物理光學實驗教學改革的實踐與探討

文晶婭

摘 要：物理光學實驗是高等院校光信息科學與技術等專業學科基礎課程中的重要實踐性教學。通過對物理光學實驗課程教學內容、教學方法及考核制度的改革，并大力實行科研與教學相融合，真正實現了在該課程的學習中以學生為主體，從而進一步激發了學生學習的積極性和主動性，提高了學生的實踐能力和創新能力，為他們以后繼續深造或就業奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：物理光學;實驗教學;改革

物理光學是我國高等院校光信息科學與技術、光電信息工程、光學、儀器儀表等專業的重要學科基礎課程，它以光的波動性為基礎，研究光的屬性和光在媒質中傳播的基本規律及其應用，是一門經典理論與近代技術相結合的應用性很強的課程。而實驗又是這門課程中重要的實踐性教學環節，學生不僅可以通過實驗課把在理論課上學習到的理論知識在實驗中加以實現和論證，更重要的是可以通過實驗課開拓思維、提高實踐能力和創新能力，全面提升綜合素質，為以后繼續深造或就業奠定良好的基礎，所以我們必須對物理光學實驗課的教學內容和教學方法等進行改革，使之能達到培養學生上述能力的要求。

一、以豐富的實驗內容培養學生綜合應用知識的能力

（一）培養學生綜合應用知識能力的重要意義

當今社會，對那些有知識、能動腦、能動手、綜合應用知識能力強的的大學畢業生，是用人單位的首選。培養學生具有相當的綜合應用知識的能力，以適應將來踏入社會參與生產實踐的客觀需要，是我們應用型大學教育教學的一個重要目標。而培養大學生綜合應用知識的能力，實驗教學則是一個重要的環節。

綜合應用知識的能力，往往要依靠一系列的實驗活動來加以分析和驗證，有的還需要創新者自己設計新的實驗和制造新的實驗裝置，這就需要我們的學生不僅要有一定的動手操作能力，還要善于把理論和實踐相結合，能夠通過自己的動手操作和實驗、實踐，把創新的思維一步步地變成創新的成果。

（二）傳統物理光學實驗內容的主要欠缺

傳統的物理光學實驗內容，強調對學生掌握基礎知識能力的培養，注重如光的干涉、衍射、偏振類等基礎性實驗，而對學生在物理光學方面綜合應用知識能力的培養則重視不夠，特別是對計算機技術在物理光學實驗中的綜合應用則更顯欠缺。

（三）充實物理光學實驗內容的實踐與探討

首先，保留一定量的傳統的光的干涉、衍射、偏振類的基礎性實驗，并對這些實驗的內容進行擴充，通過這些實驗，讓學生進一步鞏固物理光學的基本理論知識并加深思考。比如在做邁克耳遜干涉實驗時，可以不僅只要學生搭建并調節邁克耳遜干涉儀，觀察和研究等傾干涉、等厚干涉和非定域干涉現象，還可以增加利用搭建的干涉儀和血壓表來測量空氣折射率的內容。在做單縫衍射實驗時除了要學生對狹縫的衍射現象進行觀察和測量，還可以增加要學生將狹縫換成細絲，觀察狹縫與細絲衍射條紋的異同，并要求學生思考如何測量細絲的直徑的內容。

其次，為了激發學生的學習興趣，提高他們的實踐能力和創新精神，還應結合本專業學生的實際情況增加一些設計性、綜合性實驗。設計性、綜合性實驗不像傳統驗證性實驗那樣以教為中心，而是以學為中心。在設置這些實驗的內容時，除了將傳統實驗內容橫向拓展與縱向深入外，還可以適當引入一些現代新發展的光學研究課題，以開拓學生的視野[1]。做實驗時讓學生根據已學的理論知識，自我設計實驗方案、組建與調試光路，進行探索性實驗，并獨立分析實驗結果，提高分析問題、解決問題的能力[2]。比如在做法拉第旋光效應實驗時，可讓學生將激光光源改為光柵單色儀，并自己進行較復雜的實驗系統的設計，并根據實際操作不斷調整設計，直至得到滿意的結果。

