物理光学课程信息化教学改革

毛少娟+陈玉丹+华文深+李刚

摘 要 通过分析当前物理光学课程教学中存在的突出问题，结合军械工程学院的信息化教学改革研讨活动，对物理光学课程在教学内容、教学方法、教学手段等方面进行改革。实践表明，以往课程教学中存在的问题得到有效解决，课程教学水平得到明显提升。

关键词 物理光学；信息化；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）20-0102-02

1 前言

2012年，中央军委颁发《2020年前军队院校教育改革和发展规划纲要》，纲要指出形成现代军队院校教育体制、构建军事创新教育机制、基本实现院校教育信息化，为官兵成长成才提供优质教育，为新质战斗力建设提供人才保证的总体目标[1]。为了适应新形势下对人才培养的目标、人才的知识结构和能力、素质，特别是创新能力的新的要求，军械工程学院开展了信息化教学改革研讨活动，物理光学课程的改革也势在必行。

物理光学课程是军械工程学院直通车军用光电工程专业开设的一门重要的专业基础必修课，它是研究光的基本属性、光的传播规律、光与物质相互作用以及相关应用的科学，是一门重要的基础学科，也是一门应用性很强的学科。该课程的学习与后继课程如光电技术、激光技术、光纤通信等有密切关系，也是学员今后从事科研工作不可或缺的基础内容。信息化条件下，如何提高该课程的教学质量，使学员更好地适应将来的岗位任职需要，一直是任课教员思考的问题。

2 当前物理光学课程教学中存在的问题

课程内容陈旧，学员学习兴趣不高 物理光学课程主要研究光的波动性，包括干涉、衍射、偏振现象、光在各向同性及各向异性介质中的传播规律等，内容体系比较经典、固定，不同的教材在内容组织、编排、讲述上变化不大，对基本理论的阐述也都很详细、完善。但是讲解完之后学员总觉得这门课程内容陈旧、脱离实际，无法将课上知识与现代先进光学技术及科研应用联系起来。

究其原因，一方面在于物理光学课程本身的特点，它不像应用光学、几何光学那样，研究的是光线的传播行为及成像特点，比较直观可见。物理光学课程主要涉及的是光的波动理论，内容比较抽象，不便于理解。另一方面，物理光学课程的理论体系虽然固定不变，但是教员可以思考如何让枯燥的理论变得鲜活、生动起来，激起学员对物理光学知识的兴趣。

课程理论性强，学员理解难度大 军械工程学院培养的学员工科背景强，学员对课程的实际应用有特殊的兴趣。而传统课程的内容从光的电磁理论到干涉、衍射理论，再进一步学习傅立叶光学基础理论，对于数理基础相对薄弱的工科学生而言，随着理论教学的深入，很多知识和概念都理解得不够透彻，从而逐渐丧失学习兴趣。此外，传统课程中公式繁多而抽象，尤其是进入衍射和傅立叶光学部分内容后，经常出现又长又复杂的公式，学员表示见到这些公式就发怵，很难理解公式的物理含义，这将直接影响课程的学习效果。

课程与装备联系不够紧密，学员感觉用处不大 军械工程学院军用光电工程专业学员毕业后大多在各级修理分队或后方仓库从事与装备相关的工作。在院校学习过程中，学员普遍对与岗位任职相关的装备知识感兴趣。在军用光电工程专业的课程体系中，应用光学、军用光学仪器构造、军用光学检校，激光技术、激光测距机、激光制导等课程各自形成由浅入深的课程体系，而物理光学课程作为一门专业基础课，鉴于其研究内容主要针对波动光学，所以它不像应用光学、激光技术课程与装备联系得那么显而易见，而主要是体现在装备设计、研发中所应用的光学技术或理论。

课程缺乏实践性教学内容 物理光学课程一般开设在教学的第五学期，而与之相关联的、实践性教学课程现代光学实验和光学测试技术，分别在第六和第七学期开设，这样就出现实验课与理论课脱节、截然分开的现象，违背了光学本身是一门实验科学的规律，实验课程很难发挥其应有的作用。一方面，实验课与理论课相隔时间太长，学员在上实验课时理论知识忘得所剩无几，削弱了实验课本应起到的提高理论认识的作用；另一方面，实验课滞后理论课程，容易使理论课教员陷入对实验过程、实验现象的平铺直叙，忽视了本应由学员自己动手完成实验操作、分析实验结果的过程。

教学方法单一，不够灵活多样 物理光学课程具有较强的独立性、系统性、专用性，偏重于严谨的知识体系，讲究严密的逻辑推理等特点，目前课程的教学方式还是以教员讲授为主[2]。教学过程常常遇到教学方法古板、讲授平铺直叙等难题，尤其是遇到较多的公式推导时，采用这种教学方法，教员讲得大汗淋漓，学员却感觉枯燥乏味，教学效果大打折扣。

