關于大學物理光學實驗的幾點思考

林佳

摘 要 光學實驗作為大學物理實驗課程的重要組成部分，一直以來，不僅發揮著輔助加深大學物理理論知識理解的作用，還是學習光學精密儀器調節等重要實踐知識的平臺，更為學生們開拓了科學視野，在培養創新思維方面承擔重要的教育責任。本文圍繞目前大學物理實驗教學，主要是光學方面的教學工作所存在的幾點問題進行簡要分析，并針對這些情況提出可行性的改進建議。

關鍵詞 大學物理實驗 光學實驗 創新能力

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.02.028

Abstract As an important part of experiment of college physics， optical experiment has not only played a supporting role in deepening understanding about theory knowledge of college physics； but provided a practice platform for students to learn the knowledge about adjusting precise optical instruments. Meanwhile， optical experiment could also broaden the students horizons of science， develop students ability of creative thought. This paper focuses on the teaching of experiment of college physics， mainly analyzes the existing problems on optical experiments， and some useful suggestions have been put forward on how to improve the experimental teaching.

Keywords experiment of college physics； optical experiment； innovation ability

當今大學普遍將教學與研究并重作為新的教育理念，力求培養全面和諧發展的新時代青年人才。眾所周知，教學的重點是教學計劃的完整實施以及教學質量的根本保證。因此針對大學生這一群體，開展研究方面的課程不僅使學生自身能力不斷提高和完善，而且還為培養他們的獨立創新精神提供了一個重要途徑。大學物理實驗作為一個非常重要的基礎課程，對于剛入學的學生，在其科學與工程的學習方面，都發揮了重要作用。它不僅作為大學物理理論課的重要實踐部分，鞏固了學生所學的理論知識，同時還使學生掌握了嚴謹的思維方式以及動手能力。這種理論與實驗的結合正是科學思維培養的關鍵，①正是大學教育所需要的。

實驗教學工作經過多年的改革與創新，依據內容的難度水平，發展出了較完整的課程體系，即由三部分組成：基礎類實驗、綜合研究類實驗以及開放設計類實驗。通常情況下，基礎類實驗主要通過單一的實驗原理、簡單的實驗方法，使學生掌握基本的物理概念和基本的實驗操作技能，例如示波器的使用，分光計的調節和使用等。而綜合類實驗則是在基本知識和技能的基礎上要求學生具有更多的主動性和創新性，尤其是設計類實驗需要學生們自己設計實驗手段和測量方法，這對于鍛煉他們的科學思維起到了非常重要的引導性作用，例如鐵磁材料磁化曲線及居里點的測定，光敏電阻特性測定及其應用等。這種課程體系對于大學物理實驗教學具有非常重要的實踐意義。②

在諸多實驗中，光學實驗不僅包括分光儀的使用，薄透鏡、棱鏡等光學鏡片的測量等這一類的基礎性實驗，還包括通過傳感器的引入，與力學、電學、磁學等實驗結合，如太陽能電池特性研究等綜合類實驗，③它更是開放設計類實驗中經常涉及到的重要實驗部分。因此在大學生們實驗課程學習中，作為重要組成的光學實驗，其教學質量是不容忽視的。④但在目前的實際情況下，依然存在著一些問題，引發我們的思考，亟待我們尋求有效的解決途徑以提升教學質量。

1 課程安排不合理，會導致學生開展實驗困難

任何一門課程的教學通常都是遵照循序漸進、由淺入深的教育方法，然而在實際教學過程中，卻存在諸多的現實問題，導致實驗這門課通常并不能遵循以上所提到的規律開展教學。⑤首先，實驗課課時量和儀器數量與逐年擴招的學生人數增量無法實時匹配，實驗中心因其在整個大學教育中的受重視程度，所獲得的資金并不能促使實驗室及時新增、更新實驗儀器設備，不能適應教學規模的變化和科學研究的發展。因此，課上不僅會出現兩位同學共用一臺實驗儀器的情況，更會因資源有限，上課班級較多等客觀條件限制，出現了目前大學物理實驗授課普遍采用所有實驗輪轉排課的方式。在這種情況下，學生們不得不依照學校的安排進行課程學習，而打破了先易后難的順序，面臨基礎類、綜合類實驗混合編排，采取不分先后的上課模式。

這種情況對于光學類實驗的學習是尤其不利的。因為光學部分在大學物理的授課中是被排在中后期學習的，然而由于輪轉排課，很多同學在沒有學習理論知識的前提下便可能先被安排上光學方面的實驗課。這種情況對于實驗基礎較好的同學，或許還可以應對自如，但對于個別基礎較差的學生，很有可能導致其預習不充分，實驗課上聽不懂，動手操作時不知所措，在這樣的實驗狀態下，很容易導致學生對這門實驗課程喪失興趣，甚至會影響到其對其他實驗課程的學習。因此對于事先沒有接受大學物理光學理論課學習的同學，我們認為應采用特別的教學模式及授課技巧。

首先作為老師，我們應該對學生強調預習的重要性，目前很多同學對實驗課重視不夠，課上都是機械模仿老師所演示的實驗內容，依葫蘆畫瓢式地記錄數據應付了事，沒有更多的個人思考，這對學生們創造性思維的培養很不利。⑥因此我們更應該把握住這次機會，在學生對理論知識還沒有完全掌握的情況下，從預習入手，引導學生先在頭腦中構造出與實驗相關的理論上的抽象概念。如在光的偏振性實驗、雙縫干涉實驗等，可以從學生們所熟悉的光沿直線傳播的特性出發，對比引出光的相干性、偏振性等概念，然后在課堂上通過老師進一步的講解理論知識，對其有一個更準確的理解，最后動手做實驗時，便將剛剛所形成的抽象概念具體化，對知識點有了深刻的理解和記憶。這也對他們的后續學習具有非常積極的影響。