再次，在實驗中引入計算機技術，利用計算機模擬實驗是光學實驗發展的一種趨勢。利用計算機模擬物理光學實驗，既能夠進一步增強實驗教學的直觀性，還能夠培養學生綜合應用的能力。所以，應在傳統的物理光學實驗內容中，更多地增加一些理論模擬性實驗，讓學生在模擬的過程中，既加深對實驗的理解，又將所學的算法語言應用于實際問題處理中，培養他們綜合應用知識的能力。

經過多年的努力，我校光電信息科學與工程專業已經建立了自己的工程光學實驗室，并單獨開設了物理光學實驗課，為實驗內容的充實準備了良好的前提條件，所以我們應結合現有實驗設備對實驗內容進行充實和改革，并編寫相應的實驗教材。

二、以多種組合式教學方法增強學生學習的主動性和創造性

（一）學生的創新意識和創新能力要在學習的主動性和創造性中培養

培養學生的創新精神，首先來源于培養學生的創新意識。所謂創新意識，就是一種不安于現狀的求新求精的意識，是一種對于任何未知的問題、未知的領域而不無動于衷的強烈的嘗試沖動，它是創新能力的重要心理素質之一。

學生創新能力的培養，不只是一名空洞的口號，而是要扎扎實實地培養學生的積極求異性、敏銳觀察力、創造性想象力、獨特知識結構、活躍靈感性。而這一切則首先要大力增強學生學習的主動性和創造性。被動的學習，學生只會養成死記硬背的應試學習方法，對所求的問題的答案只求能背能記，不求為什么、是什么，更不會有什么創新的意識。而主動的學習，學生則不滿足于對問題的一知半解，而會主動激發去追求為什么、是什么，便有可能產生強烈的創新動機，樹立創新目標，發揮創新潛能。

（二）傳統物理光學實驗教學方法的主要不足

在傳統的實驗教學過程中，教師往往只注重向學生講解實驗基本理論、實驗儀器的使用及實驗技巧，而忽略對學生興趣的激發、思維的開拓[3]。學生則只滿足于根據教師的講授簡單重復教材上的實驗步驟，測量數據，做出結果，而不會主動思考并探索實驗本質和設計實驗。這樣就難以在學習過程中充分發揮學生的主動性，培養創新能力。所以，為了開拓學生的思維、培養創新能力，還必須對實驗課的教學方法進行改革。要著眼于在大力增強學生學習的主動性和創造性中，不斷培養學生的創新意識和創新能力。

（三）物理光學實驗教學方法改革的實踐與探討

在設置教學方法時，為了增強學生學習的主動性和創造性，可考慮結合學生的特點，采取啟發式、討論式和引導式等多種方法相結合的方式。

一是對于基礎性實驗，主要采取啟發式和討論式的教學方法，可在課前先提出下次實驗要解決的問題及相關要求，啟發學生帶著問題進行預習。比如在做楊氏雙縫干涉實驗前，先將下述問題提出來讓學生進行預習：（1）實驗中，若改變狹縫的位置，使得它上移或者下移，那么干涉條紋是否會整體移動？若移動，則移動方向如何？干涉條紋的疏密程度是否會發生改變？（2）實驗中，若改變雙縫的間距，則干涉條紋零級明紋的中心位置是否會改變？干涉條紋的疏密程度是否會發生改變？上課時對個別實驗可打破傳統的教師講解后學生再進行實驗的教學方式，改由學生講解后，教師指點、提出問題，并與學生一起討論的方式，引導和鼓勵學生大膽去思考并提出不同見解。

二是對于設計性、綜合性實驗，主要采取引導式的教學方法，教師只進行引導性的指導，學生自己設計實驗方案、進行實驗，并分析實驗結果。比如在做電光調制、法拉第旋光效應等實驗時，則是在老師的指導下，以學生自己設計實驗方案為主。

三是對于一些較復雜、難度較大的實驗還可以采取現場演示與計算機仿真相結合的教學方法，這種將現代教育技術應用在實驗教學中的方法可彌補傳統實驗教學手段的不足，拓展學生的視野，提高學生的學習興趣和教學效果[4]。

