光學課程蘊含的科學精神與科學方法

吳丹 李珂 顧濟華

摘? 要：以立德樹人為根本宗旨，強化“課程思政”和“專業思政”，圍繞“思想引領、知識傳授、能力提升”三位一體課程建設目標，從科學精神和科學方法的角度，挖掘光學專業課程的德育內涵和元素。

關鍵詞：光學;課程建設;課程思政

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

我國有著五千年的文明史，兩千多年前曾出現過百家爭鳴的思想繁榮時代，諸子百家的出現是那個時代思想繁榮的標志，自然領域的研究規模似乎也可與古希臘媲美。例如，墨子（約公元前476-390）就曾研究過光的直線傳播和小孔成像的光學問題。西方測地術發展成為抽象的幾何學，觀測行星發展成為天文學，而在我國古代成為皇家御用的、預測命運的占星術。到了近代，我國的科學技術就稍顯落后了，是否因為自漢以來歷代統治者都遵循“罷黜百家，獨尊儒術”的理念，造成了我國科技略顯落后的局面，值得學術界深入研究。而在經歷中世紀黑暗之后的西方，經過了轟轟烈烈的文藝復興思想文化解放運動，產生了現代意義上的科學，工程技術也隨之取得了突飛猛進的發展，改變了人類的生產和生活方式。本文擬通過光學課程中的有關教學內容，闡述科學精神與科學方法在現代科學中的重要作用。

一、探索、質疑是科學精神的第一特質

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

通過不斷思考這些特殊問題和獨特謎團，古希臘哲學家對光的理解有了巨大進步。在古希臘眾多的哲學家中就有著名的數學家：歐幾里得（Euclid，約公元前330-275）。歐幾里得苦苦思索的就是這個問題：為什么遠處的物體與眼前的物體相比，看起來那么微小？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，眼睛中發出的光線，其路徑也只能是直線。這是一個根本性的突破。這一突破性發現證明，關于三角形中直線的幾何學知識，完全能夠用來闡釋世上關于光和視覺的問題。約在公元前四百多年，中國的《墨經》中記錄了世界上最早的光學知識。它有八條關于光學的記載，敘述影的定義和生成，光的直線傳播性和針孔成像，并且以嚴謹的文字討論了在平面鏡、凹球面鏡和凸球面鏡中物和像的關系。羅杰·培根（Roger Bacon，約1214-1293），英國哲學家和自然科學家，實驗科學的前驅。用自己全部財力置辦實驗室， 開始致力于當時新的研究方向，包括語言學、光學、煉金術，他懷疑推理演繹法，堅持實驗經驗的可靠性，對光的性質的研究和虹的研究頗有獨到之處，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、天文學與光學中進行實驗。他對經院哲學進行批判，認為只有實驗科學才能“造福人類”，因思想異端，1257年被趕出大學講壇，曾經在巴黎寺院里被幽禁十年，后又被以猛烈攻擊神學家和信仰占星術和煉金術等異端罪名入獄14年之久，在獄中仍透過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系？文藝復興時期，科學巨匠達·芬奇（Leonardo da Vinci，1452-1519），為了藝術創造，便去分析光影效果，光投影到一個人的面龐上，它會產生什么樣的陰影效果？光的顏色怎么樣？如何搭配？達·芬奇用鏡像法來寫作，分析達·芬奇的筆記并不容易，對著鏡子照，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，至今仍然是科學史、藝術史專家研究的熱門問題。他向人們傳達了一個個美學的觀點，展現了一幅幅美麗的圖形。使人感到此畫只應天上有的感覺。在他作品當中都表達出對自然的探索欲望。其實他一生只留下了十幾幅繪畫，按照現在大家公認的研究，大概不會超過十七幅，但是僅僅這十七幅作品就充分顯示出達·芬奇對大自然敏銳的觀察力，對人物內在細微情感的刻畫以及表現光與影種種變幻的技巧。達·芬奇是天才當中的全才，他對他那個時代的任何藝術、科學、宗教、文學等幾乎所有的學科都有興趣并有所涉獵。在關于他的種種記載中，他是第一個提出直升機思想的人、第一個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。他提出怎樣測量光的強度，就是現在我們普遍使用的測量光強的工作原理，至今為止我們仍然在采用。