关于大学物理光学实验的几点思考

林佳

摘 要 光学实验作为大学物理实验课程的重要组成部分，一直以来，不仅发挥着辅助加深大学物理理论知识理解的作用，还是学习光学精密仪器调节等重要实践知识的平台，更为学生们开拓了科学视野，在培养创新思维方面承担重要的教育责任。本文围绕目前大学物理实验教学，主要是光学方面的教学工作所存在的几点问题进行简要分析，并针对这些情况提出可行性的改进建议。

关键词 大学物理实验 光学实验 创新能力

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.02.028

Abstract As an important part of experiment of college physics， optical experiment has not only played a supporting role in deepening understanding about theory knowledge of college physics； but provided a practice platform for students to learn the knowledge about adjusting precise optical instruments. Meanwhile， optical experiment could also broaden the students horizons of science， develop students ability of creative thought. This paper focuses on the teaching of experiment of college physics， mainly analyzes the existing problems on optical experiments， and some useful suggestions have been put forward on how to improve the experimental teaching.

Keywords experiment of college physics； optical experiment； innovation ability

當今大学普遍将教学与研究并重作为新的教育理念，力求培养全面和谐发展的新时代青年人才。众所周知，教学的重点是教学计划的完整实施以及教学质量的根本保证。因此针对大学生这一群体，开展研究方面的课程不仅使学生自身能力不断提高和完善，而且还为培养他们的独立创新精神提供了一个重要途径。大学物理实验作为一个非常重要的基础课程，对于刚入学的学生，在其科学与工程的学习方面，都发挥了重要作用。它不仅作为大学物理理论课的重要实践部分，巩固了学生所学的理论知识，同时还使学生掌握了严谨的思维方式以及动手能力。这种理论与实验的结合正是科学思维培养的关键，①正是大学教育所需要的。

实验教学工作经过多年的改革与创新，依据内容的难度水平，发展出了较完整的课程体系，即由三部分组成：基础类实验、综合研究类实验以及开放设计类实验。通常情况下，基础类实验主要通过单一的实验原理、简单的实验方法，使学生掌握基本的物理概念和基本的实验操作技能，例如示波器的使用，分光计的调节和使用等。而综合类实验则是在基本知识和技能的基础上要求学生具有更多的主动性和创新性，尤其是设计类实验需要学生们自己设计实验手段和测量方法，这对于锻炼他们的科学思维起到了非常重要的引导性作用，例如铁磁材料磁化曲线及居里点的测定，光敏电阻特性测定及其应用等。这种课程体系对于大学物理实验教学具有非常重要的实践意义。②

在诸多实验中，光学实验不仅包括分光仪的使用，薄透镜、棱镜等光学镜片的测量等这一类的基础性实验，还包括通过传感器的引入，与力学、电学、磁学等实验结合，如太阳能电池特性研究等综合类实验，③它更是开放设计类实验中经常涉及到的重要实验部分。因此在大学生们实验课程学习中，作为重要组成的光学实验，其教学质量是不容忽视的。④但在目前的实际情况下，依然存在着一些问题，引发我们的思考，亟待我们寻求有效的解决途径以提升教学质量。

1 课程安排不合理，会导致学生开展实验困难

任何一门课程的教学通常都是遵照循序渐进、由浅入深的教育方法，然而在实际教学过程中，却存在诸多的现实问题，导致实验这门课通常并不能遵循以上所提到的规律开展教学。⑤首先，实验课课时量和仪器数量与逐年扩招的学生人数增量无法实时匹配，实验中心因其在整个大学教育中的受重视程度，所获得的资金并不能促使实验室及时新增、更新实验仪器设备，不能适应教学规模的变化和科学研究的发展。因此，课上不仅会出现两位同学共用一台实验仪器的情况，更会因资源有限，上课班级较多等客观条件限制，出现了目前大学物理实验授课普遍采用所有实验轮转排课的方式。在这种情况下，学生们不得不依照学校的安排进行课程学习，而打破了先易后难的顺序，面临基础类、综合类实验混合编排，采取不分先后的上课模式。

这种情况对于光学类实验的学习是尤其不利的。因为光学部分在大学物理的授课中是被排在中后期学习的，然而由于轮转排课，很多同学在没有学习理论知识的前提下便可能先被安排上光学方面的实验课。这种情况对于实验基础较好的同学，或许还可以应对自如，但对于个别基础较差的学生，很有可能导致其预习不充分，实验课上听不懂，动手操作时不知所措，在这样的实验状态下，很容易导致学生对这门实验课程丧失兴趣，甚至会影响到其对其他实验课程的学习。因此对于事先没有接受大学物理光学理论课学习的同学，我们认为应采用特别的教学模式及授课技巧。

首先作为老师，我们应该对学生强调预习的重要性，目前很多同学对实验课重视不够，课上都是机械模仿老师所演示的实验内容，依葫芦画瓢式地记录数据应付了事，没有更多的个人思考，这对学生们创造性思维的培养很不利。⑥因此我们更应该把握住这次机会，在学生对理论知识还没有完全掌握的情况下，从预习入手，引导学生先在头脑中构造出与实验相关的理论上的抽象概念。如在光的偏振性实验、双缝干涉实验等，可以从学生们所熟悉的光沿直线传播的特性出发，对比引出光的相干性、偏振性等概念，然后在课堂上通过老师进一步的讲解理论知识，对其有一个更准确的理解，最后动手做实验时，便将刚刚所形成的抽象概念具体化，对知识点有了深刻的理解和记忆。这也对他们的后续学习具有非常积极的影响。

