以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的光學(xué)教學(xué)研究

肖宏波++李靜

著重從提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新為出發(fā)點，構(gòu)建光學(xué)課程體系，采用開放問題討論的教學(xué)方法，幫助學(xué)生建立正確的物理概念。實踐表明，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和教學(xué)效果。

光學(xué)創(chuàng)新能力教學(xué)研究21世紀(jì)是經(jīng)濟(jì)和信息的全球化時代，是綜合國力的國際競爭日趨激烈的時代。面對嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，高等教育目標(biāo)及培養(yǎng)模式改革勢在必行。“注重培養(yǎng)一線的創(chuàng)新人才”是黨和國家對新時期對我國高等教育提出的新要求。學(xué)習(xí)能力、實踐能力、創(chuàng)新精神也是評價地方高校是否滿足社會需要的重要指標(biāo)，是影響學(xué)生終身發(fā)展的重要因素。教育部提出的“卓越工程師培訓(xùn)計劃”及大學(xué)生科技競賽項目的實施——旨在“培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高素質(zhì)各類工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)”，再次強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

因此，作為光學(xué)專業(yè)課程老師，需要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生具有獨立思考的創(chuàng)新意識，而不能使學(xué)生感覺學(xué)習(xí)過程的無聊或者索然無味，而對課程喪失興趣，只是敷衍期末考試。創(chuàng)新從思考中來，從實踐中來，首先引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生對課程的濃厚興趣，學(xué)生才能夠深入學(xué)習(xí)，主動思考，認(rèn)真實踐，才有可能做出一定的創(chuàng)新。

一、目前光學(xué)教學(xué)中存在的問題

《光學(xué)》課程是應(yīng)用物理專業(yè)及材料物理專業(yè)本科生非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在我國大部分理工科院校的光信息和電子信息工程等專業(yè)中開設(shè)。在專業(yè)教育中具有非常重要的地位，其突出特點是擁有大量復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和實用元器件圖，且不同于一般的示意圖，準(zhǔn)確度要求高，而且涉及到空間、時間、相位等概念。其內(nèi)容和思想對后繼課程的學(xué)習(xí)和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)都具有深遠(yuǎn)而持久影響。該課程在理論教學(xué)部分包括波動光學(xué)、幾何光學(xué)、光與物質(zhì)的相互作用等主要內(nèi)容。這些內(nèi)容現(xiàn)象直觀，但理論抽象，對于剛剛學(xué)習(xí)這門課程的本科生而言，需要較好的邏輯思維和空間想象能力，課程教學(xué)中部分?jǐn)?shù)學(xué)公式推導(dǎo)較麻煩，課后習(xí)題難度較大。筆者總結(jié)近3～5屆學(xué)生理論教學(xué)的情況，認(rèn)為在目前的理論教學(xué)部分普遍存在以下幾個方面的問題：

1.隨著理論分析的深入，有的同學(xué)逐漸喪失了學(xué)習(xí)的興趣。在第一次介紹光學(xué)所研究的廣泛內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域及前沿知識的時候，學(xué)生表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣，上課課堂紀(jì)律較好。隨著課程逐漸進(jìn)入理論學(xué)習(xí)，從光學(xué)現(xiàn)象認(rèn)識到光的波動理論分析，再進(jìn)一步學(xué)習(xí)幾何光學(xué)成像系統(tǒng)的成像特征、系統(tǒng)設(shè)計要求、成像計算等，對于數(shù)理基礎(chǔ)相對薄弱的學(xué)生而言，很多知識和概念都理解不夠透徹，導(dǎo)致僅僅停留在現(xiàn)象的直觀認(rèn)識上，無法解決相應(yīng)問題。同時，他們還要忙于其它課程學(xué)習(xí)和各門類的實驗，就逐漸喪失了學(xué)習(xí)光學(xué)課程的興趣，表現(xiàn)為上課缺席、睡覺、私下說話等不遵守課堂紀(jì)律的行為。在課程理論內(nèi)容講授到光的時空相干性后，對學(xué)生問卷調(diào)查顯示，只有64%的學(xué)生表示對該課程感興趣或者比較感興趣，有36%的學(xué)生表示已經(jīng)對該課程沒有興趣，有12%的學(xué)生表示厭學(xué)該課程。這說明，盡管老師強(qiáng)調(diào)這些基本理論是現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)、光纖通信等其他相關(guān)課程的基礎(chǔ)，但是學(xué)生在逐漸深入的理論課程學(xué)習(xí)過程中，由于種種原因，已經(jīng)對該課程喪失了濃厚的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

2.光學(xué)過程抽象，不理解公式所包含的物理意義。由于光學(xué)現(xiàn)象認(rèn)識的升華是需要很多數(shù)學(xué)公式的論證和說明，如用光的電磁基礎(chǔ)、光強(qiáng)度的定義等，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，對公式所代表的光學(xué)的物理含義一知半解，沒有建立清晰的物理概念和數(shù)學(xué)表達(dá)式間的聯(lián)絡(luò)。學(xué)習(xí)的過程就是在基礎(chǔ)知識理解后循序漸進(jìn)，逐步深入，如果由于喪失興趣，一知半解，長期下來，等到學(xué)習(xí)光的相干性討論等內(nèi)容時，有些學(xué)生基本上就放棄學(xué)習(xí)了。

