光學發展史在光學與現代生活通識教育選修課當中的作用

蔡勛

【摘 要】在光學與現代生活教學過程中要充分發掘光學發展史的功能，以史實為背景，創設適當的教學情境進行教學，這不但能豐富教學內容，使課堂富有感染力，又能啟迪學生，提高學生的科學素質、培養學生的創新能力。

【關鍵詞】光學發展史；通識教育；選修課；教學情境

光學是物理學中最古老的一個基礎學科，又是當前科學研究中最活躍的學科之一。隨著人類對自然界的認識不斷深入，光學的發展大致經歷了幾何光學、波動光學、量子光學、現代光學等4個時期。光學與現代生活教學過程正是圍繞這四個時期的主題進行教學。所以，在課堂教學中適當地滲透一些光學發展史，可以使學生加深對光學概念的理解，更好地掌握光學規律，也可以陶冶學生的情操，讓學生受到科學家們對待事物的科學態度、思想方法的熏陶，讓學生從中得到深刻的啟示和啟迪。

下面就光學與現代生活這門課特點，結合本人的教學實踐，探討光學發展史在教學中的重要作用。

一、光學與現代生活這門課程的特點

光學與現代生活這門課是面向我校各專業本科生的一門通識教育選修課。報名的學生以沒有深厚物理基礎的非理工類的文科學生居多。開設本課程是人文素質和科學素質互補性教育的需要。日新月異的光學科技發展影響著社會各個領域，提高學生的科學素質、培養科學思維方法、領會科學創新精神是開設光學與現代生活這門課程的重要原因。

二、光學發展史在教學中的重要作用

1.可以了解光學發展的全貌，消除對光學知識來源的神秘感，培養學生的創造性思維能力

教科書中的光學知識都是人們經過多次整理而形成的嚴密的理論邏輯體系。

因此，我們在教學中只重視對知識本身的講解，而忽視對一些概念、規律產生的歷史過程的講述，就會使學生對光學知識的來源、理論體系的形成等都產生很神秘的感覺，會認為各個光學概念、原理和定律的獲得只是歷史上的某些科學家的靈感創造出來的，對于一般人而言是根本不可能的。進而會阻礙學生創造思維的發展。

事實上熟悉科學發展歷史過程的人都知道，任何一個科學知識的獲得，都必須要經歷一個從低級到高級，從感性到理性，從片面到全面的發展和演變過程，而根本就不是任何天才的靈感偶然地創造出來的[1]。

比如：人類對于光的本性的認識就是經過幾千年漫長的歷史發展過程從幾何光學光的直線傳播開始逐漸達到現代光學比較成熟的波粒二象性的認識的。光的波粒二象性理論的發展過程是一個辯證的否定過程[2]。

光的波粒二象性同時對微粒說和波動說作了辯證的否定。它肯定了光有波動性和粒子性，又否定了波動性和粒子性的根本對立。

經過對這些科學史的本來面目的了解和熟悉，學生們就會慢慢領會任何一個重要概念、定理和重大理論的獲得，都是經過否定繼承發展的多次選擇后得到的。

在教學中，雖然講述時用的時間不多，但可以使學生了解光學發展的全過程。這種做法不僅會消除學生對光學知識來源的神秘感，還可以培養學生的創造性思維能力。

2.有助于培養觀察和分析問題能力

觀察能力的培養，最重要的在于對于現象的“處處留心”。分析能力的提高，根本在于學會從整體的大局出發，冷靜客觀地去對一個問題的前因后果進行細細的整理歸納[3]。

光學是一門以觀察現象和實驗為基礎的自然科學，培養學生的觀察、實驗能力不但是學好光學的關鍵，也是科學素質教育的要求。

光學發展史描述了許多科學家善于從不被人注意的一些平常現象中細心地觀察與思考問題的事例。

比如：教師可通過望遠鏡的誕生過程的講授，使學生進一步了解觀察問題和分析問題的重要性。

17世紀初的一天，荷蘭小鎮的一家眼鏡店的主人利伯希，為檢查磨制出來的透鏡質量，把一塊凸透鏡和一塊凹鏡排成一條線，通過透鏡看過去，發現遠處的教堂塔尖好像變大拉近了，于是在無意中發現了望遠鏡的秘密，就將兩個鏡片裝在筒里，制成了人類歷史上第一架望遠鏡。意大利科學家伽利略得知這個消息之后，就自制了一個。他的第一架望遠鏡只能把物體放大3倍。一個月之后，他制作的第二架望遠鏡可以放大8倍，第三架望遠鏡可以放大到20倍。1609年10月他制作出了能放大30倍的望遠鏡。伽里略用自制的望遠鏡觀察夜空，第一次發現了月球表面高低不平。此后又發現了木星的4個衛星。通過這樣的教學過程，就自然使學生認識到了觀察和分析問題的能力的重要性。

3.有助于激發學生的學習興趣與積極性

“興趣是最好的教師”[4]，學生學好一門課的關鍵首先是要對這門課感興趣。

教師如果將要講授的內容和一些故事緊密聯系起來，可以吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣與積極性。比如：講授激光前可以對激光的中文名字的來歷進行講解。激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一重大發明，被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。激光最初的中文名字叫做“鐳射”、“萊塞”，是它的英文名稱LASER的音譯，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞頭一個字母組成的縮寫詞。意思是“通過受激輻射光擴大”。1964年按照我國著名科學家錢學森建議將LASER的中文名稱改稱了“激光”。通過這樣的導入馬上就能引起學生的注意力和興趣，他們學習激光的積極性也被調動起來了，這樣就會達到事半功倍的教學效果。

三、將光學發展簡史融入教學中的途徑

光學發展簡史對教學的作用如此之大，如何將其融入教學中呢？

（1）可配合教材的內容，隨堂隨機滲透應用，這樣使學生既學習了知識，又了解了知識的來源。比如：講解量子光學時可以對普朗克、愛因斯坦等科學家的諾貝爾獎獲獎成果和年代進行講解，來激發學生的學習積極性。

（2）以“因特網+”的形式每周布置網上作業，讓學生通過因特網了解科學家的生平或某個定律、定理的發現過程，但要與教材同步。因特網上有很多光學前沿的成果介紹，也有很多視頻資料。可以把網址給學生讓他們課外閱讀。比如：激光在各行各業的應用等。

（3）利用多媒體定期播放一些科普片，增加學生對光學發展史的了解和應用發展前景的認識，充實他們的課外知識[5]。比如：像光學發展簡史紀錄片、還有激光的故事、哈勃太空望遠鏡和電子顯微鏡等科普片。

總之，光學發展史在光學與現代生活這門課程教學當中的應用，不是對教材的簡單補充，它有許多不可替代的作用。教師在教學過程中要充分挖掘光學發展史的功能，靈活滲透于教學的各個過程當中，以史為背景，創設適當的教學情境，讓學生進入歷史認識光學發展的過程，并展望未來光學發展前景。這不但能豐富教學內容，使課堂富有感染力，又能啟迪學生，從而提高學生的科學素質，培養學生的創新能力。

參考文獻：

[1]顏振鈺.物理學史新編[M].貴州科技出版社，2002（6）.

[2]申先甲，李艷平.談談物理學史在素質教育中的作用[J].大學物理，2000（11）.

[3]劉楚明.光學的發展史，應用與展望[J].科技創業家，2014（9）.

[4]于磊，林敬與.人文類專業大學物理課的教學探索[J].物理與工程，2003（6）.

[5]章登宏.物理學史在物理教學中的作用[J].物理與工程，2003（10）.endprint