3 课程信息化教学改革内容

针对上述课程教学中存在的问题，任课教员对物理光学课程在教学内容、教学方法、教学手段等方面进行了改革。

教学内容的改革

1）科学整合、修订教学内容。军械工程学院学员在上物理光学课程之前，已经较为系统地学习了大学物理课（约2个学期，130学时），其中光学部分的内容占据了相当的份量。结合学院修订人才培养方案的契机，课程组参考军内外名牌高校的教学经验，经课程组教员充分讨论，精简、删除了陈旧过时的、与大学物理课程重合的内容，修改完善了新的课程标准，重新明确了教学内容和掌握程度。

2）加强教学内容与装备知识的联系。军校学员将来的任职岗位在部队，对知识的军事应用兴致颇高。鉴于此，任课教员在课堂教学中注重讲清基本概念、原理，弱化数学推导，平时注重收集与课程内容相关的军事知识，并对其进行提炼加工总结，使其与教学知识点对应起来，尽可能多地增加理论基础课和军事、装备的结合点，提高学员的学习兴趣，如已经梳理出激光告警、光学加密、相干激光器阵列、相控阵射电望远镜、相控阵雷达、莫尔条纹等应用知识点。此外，信息光学在现代光学技术和军事技术中应用广泛，任课教员适当将教学内容加以延伸，使学员对光学前沿有所了解。endprint

教学方法的改革

1）采用问题引领式教学法[3]。物理光学课程虽然理论性强，但实质上它是一门与实际问题联系紧密的学科，其内容构架均来源于对实际光学现象的解释。因此，在课程讲授中，任课教员注重将理论知识与实际问题联系起来，从现实生活中生动的光学现象入手来讲授难懂的理论知识。在讲授某个知识点前，先介绍该知识点是为解决什么样的问题而提出的，在解决方法中注重问题的环环相扣，在解决完一个问题后，接着提出新问题，引导学员思考，形成提出问题、分析问题、解决问题这样一个逐次递进的过程。

2）采用小组合作教学法。物理光学课程采用模块化设计，研究光的干涉、衍射和偏振三种波动光学现象。对于每部分内容，布置干涉应用、衍射应用、偏振应用三个专题作业。学员自行分组，每组3～5人，利用课下时间查阅资料、制作课件，每个专题选取两组学员走上讲台进行讲解。这些综合性的专题作业，不仅需要学员掌握基础知识，而且通过学员自己的工作加深了对理论知识的理解。事后，学员普遍反映，这种方式对知识的掌握程度甚至比最终考试的效果还要好。

教学手段的改革

1）合理组织安排理论课与实验课教学。针对物理光学课程理论课与实验课脱节的现象，任课教员在理论课授课过程中，合理安排设计多次实验操作课。同时，光学实验室实行开放式管理，学员在课余时间可以走进实验室，亲自体验光学现象的奥秘。通过实践，学员对课堂教学中抽象难懂的知识理解得更加深刻，能够很好地将光学实验与理论原理对应起来，尤其是将实验过程中参数变化对结果的影响与课上讲的理论分析联系起来。这种做法，一方面强化了学员对刚刚学过的理论知识的理解、加深了记忆；另一方面对后续的实验教学也大有裨益，学员能在完成基础性实验的基础上，再进一步向综合设计性实验深化。

2）采用计算机数值模拟与仿真等信息化教学方式。由于物理光学具有一定的抽象性，以传统的教学方式，很难使学员充分理解知识。利用计算机硬件平台和可编程软件，如Origin、MATLAB和ANSYS等软件，将计算机数值模拟和仿真引入教学，对重要的教学内容进行仿真和数值分析，构建光学实验仿真平台，可应用于教学中对物理图像进行形象的、清晰的描述，使学员在感性充分认识的基础上，水到渠成地上升到理性认识，加深对关键结论的认识，有效增强教学效果。

4 结束语

借军械工程学院信息化教学改革研讨活动之势，物理光学课程组在教学内容、教学方法及手段上进行了改革。经过近两年的教学实践，课程整体水平得到明显提升，课堂教学容量有了很大提高，学员对专业基础课的学习兴趣有了显著改善。虽然取得一定的成绩，但课程改革之路仍需前行。比如近年很多高校开展的MOOC教学模式及课程建设活动，使得学员可以时时、处处进行学习，学习的时间和空间变得更加自由。

参考文献

[1]李爱华，李建增，刘兵，等.论军校信息化教学改革的必要性[J].中国电力教育，2014（6）：31-32.

[2]张尚剑，刘爽，刘永.基于问题学习的物理光学研究性教学模式构建[J].理工，2012（5）：115-122.

[3]王伟.物理光学课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报，2011，28（4）：110-111.endprint