光学课程教学改革的思考与实践

程 菊，马春林

(淮阴师范学院 物理与电子电气工程学院，江苏 淮安 223001)

1 引言

光学课程是高校物理学专业一门重要的基础课，也是普通物理学中一个必不可少的组成部分.自1960年激光出现以来，光学学科以前所未有的规模和速度迅速发展，出现了许多以激光为基础的现代光学，如非线性光学、信息光学、光纤光学、光电子学、量子光学等许多新的分支学科.这些学科都是以经典光学为基础发展而成，因此，光学课程是这些新技术的理论基础课.通过学习光学课程可以帮助学生奠定坚实的知识基础[1]，同时学习其典型的科学思想方法.

鉴于光学课程的重要地位，我们应该不断地探索如何对该课程实施恰当的、适合学科发展、适合人才培养需求的教学工作.因此，如何改革现有光学课程的传授式教学，使之适应科学技术和当今社会发展的需要，是一个值得深入探讨的课题.

2 光学课程教与学的现状

2.1 教学内容

长期以来，光学课程的教学内容一直是以几何光学与波动光学的基本概念、基本原理为主.尽管在教学内容中加入现代光学的基本原理[1]，但由于学时限制，课堂上教师对现代光学部分的内容只作简单的介绍，大部分内容让学生自己阅读，因而光学的教学内容一直局限在经典光学的主要原理部分，对其应用涉及较少[2].而光学是现代前沿科学技术的基础和源泉，当今现代光学技术发展迅速，传统的光学课程教学内容已跟不上时代的要求，不具有现代气息.大学生在毕业以后，对现代光学发展概况了解甚少，很难适应当今社会对光电子技术、光通信技术人才的应用要求.这就要求我们对教学内容进行改革，充分利用有限的学时，合理安排教学内容，使学生在掌握基础理论的同时，能很好的了解现代光学的发展动态.

2.2 教学方法

纵观我国的教学现状，传授式教学方法根深蒂固.这种教学方法以教师为主体，学生的学习完全属于被动型.这虽然在知识的传授方面有一定的意义，但却严重地影响了学生能力的发展，降低了学生参与教学活动的积极性和主动性.只有让学生成为教学活动的主体，发挥学生的主动性，使学生成为知识的探索者和创造者，才能使学生有自觉和持久的学习兴趣，变“被动优秀型”为“主动优秀型人才”.因此，光学课程的教学方法也成为亟待改革的内容之一.

2.3 教学效果

对于教学工作者来说，如果想要收到较好的教学效果，就必须学会引导学生积极主动的学习.而在高等教育中多数教师往往认为听课者已成人，具有学习的自主性，因此只注重知识的讲解，而忽略对学生学习积极性的调动，与学生的互动甚少.然而现在一些学生进入大学后，生活方式与以往变化很大，没有了压力与目标，所以对学习也就不那么重视.笔者发现，多数学生进入大二以后学习积极性明显变弱，课堂上只是被动接受而不善于主动思考，因此如何调动大学生的学习主动性是一个值得注意的问题.

2.4 考核方式

目前我校多数考试课程仍然延续使用传统的考核方式，即学生成绩注重期末的闭卷考试，考题主要侧重对书本知识的记忆和模仿，缺乏综合能力的测试.这种考核方式并不能够引导学生的探索式思维方式，反而容易造就很多“答案青年”，不利于培养学生正确的思维模式与自学能力.因此，完善课程考核方式成为必然.

3 光学课程改革的思路与实践

3.1 教学内容的处理

由于光学课程涉及的内容非常广泛，头绪繁多，自身又不像电磁学或者经典力学那样有一个贯穿始终的思路而形成比较完整的体系[3].因此在教学改革过程中既要注意讲授必要的传统内容，又要紧密结合现代光学前沿课题，找准基础理论与科技前沿课题的结合点，精选现代光学知识内容，把握几个现代光学的前沿课题，以线带面进行教学.教师在讲授基础光学的相关内容时，及时地引入现代光学相关知识，可以使学生既不感到光学基础理论枯燥乏味，又能体会到现代光学前沿课题是与基础理论紧密结合的.比如，讲解偏振现象时可以引入立体电影的原理；讲解几何光学全反射原理时，可以介绍光纤光学系统及其应用；讲解双折射晶体原理时，可以介绍晶体材料的进展和应用前景；讲解光的干涉内容时，可以简要介绍“纳米技术”等.这样不仅可以增加教学容量，还能大大激发学生学习兴趣，使教学的内容充满活力.

