【摘 要】 分析、總結(jié)當(dāng)前物理光學(xué)課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，即理論枯燥、概念抽象、學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)以及輔助教學(xué)效果不明顯等。圍繞這些問(wèn)題，從基本理論、典型物理模型、知識(shí)之間關(guān)聯(lián)性以及計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)輔助五個(gè)方面對(duì)物理光學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行改革及實(shí)踐，獲得了較好的效果。

　　【關(guān)鍵詞】 物理光學(xué);課程教學(xué);教學(xué)改革

　　1 物理光學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題

　　1.1 數(shù)學(xué)和電磁理論基礎(chǔ)薄弱，重結(jié)論輕過(guò)程，不能領(lǐng)會(huì)結(jié)論的物理內(nèi)涵及思想物理光學(xué)中很多重要結(jié)論都涉及到以電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)的比較復(fù)雜數(shù)學(xué)推導(dǎo)，如基爾霍夫衍射公式、晶體光學(xué)的菲涅爾方程以及光與介質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論等[2] 。很多學(xué)生面對(duì)復(fù)雜、枯燥的推理過(guò)程往往沒(méi)有耐心，不能積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，采取只死記硬背公式和結(jié)論的消極學(xué)習(xí)方法，沒(méi)有領(lǐng)會(huì)公式和結(jié)論所蘊(yùn)含的物理意義，更沒(méi)有從這些推理過(guò)程中獲得物理思維的鍛煉和培養(yǎng)。而且，過(guò)多的理論推導(dǎo)和復(fù)雜數(shù)學(xué)公式還使得一些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差的學(xué)生一開(kāi)始產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)信心不足。

　　1.2 注重知識(shí)的積累，忽視了知識(shí)的消化和內(nèi)化在物理光學(xué)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生往往只注重結(jié)論的簡(jiǎn)單記憶，忽視了結(jié)論的由來(lái)、物理內(nèi)涵以及與其它結(jié)論之間關(guān)聯(lián)性的分析和總結(jié)，從而將其消化和內(nèi)化。例如，對(duì)光波的時(shí)間域頻譜特性與空間域頻譜特性而言，學(xué)生普遍能夠很快很好地掌握前者，而對(duì)后者，由于以前接觸較少，相對(duì)比較抽象，只有少數(shù)學(xué)生可以較快較好地掌握。由于知識(shí)只是在大腦中的簡(jiǎn)單堆積，并沒(méi)有被消化和內(nèi)化到自身知識(shí)體系和思維中，不僅自身分析、處理問(wèn)題的方法和能力得不到鍛煉，而且隨著課程進(jìn)度的不斷推進(jìn)，知識(shí)點(diǎn)越來(lái)越多而雜，學(xué)習(xí)困難越來(lái)大，甚至出現(xiàn)學(xué)習(xí)興趣銳減和作業(yè)抄襲的現(xiàn)象。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)理論教學(xué)促進(jìn)作用不明顯物理光學(xué)課程中包括16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，目的是通過(guò)一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)物理光學(xué)重點(diǎn)知識(shí)的理解和掌握。但是，由于存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)進(jìn)度不匹配，學(xué)生并沒(méi)有帶著疑問(wèn)和懷疑的態(tài)度去做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)興趣不高。再加上物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)一般實(shí)驗(yàn)操作比較復(fù)雜，學(xué)生往往疲于應(yīng)付基本的實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)相應(yīng)問(wèn)題的思考不夠，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)對(duì)理論的補(bǔ)充和拓展效果并不明顯。

