物理學專業《光學》課程教學中的幾點建議

李萬俊

摘 要 光學是物理學的重要分支學科，是物理學專業的核心基礎課程。通過該課程的學習，能夠讓學生了解光學的基本現象和掌握光學基本原理的同時，能提高學生獨立分析和解決各種光學問題的能力。因此，對光學課程進行優化與改革對物理學專業的人才培養有重要意義。本文總結了筆者近幾年實施該課程中存在的問題和不足，提出關于物理學專業光學課程教學的幾點建議。

關鍵詞 光學 教學改革 微課 光學實驗

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

物理學是研究物質運動最一般規律和物質基本結構的學科。光學是研究光的本性、光的傳播和光與物質相互作用的一門科學，是物理學的重要分支學科。光學課程主要講授幾何光學、光學儀器的基本原理、光的干涉、光的衍射、光的偏振、光的吸收、色散和散射、光的量子性、激光、變換光學與全息照相以及解決各種光學問題的基本方法。光學與原子物理學、電動力學、量子力學、相對論、現代光學、光電子技術、固體光譜學、激光原理等后繼課程有密切的關系。光學又是一門應用性很強的學科，在工農業生產、文化生活、軍事國防、科學技術等領域都有重要應用。光學課程的教學目標是使學生充分了解光學的基本現象，深入掌握光學的基本概念、基本原理和基本規律，了解它們在科研、生產和實踐上的應用，并為后繼課程奠定必要的基礎;切實提高學生獨立分析和解決各種光學問題的能力，培養學生科學的世界觀、思維方法和創新能力，提高學生的科學文化及專業素質。

1物理學專業《光學》課程教學中存在的問題和不足

在大學物理學專業的培養方案中，光學是物理學專業的核心基礎課程，其教學內容較為豐富，專業性較強，這對任課老師提出較高的要求。筆者通過近幾年的光學課程教學，發現存在以下幾點問題。首先，由于學時有限，光學部分課程屬于選講內容，比如變換光學與全息照相和部分量子光學等內容。但盡管如此，要在48學時的課堂教學中，將幾何光學、波動光學以及量子光學進行系統性講解，是非常有難度的，這必然要求任課老師要把握課程的重難點，合理的分配課時，為物理學專業后續課程打下堅實基礎。其次，從筆者所在物理學專業生源來看，部分同學在中學已學習了光學的一些基礎知識，但有相當多的同學沒有涉及到，學生基礎參差不齊，對光學基礎知識的講解也必將成為課堂教學的一部分。再者，盡管學生對光及光學表現興趣濃厚，但隨著光學中有大量抽象的概念和原理出現，比如光的本性、干涉、衍射、偏振、半波帶法等，學生的學習興趣有所降低，要使學生完全理解這些抽象概念和原理，需要任課老師對其進行精細設計和剖析。此外，光學本身含有大量的實驗課程，但往往理論課程和實驗課程銜接不上，如何在理論課上適當引入一些源自生活的光學實驗，加強學生對光及光學的感性認識，對學生更好的理解光學現象和原理有積極作用。

2物理學專業《光學》課程教學中幾點建議

2.1光學微課程的引入

隨著信息時代的蓬勃發展，基于互聯網的新興教育技術近年來發展迅猛，并已對現代課堂教學帶來了一場革命。微課是現代教育技術與現代教育思想相結合的產物，近年來在大學物理課堂中的應用越來越廣泛。應用微課，不僅能有效地激發學生的大學物理課堂參與積極性，提升物理教學的信息輸入，還能夠實現對物理課堂教學時間的拓展與延伸，提升大學生的自助學習能力。針對物理學專業對光學課程的教學要求，在有限的課時量的情況下，應把教學重點放在波動光學部分。然而，對于幾何光學和量子光學部分又不得不涉及到，特別是幾何光學。實際上，幾何光學是波動光學的一種特殊情況，要讓學生系統理解波動光學教學內容，學生必須首先認知幾何光學。其中，理解光的直線傳播、反射、折射，以及費馬原理和惠更斯原理等，對后續波動光學教學有重要意義。相比而言，幾何光學中成像等相關教學內容對后續波動光學教學影響不大，可將該章節內容制作成微課視頻，并結合線上和線下實施教學，為波動光學教學內容提供更多的課堂教學時間。筆者在最近的一次光學課程中進行了嘗試，課堂教學系統講解了光學發展簡史、幾何光學的基礎知識、以及波動光學部分，對幾何光學中成像相關問題則進行線上和線下結合教學。在考查方式上，為了督促學生線上認真學習成像章節，將該章節作為期中考試全部內容，期末考試主要集中在波動光學部分，且題型難度較往年有所增加。從期中考試結果來看，卷面分在80分以上占40.8%，及格率達到77.1%，反映出絕大多數學生能較好掌握成像章節內容。從期末考試結果來看，卷面分在80分以上占51.1%，及格率達到82.3%，表明絕大多數學生系統掌握了波動光學內容，達到了教學預期目標。此外，筆者還將微課應用到課后習題講解，通過學生后期反饋，習題微課能讓學生不斷反復學習，利于學生對習題進行深入理解，對學生熟練掌握對應知識點起著重要的作用。

2.2光學趣味小實驗的引入

光學課程專業性較強，存有大量抽象的概念和原理。課堂教學中適當引入趣味光學實驗，有利于加強學生對光學的感性認識。例如，日常生活中，學生很難察覺到有關光的衍射現象，加大了學生理解光的衍射的難度。為此，課堂上有必要設計光的衍射小實驗，加強學生對光的衍射現象的認識。圖1所示是筆者設計的光的衍射小實驗，素材包括手機自帶電筒、針、錫箔紙等，用針在錫箔紙上扎一些小孔，小孔可按照麻將中“筒”花色進行排列，然后將手機電筒直射到錫箔紙上，即可看到如圖1所示的圖像。通過實踐教學后，筆者發現當學生看到“筒”花色形狀時，課堂氣氛非常好，學生專注度高，學生后期反饋較好。因此，設計有趣的光學小實驗，有利于學生對光學的感性認識，益于學生理解抽象的光學現象和原理。

2.3光學虛擬實驗的引入

虛擬實驗作為信息時代的產物，已被廣泛應用到教學中，它能有效解決傳統物理實驗教學受到的限制，充分發揮虛擬實驗能顯示理想物理模型、保證實驗安全、打破時空和經濟限制等一系列特性和優勢等。圖2顯示的是圓孔衍射虛擬實驗的截屏，該實驗可以向學生展示小孔形狀、小孔大小、入射波長等參數變化對衍射現象的影響，同時還能演示更復雜的衍射現象。因此，虛擬實驗能有效彌補傳統教學模式的局限性，讓學生更好地理解抽象的光學現象和相關原理。

3結論

光學是物理學的重要分支學科，又是一門應用性很強的學科，在工農業生產、文化生活、軍事國防、科學技術等領域都有重要應用。本文筆者結合近幾年的實踐教學，針對光學課程教學中存在的一些問題和不足，提出了微課輔助教學、趣味光學實驗設計以及虛擬實驗教學等手段。筆者通過實踐教學，提高了學生的自助學習能力，獲得了較好的教學效果，希望為今后更好的推動光學的教學提供參考。

注釋

① https：//phet.colorado.edu/zh_CN/.

參考文獻

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