另外，注意教学内容的前后交叉讲解，也可以启发学生主动思维，改善教学效果.比如，等倾干涉内容中提到该实验适用扩展光源，因而应用激光作为光源时需要对其扩束.此时可以引导学生思考如何应用透镜组合完成扩束，而这部分内容就是倒装的伽利略或开普勒望远镜系统.课堂上学生对这个内容表现出了较大兴趣，并能积极自学望远镜系统的知识.

3.2 教学方法的改革

目前，光学课程的教学虽仍以课堂教学为主，但是讲解过程中应贯彻少讲、精讲的原则.课堂教学方法可灵活多样.

(1)丰富课堂教学方法.在以教师讲授为主的课堂教学方法基础上，可以尽可能多地让学生参与成为教学活动的主体.例如，教师精心挑选某些章节内容，提前布置，对搜集资料、内容组织、语言表达等方面提出具体要求，届时随机指定几名学生各讲一部分，然后由教师点评并总结知识要点，或安排一定的课时留作讨论式教学.这种教学方式既活跃了课堂气氛又加深了学生对知识的理解、运用，更有利于自身素质的提高.

在课程教学过程中也可以适当安排几次专题讲座，专门介绍与现代生活息息相关的现代光学前沿课题，开拓学生视野，丰富课堂教学.

为了提高教学效果，使所讲内容更加生动、形象，提高学生的兴趣和接受能力，我院建立了对学生随教学进度定时开放的演示物理实验室.在该实验室，学生可以参观或动手操作多个光学类演示仪器，启发了学生的好奇心.

(2)着重方法讲解.大学教学的关键是提高学生的素质，不仅在于使学生掌握更多的知识，更重要的是掌握方法，形成分析和解决问题的能力.课堂教学中可以由光学原理引导学生如何进行相关设计，进行启发式教学.教师的责任不仅仅是“教”，更重要的是引导学生去“观察”和“学”，放弃“满堂灌”、“拉着走”的教学方式.学生在老师的指导下完成具有一定研究性、探索性的小论文，锻炼其独立思考和探索问题的能力，培养学生的创新意识和创新精神.

(3)采用多媒体和传统的教学相结合.多媒体的使用大大节约了板书时间，缓解了课堂内容多，课时不够的矛盾，课堂教学信息量增大.但单纯使用多媒体教学往往会导致教师教学进度较快，学生不易接受.因此课程教学中应采用多媒体和板书相结合的方式.在讲解较难理解的重要原理时，可以使用板书推导，这样学生容易跟上节奏；而讲解易于明白的内容时可以使用多媒体课件，节约课堂时间.

光学课程涉及到大量图像，把光学图像采用Flash、Matlab等软件做成三维动态课件，在课堂教学中能产生生动活泼的效果，能提高学生的学习兴趣和记忆力.比如讲解夫琅禾费衍射时，先让学生观看矩形衍射和圆孔衍射的Flash动画来加强感性认识；讲解光的干涉时，仿真两相干点光源发出的光波在空间的干涉图样，如图1～4所示.

图1 两相干点光源的空间干涉图样 图2 横向放置的观察屏上干涉图样

图3 倾斜放置的观察屏上干涉图样 图4 纵向放置的观察屏上干涉图样

图1示意了空间中S1、S2作为相干点光源发出的光波叠加后形成的旋转双曲面形干涉图样；图2示意了当观察屏垂直于S1、S2的中心轴线AB时，在屏上小范围内观察到的干涉条纹，即通常所说的明暗相间的直线状干涉条纹；图3和图4则分别示意了当观察屏既不垂直又不平行以及观察屏平行于S1、S2的中心轴线AB时，屏上的干涉条纹形状.课堂上，教师以形象的图片说明了难以观察到的光学现象，学生表现出了很大的兴趣.

