光学课堂教学的趣味化探索

陈道群 熊飞 熊少华 周向阳

1 华中科技大学武昌分校 武汉 430064 2 通信指挥学院 武汉 430010

华中科技大学武昌分校的光信息科学与技术专业成立之初，是在华中科技大学的光信息科学与技术专业的部分教师的帮助下建立起来，最初的课程体制沿用华中科技大学一套。课程较难，部分学生直接对其不感兴趣。

自2007年9月讲授应用光学、物理光学，并助教光学设计课程设计、激光原理与技术，至今已经授课3轮。讲授光学课程遇到的主要问题是：在学生是三本学生、光学课程学时普遍较少、培养本专业学生经验相对较少的情况下，始终面临如何提高学生的学习兴趣、效率和增加学生的就业问题。

解决这一问题，先分析光学课堂教学的难点及兴趣的重要性，再在光学课堂内外采取多种措施来激发学习主体内在的、原始的动力——兴趣，问题便可得到较好解决。

1 光学课堂教学的难点

光学是一门历史悠久的学科，尤其从1960年激光出现以后，光学以前所未有的规模和速度迅速发展，新课题、新概念、新技术不断涌现，已形成许多分支学科和交叉学科[1]。

光学教学中有以下难点：1）光学知识的应用面较广，学生看到的应用难以与所学知识联系上，导致对所学知识的作用不了解，学习茫然，主动性不高，兴趣低下；2）严格定义而又乏味的概念、符号较多，且难记忆，在不同光学课程中符号规则还可能不一样，如在应用光学与激光原理中对光学面的半径符号规定是不同的，导致光学矩阵的形式不同[2-3]，增加了学生的记忆难度；3）光学中公式繁多，推导较复杂，若只记公式的结果，其物理意义不易弄清晰，运用时易出现混淆和错误[4]。

而生活在这个五彩缤纷世界的许多学生，面对枯燥乏味的课堂往往只能保持10多分钟的注意力。如何在光学课堂教学中提高学生的听课兴趣、延长学生的注意力，是众多从事光学教学的教师的梦想。

2 兴趣在光学学习中的重要性

孔子曰：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”即“兴趣是最好的老师”，当学习主体对光学产生浓厚兴趣之后，自然就会沉浸在光学的知识海洋之中。捷克教育家夸美纽斯也说：“兴趣是创造一个欢乐和光明的教育环境的主要途径之一。”如何激发学生源自内心对光学的兴趣与热爱就成了教授光学的教师的追求。

在此尝试一条途径，那就是在光学课堂教学中引入学生熟知的或感兴趣的实验和光电产品实例，或利用光电系统独有的声光效应激活干巴巴的光学课堂教学内容。当学生近距离接触他们未来将要从事的工作可能触及的产品，或他们从眼前的具有声光效应的课堂教学内容中学习知识时，学生被激发出兴趣甚至热情的可能性是非常大的。

3 光学教学内容的趣味化改革实例

3.1 利用激光在光学课堂教学中做演示实验，让演示实验重回课堂

由于激光具有高亮度，单色性、方向性、相干性好等特性，特别是He-Ne激光器小型化，很容易搬进课堂，演示的很多现象（如干涉、衍射等）效果较好，演示光路时（如全反射等）则可利用自制的散射装置使发出的红光光路清晰可见。通过激光用于光学课堂演示应用，使光学现象鲜明、有趣，从而提升学生的兴趣。

3.2 设计利用图像传感器实现光电测量的实验

光学课堂教学除了理论课教学外，还有至关重要的实验课教学。对于针对二、三类本科生培养应用型人才的院校来说，实验课尤其重要。尽管实验课不同于理论课教学，可以让学生看得见、摸得着他们要学习的东西，兴趣要强于理论课，但仍有较大的改革空间。例如设计这样的实验课内容：由光源、实物、镜头、图像信息采集、计算机系统等构成的光电测量系统，先由已知尺寸的实物和计算机屏幕上的图像数据测算出物镜的横向放大率β等参数，再将未知尺寸物体替换已知尺寸物体，利用它（们）测量未知尺寸物体的尺寸数据，或利用光学衍射图像测量细丝直径。这不是传统的没有任何具体应用目标的实验内容，如没有光电测量应用目标的光路设计。二者比较起来，前者肯定会更多地引发学生的兴趣与求知激情。