三、以多元化考核制度培養學生的實踐動手能力和職業素質

（一）大學生職業素質的基本要求

所謂職業素質，就是從事某種職業的勞動者對本職業的了解和適應能力的一種綜合素質，主要包括三個方面的內容：即職業技能、職業道德和職業精神。一個人的職業素質是需要通過職業教育、職業實踐和職業修養等多種途徑逐漸形成，并穩定、發展起來的，而大學階段教育則在人生的職業素質的形成方面起著基礎性的作用。因此，在大學階段教育中應重視學生職業素質的培養，為學生奠定良好的職業素質基礎。

（二）物理光學實驗考核與大學生職業素質的培養

為了達到良好的教學效果，除了設置好實驗內容和教學方法外，還應建立科學合理的考核制度。物理光學實驗課的考核以前主要以針對實驗操作和實驗報告的考核為主，但由于實驗教學是一種過程教學，其過程往往比結果更重要。實驗前的預習、實驗中的操作、實驗后對設備的整理、實驗數據的分析、實驗報告的撰寫等過程既需要學生自己動手動腦來完成，也需要和同學協作配合來完成。因此，整個實驗過程不僅可以培養學生的實踐動手能力和應用能力，還可以培養學生的職業素質。所以在制定考核制度時，應將實驗的各個環節都納入考核范圍內，建立多元化的考核制度，才能對學生的實驗情況進行全面、綜合的評定，以調動學生的學習積極性，提高學習效果。

（三）物理光學實驗考核制度的實踐與探討

考核主要包括過程考核和期末考核兩大部分，過程考核是對每次實驗的考核，期末考核是學期末對整門課程學習情況的考核;過程考核成績和期末考核成績分別占實驗課總成績的60%和40%，具體考核方法如下。

1. 過程考核：每次實驗都應對學生的預習情況、實驗操作、實驗報告及實驗態度等進行考核、評定成績，這些成績的綜合即為學生這次實驗的成績;各次實驗成績的綜合即為學生本門課程過程考核的總成績。對預習情況進行考核時，為了避免學生并沒有真正預習，只是抄襲了書本內容或他人預習報告的問題，不僅要對預習報告進行考核，還要以提問的方式對學生在預習時對實驗目的、實驗原理、實驗內容、實驗步驟及實驗注意事項等的了解情況進行考核[5]。對實驗操作進行考核時，重點考察學生能否運用所學光學知識快速調節光路，實驗操作是否規范，使用儀器的方法是否正確，碰到儀器出現故障時是否能冷靜排除，讀數是否科學合理，記錄是否詳細、正確等。對于能力較強的學生，還可以提一些能拓寬實驗內容的問題，使他們能多一些思考和動手的機會，以培養創新能力[6]。對實驗報告進行考核時，重點考察實驗報告中數據的處理、誤差的分析、圖表的繪制、思考題的解答及實驗體會等。對實驗態度進行考核時，重點考察學生的考勤、是否遵守課堂紀律、是否認真獨立完成實驗、是否愛護儀器設備及實驗結束后是否整理設備等。

2. 期末考核：期末考核在課程結束后進行，是對整門課程所學知識的鞏固和加強。期末考核可采取的形式有筆試考核、實驗操作考核及設計性實驗的考核等。筆試考核時除了考察基本理論外，還應針對實驗過程中出現的現象進行重點考察，以激發學生探究實驗現象的興趣，從而培養其分析問題、解決問題的能力。實驗操作考核可采取隨機抽簽的方法讓學生現場做一個平常做過的實驗或實驗中的一個環節的方式進行，同時教師還可以針對學生的實驗現場提問，學生口頭回答。設計性實驗的考核可以通過讓學生進行新的實驗設計，或對做過的實驗進行改進的方式進行，結果以小論文的形式體現出來，這樣可以很好的培養學生綜合應用所學知識的能力及創新的能力。

