“物理光學(xué)”教學(xué)方法和考試方法的改革

哈斯烏力吉，呂志偉，張愛紅，董永康，何偉明

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150080)

0 引言

“物理光學(xué)”是我校電子科學(xué)與技術(shù)和光學(xué)工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。該課程以光的電磁理論為理論基礎(chǔ)，講述光在各向同性介質(zhì)和各向異性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，光的干涉、衍射、偏振特性以及光的吸收、色散和散射等內(nèi)容。本課程是在學(xué)習(xí)“工科數(shù)學(xué)分析”、“大學(xué)物理”、“電動力學(xué)”或“電磁場與電磁波”等基礎(chǔ)課之后，進(jìn)一步學(xué)習(xí)波動光學(xué)的基本理論，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的其它專業(yè)課程如:“衛(wèi)星光通信”、“光學(xué)信息處理”、“紅外技術(shù)”、“光纖光學(xué)”和“光電子學(xué)原理與應(yīng)用”等后續(xù)專業(yè)課打下基礎(chǔ)。

為了達(dá)到最佳的教學(xué)效果，近幾年我校“物理光學(xué)”課程組進(jìn)行了以教學(xué)方法和考試方法為核心的綜合性改革［1］，

1 教學(xué)方法的改革

1.1 把學(xué)科前沿新知識融入到教學(xué)內(nèi)容中

我們不僅注重基本概念、基礎(chǔ)知識和基本方法的傳授，更注重學(xué)科前沿新知識和科研成果的融入，以豐富課程內(nèi)容讓學(xué)生更真實(shí)地感觸知識。例如引入了介質(zhì)中的慢光和快光傳輸，共焦干涉儀、雙頻激光干涉儀、受激拉曼散射和受激布里淵散射等。前沿新知識和科研成果的融入，可以使學(xué)生對獨(dú)立化概念學(xué)習(xí)的興趣更濃，對一些基礎(chǔ)理論的理解更深，物理圖像更清晰。

例如，我們在講解晶體光學(xué)元件時(shí)，如果只講到偏振片和四分之一波片各自的應(yīng)用，學(xué)生的印象可能就不會很深。為此，我們增加了受激布里淵散射實(shí)驗(yàn)裝置中如何利用偏振片和四分之一波片來分離相向傳輸?shù)某檫\(yùn)光和Stokes光的原理，進(jìn)而加深了對偏振片和四分之一波片的應(yīng)用。

1.2 現(xiàn)代教學(xué)方法和傳統(tǒng)教學(xué)方法的結(jié)合

多媒體教學(xué)在許多方面是傳統(tǒng)教學(xué)模式所無法比擬的，但運(yùn)用不當(dāng)，也會適得其反。為了彌補(bǔ)多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的不足，我們采用了多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)法相結(jié)合的教學(xué)方法。這種現(xiàn)代教學(xué)方法不僅給學(xué)生留下了深刻的印象，而且還給教師留下充足的時(shí)間來強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)、難點(diǎn)和核心內(nèi)容。

1.3 以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)方法

為了將實(shí)際問題與理論知識聯(lián)系起來，我們在介紹一個(gè)知識點(diǎn)之前，著重介紹知識點(diǎn)的實(shí)際來源，是解決什么樣的問題而提出的解決方法［2］，使學(xué)生在頭腦中有了清晰的物理圖像。

例如，我們講解光波在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射時(shí)提出如下問題:中學(xué)時(shí)我們學(xué)習(xí)的反射定律和折射定律只給出了反射光和折射光的傳播方向，并沒有給出反射率、透射率及相位特性，那么如何求解這些問題呢?這種以問題為先導(dǎo)，提出問題、分析問題和解決問題，得到了良好的教學(xué)效果。

1.4 總結(jié)和歸納的教學(xué)方法

我們在講完每一章節(jié)內(nèi)容之后，都會對其進(jìn)行總結(jié)和歸納，讓學(xué)生整體理解章節(jié)的核心內(nèi)容。通過總結(jié)和歸納，學(xué)生不僅掌握了核心內(nèi)容，而且還明確了所學(xué)內(nèi)容的目的和意義，進(jìn)而為實(shí)際應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

