物理光学实验教学改革的实践与探讨

文晶娅

摘 要：物理光学实验是高等院校光信息科学与技术等专业学科基础课程中的重要实践性教学。通过对物理光学实验课程教学内容、教学方法及考核制度的改革，并大力实行科研与教学相融合，真正实现了在该课程的学习中以学生为主体，从而进一步激发了学生学习的积极性和主动性，提高了学生的实践能力和创新能力，为他们以后继续深造或就业奠定了坚实的基础。

关键词：物理光学;实验教学;改革

物理光学是我国高等院校光信息科学与技术、光电信息工程、光学、仪器仪表等专业的重要学科基础课程，它以光的波动性为基础，研究光的属性和光在媒质中传播的基本规律及其应用，是一门经典理论与近代技术相结合的应用性很强的课程。而实验又是这门课程中重要的实践性教学环节，学生不仅可以通过实验课把在理论课上学习到的理论知识在实验中加以实现和论证，更重要的是可以通过实验课开拓思维、提高实践能力和创新能力，全面提升综合素质，为以后继续深造或就业奠定良好的基础，所以我们必须对物理光学实验课的教学内容和教学方法等进行改革，使之能达到培养学生上述能力的要求。

一、以丰富的实验内容培养学生综合应用知识的能力

（一）培养学生综合应用知识能力的重要意义

当今社会，对那些有知识、能动脑、能动手、综合应用知识能力强的的大学毕业生，是用人单位的首选。培养学生具有相当的综合应用知识的能力，以适应将来踏入社会参与生产实践的客观需要，是我们应用型大学教育教学的一个重要目标。而培养大学生综合应用知识的能力，实验教学则是一个重要的环节。

综合应用知识的能力，往往要依靠一系列的实验活动来加以分析和验证，有的还需要创新者自己设计新的实验和制造新的实验装置，这就需要我们的学生不仅要有一定的动手操作能力，还要善于把理论和实践相结合，能够通过自己的动手操作和实验、实践，把创新的思维一步步地变成创新的成果。

（二）传统物理光学实验内容的主要欠缺

传统的物理光学实验内容，强调对学生掌握基础知识能力的培养，注重如光的干涉、衍射、偏振类等基础性实验，而对学生在物理光学方面综合应用知识能力的培养则重视不够，特别是对计算机技术在物理光学实验中的综合应用则更显欠缺。

（三）充实物理光学实验内容的实践与探讨

首先，保留一定量的传统的光的干涉、衍射、偏振类的基础性实验，并对这些实验的内容进行扩充，通过这些实验，让学生进一步巩固物理光学的基本理论知识并加深思考。比如在做迈克耳逊干涉实验时，可以不仅只要学生搭建并调节迈克耳逊干涉仪，观察和研究等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象，还可以增加利用搭建的干涉仪和血压表来测量空气折射率的内容。在做单缝衍射实验时除了要学生对狭缝的衍射现象进行观察和测量，还可以增加要学生将狭缝换成细丝，观察狭缝与细丝衍射条纹的异同，并要求学生思考如何测量细丝的直径的内容。

其次，为了激发学生的学习兴趣，提高他们的实践能力和创新精神，还应结合本专业学生的实际情况增加一些设计性、综合性实验。设计性、综合性实验不像传统验证性实验那样以教为中心，而是以学为中心。在设置这些实验的内容时，除了将传统实验内容横向拓展与纵向深入外，还可以适当引入一些现代新发展的光学研究课题，以开拓学生的视野[1]。做实验时让学生根据已学的理论知识，自我设计实验方案、组建与调试光路，进行探索性实验，并独立分析实验结果，提高分析问题、解决问题的能力[2]。比如在做法拉第旋光效应实验时，可让学生将激光光源改为光栅单色仪，并自己进行较复杂的实验系统的设计，并根据实际操作不断调整设计，直至得到满意的结果。

再次，在实验中引入计算机技术，利用计算机模拟实验是光学实验发展的一种趋势。利用计算机模拟物理光学实验，既能够进一步增强实验教学的直观性，还能够培养学生综合应用的能力。所以，应在传统的物理光学实验内容中，更多地增加一些理论模拟性实验，让学生在模拟的过程中，既加深对实验的理解，又将所学的算法语言应用于实际问题处理中，培养他们综合应用知识的能力。