2 時刻注重學生創新精神的培養

離開了中學時代的應試教育體系，順利升入大學后，很多同學便開始對自身降低要求，面對眾多課程和活動不知所措，沒有樹立明確的學習目標，就會更加忽視大學物理實驗這類基礎性課程的重要性和意義。然而大學的教育目的不僅是傳授專業知識，更是發掘學生潛在能力，培養其發現、探索、鉆研的能力，為其將來獨立走向社會奠定堅實基礎。因此實驗類的課程更應該發揮這方面的優勢，始終不忘創新教育，培養創新精神。其中相比于力學、電學、磁學等經典的物理實驗，光學實驗具有更大的綜合性和開放性，在光學實驗課堂上，同學們在已經熟練掌握了實驗原理及實驗過程的情況下，學有余力之時，老師便可以引入一些具有啟發性的問題引起學生的深入思考，激發他們解決問題的欲望。例如可以采取哪些辦法提高楊氏雙縫干涉實驗中所測條紋的數據精度；再如光纖作為光學重要材料，是否可以應用到諸多做過的光學實驗中對其進行改良、創新。⑦在實驗課堂上，不應害怕學生出錯，更不能以完成實驗的速度作為評判標準，尤其不應對學生的創意妄加評論，這樣的課堂才能使他們樂在其中、大膽探索、通力合作，最終高效地完成實驗。這也是實驗教學的意義所在。

3 開放實驗室、結合新工具以豐富課堂教學

光學實驗的重要性和創新性不僅體現在實驗過程中對精密光學儀器的使用和光路的細致調節，更表現在其光學現象的多變。很多極富吸引力，多彩奇特，甚至意想不到的光學實驗結果會使學生具有更大的學習熱情和創造動力。然而，受限于實驗課堂的設備環境以及授課時間等因素，很多實驗現象并不能全部展示給同學們，或者讓同學們親自體驗。這種現狀也引發了我們的思考。我們認為首先對于基礎扎實、自學能力強的同學，應該給他們提供更多的實踐空間，將實驗平臺在課余時間開放給他們去試驗自己的奇思妙想，同時適當安排專業老師為他們提供必要的指導和安全防護。這不僅非常有利于這一部分同學實現他們更多更好的創新點子，同時也為諸多大學生創新競賽項目選拔出了優秀的種子選手。

其次應該注重目前諸多交互式程序軟件在實驗中的使用，例如Matlab，Orgin等。Matlab發展至今，已經成為了諸多科研工作中必不可少的工具，然而對于本科教育來說，學生對這些常用軟件的接觸仍然較少。因此在光學實驗中，可以考慮嘗試利用Matlab強大的分析計算、圖形顯示等功能實現可視化的仿真展示，不論是對于老師在課堂中理論部分的講解，還是學生課后對實驗結果的處理以及有關實驗的延伸計算，實驗穿插軟件的使用，都可以發揮出非常理想的作用，取得良好的教學成果。⑧⑨例如在研究光的偏振性等基礎類驗證性的實驗中，可以首先讓同學們在課堂上通過做實驗得到實驗結果，然后鼓勵學生在課后利用Matlab的數值計算獲得理論結果，與實驗結果進行對比，進一步判斷結論正確與否。通過這樣的方式，也可以讓同學們明白，物理學是一門實驗科學，但絕對離不開理論的解釋與證明。

4 小結

總之，光學實驗作為大學物理實驗的重要部分，其在學生的技能知識傳授和創新思維培養方面都發揮著重要作用。作為實驗教學的老師，我們更應該不斷改良自己的教學策略，更新教學內容，以提升光學實驗教學質量。通過我們提出的幾點建議，多加揣摩，結合本學校的教學特點，相信不僅可以為學生打造一個更加優質的實驗平臺，而且也可以為學生們提供更廣闊的發展空間。

注釋

① 虞吳.論考試與素質教育[J]. 物理通報， 2001（12）：7-9.

② 孫維民，廉舒，王維，國安幫，趙寨.大學物理實驗教學體系改革與實踐[J].大學物理實驗， 2008.4（21）：99-101.

③ 謝莉莎，肖蘇，鄧小玖.大學物理實驗教學改革的思考與實踐[J].合肥工業大學學報（社會科學版）， 2009.1（23）：19-22.

④ 高若平.大學物理實驗中光學實驗的特點及其教學策略[J].科技創新導報， 2012（17）：172.

⑤ 王剛，徐義爽.大學物理實驗對比教學研究與實踐[J].科技創新導報， 2015（20）：116-119.

⑥ 孫凌濤，郭朝中，石東平，王祖英.大學物理實驗教學存在的問題及解決方法[J].科教導刊， 2015（2）：87.

⑦ 張少君，劉月明，馬愛華，劉滿倉.用光纖技術改進大學物理光學實驗[J].高校實驗室工作研究， 2000（1）：6-9.

⑧ 劉志成，張君霞，黃蕊. Matlab可視化在大學物理實驗中的應用[J].大學物理實驗，2015.1（28）：69-72.

⑨ 徐慧梁，何振江，楊冠玲.基于Matlab的簡單孔形夫朗禾費衍射實驗的計算機模擬[J].物理通報， 2004（3）：25-27.