3.3 教学效果的提高

(1)理论联系实际.多数学生往往不会对纯理论的知识产生直接的兴趣，如果只学习理论而不知理论的实际用途，学生也会觉得迷茫而空洞，学习也变成一个浮于表面形式的过程.在光学教学中，应结合教学内容，适时提出经过理想化了的实际技术问题，激发学生的兴趣，引导学生灵活运用所学知识去探索、解决问题.理工科课堂存在的共性就是当教师一味讲解基本理论时，只有少数学生听讲；而当教师提出与之相关的实际应用，特别是生活中常见的应用时，多数学生会表现出求知欲.光学与实际生活联系密切，如在讲授分振幅干涉这部分内容时可指出为何照相机镜头看起来是蓝紫色的，为什么阳光下的肥皂泡看上去是五颜六色的，如何检验眼镜片的表面是否是光洁的等等；而在讲授光的散射这部分内容时可指出为什么天空是蓝色的而云彩是白色的，为什么朝霞和晚霞是红色的等等.课堂实践表明，如果结合了实际的应用，学生学习积极性提高，求知欲更强，更乐于主动思考问题.

(2)由问题带动启发性教学.在介绍一个知识点之前，着重介绍知识点的实际来源，是为了解决什么样的问题而提出的解决方法[4].讲解过程应以启发学生自主思考为目的.例如讲授光的干涉内容时提出：教室里有许多盏日光灯，却没有看到光的明暗分布条纹，这是为什么？应用杨氏实验装置能否实现光的干涉？如果可以，我们用一个观察屏来观察，可能看到什么图样？而观察屏上的干涉图样正取决于两光波干涉的光强分布，因此想要获得屏上图样信息，关键就是推解出屏上不同位置各个点的光强分布规律.最终，学生可以由屏上不同位置点的光强分布推知哪些点具有相同的光强，即位于同一级干涉条纹上，从而明白整个杨氏干涉实验的物理过程及意义.再如讲授光的衍射内容时，可以先让学生了解衍射实验装置示意图，然后启发他们思考是否会产生光的衍射？如果有衍射，那么用一个屏去观察，衍射图样可能是什么样子？想要最终确定衍射图样的分布特征，那么就需要计算屏上各点的衍射光强分布，从而展开理论推导.这种思路可以让本身枯燥的理论知识变得生动，进而活跃课堂气氛，引导学生进行知识探索.

(3)发挥情感的积极作用.有调查表明，多数高校教师与学生之间的关系不同于高中教师与学生之间的关系，关键在于高校师生之间缺乏沟通.多数教师与学生见面机会仅限于课堂，且无更多交流，导致教师不认识多数的学生，甚至学生不记得某课程任课教师是谁.这也会降低学生学习的兴趣.如果教师能够与学生多交流多沟通，亲近学生，就能够在学生心中树立起更好的形象，从而进一步激起学生对学习的兴趣，使学生真正成为教学中的主体.

我院为了提供学生和教师之间更多的交流机会，安排教师定期在校值班，相关教师在值班期间会到学生自习教室进一步认识了解学生，这同时也创造了学生利用课余时间扩展自己知识面的良好渠道.

(4)考核方法的改革.课程成绩评定可采用结构化分数.在原有期末闭卷考试形式的基础上，结合读书报告、课堂讨论及平时作业情况进行综合成绩评定.学生经过自身的思考、分析、小结，可以培养和锻炼自己提出、分析和解决问题的能力.同时可以提高学生学习的积极性和主动性，培养学生的科学研究和创新能力.

本文就光学课程的教学内容、教学方法、教学效果和考核方法等方面提出教学改革的方向.我们应该在今后的教学过程中，通过各种实践，不断开展教学改革，努力提高课程教学质量，提高学生学习的积极性与主动性，培养学生形成正确的思维模式与自学、创新意识.

参考文献：

[1]姚启钧.光学教程[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]钟金钢.2l世纪普通物理光学教学改革思路研究[J].中山大学学报论丛，2002，22(1)：120.

[3]赵秀琴.关于《光学》课程的教学改革[J].太原师范学院学报：社会科学版，2007，6(6):165-166.

[4]李玉红.“光学”课程教学改革实践与成果[J].高等理科教育，2006，12(2)：98.