光學課程教學改革與實踐

摘要：圍繞光學課程從升華光學教學理念、強化光學課堂教學和延拓光學課堂教學三個方面對光學教學改革進行了探討。具體闡述了在教學觀念、教學內(nèi)容、教學方法和教學手段等方面開展的全方位教學改革和實踐，提高了光學課程教學的效益和光學課程教學的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：光學；教學改革；教學質(zhì)量

作者簡介：史向華（1963-），女，湖南長沙人，長沙理工大學物理與電子科學學院，教授；李君求（1965-），女，湖南長沙人，長沙理工大學物理與電子科學學院，講師。（湖南 長沙 410004）

基金項目：本文系湖南省教育廳教改項目（項目編號：sj1005）、長沙理工大學教改項目（項目編號：JG1011s）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0120-02

深化教學改革的最根本和最終目的就是要提高課程教學的質(zhì)量。推動精品課程建設(shè)為高校提高教學質(zhì)量指明了方向，起到了引導和示范的作用。[1，2]就其更深層次的涵義就是要求要保持課程的可持續(xù)性，要不斷進取，不斷追求，不斷創(chuàng)新，成為持久的精品。[3]2006年，長沙理工大學（以下簡稱“我校”）光學課程被評為校級重點建設(shè)課程，2008年，光學課程被評為校精品課程。以精品課程建設(shè)為契機，堅持光學精品課程改革注重實效，對光學課程的教學內(nèi)容、教學方法及教學手段等方面進行了一系列的探索、實踐和改革，在教學實踐中顯示出良好效果。

一、升華光學教學理念

課堂教學是教育的主陣地和實現(xiàn)培養(yǎng)目標的根本途徑，光學教學理念直接指導著光學課堂教學。傳統(tǒng)的光學教學過程中，關(guān)注度主要放在對已有知識的收集、整理以及傳授上，這種傳統(tǒng)的灌輸式教學忽視了對學生獨立思考和分析問題的培養(yǎng)，也制約了創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，與現(xiàn)代教育新的熱點“培養(yǎng)創(chuàng)新人才”相悖。在當今社會，各學科之間廣泛的交融結(jié)合及知識更新周期的縮短，都要求教師轉(zhuǎn)變教學思想，更新教學觀念。[4]在改革的實踐中，我校形成了光學教學的基本理念。

1.提煉教學特色，突出創(chuàng)新能力教育觀

通過教學使學生在掌握知識的過程中得到人格上的培養(yǎng)、精神上的滋養(yǎng)、價值觀的提煉和創(chuàng)新意識的提升。

2.延伸教學課堂，全方位關(guān)注學生成長觀

使學生由原來單純聽講的地位轉(zhuǎn)化為主動參與和積極探索的主體地位。重視學生個體差異，讓學生能根據(jù)自己學習的光學知識和能力層次較自由地去探索，積極提出自己的新思想、新觀點、新設(shè)計、新意圖、新途徑、新方法等等，學生的各種潛力通過合適課堂和課堂延拓的教育得以開發(fā)。

3.發(fā)展動態(tài)教學模式，努力提高教學質(zhì)量觀

以師生互動的探究式教育思想，變傳統(tǒng)的教學模式為動態(tài)教學模式，推進光學課堂教學的“質(zhì)”與“量”的改革。教師通過不斷提高教學的學術(shù)品位，培養(yǎng)學生嚴謹治學、獨立思考、不畏艱險的探索精神，更好地激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，有效地提高教學質(zhì)量。

二、強化光學課堂教學

提高光學教學質(zhì)量，關(guān)鍵在于改變原來的“教師講學生聽”，“課內(nèi)不足課外補”的現(xiàn)象，必須改革課堂教學，向45分鐘要質(zhì)量，要效益。

1.活化光學教學內(nèi)容

傳統(tǒng)光學內(nèi)容主要包括波動光學、幾何光學和現(xiàn)代光學三大部分。波動光學中光的干涉和衍射這部分內(nèi)容主要是講授在各種條件下的光波疊加和各種干涉、衍射裝置，并且大部分是基于普通光源的，對普通光源相干性的討論也占了相當多的篇幅。而針對現(xiàn)在常見的應(yīng)用于光學精密測量的激光光源的簡化裝置卻很少提及，理論和實際結(jié)合不緊。幾何光學內(nèi)容分為：光線傳播的基本規(guī)律、單球面及其組合系統(tǒng)的成像理論、幾何光學儀器、光欄與像差、光度學等。這些內(nèi)容雖然所占篇幅較大，但相對光學工程理論來講，又顯得非常淺顯，實際意義不突出。現(xiàn)代光學主要對激光的基本原理和非線性光學簡單介紹，而現(xiàn)代光學包含的內(nèi)容如信息光學、非線性光學、光纖光學、自適應(yīng)光學、光電子學等等，已經(jīng)形成了自成體系的學科分支，導致在光學中詳細講解這些內(nèi)容是不現(xiàn)實的。如何合理拓展一些基本概念、知識和原理等，如傅立葉變換的基本原理、光與物質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)知識、光子學器件的基本原理等，以使學生對現(xiàn)代光學有進一步了解。

