物理學(xué)專業(yè)光學(xué)課程教學(xué)改革研究論文
摘要：近些年來，光學(xué)在科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用中的不斷發(fā)展，迫切需要培養(yǎng)適合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求的光學(xué)專業(yè)人才。文章分別從光學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等方面提出了一些改革的方法和措施，注重提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探索的欲望，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，取得了良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：光學(xué)；教學(xué)；改革
光學(xué)課程是物理學(xué)專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，同時(shí)也是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展、崛起的重要支柱。以激光為基礎(chǔ)的現(xiàn)代光學(xué)的知識(shí)，已經(jīng)滲透到日常生活中的眾多領(lǐng)域，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、能源、醫(yī)藥、信息等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。光學(xué)作為基礎(chǔ)性學(xué)科具有很強(qiáng)的學(xué)術(shù)性，同時(shí)，光學(xué)課程的知識(shí)覆蓋面廣，應(yīng)用性和可操作性也較強(qiáng)，它能夠較好地鍛煉學(xué)生的思維能力及理論與實(shí)際相結(jié)合的能力。而在傳統(tǒng)的光學(xué)課程教學(xué)中，存在著重理論輕實(shí)踐，理論與實(shí)際相脫離，缺乏創(chuàng)新，無法適應(yīng)社會(huì)及專業(yè)領(lǐng)域的需求等問題。如何培養(yǎng)不僅具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)，還具備較強(qiáng)工程應(yīng)用能力的光學(xué)類技術(shù)人才，是我們教學(xué)改革研究的重點(diǎn)問題。
1光學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀
光學(xué)課程教學(xué)大綱計(jì)劃68學(xué)時(shí)，教材內(nèi)容分為干涉、衍射、幾何光學(xué)、光學(xué)儀器、偏振及現(xiàn)代光學(xué)部分[1-3]，內(nèi)容繁多，教學(xué)任務(wù)較重。因此，光學(xué)一直是一門教師難教、學(xué)生難學(xué)的課程。在教學(xué)過程中，通常更加強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)的理論性，而對(duì)知識(shí)的應(yīng)用性和工程性關(guān)注偏少，理論聯(lián)系實(shí)際顯得不足，教學(xué)中不自覺地存在“重理論和基礎(chǔ)，輕工程和應(yīng)用”的傾向，淡化了光學(xué)類課程本身擁有的強(qiáng)烈應(yīng)用和工程背景特性。另外，學(xué)生在大學(xué)階段參與實(shí)習(xí)實(shí)踐、接觸實(shí)際工程問題和公司企業(yè)的機(jī)會(huì)偏少，教學(xué)與光學(xué)元器件的工程設(shè)計(jì)及公司企業(yè)的要求聯(lián)系還不夠，存在明顯脫節(jié)現(xiàn)象。目前教學(xué)中教師的主導(dǎo)地位強(qiáng)，而學(xué)生的主體地位偏弱；第一課堂強(qiáng)，第二課堂弱；體現(xiàn)學(xué)生結(jié)合課本知識(shí)在“做中學(xué)”并培養(yǎng)自身實(shí)踐精神、工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的活動(dòng)空間不夠。
2光學(xué)課程改革的思考
光學(xué)課程有其自身的特點(diǎn)，與力學(xué)、熱學(xué)等學(xué)科之間的聯(lián)系不太緊密，自身的知識(shí)體系比較繁雜。在具體的教學(xué)改革與實(shí)踐中，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等幾個(gè)方面著手。
2.1教學(xué)內(nèi)容
在教學(xué)內(nèi)容上，首先要優(yōu)選教材，認(rèn)真制訂教學(xué)計(jì)劃。教學(xué)中，既要注重講解光學(xué)課程中最基本的'概念、理論，夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，提高學(xué)生的理論水平，又要加強(qiáng)現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)，增加一些現(xiàn)代光學(xué)的前沿知識(shí)，了解光學(xué)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生不斷拓寬視野，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)探索精神，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。例如，在講解幾何光學(xué)及光學(xué)儀器知識(shí)時(shí)，可以介紹海市蜃樓、掃描隧道顯微鏡。在講解光的干涉時(shí)，可以介紹相干探測(cè)技術(shù)、全息照相、光學(xué)薄膜等。在講解偏振現(xiàn)象時(shí)，可以介紹3D電影及偏振雷達(dá)探測(cè)技術(shù)等。讓學(xué)生體會(huì)光學(xué)知識(shí)在日常生活中應(yīng)用、發(fā)展及科學(xué)前景。另外，針對(duì)相關(guān)科學(xué)前沿知識(shí)，開展一些專題講座，讓同學(xué)們更深入地理解光學(xué)科技的發(fā)展，同時(shí)強(qiáng)化了基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)。或讓學(xué)生課外查閱相關(guān)文獻(xiàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生探索欲望。積極搜集光學(xué)在日常生活中應(yīng)用的實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)相關(guān)理論知識(shí)，解釋日常生活中的光學(xué)現(xiàn)象，真正實(shí)現(xiàn)從生活走向物理，從物理走向社會(huì)。
2.2教學(xué)方法