3.作業(yè)敷衍，缺乏獨立思考。光學(xué)課程，我們采用了姚啟鈞的教材，這是一本非常經(jīng)典的光學(xué)教材，各個章節(jié)的習(xí)題針對性很強(qiáng)，但完成作業(yè)需要對物理概念及定義的很好理解，因此很多學(xué)生的作業(yè)遇到困難，缺乏獨立思考，甚至互相抄襲。

二、光學(xué)理論教學(xué)的創(chuàng)新改革實踐

針對學(xué)生在理論學(xué)習(xí)過程中的問題和遇到的困難，我們在光學(xué)課程理論教學(xué)過程中，構(gòu)建了如圖1的創(chuàng)新教育體系，著重從提高學(xué)生理論學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生獨立思考能力，加強(qiáng)師生互動，加強(qiáng)基礎(chǔ)知識訓(xùn)練等發(fā)面，采用深入淺出，拓寬知識面，加強(qiáng)理論應(yīng)用結(jié)合點，融入科研內(nèi)容等多種方法和手段，改善理論教學(xué)效果。在課程理論教學(xué)改革的過程中，主要采用了以下的改進(jìn)手段：

1.在專業(yè)理論教學(xué)中提取創(chuàng)新要素。創(chuàng)新教育要結(jié)合具體的專業(yè)知識，不能脫離本課程的教學(xué)內(nèi)容。創(chuàng)新不是空想，它總或多或少的涉及到一些專業(yè)的知識，這些就是創(chuàng)新的要素也是種子，所以要重視從專業(yè)知識中提取創(chuàng)新要素。具體做法就是結(jié)合專業(yè)內(nèi)容，將與前沿有關(guān)或尚未解決或存在思考空間的問題帶到課堂上進(jìn)行介紹，以學(xué)生能夠理解為尺度，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新的原理基礎(chǔ)，播下創(chuàng)新的種子，引起學(xué)生的興趣，覺得學(xué)有所用，很有收獲感。

2.制作信息量大，理論清晰，重點突出，內(nèi)容生動活潑的PPT課件，為創(chuàng)新思維的星星之火助燃。光學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)理論部分包含了波動理論分析，幾何光學(xué)理論和光學(xué)成像系統(tǒng)等公式較多、概念抽象的教學(xué)內(nèi)容。現(xiàn)在的教學(xué)方式多采用PPT和板書相結(jié)合的方式進(jìn)行。課件的制作非常重要，如果課件中有大量的公式出現(xiàn)在同一張PPT頁面上，又不采用逐條顯示的方式，學(xué)生見到這樣繁雜的PPT課件，很快對學(xué)習(xí)感到厭煩了，也失去了學(xué)習(xí)的興趣。所以，我們在PPT課件的制作上，采用了公式推導(dǎo)用板書，結(jié)果用PPT顯示，重點突出，動靜結(jié)合等手段，使學(xué)生對基礎(chǔ)知識掌握扎實。

3.采用啟發(fā)討論式教學(xué)方式，多問幾個為什么，加強(qiáng)師生互動環(huán)節(jié)。光學(xué)的理論知識教學(xué)，如果采用平鋪直敘的教學(xué)方法，學(xué)生很容易疲倦，特別是大班上課的情況。如果有部分學(xué)生對于所教授的理論知識感到厭煩，就會影響整個課堂教學(xué)秩序。所以，理論性強(qiáng)的課堂教學(xué)，需要采用啟發(fā)式教學(xué)，一步一步地啟發(fā)學(xué)生，多問幾個為什么，用怎樣的思路，用什么樣的方法去解決問題，讓學(xué)生帶著對問題答案的思索和探求，跟著老師的思路走。例如，用不同的分析方法分析費涅耳衍射和夫瑯和費衍射，教師引導(dǎo)學(xué)生對學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行分析，比較和總結(jié)，比較這兩種方法的不同之處，讓學(xué)生參與討論和總結(jié)，可以加深理解。

4.及時總結(jié)爭取創(chuàng)新成果。能否讓學(xué)生體會到創(chuàng)新成就感、保持創(chuàng)新源動力，也是創(chuàng)新可持續(xù)發(fā)展的重要方面。創(chuàng)新的成就感主要體現(xiàn)在創(chuàng)新過程和創(chuàng)新結(jié)果兩個階段。在研究過程中，想出了某種特殊的方法，發(fā)現(xiàn)了某種特殊的意義，解決了某個難題，或者有可能在某些領(lǐng)域得到應(yīng)用，都會令學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的成就感。因此，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行成果整理，及時認(rèn)真進(jìn)行總結(jié)，形成創(chuàng)新成果，也是下一次創(chuàng)新的開端。

三、結(jié)論

結(jié)合光學(xué)專業(yè)課程建設(shè)，構(gòu)建創(chuàng)新體系，在課程教學(xué)中主要從課件、教法、問題、習(xí)題等幾個方面進(jìn)行了理論教學(xué)的改革和實踐。鼓勵學(xué)有余力的學(xué)生參加科研工作，開展創(chuàng)新性實驗建設(shè)，使理論教學(xué)改革配合創(chuàng)新性實驗建設(shè)，促進(jìn)大學(xué)生的素質(zhì)教育，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新和發(fā)展。

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本文系西安工業(yè)大學(xué)教改項目支持（14JGY29）。