在保持光學教學內(nèi)容的系統(tǒng)性的前提下，從光學課程的教學思想上抓住光學中本質(zhì)的內(nèi)容，活化光學教學內(nèi)容，逐步形成了相應(yīng)的光學教學內(nèi)容的模式：

（1）在光學課中體現(xiàn)幾何光學、波動光學、光的量子性三位一體的知識架構(gòu)為理論基礎(chǔ)，用費馬原理、波的疊加原理和愛因斯坦光量子模型組織基本理論體系。

（2）關(guān)注現(xiàn)代光學技術(shù)發(fā)展和光學學科發(fā)展前沿。在光學課中融入相關(guān)領(lǐng)域的最新研究動態(tài)，光學應(yīng)用技術(shù)、光信息技術(shù)等國家建設(shè)和學科前沿內(nèi)容，將傳授知識與學習使命感相結(jié)合。

（3）堅持教學、科研和實踐三結(jié)合，在光學課中增加網(wǎng)路資源調(diào)研內(nèi)容，將學術(shù)研究的最新進展與教學結(jié)合，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、理論思考和方法運用的能力。

2.多元光學教學方法

由于光學課程理論性比較強，嚴密的過程推導繁雜，耗費不少的課堂教學時間，但光學課程涉及實例豐富，各種光學現(xiàn)象生動有趣，對學生有吸引力。在課堂表現(xiàn)方式和教學方法上進一步摸索實踐，通過對不同的內(nèi)容采取不同的教學方法，提高課堂教學質(zhì)量和學習效率。

（1）注重光學的科學思想和方法的教學。物理模型的思想和方法在光學研究和教學中表現(xiàn)得尤其充分。光學是經(jīng)典物理學向量子物理學發(fā)展的橋梁，這一點正是通過新的物理模型的建立而實現(xiàn)的。在教學中突出不同的發(fā)展階段和不同的研究領(lǐng)域“光線”、“光波”、“光量子”等物理模型在光學中的作用，抓住光學中本質(zhì)的內(nèi)容，使學生理解模型和方法的應(yīng)用，有助于學生對光學乃至整個物理學的科學思想和研究方法有較為深刻的認識和理解。

（2）注重啟發(fā)式、互動式教學。課堂上教師通過互動式教學，不時地提出一些即結(jié)合實際應(yīng)用又有一定深度的問題，開拓學生思維，讓學生思考、討論。例如：在偏振器件的教學中，讓學生去思考如何使駕駛員在夜間行車時可以避免迎面來車的強光刺激？在光學薄膜的教學中，讓學生思考如何制作反射率高達99.999%，甚至99.9999%或99.99999%的高反膜。實踐中，學生對這類問題有濃厚的興趣，有的學生給出的答案還相當完美，使學生對相關(guān)理論有更深刻的認識，同時在分析問題、解決問題的能力方面受到訓練，得到提高。

（3）注重探究式教學。課堂上充分展現(xiàn)圍繞光學“專題學習”開展的研究性教學模式。在教師授課環(huán)節(jié)，研究教師如何通過授課創(chuàng)造一種環(huán)境，使學生身臨其境地介入科學的發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)造過程，鼓勵并且指導學生去解決一些理論問題和實際問題。在習題課教學環(huán)節(jié)，改變傳統(tǒng)的習題課講授方法，通過學生課上的講解與討論和課下的研究，再由教師啟發(fā)、點評及總結(jié)的方法，使學生自主解決各種類型及各種難度的習題，這樣不僅使學生發(fā)揮了主觀能動性，潛在能力得以挖掘，系統(tǒng)鞏固了所學的知識，也逐漸形成研究的素質(zhì)。

（4）注重基礎(chǔ)理論與前沿進展相結(jié)合的教學。基礎(chǔ)理論的學習是相對比較枯燥的，但在講授基礎(chǔ)理論時，適時適當融入相關(guān)領(lǐng)域的最新研究動態(tài)和課題組相關(guān)的研究方向，使學生的學習興趣更濃，對一些物理圖像更清晰，基礎(chǔ)理論的理解更深刻。如在光的散射的教學中，結(jié)合拉曼散射介紹其在大氣污染遠距離實時遙測、拉曼光纖放大等現(xiàn)代科技中的應(yīng)用。在光的吸收的教學中，給學生介紹雙光子吸收、多光子吸收的相關(guān)理論在光電對抗等方面的最新應(yīng)用及科研動態(tài)。通過增加相關(guān)領(lǐng)域的研究動態(tài)的學習，學生在知識的深度和廣度都有極大的提高。

（5）注重基礎(chǔ)理論與教師相關(guān)課題相結(jié)合的教學。教師講授光學基礎(chǔ)理論的同時適時適當介紹自己的科研與教學內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性。如講授衍射光柵時，向?qū)W生展示項目研究使用的閃耀光柵和激光全息光柵，演示光柵的衍射、分光功能，使學生對光柵的結(jié)構(gòu)、衍射功能、衍射級次、色散等有一個很直觀清晰的物理圖像。通過科研應(yīng)用的儀器和成果介入，將相關(guān)基礎(chǔ)理論具體化、形象化，加深學生對基礎(chǔ)概念的理解。