在教學(xué)方法上，要注重重點(diǎn)、難點(diǎn)的理解和掌握，注重分析思路和處理問題的方法。積極引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。為了能夠在有限學(xué)時(shí)內(nèi)，盡可能多地講解現(xiàn)代光學(xué)的內(nèi)容，可以在課前布置相關(guān)的預(yù)習(xí)作業(yè)，既能節(jié)約課堂基礎(chǔ)教學(xué)的時(shí)間，又能鍛煉同學(xué)們的自學(xué)能力。在教學(xué)中，要求學(xué)生上課主動(dòng)提問，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)及發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力[4]。教學(xué)中針對(duì)相關(guān)課題讓學(xué)生參與討論，在討論的過程中更透徹理解相關(guān)理論，并了解其應(yīng)用，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)探索。在傳統(tǒng)的理論教學(xué)基礎(chǔ)上，盡可能多地增加實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)，改變教學(xué)觀念，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，明確從理論到實(shí)踐的具體操作過程，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐的能力[5]。實(shí)踐教學(xué)中要求學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研、撰寫小論文及動(dòng)手制作相關(guān)光學(xué)儀器，解決一定難度的實(shí)際問題、培養(yǎng)自身創(chuàng)新精神、科研意識(shí)和綜合能力與素質(zhì)。例如，我們?cè)诮虒W(xué)中將學(xué)生分組，動(dòng)手制作簡(jiǎn)單光學(xué)器件，如望遠(yuǎn)鏡、放大鏡等，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)合作的精神�？茖W(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得教學(xué)方法的多樣性成為可能。在教學(xué)中，針對(duì)光學(xué)課程本身的廣泛應(yīng)用性和工程背景，可以有針對(duì)性地介紹一兩種國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，如ZEMAX、OSLO等。其中ZEMAX可進(jìn)行光學(xué)組件設(shè)計(jì)與照明系統(tǒng)的照度分析，也可建立反射、折射、繞射等光學(xué)模型。該軟件還具備對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化、分析的功能。在光學(xué)課程第三章幾何光學(xué)部分，學(xué)完基礎(chǔ)知識(shí)后，給出一些利用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)光學(xué)課程中涉及的光學(xué)元器件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的典型實(shí)例，如望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)、8倍觀察鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。同時(shí)試著讓同學(xué)們分組利用該軟件進(jìn)行相關(guān)光學(xué)設(shè)計(jì)，從而既提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又有效地培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和綜合應(yīng)用知識(shí)的實(shí)踐能力。由于在光學(xué)課程的教學(xué)過程中，有些光學(xué)現(xiàn)象在日常生活中比較難于觀察[6]，比如干涉、衍射的現(xiàn)象，很多感性材料只能從課本圖片中獲得，比如干涉條紋、衍射條紋等。為了能夠使得同學(xué)們獲得較多的感性材料，我們?cè)诮虒W(xué)過程中，利用一些計(jì)算軟件，例如Matlab，將干涉、衍射現(xiàn)象通過程序模擬展示出來，這樣既給同學(xué)們提供了清晰的感性材料、直觀的物理圖像，也通過程序中相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)，讓同學(xué)們更加深入地理解光學(xué)知識(shí)中的相關(guān)規(guī)律。圖1為利用Matlab軟件編寫的分振幅干涉中牛頓環(huán)的干涉圖像，圖2為氫原子光柵光譜圖。物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。在教學(xué)過程中，改變理論與實(shí)驗(yàn)分開進(jìn)行的現(xiàn)狀，從教師指導(dǎo)演示實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生在實(shí)驗(yàn)室自主實(shí)驗(yàn)。設(shè)置相關(guān)開放性實(shí)驗(yàn)課題，讓學(xué)生分成實(shí)驗(yàn)小組，將學(xué)生自己的設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新，使課堂成為師生互動(dòng)的場(chǎng)所。這樣，即有利于將枯燥、抽象的理論生動(dòng)化、具體化，又有助于對(duì)基礎(chǔ)理論的深入理解及應(yīng)用，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和熱情，提高了教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)室也在不斷完善，力爭(zhēng)提供更好的資源，取得更好的教學(xué)效果。
2.3考核方式
教學(xué)考核中，擯棄一次考試決定最終成績(jī)的做法，將平時(shí)課堂表現(xiàn)和論文及動(dòng)手制作部分納入最后成績(jī)測(cè)評(píng)，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程而非單一的最后考試結(jié)果。充分利用學(xué)院網(wǎng)絡(luò)資源，建立網(wǎng)上習(xí)題庫，建立有特色的個(gè)人主頁，并通過此與學(xué)生進(jìn)行定期的網(wǎng)上交流及作業(yè)的布置和批改。網(wǎng)上交流的方式可以更有效地與學(xué)生溝通，實(shí)時(shí)解決學(xué)生提出的相關(guān)問題，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。
3結(jié)語
伴隨著科技的快速進(jìn)步，物理教學(xué)的手段也正在不斷更新。如何培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展的光學(xué)專業(yè)人才，是我們教學(xué)改革的目標(biāo)和方向。通過以上教學(xué)改革的探討和在實(shí)際教學(xué)過程中的運(yùn)用，使得教學(xué)活動(dòng)充滿了活力，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探索的欲望，培養(yǎng)了學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐的能力及團(tuán)隊(duì)合作的精神，大大提高了教學(xué)效果。
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