经过多年的努力，我校光电信息科学与工程专业已经建立了自己的工程光学实验室，并单独开设了物理光学实验课，为实验内容的充实准备了良好的前提条件，所以我们应结合现有实验设备对实验内容进行充实和改革，并编写相应的实验教材。

二、以多种组合式教学方法增强学生学习的主动性和创造性

（一）学生的创新意识和创新能力要在学习的主动性和创造性中培养

培养学生的创新精神，首先来源于培养学生的创新意识。所谓创新意识，就是一种不安于现状的求新求精的意识，是一种对于任何未知的问题、未知的领域而不无动于衷的强烈的尝试冲动，它是创新能力的重要心理素质之一。

学生创新能力的培养，不只是一名空洞的口号，而是要扎扎实实地培养学生的积极求异性、敏锐观察力、创造性想象力、独特知识结构、活跃灵感性。而这一切则首先要大力增强学生学习的主动性和创造性。被动的学习，学生只会养成死记硬背的应试学习方法，对所求的问题的答案只求能背能记，不求为什么、是什么，更不会有什么创新的意识。而主动的学习，学生则不满足于对问题的一知半解，而会主动激发去追求为什么、是什么，便有可能产生强烈的创新动机，树立创新目标，发挥创新潜能。

（二）传统物理光学实验教学方法的主要不足

在传统的实验教学过程中，教师往往只注重向学生讲解实验基本理论、实验仪器的使用及实验技巧，而忽略对学生兴趣的激发、思维的开拓[3]。学生则只满足于根据教师的讲授简单重复教材上的实验步骤，测量数据，做出结果，而不会主动思考并探索实验本质和设计实验。这样就难以在学习过程中充分发挥学生的主动性，培养创新能力。所以，為了开拓学生的思维、培养创新能力，还必须对实验课的教学方法进行改革。要着眼于在大力增强学生学习的主动性和创造性中，不断培养学生的创新意识和创新能力。

（三）物理光学实验教学方法改革的实践与探讨

在设置教学方法时，为了增强学生学习的主动性和创造性，可考虑结合学生的特点，采取启发式、讨论式和引导式等多种方法相结合的方式。

一是对于基础性实验，主要采取启发式和讨论式的教学方法，可在课前先提出下次实验要解决的问题及相关要求，启发学生带着问题进行预习。比如在做杨氏双缝干涉实验前，先将下述问题提出来让学生进行预习：（1）实验中，若改变狭缝的位置，使得它上移或者下移，那么干涉条纹是否会整体移动？若移动，则移动方向如何？干涉条纹的疏密程度是否会发生改变？（2）实验中，若改变双缝的间距，则干涉条纹零级明纹的中心位置是否会改变？干涉条纹的疏密程度是否会发生改变？上课时对个别实验可打破传统的教师讲解后学生再进行实验的教学方式，改由学生讲解后，教师指点、提出问题，并与学生一起讨论的方式，引导和鼓励学生大胆去思考并提出不同见解。

二是对于设计性、综合性实验，主要采取引导式的教学方法，教师只进行引导性的指导，学生自己设计实验方案、进行实验，并分析实验结果。比如在做电光调制、法拉第旋光效应等实验时，则是在老师的指导下，以学生自己设计实验方案为主。

三是对于一些较复杂、难度较大的实验还可以采取现场演示与计算机仿真相结合的教学方法，这种将现代教育技术应用在实验教学中的方法可弥补传统实验教学手段的不足，拓展学生的视野，提高学生的学习兴趣和教学效果[4]。

三、以多元化考核制度培养学生的实践动手能力和职业素质

（一）大学生职业素质的基本要求

所谓职业素质，就是从事某种职业的劳动者对本职业的了解和适应能力的一种综合素质，主要包括三个方面的内容：即职业技能、职业道德和职业精神。一个人的职业素质是需要通过职业教育、职业实践和职业修养等多种途径逐渐形成，并稳定、发展起来的，而大学阶段教育则在人生的职业素质的形成方面起着基础性的作用。因此，在大学阶段教育中应重视学生职业素质的培养，为学生奠定良好的职业素质基础。

