎn)要介紹激光器是如何產(chǎn)生激光的，這既可以做到與后續(xù)激光原理課程的銜接，又可以激發(fā)學(xué)生的興趣.課堂實(shí)踐表明，由于聽(tīng)說(shuō)過(guò)“激光”，學(xué)生在學(xué)習(xí)該內(nèi)容時(shí)表現(xiàn)出了濃厚的求知欲.而講解光的干涉和衍射內(nèi)容時(shí)，可以介紹全息照相術(shù)，從而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)理論并不只是抽象的概念與公式，而是與現(xiàn)代科技緊密相連的.

3.2 教學(xué)方法的探索

目前，物理光學(xué)課程的教學(xué)雖仍以課堂教學(xué)為主，但是講解過(guò)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.

3.2.1 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，可以盡多地讓學(xué)生參與成為教學(xué)活動(dòng)的主體.例如，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)、歸納，要求學(xué)生每學(xué)完一章，都對(duì)本章所涉及的基本理論和方法進(jìn)行總結(jié)，不僅能加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解，而且更能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和分析問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的綜合能力和表達(dá)能力.

在課程教學(xué)過(guò)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(kāi)拓學(xué)生視野，豐富學(xué)生的課堂教學(xué).

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

3.2.2 由問(wèn)題帶動(dòng)啟發(fā)性教學(xué)

在介紹一個(gè)知識(shí)點(diǎn)之前，著重介紹知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際來(lái)源，是為了解決什么樣的問(wèn)題而提出的解決方法[4].講解過(guò)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(shí)提出：教室里有許多盞日光燈，卻沒(méi)有看到光的明暗分布條紋，這是為什么？應(yīng)用楊氏實(shí)驗(yàn)裝置能否實(shí)現(xiàn)光的干涉？如果可以，我們用一個(gè)觀察屏來(lái)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(qiáng)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(gè)點(diǎn)的光強(qiáng)分布規(guī)律.最終，學(xué)生可以由屏上不同位置點(diǎn)的光強(qiáng)分布推知哪些點(diǎn)具有相同的光強(qiáng)，即位于同一級(jí)干涉條紋上，從而明白整個(gè)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)的物理過(guò)程及意義.再如講授光的衍射內(nèi)容時(shí)，可以先讓學(xué)生了解衍射實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，然后啟發(fā)他們思考是否會(huì)產(chǎn)生光的衍射？如果有衍射，那么用一個(gè)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(jì)算屏上各點(diǎn)的衍射光強(qiáng)分布，從而展開(kāi)理論推導(dǎo).這種思路可以讓本身枯燥的理論知識(shí)變得生動(dòng)，進(jìn)而活躍課堂氣氛，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)探索.

3.2.3 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(shí)，更重要的是掌握方法，掌握分析和解決問(wèn)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(jì)，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.如果學(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，就能鍛煉其獨(dú)立思考和探索問(wèn)題的能力，有助于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神的培養(yǎng).

3.2.4 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(shí)間，緩解了課堂內(nèi)容多，課時(shí)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(huì)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(shí)，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(shí)可以使用多媒體課件，節(jié)約課堂時(shí)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(dòng)態(tài)課件，在課堂教學(xué)中能產(chǎn)生生動(dòng)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(fèi)衍射時(shí)，先讓學(xué)生觀看矩形衍射和圓孔衍射的Flash動(dòng)畫來(lái)加強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)；講解光的干涉時(shí)，仿真兩相干點(diǎn)光源發(fā)出的光波在空間的干涉圖樣，并形象示意出用觀察屏從不同角度觀察得到的不同特征的干涉圖樣.

運(yùn)用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件可以加強(qiáng)教師的直觀教學(xué)，同時(shí)也可以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)相關(guān)軟件進(jìn)行探索，從而也起到了引導(dǎo)學(xué)生提高自學(xué)能力的作用.

3.3 考核方法的改革

課程成績(jī)?cè)u(píng)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(bào)告、課堂討論及平時(shí)作業(yè)情況進(jìn)行綜合成績(jī)?cè)u(píng)定.同學(xué)們經(jīng)過(guò)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(wèn)題的能力.同時(shí)可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究和創(chuàng)新能力.

4 結(jié)論

光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的畢業(yè)生大多將在企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等部門從事工程技術(shù)工作.物理光學(xué)作為專業(yè)基礎(chǔ)課能夠在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和素質(zhì)方面發(fā)揮相當(dāng)?shù)淖饔?文中針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)，為了更好地提高教學(xué)水平與教學(xué)效果，就物理光學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方法等方面提出教學(xué)改革的方向.我們應(yīng)該在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)各種實(shí)踐，不斷開(kāi)展教學(xué)改革探索，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(dòng)性，為社會(huì)培養(yǎng)優(yōu)秀人才.

〔1〕陳陶，徐寧，關(guān)建飛.《物理光學(xué)》教學(xué)改革研究[J].中國(guó)科技信息，2010（7）：194-197.

〔2〕張軍，陳哲，鐘金鋼.光電信息工程專業(yè)基礎(chǔ)課工程光學(xué)的教學(xué)方法研究[J].科技信息，2008（22）：90-91.

〔3〕梁銓廷.物理光學(xué)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

〔4〕李玉紅.“光學(xué)”課程教學(xué)改革實(shí)踐與成果[J].高等理科教育，2006，12（2）：98.

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