例如，我們在講完雙光束干涉之后，進(jìn)行如下的總結(jié)和歸納:兩束相干光的相位相同時(shí)產(chǎn)生亮條紋，相位相反時(shí)產(chǎn)生暗條紋，其相位差由光程差和附加的“半波損失”決定，兩束光到達(dá)屏幕上不同點(diǎn)時(shí)其光程差不同。因此，它會在某些地方出現(xiàn)亮條紋，而某些地方出現(xiàn)暗條紋。這就是雙光束干涉的核心內(nèi)容，無論是楊氏干涉、等傾干涉和等厚干涉，還是牛頓環(huán)都遵循該原理。這種總結(jié)和歸納的教學(xué)方法可以改善學(xué)生的記憶，以便今后使用所學(xué)知識。

2 考試方法的改革

本門課程由如下七章內(nèi)容組成［3］:①光波的特性(6學(xué)時(shí));②光波的反射和折射(4學(xué)時(shí));③光的干涉(10學(xué)時(shí));④光的衍射(12學(xué)時(shí));⑤光在各向異性介質(zhì)中的傳輸特性(10學(xué)時(shí));⑥晶體的感應(yīng)雙折射(4學(xué)時(shí));⑦光的吸收、色散和散射(4學(xué)時(shí))。

課程的第一至第五章是考核的重點(diǎn)部分。我們采用了如下的累加式考試方法，即講完第一章和第二章之后進(jìn)行第一次開卷課堂測驗(yàn);在講授第三章中布置一次大作業(yè)和小論文;講完第三章后進(jìn)行期中考試(兩頁開卷考試);講完第四章之后進(jìn)行第二次課堂測驗(yàn)(一頁開卷考試);講完第五章之后進(jìn)行第三次課堂測驗(yàn)(一頁開卷考試);最后進(jìn)行期末考試(閉卷考試)。每次課堂測驗(yàn)占10%，期中考試占20%，期末考試占40%;大作業(yè)、小論文占5%;平時(shí)成績占5%(包括出勤率和作業(yè)完成情況)。

在我們的每次課堂測試和考試中簡答題的比例最高(約占50%)。以總結(jié)、歸納或?qū)嶋H問題為主的簡答題不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題、解決實(shí)際問題的能力，而且也給學(xué)生活躍科學(xué)思維提供了一定的空間。

這種累加式考試存在如下問題。頻繁的考試占用了一部分時(shí)間，這可能會擠壓講課時(shí)間。為此我們采取了把習(xí)題課和課堂測試并行的方案:先對課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)歸納，然后進(jìn)行課堂測試，這樣還可以提高習(xí)題課的質(zhì)量。為了防止部分學(xué)生的抄襲現(xiàn)象，我們采取了A和B兩種類型的測試題，學(xué)生無法抄襲同桌的試題。

3 結(jié)語

為了提高“物理光學(xué)”教學(xué)效果，我們進(jìn)行了以教學(xué)方法和考試方法為核心的綜合性改革。經(jīng)過幾年的實(shí)踐，這些改革取得了明顯的效果:學(xué)生評教成績連續(xù)多年評A，專家評教成績連續(xù)多年獲得90分以上。本課程2007年被評為省級精品課程，2010年被評為國家精品課程。

累加式考試也得到了大部分學(xué)生們的好評，不及格率由過去的15%左右降至現(xiàn)在的5%左右。下一步，我們準(zhǔn)備在教學(xué)方法上進(jìn)一步增加與學(xué)生的互動，嘗試雙語教學(xué)等改革;在考試方法上進(jìn)一步增大課堂測試的比重，采用口語測試等改革措施。

［1］ 哈斯烏力吉，呂志偉等.物理光學(xué)教學(xué)改革的探索［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29:61-63

［2］ 哈斯烏力吉，呂志偉等.物理光學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的研究［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30(4):90-91

［3］ 李玉紅.光學(xué)課程教學(xué)改革實(shí)踐與成果［J］.蘭州:高等理科教育，2006，66(2):97-99

［4］ 石順祥，王學(xué)恩，劉勁松.物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)(第二版)［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2008:1-316