物理光學課程信息化教學改革

毛少娟+陳玉丹+華文深+李剛

摘 要 通過分析當前物理光學課程教學中存在的突出問題，結合軍械工程學院的信息化教學改革研討活動，對物理光學課程在教學內容、教學方法、教學手段等方面進行改革。實踐表明，以往課程教學中存在的問題得到有效解決，課程教學水平得到明顯提升。

關鍵詞 物理光學；信息化；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）20-0102-02

1 前言

2012年，中央軍委頒發《2020年前軍隊院校教育改革和發展規劃綱要》，綱要指出形成現代軍隊院校教育體制、構建軍事創新教育機制、基本實現院校教育信息化，為官兵成長成才提供優質教育，為新質戰斗力建設提供人才保證的總體目標[1]。為了適應新形勢下對人才培養的目標、人才的知識結構和能力、素質，特別是創新能力的新的要求，軍械工程學院開展了信息化教學改革研討活動，物理光學課程的改革也勢在必行。

物理光學課程是軍械工程學院直通車軍用光電工程專業開設的一門重要的專業基礎必修課，它是研究光的基本屬性、光的傳播規律、光與物質相互作用以及相關應用的科學，是一門重要的基礎學科，也是一門應用性很強的學科。該課程的學習與后繼課程如光電技術、激光技術、光纖通信等有密切關系，也是學員今后從事科研工作不可或缺的基礎內容。信息化條件下，如何提高該課程的教學質量，使學員更好地適應將來的崗位任職需要，一直是任課教員思考的問題。

2 當前物理光學課程教學中存在的問題

課程內容陳舊，學員學習興趣不高 物理光學課程主要研究光的波動性，包括干涉、衍射、偏振現象、光在各向同性及各向異性介質中的傳播規律等，內容體系比較經典、固定，不同的教材在內容組織、編排、講述上變化不大，對基本理論的闡述也都很詳細、完善。但是講解完之后學員總覺得這門課程內容陳舊、脫離實際，無法將課上知識與現代先進光學技術及科研應用聯系起來。

究其原因，一方面在于物理光學課程本身的特點，它不像應用光學、幾何光學那樣，研究的是光線的傳播行為及成像特點，比較直觀可見。物理光學課程主要涉及的是光的波動理論，內容比較抽象，不便于理解。另一方面，物理光學課程的理論體系雖然固定不變，但是教員可以思考如何讓枯燥的理論變得鮮活、生動起來，激起學員對物理光學知識的興趣。

課程理論性強，學員理解難度大 軍械工程學院培養的學員工科背景強，學員對課程的實際應用有特殊的興趣。而傳統課程的內容從光的電磁理論到干涉、衍射理論，再進一步學習傅立葉光學基礎理論，對于數理基礎相對薄弱的工科學生而言，隨著理論教學的深入，很多知識和概念都理解得不夠透徹，從而逐漸喪失學習興趣。此外，傳統課程中公式繁多而抽象，尤其是進入衍射和傅立葉光學部分內容后，經常出現又長又復雜的公式，學員表示見到這些公式就發怵，很難理解公式的物理含義，這將直接影響課程的學習效果。

課程與裝備聯系不夠緊密，學員感覺用處不大 軍械工程學院軍用光電工程專業學員畢業后大多在各級修理分隊或后方倉庫從事與裝備相關的工作。在院校學習過程中，學員普遍對與崗位任職相關的裝備知識感興趣。在軍用光電工程專業的課程體系中，應用光學、軍用光學儀器構造、軍用光學檢校，激光技術、激光測距機、激光制導等課程各自形成由淺入深的課程體系，而物理光學課程作為一門專業基礎課，鑒于其研究內容主要針對波動光學，所以它不像應用光學、激光技術課程與裝備聯系得那么顯而易見，而主要是體現在裝備設計、研發中所應用的光學技術或理論。

課程缺乏實踐性教學內容 物理光學課程一般開設在教學的第五學期，而與之相關聯的、實踐性教學課程現代光學實驗和光學測試技術，分別在第六和第七學期開設，這樣就出現實驗課與理論課脫節、截然分開的現象，違背了光學本身是一門實驗科學的規律，實驗課程很難發揮其應有的作用。一方面，實驗課與理論課相隔時間太長，學員在上實驗課時理論知識忘得所剩無幾，削弱了實驗課本應起到的提高理論認識的作用；另一方面，實驗課滯后理論課程，容易使理論課教員陷入對實驗過程、實驗現象的平鋪直敘，忽視了本應由學員自己動手完成實驗操作、分析實驗結果的過程。

教學方法單一，不夠靈活多樣 物理光學課程具有較強的獨立性、系統性、專用性，偏重于嚴謹的知識體系，講究嚴密的邏輯推理等特點，目前課程的教學方式還是以教員講授為主[2]。教學過程常常遇到教學方法古板、講授平鋪直敘等難題，尤其是遇到較多的公式推導時，采用這種教學方法，教員講得大汗淋漓，學員卻感覺枯燥乏味，教學效果大打折扣。