（二）物理光学实验考核与大学生职业素质的培养

为了达到良好的教学效果，除了设置好实验内容和教学方法外，还应建立科学合理的考核制度。物理光学实验课的考核以前主要以针对实验操作和实验报告的考核为主，但由于实验教学是一种过程教学，其过程往往比结果更重要。实验前的预习、实验中的操作、实验后对设备的整理、实验数据的分析、实验报告的撰写等过程既需要学生自己动手动脑来完成，也需要和同学协作配合来完成。因此，整个实验过程不仅可以培养学生的实践动手能力和应用能力，还可以培养学生的职业素质。所以在制定考核制度时，应将实验的各个环节都纳入考核范围内，建立多元化的考核制度，才能对学生的实验情况进行全面、综合的评定，以调动学生的学习积极性，提高学习效果。

（三）物理光学实验考核制度的实践与探讨

考核主要包括过程考核和期末考核两大部分，过程考核是对每次实验的考核，期末考核是学期末对整门课程学习情况的考核;过程考核成绩和期末考核成绩分别占实验课总成绩的60%和40%，具体考核方法如下。

1. 过程考核：每次实验都应对学生的预习情况、实验操作、实验报告及实验态度等进行考核、评定成绩，这些成绩的综合即为学生这次实验的成绩;各次实验成绩的综合即为学生本门课程过程考核的总成绩。对预习情况进行考核时，为了避免学生并没有真正预习，只是抄袭了书本内容或他人预习报告的问题，不仅要对预习报告进行考核，还要以提问的方式对学生在预习时对实验目的、实验原理、实验内容、实验步骤及实验注意事项等的了解情况进行考核[5]。對实验操作进行考核时，重点考察学生能否运用所学光学知识快速调节光路，实验操作是否规范，使用仪器的方法是否正确，碰到仪器出现故障时是否能冷静排除，读数是否科学合理，记录是否详细、正确等。对于能力较强的学生，还可以提一些能拓宽实验内容的问题，使他们能多一些思考和动手的机会，以培养创新能力[6]。对实验报告进行考核时，重点考察实验报告中数据的处理、误差的分析、图表的绘制、思考题的解答及实验体会等。对实验态度进行考核时，重点考察学生的考勤、是否遵守课堂纪律、是否认真独立完成实验、是否爱护仪器设备及实验结束后是否整理设备等。

2. 期末考核：期末考核在课程结束后进行，是对整门课程所学知识的巩固和加强。期末考核可采取的形式有笔试考核、实验操作考核及设计性实验的考核等。笔试考核时除了考察基本理论外，还应针对实验过程中出现的现象进行重点考察，以激发学生探究实验现象的兴趣，从而培养其分析问题、解决问题的能力。实验操作考核可采取随机抽签的方法让学生现场做一个平常做过的实验或实验中的一个环节的方式进行，同时教师还可以针对学生的实验现场提问，学生口头回答。设计性实验的考核可以通过让学生进行新的实验设计，或对做过的实验进行改进的方式进行，结果以小论文的形式体现出来，这样可以很好的培养学生综合应用所学知识的能力及创新的能力。

四、以科研带动实验教学激发学生的科研潜能和创新能力

（一）关于大学生的科研潜能与创新能力

潜能就是人体潜在的能力。大学生的科研潜能和创新能力，也就是大学生潜在的开展科学研究的潜能和不断创新的能力。当今世界，国际经济竞争不断加剧，全而竞争的焦点在于谁能培养出更多的创新人才并占领高新科技的制高点。国家经济社会的不断向前发展，需要一大批善于探索问题、解决问题的人才，全国各高等院校越来越重视高素质人才的培养，大学生科研训练是深化高校创新创业教育改革的重要抓手，也是提升大学生创新思维、创业意识、创新创业能力的重要手段。国家要求，高等教育要坚持以人为本、全面推进素质教育，重视培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神，普遍提高全体大学生的人文素养和科学素质。在大学生的素质教育中，激发和培养大学生大学生的科研潜能和创新能力，是提升大学生创新创业能力的重要途径之一，也是我们普通高校教育教学改革当前所面临的重要课题。