　　2 物理光學(xué)教學(xué)改革的探索

　　2.1 凝練基本理論的導(dǎo)出，鍛煉學(xué)生思維對(duì)較復(fù)雜的理論導(dǎo)出進(jìn)行凝練，挖掘其內(nèi)在的邏輯關(guān)系和導(dǎo)出過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，構(gòu)建直觀、清晰的物理圖像，將學(xué)生先從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算中解放出來(lái)，對(duì)理論的導(dǎo)出有一個(gè)直觀、整體的認(rèn)識(shí)。再針對(duì)其中的一些關(guān)鍵數(shù)學(xué)推導(dǎo)進(jìn)行重點(diǎn)講解，一方面使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)其物理內(nèi)涵，另一方還可以增進(jìn)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)之美的體會(huì)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)復(fù)雜理論導(dǎo)出學(xué)習(xí)的興趣。例如在基爾霍夫衍射公式導(dǎo)出過(guò)程中，我們首先給學(xué)生明確這次課的主要目的，即獲得夫瑯和費(fèi)衍射和菲涅爾衍射的基爾霍夫衍射積分公式，為后面學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備，以及基爾霍夫衍射公式導(dǎo)出的基本流程和各部分關(guān)鍵問(wèn)題，讓學(xué)生從整體上把握本次課的脈絡(luò)、框架和物理圖像。其次，針對(duì)理論導(dǎo)出中各個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，例如由場(chǎng)論中的格林定理導(dǎo)出基爾霍夫積分定理、小孔衍射特點(diǎn)及其在基爾霍夫積分定理中的具體體現(xiàn)以及基爾霍夫衍射公式的幾個(gè)關(guān)鍵近似處理進(jìn)行詳細(xì)地講解和演算，使學(xué)生逐個(gè)掌握，并在此基礎(chǔ)上感受?chē)?yán)密的理論推演的內(nèi)在美，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。最后再次結(jié)合理論導(dǎo)出的基本流程和關(guān)鍵問(wèn)題對(duì)整個(gè)課程進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)一步固化學(xué)生對(duì)物理圖像和物理內(nèi)涵的理解。經(jīng)過(guò)幾年的不斷嘗試，現(xiàn)在在講授這些較復(fù)雜的理論導(dǎo)出時(shí)，學(xué)生積極性和接受程度都有了顯著地提高。

　　2.2 以典型物理模型為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)拓展歸納、總結(jié)能夠反映物理光學(xué)各部分內(nèi)容的典型物理模型，并以它們作為課堂教學(xué)切入點(diǎn)，進(jìn)行重點(diǎn)講解，不僅使學(xué)生能夠掌握模型的物理內(nèi)涵，而且還要使學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)模型所蘊(yùn)含的分析問(wèn)題、處理問(wèn)題的思想和方法。引導(dǎo)學(xué)生利用模型的結(jié)論和分析方法去分析、探討新的相關(guān)知識(shí)。例如，在光的干涉這部分內(nèi)容中，只需要重點(diǎn)講解雙縫干涉、平行平板的干涉以及楔形平板的干涉三個(gè)基本物理模型的干涉情況及其中蘊(yùn)含的物理思想和分析方法。對(duì)于其它干涉系統(tǒng)產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象，如菲涅爾雙棱鏡、菲涅爾雙面鏡、渃埃鏡、劈尖、薄膜、邁克爾孫干涉儀、馬赫-澤德干涉儀以及法布里-珀羅干涉儀等產(chǎn)生的干涉，可以通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生首先將其歸納到上面三個(gè)基本物理模型所代表的類(lèi)型中，然后利用在典型模型中獲得的物理思想和分析方法進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)。這樣學(xué)生就可以以基本干涉模型為基礎(chǔ)，積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)其它相關(guān)的光的干涉知識(shí)，不斷地拓展和深化自己對(duì)光的干涉的認(rèn)識(shí)和理解。采用這中嘗試后，由于學(xué)生自己可以以基本物理模型為基礎(chǔ)對(duì)新的知識(shí)進(jìn)行分析和研判，在教學(xué)過(guò)程中師生之間互動(dòng)比以前暢通多了，還有一些學(xué)生課堂上提出了一些非常好的問(wèn)題和觀點(diǎn)，說(shuō)明學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性有了顯著地改善。