3.3 利用光电系统的声光效应提高学生兴趣

光电产品比之其他行业的产品，有着很大的针对市场的广告宣传优势，这就是它的声光效应。将光电产品的声光效应直接展现在用户的眼前，就是最好的广告宣传。为什么不能将它的这一优势，用于光学实验课教学，激发学生更大的学习兴趣，提高教学质量呢？诸如红眼航班飞机上间歇闪亮的红灯——萤火虫警示系统、火灾报警系统、红外防盗器、汽车倒车防撞提示器、楼道照明灯的光控自动开关等，这些贴近人们的生活，又听得见、看得到、摸得着的光学、光电类实验课内容，一旦走进实验课课堂，课堂对学生的吸引力可想而知。

3.4 加强学生参与光学课堂的积极性

在探索中发现，若教师在课堂上只是一味地讲解光学知识，学生在第二节课时注意力明显不如第一节集中。这是一个普遍现象，故采用以下措施：1）有时把第二节课的前5分钟交给学生，让学生播放他们在网上找到的有趣的光学现象、仪器、产品；2）点评学生在教师指导下完成的书本外的一些作业，如在应用光学中指导学生用Zemax完成文献[5]中望远镜设计实例（主要是为后续光学设计课程打下基础），在物理光学中学生利用薄膜设计软件TFC设计太阳能电池表面薄膜，在激光原理与技术中利用激光腔仿真设计软件分析掺Yb3+:YAG激光光腔的热分析、效率与泵浦阈值等。前一种活动更受到学生欢迎，但时间上不宜把控。

3.5 组织课外光电科技创新活动

在任教的2007级光信专业的0701和0702班上，调查“你希望物理光学课怎么教”这一问题。从70份调查卷中反映出，67%的学生希望让他们多动手。学校的光学课程是在模拟电子线路、数字电路之后开设，所以在开设光学课程的同时，组织学生进行课外科技创新活动。开展这样的活动，有4方面的目标。1）通过实践环节教学提高学生的实际动手能力。2）培养学生的学习兴趣和创新意识。对于低年级学生来说，专业课中的任何问题，包括那些最简单的实验内容，对他们都具有创新性质，都可以培养学生的学习兴趣和创新意识。例如2009年组织2008级学生的课外科技创新活动，学生在教师的指导下做出不少看似不可能做出的光电小系统。3）从学生入学那一天开始，就要让学生在培养应用型人才的轨道上迈开自己的步伐，为他日后就业创造条件。4）将少数无节制上网的学生从误区拉回学校来。课外科技创新活动是课堂教学的重要补充和必要支撑，也是光学课堂教学趣味化改革的重要措施之一。

4 效果

2007年（讲授2005级光信专业的应用光学与物理光学）的学生评分为83.3分，2008年学生评分为89.0分，2009年学生评分为95.6分，物理光学课程被评为华中科技大学武昌分校2009年教学质量二等奖。从学生给教师打分可以看出，光学课堂教学的趣味化探索效果较为明显。

5 结论

由于光学课程本身有很多的严格定义且难理解、难记忆的概念、符号和公式，光学课堂教学和光学教材显得枯燥乏味。通过在光学教学中引入演示实验，利用声光效应、课外光电创新活动及自行设计的有趣的实验来提高学生对光学知识的兴趣，激发学生的主动精神，使学生积极去探索光学世界，来克服光学自身中的一些难点，达到培养学生的创新精神和自主学习的能力的目标。

[1]王秀琳.光学教学改革的探索与实践[J].集美大学学报,2006,7(2):75-77

[2]李晓彤,岑兆丰.几何光学像差光学设计[M].杭州:浙江大学出版社,2004

[3]周炳昆,高以智,等.激光原理[M].6版.北京:国防工业出版社,2009

[4]郭仁慧,高志山.谈《应用光学》教学的改进方法[J].高教论坛,2009(1):90-93

[5]李丽,刘晓波.工程光学教学改革探索[J].实验技术与管理,2009,28(6):129-131