大學物理與中學物理課中有關幾何光學部分的銜接教學研究

李艷紅

摘要： 本文首先比較了教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會物理基礎課程教學指導分委員會編制的理工科類大學物理課程教學基本要求（2008年版）（以下簡稱“要求”）和《全日制普通高中物理課程標準》（以下簡稱“新課標”）中關于幾何光學部分內容的基本要求，對大學物理教材和高中物理課程標準實驗教材的恒定磁場部分進行了對比，然后通過分析總結了幾何光學部分在要求和教材內容方面的銜接及深入，希望在幾何光學內容的有效銜接方面為大學物理教材的編寫提供一些有益的參考。

關鍵詞： 大學物理中學物理幾何光學銜接

中學物理課程與大學物理課程在教材上有著一定程度的重復，更有著深度、廣度與難度的提高和拓展，不可避免地在大學物理與中學物理之間存在著內容和環節上的一些脫節。因此，找到大學物理教材和中學物理教材內容上的銜接點，然后抓住銜接點使大學新生順利完成從中學向大學的過渡，不僅可以提高學生學習大學物理的興趣，而且有助于大學后繼課程的學習，有利于學生綜合素質的提高。因此，對現行大學物理課程和中學物理課程的銜接情況進行研究具有一定的必要性。

本文中，以理工科類所采用的大學物理教材、普通高中理科生所采用的人教版物理教材和初中生采用的人教版物理教材（主要是前兩者）為參考，對大學物理的幾何光學部分（大學物理下冊第17章幾何光學［1］）如何與中學物理中相應知識（選修2—3的第1章光的折射和第2章光學儀器［2］）銜接的問題進行了分析和探討，理清這些問題將有助于促進大學物理課程改革健康有序地發展，同時也希望為中學物理課程改革提供一定的借鑒。

1.大學物理課程和中學物理課程基本要求的對比

對照《大學物理基本要求》［３］與《全日制普通高中物理課程標準》（簡稱為《新課標》），從教學目標看，《中學物理課程標準》把基礎物理知識與技能學習、自主探究的過程訓練和方法體驗、情感與價值觀的培養有機地結合起來。而《要求》則強調在系統掌握物理知識和方法的同時，還要注重培養學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的探索精神和創新意識，努力實現學生的知識、能力、素質三方面的協調發展。顯然，大學物理教學要求是在高中物理要求的基礎上加以提高。

所以，將《要求》和《新課標》中對幾何光學部分的基本要求做比較，分析大學物理中幾何光學部分知識點的分布特點，結果見下表。

通過對比可以發現，大學物理幾何光學部分中有60%以上的知識點在中學物理中出現過。然而，大學物理的內容既不能是對中學物理知識的重復講解，又不能完全拋開中學物理的內容，直接引入新的知識，否則就會出現知識連接脫軌的現象，那么大學物理應該如何銜接中學物理知識，并順利引入新的知識呢？下面我將針對部分典型問題進行具體分析。

2.共同涉及知識點的相關要求及教材銜接處理

通過對比，大學物理中幾何光學部分的知識點在中學物理中已涉及的主要有以下幾個：幾何光學基本定律、折射率、光在平面上的反射和折射、全反射、薄透鏡及其成像公式和作圖法、光學儀器。

1）幾何光學基本定律包括：光的直線傳播定律，光的反射定律（鏡面反射和漫反射），光路可逆性，光的折射定律。前三個定律一帶而過，做銜接的鋪墊。

2）折射率：在折射定律中將中學的折射率細分為：①相對折射率=n=（第二種介質相對于第一種介質的折射率）；②絕對折射率n=（相對于真空的折射率）。然后斯涅耳定律是折射定律的另一種常用形式，由相對折射率和絕對折射率兩個公式推導而來：nsini=nsinr。

3）光在平面上的反射和折射：大學物理教材上點了一下實像和虛像，由同心光束在折射時被破壞導出一種現象叫像散，從而接入新知識“視深度”，視深度是入射光線交主光軸的點離界面距離P與折射光線反向延長線交主光軸的點離界面距離p′，得p′=p。

4）全反射、薄透鏡，薄透鏡的作圖法和光學儀器部分：除了基本的定義和條件外，還介紹了一些全反射的用途和薄透鏡的一些內容，其他只做了解用。

3.新增知識點的相關要求及教材銜接處理

大學物理幾何光學部分知識點中新引入的知識點主要有以下幾個：斯涅耳定律、視深度、光在球面上的反射和折射、薄透鏡的橫向放大率、薄透鏡的光焦度與焦距。下面以一個典型例子分析大學物理教材對該部分知識的設計。

如圖，從光源S發出光線SA到半徑r、曲率中心為C、頂點為O的球面反光鏡AOB上，反射光線交主軸于S′。則光線SAS′的光程為△=nl+nl′；其中（余弦定理）：

光程△是角度φ的函數，根據費馬定理，物象間的光程應取極值或常量。故對其求導并令其倒數為零。

=n［2r（r-p）sinφ］+n［-2r（p′-r）sinφ］=0；

化簡得-=0

在近軸條件下，φ很小，可認為cosφ≈1，此時l≈和l′==-p′；帶入上式得+=

當入射光是平行光時即p=-∞，得p′=，此時p′即是焦點，焦距f′=可得近軸區域的球面反射成像公式：+=，是一個普遍適用的物像公式。

就像這樣的推導方法一樣，先由中學的知識開端，加進大學物理的內容，使定律從理想狀態的使用條件推廣到普遍適用的公式。

4.結語

大學物理中幾何光學部分的內容除一些知識外，絕大多數概念學生在中學階段已有接觸，故教材設計中的展開應適度，避免重復。

對于大學物理中的新增知識點，由于大學生都已初步具備了獨立思考、分析和應用知識的能力，就不能像對待中學生一樣，應用圖畫或大量例子使其理解的設計方法，大學教材對新知識的設計，應注重知識點之間的聯系，注重綜合分析能力和知識應用能力的鍛煉，還應突出設計手法上的靈活多變。總之，大學物理教材的設計在知識的銜接上既不能繁瑣地重復講解，又不能出現知識的斷點，這樣才能真正做到大學物理教材設計的最優化。

參考文獻：

［1］尹國盛，彭成曉.大學物理（下冊）［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［2］張大昌，彭前程等.普通高中課程標準實驗教科書物理選修3—1.人民教育出版社，2007.

［3］教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會物理課程教學指導分委員會.理工科類大學物理課程教學基本要求［M］.北京：高等教育出版社，2008.