3 課程信息化教學改革內容

針對上述課程教學中存在的問題，任課教員對物理光學課程在教學內容、教學方法、教學手段等方面進行了改革。

教學內容的改革

1）科學整合、修訂教學內容。軍械工程學院學員在上物理光學課程之前，已經較為系統地學習了大學物理課（約2個學期，130學時），其中光學部分的內容占據了相當的份量。結合學院修訂人才培養方案的契機，課程組參考軍內外名牌高校的教學經驗，經課程組教員充分討論，精簡、刪除了陳舊過時的、與大學物理課程重合的內容，修改完善了新的課程標準，重新明確了教學內容和掌握程度。

2）加強教學內容與裝備知識的聯系。軍校學員將來的任職崗位在部隊，對知識的軍事應用興致頗高。鑒于此，任課教員在課堂教學中注重講清基本概念、原理，弱化數學推導，平時注重收集與課程內容相關的軍事知識，并對其進行提煉加工總結，使其與教學知識點對應起來，盡可能多地增加理論基礎課和軍事、裝備的結合點，提高學員的學習興趣，如已經梳理出激光告警、光學加密、相干激光器陣列、相控陣射電望遠鏡、相控陣雷達、莫爾條紋等應用知識點。此外，信息光學在現代光學技術和軍事技術中應用廣泛，任課教員適當將教學內容加以延伸，使學員對光學前沿有所了解。endprint

教學方法的改革

1）采用問題引領式教學法[3]。物理光學課程雖然理論性強，但實質上它是一門與實際問題聯系緊密的學科，其內容構架均來源于對實際光學現象的解釋。因此，在課程講授中，任課教員注重將理論知識與實際問題聯系起來，從現實生活中生動的光學現象入手來講授難懂的理論知識。在講授某個知識點前，先介紹該知識點是為解決什么樣的問題而提出的，在解決方法中注重問題的環環相扣，在解決完一個問題后，接著提出新問題，引導學員思考，形成提出問題、分析問題、解決問題這樣一個逐次遞進的過程。

2）采用小組合作教學法。物理光學課程采用模塊化設計，研究光的干涉、衍射和偏振三種波動光學現象。對于每部分內容，布置干涉應用、衍射應用、偏振應用三個專題作業。學員自行分組，每組3～5人，利用課下時間查閱資料、制作課件，每個專題選取兩組學員走上講臺進行講解。這些綜合性的專題作業，不僅需要學員掌握基礎知識，而且通過學員自己的工作加深了對理論知識的理解。事后，學員普遍反映，這種方式對知識的掌握程度甚至比最終考試的效果還要好。

教學手段的改革

1）合理組織安排理論課與實驗課教學。針對物理光學課程理論課與實驗課脫節的現象，任課教員在理論課授課過程中，合理安排設計多次實驗操作課。同時，光學實驗室實行開放式管理，學員在課余時間可以走進實驗室，親自體驗光學現象的奧秘。通過實踐，學員對課堂教學中抽象難懂的知識理解得更加深刻，能夠很好地將光學實驗與理論原理對應起來，尤其是將實驗過程中參數變化對結果的影響與課上講的理論分析聯系起來。這種做法，一方面強化了學員對剛剛學過的理論知識的理解、加深了記憶；另一方面對后續的實驗教學也大有裨益，學員能在完成基礎性實驗的基礎上，再進一步向綜合設計性實驗深化。

2）采用計算機數值模擬與仿真等信息化教學方式。由于物理光學具有一定的抽象性，以傳統的教學方式，很難使學員充分理解知識。利用計算機硬件平臺和可編程軟件，如Origin、MATLAB和ANSYS等軟件，將計算機數值模擬和仿真引入教學，對重要的教學內容進行仿真和數值分析，構建光學實驗仿真平臺，可應用于教學中對物理圖像進行形象的、清晰的描述，使學員在感性充分認識的基礎上，水到渠成地上升到理性認識，加深對關鍵結論的認識，有效增強教學效果。

4 結束語

借軍械工程學院信息化教學改革研討活動之勢，物理光學課程組在教學內容、教學方法及手段上進行了改革。經過近兩年的教學實踐，課程整體水平得到明顯提升，課堂教學容量有了很大提高，學員對專業基礎課的學習興趣有了顯著改善。雖然取得一定的成績，但課程改革之路仍需前行。比如近年很多高校開展的MOOC教學模式及課程建設活動，使得學員可以時時、處處進行學習，學習的時間和空間變得更加自由。

參考文獻

[1]李愛華，李建增，劉兵，等.論軍校信息化教學改革的必要性[J].中國電力教育，2014（6）：31-32.

[2]張尚劍，劉爽，劉永.基于問題學習的物理光學研究性教學模式構建[J].理工，2012（5）：115-122.

[3]王偉.物理光學課程教學改革與實踐[J].安徽工業大學學報，2011，28（4）：110-111.endprint