四、以科研帶動實驗教學激發學生的科研潛能和創新能力

（一）關于大學生的科研潛能與創新能力

潛能就是人體潛在的能力。大學生的科研潛能和創新能力，也就是大學生潛在的開展科學研究的潛能和不斷創新的能力。當今世界，國際經濟競爭不斷加劇，全而競爭的焦點在于誰能培養出更多的創新人才并占領高新科技的制高點。國家經濟社會的不斷向前發展，需要一大批善于探索問題、解決問題的人才，全國各高等院校越來越重視高素質人才的培養，大學生科研訓練是深化高校創新創業教育改革的重要抓手，也是提升大學生創新思維、創業意識、創新創業能力的重要手段。國家要求，高等教育要堅持以人為本、全面推進素質教育，重視培養大學生的創新能力、實踐能力和創業精神，普遍提高全體大學生的人文素養和科學素質。在大學生的素質教育中，激發和培養大學生大學生的科研潛能和創新能力，是提升大學生創新創業能力的重要途徑之一，也是我們普通高校教育教學改革當前所面臨的重要課題。

（二）實驗教學與大學生的科研潛能與創新能力的開發

培養拔尖創新人才，是教育，特別是高等教育肩負的重要使命。創新人才的培養應以全面發展為基礎，而全面發展應以創造性的發展為最高目標。大學生科研潛能與創新能力的開發，對學生創新意識與創新思維的培養、創造性潛能的挖掘、知識領域的拓寬、專業技能的訓練及綜合素質的全面提高都具有極其重要的作用。

實驗教學是高等教育的重要環節，是開發學生的科研潛能和創新能力的重要途徑。將某些科研課題的相關任務引入到實驗教學中來研究解決，讓學生參與其中的設計與操作，對開發學生的科研潛能和創新能力無疑將起到重要的作用。同時，將學校的科研資源引入到實驗教學中，更能進一步提高實驗教學的質量，提高學生綜合應用知識的能力和創新能力。

（三）以科研帶動物理光學實驗教學激發學生科研潛能的實踐與探討

一是讓學生在科研項目的研究過程中開發科研潛能和創新能力。科學源于實踐，而實驗是教學和科研中重要的實踐性環節，為了能有效的激發學生的科研潛能，培養其創新能力，可讓學生參與到教師的科研項目中來，讓學生了解和感受科研的過程，從而從實際項目的開發中得到鍛煉。可在滿足現有實驗教學條件的基礎上，將科研項目中與本課程有關的內容單獨設題做為實驗課的選做內容，供對科研感興趣的學生選擇，并將這一項成績作為整門實驗課成績的加分項。

二是在科研型實驗的教學過程中開發學生科研潛能和創新能力。在科研型實驗的教學過程中，要讓學生作為主體參與實驗活動全過程，教師只是啟發者、引導者和指導者;教師只提出實驗的基本要求和研究目標，學生進行獨立思考、查詢資料、制定實驗方案、調試儀器、實際操作儀器、處理數據、分析結果等全程性實驗內容，最后由教師組織進行答辯，給出成績[7]。將科研與實驗教學相結合，不僅可以保證實驗內容的新穎性與豐富性、培養學生的科研及創新能力，學生在做此類實驗過程中的新想法與成果又會對教師的科研工作產生啟發作用，且在教學過程中出現的新問題又能促使教師去搞科研，這樣可以使得實驗教學與科研相互促進。

三是在科研人員和實驗教師的共同引導下開發學生科研潛能和創新能力。無論是在科學研究活動中，還是在實驗教學過程中，科研人員和實驗教師都要把開發學生的科研潛能和創新能力作為科研和教學的一項重要任務。既要放手讓學生獨立思考和獨立操作，不怕學生出錯;又要善于引導學生去正確思考和正確操作，盡量讓學生少走彎路。

五、結語

通過上述對物理光學實驗課程的教學內容、教學方法及考核制度的改革，并通過將科研與教學相融合，以科研帶動實驗教學的方式，真正實現了在本門課程的學習中以學生為主體，從而極大的激發了學生的學習積極性和主動性，提高了學生的實踐能力和創新能力，為他們以后繼續深造或就業奠定了堅實的基礎;且以后對物理光學實驗課程的改革必須不斷深化，以適應社會對教育需求的快速發展。

參考文獻：

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[7] 孔濱，孔德玉，趙舉中等.強化科研反哺實驗教學，培養學生創新能力[J].實驗技術與管理，2010，27（6）：147-149.