物理学专业《光学》课程教学中的几点建议

李万俊

摘 要 光学是物理学的重要分支学科，是物理学专业的核心基础课程。通过该课程的学习，能够让学生了解光学的基本现象和掌握光学基本原理的同时，能提高学生独立分析和解决各种光学问题的能力。因此，对光学课程进行优化与改革对物理学专业的人才培养有重要意义。本文总结了笔者近几年实施该课程中存在的问题和不足，提出关于物理学专业光学课程教学的几点建议。

关键词 光学 教学改革 微课 光学实验

中图分类号：G642文献标识码：A

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。光学是研究光的本性、光的传播和光与物质相互作用的一门科学，是物理学的重要分支学科。光学课程主要讲授几何光学、光学仪器的基本原理、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、变换光学与全息照相以及解决各种光学问题的基本方法。光学与原子物理学、电动力学、量子力学、相对论、现代光学、光电子技术、固体光谱学、激光原理等后继课程有密切的关系。光学又是一门应用性很强的学科，在工农业生产、文化生活、军事国防、科学技术等领域都有重要应用。光学课程的教学目标是使学生充分了解光学的基本现象，深入掌握光学的基本概念、基本原理和基本规律，了解它们在科研、生产和实践上的应用，并为后继课程奠定必要的基础;切实提高学生独立分析和解决各种光学问题的能力，培养学生科学的世界观、思维方法和创新能力，提高学生的科学文化及专业素质。

1物理学专业《光学》课程教学中存在的问题和不足

在大学物理学专业的培养方案中，光学是物理学专业的核心基础课程，其教学内容较为丰富，专业性较强，这对任课老师提出较高的要求。笔者通过近几年的光学课程教学，发现存在以下几点问题。首先，由于学时有限，光学部分课程属于选讲内容，比如变换光学与全息照相和部分量子光学等内容。但尽管如此，要在48学时的课堂教学中，将几何光学、波动光学以及量子光学进行系统性讲解，是非常有难度的，这必然要求任课老师要把握课程的重难点，合理的分配课时，为物理学专业后续课程打下坚实基础。其次，从笔者所在物理学专业生源来看，部分同学在中学已学习了光学的一些基础知识，但有相当多的同学没有涉及到，学生基础参差不齐，对光学基础知识的讲解也必将成为课堂教学的一部分。再者，尽管学生对光及光学表现兴趣浓厚，但随着光学中有大量抽象的概念和原理出现，比如光的本性、干涉、衍射、偏振、半波带法等，学生的学习兴趣有所降低，要使学生完全理解这些抽象概念和原理，需要任课老师对其进行精细设计和剖析。此外，光学本身含有大量的实验课程，但往往理论课程和实验课程衔接不上，如何在理论课上适当引入一些源自生活的光学实验，加强学生对光及光学的感性认识，对学生更好的理解光学现象和原理有积极作用。

2物理学专业《光学》课程教学中几点建议

2.1光学微课程的引入

随着信息时代的蓬勃发展，基于互联网的新兴教育技术近年来发展迅猛，并已对现代课堂教学带来了一场革命。微课是现代教育技术与现代教育思想相结合的产物，近年来在大学物理课堂中的应用越来越广泛。应用微课，不仅能有效地激发学生的大学物理课堂参与积极性，提升物理教学的信息输入，还能够实现对物理课堂教学时间的拓展与延伸，提升大学生的自助学习能力。针对物理学专业对光学课程的教学要求，在有限的课时量的情况下，应把教学重点放在波动光学部分。然而，对于几何光学和量子光学部分又不得不涉及到，特别是几何光学。实际上，几何光学是波动光学的一种特殊情况，要让学生系统理解波动光学教学内容，学生必须首先认知几何光学。其中，理解光的直线传播、反射、折射，以及费马原理和惠更斯原理等，对后续波动光学教学有重要意义。相比而言，几何光学中成像等相关教学内容对后续波动光学教学影响不大，可将该章节内容制作成微课视频，并结合线上和线下实施教学，为波动光学教学内容提供更多的课堂教学时间。笔者在最近的一次光学课程中进行了尝试，课堂教学系统讲解了光学发展简史、几何光学的基础知识、以及波动光学部分，对几何光学中成像相关问题则进行线上和线下结合教学。在考查方式上，为了督促学生线上认真学习成像章节，将该章节作为期中考试全部内容，期末考试主要集中在波动光学部分，且题型难度较往年有所增加。从期中考试结果来看，卷面分在80分以上占40.8%，及格率达到77.1%，反映出绝大多数学生能较好掌握成像章节内容。从期末考试结果来看，卷面分在80分以上占51.1%，及格率达到82.3%，表明绝大多数学生系统掌握了波动光学内容，达到了教学预期目标。此外，筆者还将微课应用到课后习题讲解，通过学生后期反馈，习题微课能让学生不断反复学习，利于学生对习题进行深入理解，对学生熟练掌握对应知识点起着重要的作用。

2.2光学趣味小实验的引入

光学课程专业性较强，存有大量抽象的概念和原理。课堂教学中适当引入趣味光学实验，有利于加强学生对光学的感性认识。例如，日常生活中，学生很难察觉到有关光的衍射现象，加大了学生理解光的衍射的难度。为此，课堂上有必要设计光的衍射小实验，加强学生对光的衍射现象的认识。图1所示是笔者设计的光的衍射小实验，素材包括手机自带电筒、针、锡箔纸等，用针在锡箔纸上扎一些小孔，小孔可按照麻将中“筒”花色进行排列，然后将手机电筒直射到锡箔纸上，即可看到如图1所示的图像。通过实践教学后，笔者发现当学生看到“筒”花色形状时，课堂气氛非常好，学生专注度高，学生后期反馈较好。因此，设计有趣的光学小实验，有利于学生对光学的感性认识，益于学生理解抽象的光学现象和原理。

2.3光学虚拟实验的引入

虚拟实验作为信息时代的产物，已被广泛应用到教学中，它能有效解决传统物理实验教学受到的限制，充分发挥虚拟实验能显示理想物理模型、保证实验安全、打破时空和经济限制等一系列特性和优势等。图2显示的是圆孔衍射虚拟实验的截屏，该实验可以向学生展示小孔形状、小孔大小、入射波长等参数变化对衍射现象的影响，同时还能演示更复杂的衍射现象。因此，虚拟实验能有效弥补传统教学模式的局限性，让学生更好地理解抽象的光学现象和相关原理。

3结论

光学是物理学的重要分支学科，又是一门应用性很强的学科，在工农业生产、文化生活、军事国防、科学技术等领域都有重要应用。本文笔者结合近几年的实践教学，针对光学课程教学中存在的一些问题和不足，提出了微课辅助教学、趣味光学实验设计以及虚拟实验教学等手段。笔者通过实践教学，提高了学生的自助学习能力，获得了较好的教学效果，希望为今后更好的推动光学的教学提供参考。

注释

① https：//phet.colorado.edu/zh_CN/.

参考文献

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[4] 于金铃.虚拟实验辅助高中物理实验教学的研究[D].大连：辽宁师范大学，2019.