大学物理中光学教学的现状与思考

杨鹏 赵治杰 袁庆新 陈雷明 段向阳 付林杰 王海丽

摘 要：在大学物理中光学部分的实际教学中，由于光学知识点的分散分布特性，不仅光学知识繁杂，而且数学公式众多，证明推导过程复杂，从而容易造成部分学生在实际学习中存在诸多困惑，久之则影响学生的学习兴趣与学习效果。所以需要对现阶段大学物理中的光学教学方法进行不断改进。此外还要注重理论与实践的结合，积极引入课程思政，根据不同专业学生的学习特点，在课堂上采用形象生动的教学活动来吸引学生的注意力，增强广大学生对于学习物理的兴趣。

关键词：大学物理;光学教学;现状与思考

在我国高等院校的大学物理课程改革教学实践发展过程中，不同学校对于大学物理中的各个部分的各种教学方法不断的进行探索与创新，并开拓出多条适合当下大学物理课程教育的可持续发展之路，这种教育改革也正是对教学中存在的诸多问题进行反思的过程。[1]本文通过对大学物理中光学部分的教学方法、教学模式中存在的问题进行剖析、反思，从而不断的对教学进行改善、创新、提高。通过将各种教学理论结合实际教学，并且将启发式的教学方法配合大量简易光学实验、实例等，积极充分的运用到实际教学活动中，以此方式来有效提高学生在学习光学时的兴趣，同时能够实现学生手脑的综合运用，锻炼学生思维的发展的同时提高动手能力，促进学生的全面发展。

1 大学物理中光学教学的问题反思

1.1 孤立的看待大学物理中的光学知识

大学物理中的光学部分主要以波动光学为主，具有一定的独特性。虽然整体教学难度不高，但如果忽略了整个大学物理中各部分知识的统一性，孤立的看待其中的光学部分，则会无形中降低光学部分的教学效果。光学部分中的波动光学与大学物理中的振动学和波动学两部分有着密切的联系，并以振动方程和波动方程为基础。如果学生在之前的学习过程中没有理解振动与波动二者的区别和联系，那么在对光的波动方程的推导过程中就会存在不小的疑惑，继而无法理解干涉的物理本质，以及衍射与干涉的区别和联系。从而导致对整个波动光学停留在表面的认识，而不理解其中的物理本质，逐渐的失去学习的兴趣。所以，教师在大学物理的教学准备中应该把大学物理作为一个统一的整体，注重挖掘各部分知识点的物理本质，以及与其他部分知识点的内在联系，并在教学过程中向学生强调这种知识点内在的关联性，使学生在学习过程中也认识到公式或定理与其他公式定理的关系，做到知其然也知其所以然。

1.2 在物理教学过程中重理论轻实践

大学物理中光学部分的另外一个教学难点就是理论与实践的结合。[2]历史上，对波动光学的研究始于光的衍射现象，因为衍射现象在生活中是经常能够出现的，物体实际的影子往往要比按照光沿直线传播所计算出的影子要小，只有光的波动性能够解释这一现象。虽然定性解释衍射现象比较简单，但定量解释确实十分复杂的，其过程中存在大量复杂的计算与推导过程。因此，在实际的教学中，往往先从较简单的干涉现象入手。虽然通过杨氏双缝干涉实验这一经典的实验来定量的解释干涉现象较为容易，但干涉现象在生活中却是十分罕见的，因为相干光的条件比较苛刻，生活中很难遇到。如果教师在授课过程只中注重理论教学，不进行实物展示或者实验演示，就会导致了学生对干涉现象没有一个直观的认识，进而对课堂上所讲的干涉中的定量计算、推导过程的理解也无法以实际现象为背景，不能建立其与研究对象的内在联系，导致不能深刻理解干涉的物理意义。为了应付考试只能死记硬背课本上的概念与公式，结果是只知其然不知其所以然，达不到良好的教学效果。长此以往，学生的学习兴趣和学习自主性表现越来越淡，对光学知识点的掌握力度越来越差，甚至可能还会出现部分学生厌学或者学生逃课的不良现象。