　　2.3 強(qiáng)化知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性，促進(jìn)知識(shí)的二次消化物理光學(xué)中很多知識(shí)點(diǎn)之間都存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性[3] 。這既包括同一部分不同知識(shí)點(diǎn)之間，例如光波場(chǎng)的時(shí)間頻率域和空間頻率域表示，晶體各項(xiàng)異性的折射率橢球、折射率曲面、波失曲面和菲涅爾橢球表示法，自然雙折射和感應(yīng)雙折射等;也包括不同部分知識(shí)點(diǎn)之間，例如光的干涉和衍射、各向同性介質(zhì)界面的折反射與晶體界面的折反射等。挖掘并理清這些知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，一方面將極大地促進(jìn)學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)物理內(nèi)涵、外延及其相關(guān)應(yīng)用的理解和把握，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的二次消化，使其得到進(jìn)一步升華，內(nèi)化到學(xué)生知識(shí)體系之內(nèi)及自身能力之中。另一方面，通過(guò)知識(shí)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)可以通過(guò)類(lèi)比等方式，從簡(jiǎn)單易懂的知識(shí)入手，逐步加學(xué)生深對(duì)相對(duì)復(fù)雜難懂的知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。例如，對(duì)各向同性介質(zhì)界面的折反射，學(xué)生一般都很容易掌握，但對(duì)晶體界面的折反射就感覺(jué)難度較大。但是，若將二者對(duì)比起來(lái)，除了晶體界面折反射涉及到不同方向有不同折射率外，其它兩者完全一樣，這樣有利于學(xué)生更好理解光波在晶體界面折射和反射。除了課堂上適當(dāng)利用知識(shí)之間關(guān)聯(lián)性促進(jìn)、加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解外，我們還嘗試將一些知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性作為課后練習(xí)，讓學(xué)生自己挖掘、總結(jié)。例如，學(xué)術(shù)一般知道干涉和衍射實(shí)際上都是光波相干疊加引起的光強(qiáng)的重新分布，但對(duì)它們的具體差異感覺(jué)比較模糊。為此，我們以討論雙縫干涉和雙縫衍射的異同作為一次課后討論作業(yè)，讓學(xué)生進(jìn)行課后探討。結(jié)果不僅進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)生對(duì)干涉衍射物理本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和理解，而且很多同學(xué)由于在本次作業(yè)中表現(xiàn)突出，獲得了一定的成就感，大大地增強(qiáng)了其學(xué)習(xí)的積極性。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　針對(duì)物理光學(xué)涉及到較多復(fù)雜數(shù)學(xué)公式，理論性較強(qiáng)，概率較抽象，識(shí)點(diǎn)多而雜，容易混淆的特點(diǎn)，為了提高物理光學(xué)教學(xué)效果，我們物理光學(xué)教學(xué)組針對(duì)物理光學(xué)中的基本理論、典型物理模型、知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)等進(jìn)行總結(jié)、歸納和凝練，并在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行相關(guān)的教學(xué)嘗試和改革。此外，我們還探討了借助計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)以實(shí)現(xiàn)對(duì)理論教學(xué)的補(bǔ)充、拓展及深化的途徑和方法。這些探討和實(shí)踐將學(xué)生從枯燥的理論中解脫出來(lái)，激發(fā)了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，不僅促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)物理內(nèi)涵的理解和掌握，還鍛煉和培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題、處理問(wèn)題的思維和能力。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]哈斯烏力吉,呂志偉,張愛(ài)紅,等.物理光學(xué)教學(xué)改革的探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2007,(S1).

　　[2]王偉.物理光學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2011.28(4):110-111.

　　《物理光學(xué)課程教學(xué)改革的探索》來(lái)源：《輕工科技》，作者：李 錢(qián) 光 ， 易 旭 農(nóng) ， 陳 歡 ， 張 秀。