2 时刻注重学生创新精神的培养

离开了中学时代的应试教育体系，顺利升入大学后，很多同学便开始对自身降低要求，面对众多课程和活动不知所措，没有树立明确的学习目标，就会更加忽视大学物理实验这类基础性课程的重要性和意义。然而大学的教育目的不仅是传授专业知识，更是发掘学生潜在能力，培养其发现、探索、钻研的能力，为其将来独立走向社会奠定坚实基础。因此实验类的课程更应该发挥这方面的优势，始终不忘创新教育，培养创新精神。其中相比于力学、电学、磁学等经典的物理实验，光学实验具有更大的综合性和开放性，在光学实验课堂上，同学们在已经熟练掌握了实验原理及实验过程的情况下，学有余力之时，老师便可以引入一些具有启发性的问题引起学生的深入思考，激发他们解决问题的欲望。例如可以采取哪些办法提高杨氏双缝干涉实验中所测条纹的数据精度；再如光纤作为光学重要材料，是否可以应用到诸多做过的光学实验中对其进行改良、创新。⑦在实验课堂上，不应害怕学生出错，更不能以完成实验的速度作为评判标准，尤其不应对学生的创意妄加评论，这样的课堂才能使他们乐在其中、大胆探索、通力合作，最终高效地完成实验。这也是实验教学的意义所在。

3 开放实验室、结合新工具以丰富课堂教学

光学实验的重要性和创新性不仅体现在实验过程中对精密光学仪器的使用和光路的细致调节，更表现在其光学现象的多变。很多极富吸引力，多彩奇特，甚至意想不到的光学实验结果会使学生具有更大的学习热情和创造动力。然而，受限于实验课堂的设备环境以及授课时间等因素，很多实验现象并不能全部展示给同学们，或者让同学们亲自体验。这种现状也引发了我们的思考。我们认为首先对于基础扎实、自学能力强的同学，应该给他们提供更多的实践空间，将实验平台在课余时间开放给他们去试验自己的奇思妙想，同时适当安排专业老师为他们提供必要的指导和安全防护。这不仅非常有利于这一部分同学实现他们更多更好的创新点子，同时也为诸多大学生创新竞赛项目选拔出了优秀的种子选手。

其次应该注重目前诸多交互式程序软件在实验中的使用，例如Matlab，Orgin等。Matlab发展至今，已经成为了诸多科研工作中必不可少的工具，然而对于本科教育来说，学生对这些常用软件的接触仍然较少。因此在光学实验中，可以考虑尝试利用Matlab强大的分析计算、图形显示等功能实现可视化的仿真展示，不论是对于老师在课堂中理论部分的讲解，还是学生课后对实验结果的处理以及有关实验的延伸计算，实验穿插软件的使用，都可以发挥出非常理想的作用，取得良好的教学成果。⑧⑨例如在研究光的偏振性等基础类验证性的实验中，可以首先让同学们在课堂上通过做实验得到实验结果，然后鼓励学生在课后利用Matlab的数值计算获得理论结果，与实验结果进行对比，进一步判断结论正确与否。通过这样的方式，也可以让同学们明白，物理学是一门实验科学，但绝对离不开理论的解释与证明。

4 小结

总之，光学实验作为大学物理实验的重要部分，其在学生的技能知识传授和创新思维培养方面都发挥着重要作用。作为实验教学的老师，我们更应该不断改良自己的教学策略，更新教学内容，以提升光学实验教学质量。通过我们提出的几点建议，多加揣摩，结合本学校的教学特点，相信不仅可以为学生打造一个更加优质的实验平台，而且也可以为学生们提供更广阔的发展空间。

注释

① 虞吴.论考试与素质教育[J]. 物理通报， 2001（12）：7-9.

② 孙维民，廉舒，王维，国安帮，赵寨.大学物理实验教学体系改革与实践[J].大学物理实验， 2008.4（21）：99-101.

③ 谢莉莎，肖苏，邓小玖.大学物理实验教学改革的思考与实践[J].合肥工业大学学报（社会科学版）， 2009.1（23）：19-22.

④ 高若平.大学物理实验中光学实验的特点及其教学策略[J].科技创新导报， 2012（17）：172.

⑤ 王刚，徐义爽.大学物理实验对比教学研究与实践[J].科技创新导报， 2015（20）：116-119.

⑥ 孙凌涛，郭朝中，石东平，王祖英.大学物理实验教学存在的问题及解决方法[J].科教導刊， 2015（2）：87.

⑦ 张少君，刘月明，马爱华，刘满仓.用光纤技术改进大学物理光学实验[J].高校实验室工作研究， 2000（1）：6-9.

⑧ 刘志成，张君霞，黄蕊. Matlab可视化在大学物理实验中的应用[J].大学物理实验，2015.1（28）：69-72.

⑨ 徐慧梁，何振江，杨冠玲.基于Matlab的简单孔形夫朗禾费衍射实验的计算机模拟[J].物理通报， 2004（3）：25-27.