（二）实验教学与大学生的科研潜能与创新能力的开发

培养拔尖创新人才，是教育，特别是高等教育肩负的重要使命。创新人才的培养应以全面发展为基础，而全面发展应以创造性的发展为最高目标。大学生科研潜能与创新能力的开发，对学生创新意识与创新思维的培养、创造性潜能的挖掘、知识领域的拓宽、专业技能的训练及综合素质的全面提高都具有极其重要的作用。

实验教学是高等教育的重要环节，是开发学生的科研潜能和创新能力的重要途径。将某些科研课题的相关任务引入到实验教学中来研究解决，让学生参与其中的设计与操作，对开发学生的科研潜能和创新能力无疑将起到重要的作用。同时，将学校的科研资源引入到实验教学中，更能进一步提高实验教学的质量，提高学生综合应用知识的能力和创新能力。

（三）以科研带动物理光学实验教学激发学生科研潜能的实践与探讨

一是让学生在科研项目的研究过程中开发科研潜能和创新能力。科学源于实践，而实验是教学和科研中重要的实践性环节，为了能有效的激发学生的科研潜能，培养其创新能力，可让学生参与到教师的科研项目中来，让学生了解和感受科研的过程，从而从实际项目的开发中得到锻炼。可在满足现有实验教学条件的基础上，将科研项目中与本课程有关的内容单独设题做为实验课的选做内容，供对科研感兴趣的学生选择，并将这一项成绩作为整门实验课成绩的加分项。

二是在科研型实验的教学过程中开发学生科研潜能和创新能力。在科研型实验的教学过程中，要让学生作为主体参与实验活动全过程，教师只是启发者、引导者和指导者;教师只提出实验的基本要求和研究目标，学生进行独立思考、查询资料、制定实验方案、调试仪器、实际操作仪器、处理数据、分析结果等全程性实验内容，最后由教师组织进行答辩，给出成绩[7]。将科研与实验教学相结合，不仅可以保证实验内容的新颖性与丰富性、培养学生的科研及创新能力，学生在做此类实验过程中的新想法与成果又会对教师的科研工作产生启发作用，且在教学过程中出现的新问题又能促使教师去搞科研，这样可以使得实验教学与科研相互促进。

三是在科研人员和实验教师的共同引导下开发学生科研潜能和创新能力。无论是在科学研究活动中，还是在实验教学过程中，科研人员和实验教师都要把开发学生的科研潜能和创新能力作为科研和教学的一项重要任务。既要放手让学生独立思考和独立操作，不怕学生出错;又要善于引导学生去正确思考和正确操作，尽量让学生少走弯路。

五、结语

通過上述对物理光学实验课程的教学内容、教学方法及考核制度的改革，并通过将科研与教学相融合，以科研带动实验教学的方式，真正实现了在本门课程的学习中以学生为主体，从而极大的激发了学生的学习积极性和主动性，提高了学生的实践能力和创新能力，为他们以后继续深造或就业奠定了坚实的基础;且以后对物理光学实验课程的改革必须不断深化，以适应社会对教育需求的快速发展。

参考文献：

[1] 沈元华，马秀芳.在普物光学实验教学中开设研究性实验[J].大气与环境光学学报，2005，18（2）：110-112.

[2] 鄂茂华，曾昭宏.改革物理光学实验教学模式的探讨[J].实验技术与管理，1996，（1）：58-59.

[3] 居桂方.“激光原理”实验教学改革的探索与实践[J].广东工业大学学报（社会科学版），2005，5（z1）：140-141.

[4] 丁群，何莉，戚磊.深化实验教学改革，提高学生的综合素质[J].机械职业教育，2008，（2）：34-35.

[5] 余善好，孙权海，吴诗芬.大学物理实验考核模式探索[J].电脑知识与技术，2016，12（2）：147-149.

[6] 彭小兰，王红成，张绍强.光学实验考核方法的探索[J].当代教育理论与实践，2012，（7）：113-116.

[7] 孔滨，孔德玉，赵举中等.强化科研反哺实验教学，培养学生创新能力[J].实验技术与管理，2010，27（6）：147-149.