2 大学物理中光学教学的实践运用

2.1 注重物理教学过程中知识点的连贯与统一

在光学教学中的教学方法可以运用纵向教学。[3]一方面，在教学初期就向学生强调光的波动性与前面所学的波动学的关系，并带领学生回顾波动方程的推导过程。另一方面，在讲授光学基本概念（如相位、光程、波数等），或光学现象的定量解释（如干涉、衍射的公式推导）过程中，反复强调所学内容与波动方程的关系，以及与前面光学知识的联系。这样—来，知识的基本逻辑结构体系就形成了，学生就有可能将前后两节课（甚至之前更久）所学的两个知识体系加以紧密关联，得到更佳的综合学习效果。例如，通过复习波动中相位的概念使学生能够有效的理解光程的物理意义。教师在此可以运用举例的方法，引导学生去主动对光程进行思考和讨论。相同频率的光在真空中或水中通过相同的路程，相位的改变是否相同？为什么会不相同？如何更直观的恒量相位的改变？通过这一系列连贯的思考与讨论，能够使学生更有效的在课堂里学习，从而对光程有更深刻的认识。

2.2 注重光学实验在课堂上的作用

大学物理课堂教学中引入相应的演示实验能够提高学生学习兴趣，提高教学效果，光学的教学也是如此，但如何选择合适的演示实验需要教师认真思考。首先，实验要与所讲知识点高度契合;其次，课堂实验演示不能花费太多时间，因为是理论课并不是实验课;最后还要方便携带，便于展示。基于以上三点，教师可以准备一些相关的光学元件，如小型的透镜、光栅、偏振片、方解石晶体等等，配合教师上课所用的激光笔，便能做出许多种演示实验;教师也可以自己动手准备一些实验器材，如讲到杨氏双缝干涉实验时，由于激光笔是一个很好的相干光源，只需要解决双缝就可以了，通过用小刀或针尖在金属箔片上刻画两道划痕就能满足要求，金属箔片可以采用胶囊包装背后的金属箔，或烤箱用的金属箔。通过用激光照射金属箔片上的狭缝，便可以在教室墙壁上显现出干涉条纹，十分直观的让学生观察到课本上所讲的实验装置，以及所产生的的实验现象。教师也可以准备不同狭缝间距的多张金属箔，或者调整装置与屏幕的距离，让学生通过实验对比的方式，观察屏幕上条纹的变化，更深刻的理解狭缝间距公式中不同物理量的作用与含义。

2.3 积极挖掘光学课程中的思政元素

通过在教学过程中引入课程思政，能够激发学生的学习兴趣、创新精神和爱国热情，培养科学的思维方式，树立正确的人生观价值观。大学物理中蕴含着丰富的课程思政元素，其中的光学部分也不例外，是值得教师进行深入挖掘的。例如，在学习圆盘衍射时，可以引入泊松亮斑的发现经历培养学生实事求是的思维方式。泊松通过理论计算质疑菲涅尔的次波理论，认为圆盘阴影中心出现亮斑是不可能的，然而阿拉果通过实验证实了这个亮斑的存在，事实胜于雄辩，实验证明菲涅尔理论的正确性。不仅说明物理是一门以实验为基础的科学，也证实了实践是检验真理的唯一标准。类似的思政元素在大学物理的各个部分都有很多，只要教师深入挖掘、认真思考，都能够对教学有很大的帮助与提升。

3 結束语

大学物理中光学的教学需要以连续统一的方式看待其与大学物理中其他部分知识点的内在联系，并持续的向学生强调这种不同物理公式、定律间本质上的关系。在实际课程教学中还要注重理论与实践互补作用，通过实物或实验演示让学生对基本的光学现象有直观的认识，从而更好的理解理论推导的过程及其所蕴含的物理规律。教师作为教学过程的引导者，要不断改进大学物理的教学方式，积极引入课程思政，激起广大学生学习物理的兴趣与动力，不断提高学生的学习效果，为学生学习更多的专业知识打下坚固的理论基础。

参考文献：

[1]朱家昆， 肖海波， 郭定和，等. 大学物理中光学教学的探究与思考[J]. 高教学刊， 2015， 000（018）：102-103.

[2]戴鹏鹏， 向美林. 大学物理光学教学实践探究浅谈[J]. 科技资讯， 2017， 015（026）：149-149.

[3]王智勇. 大学物理光学教学方法改革的探索与实践[J]. 知识经济， 2012（06）：163-163.

郑州航空工业管理学院，材料学院

河南牧业经济学院，理学部

河南省教育科学规划2020 年度一般课题“基于专业认证理念的应用理科人才培养研究”（2020YB0151）;

河南省研究生教育改革与质量提升工程项目（YJS2021AL098）;