3.精煉光學教學手段

（1）精選多媒體輔助教學內(nèi)容優(yōu)化光學教學內(nèi)容。多媒體輔助教學內(nèi)容是整個光學教學中的一個必要的補充。教師充分做好課前準備，設(shè)計好教學過程，使得多媒體輔助教學內(nèi)容的選用合理，做到有用和優(yōu)用，保障教學內(nèi)容和學生接受相適應(yīng)；運用恰當，達到集中學生的注意力，畫龍點睛，增強理解，提高教學效果的作用；介入適宜，有利深入課堂引導和講解、加深學生的感知過程，保證課堂教學的整體性。

（2）堅持黑板與多媒體結(jié)合優(yōu)化光學教學過程，堅持根據(jù)不同教學內(nèi)容選擇不同的教學手段。在光學課程備課時期，就對教學內(nèi)容進行篩選。堅定選用傳統(tǒng)黑板板書方式來教學的內(nèi)容有：引入概念、計算公式推演過程；分析解題思路時，板書主要的思考路徑；解答計算題時，板書解題的過程；講解光路時，板書光路圖等等。而對豐富光學現(xiàn)象、繁多光學儀器結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，用多媒體輔助教學的形象畫面、細微圖像充分展示知識的形成過程，提升教學的實效。

采用多媒體教學與傳統(tǒng)教學法有機結(jié)合的教學組織方法，在光學教學中的主導地位的教師可以最直接地感受到學生對于內(nèi)容的興趣和對內(nèi)容的理解程度。根據(jù)課堂反應(yīng)，教師可以迅速對教學效果做出實時判斷，動態(tài)改變教學手段和方法。多媒體技術(shù)的輔助應(yīng)用使教師的作用得到加強。

三、延拓光學課堂教學

為提升學生的綜合素質(zhì)，使學生通過研究性學習，掌握科學的學習方法，養(yǎng)成善于思考的思維習慣，培養(yǎng)主動探究、勇于創(chuàng)新的精神，我校開展了幾個方面的活動：

第一，圍繞光學專題，課外積極開展研究性學習活動。開展以下幾個工作：設(shè)計開放題，活躍學生思維；結(jié)合課程引導學生進行“課題方式”的研究；利用網(wǎng)絡(luò)資源進行專題研究性學習。

第二，增設(shè)光學課程論文環(huán)節(jié)。由教師確定一些研究內(nèi)容的框架，指導學生開展小課題研究。在此基礎(chǔ)上，每位同學都能寫出一篇課程小論文，并適當把小論文的成績加權(quán)計入課程期終成績，使得課程成績能夠更加客觀地反映學習知識和運用知識的綜合能力。已有五屆學生撰寫學習小論文，實踐表明，此環(huán)節(jié)明顯調(diào)動了學生的學習主動性，對學生拓展知識面、加深和提高對課堂教學是大有裨益的，其中也有精彩之作。

第三，創(chuàng)建學生演講報告的平臺。我校已經(jīng)連續(xù)五年開展學生光學研究性學習的環(huán)節(jié)。學生圍繞幾個光學“專題學習”開展學生課外研究性學習活動，學生自主拓寬了視野，主動去接觸學科前沿。同時引入課堂報告，每學期有約20位學生可以走上講臺，用10分鐘的報告，展示和闡述自己所掌握某一專題的分析或疑惑。在課堂報告中，學生將所學計算機知識與光學課程有機結(jié)合，報告非常生動，不再認為課程的學習是孤立的。同時也很好地培養(yǎng)了學生合作研究與表達能力。學生有選擇地進行課程研究內(nèi)容已經(jīng)涉及實際應(yīng)用性較強的現(xiàn)代光學領(lǐng)域，創(chuàng)新意識得到極大的激發(fā)。

第四，編印《學生習作》，增強學生成就意識。加強學生課內(nèi)外學習活動的指導，通過撰寫研究性學習論文，翻譯有關(guān)文獻，編印《學生習作》，讓學生的能力得到充分展現(xiàn)，從而獲得成就感。

第五，光學課程組教師積極探索學生畢業(yè)論文的改革，從選題到確定參與課題的學生名單等環(huán)節(jié)，做到雙向、優(yōu)化和互補，結(jié)合自己的科研項目，平均每人每年指導學生約4人，尤其注重在光學、光譜學、全息光學等領(lǐng)域?qū)W生作的畢業(yè)論文（設(shè)計），每年均有選入學校優(yōu)秀畢業(yè)論文選，同時教師也獲得優(yōu)秀論文指導獎。

四、結(jié)論

我校為全方位深化光學教學改革進行了系列有意義的探索，大力推進了光學課堂教學的“質(zhì)”與“量”的改革，為培養(yǎng)出適應(yīng)社會需要的高素質(zhì)人才做出了有益的嘗試，對加強專業(yè)建設(shè)和教師自身的發(fā)展也起到促進作用。

參考文獻：

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（責任編輯：王意琴）