從光學(xué)談大學(xué)與中學(xué)物理教學(xué)的銜接*

朱偉玲 吳登平 何穎君 陸霽 蘇燕飛 胡素梅 于軍

(廣東石油化工學(xué)院 廣東 茂名 525000)

1 引言

理工科大學(xué)物理是大學(xué)一年級新生的一門公共課，它與中學(xué)物理教學(xué)的目標(biāo)、內(nèi)容、方法、手段等均不相同．大學(xué)新生已習(xí)慣中學(xué)物理的教學(xué)模式，難于適應(yīng)大學(xué)物理的教學(xué)．如何處理好大學(xué)物理與中學(xué)物理教學(xué)的銜接問題，是每位大學(xué)物理教師必須面對的問題；物理同仁也作了大量有益的探索[1～5]．實際上，處理好大學(xué)物理與中學(xué)物理的教學(xué)銜接問題，最終是具體到物理學(xué)中力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、量子物理等各個分科的教學(xué)銜接問題.本文側(cè)重從光學(xué)部分的銜接問題進行一些分析．

光學(xué)是物理學(xué)中一個古老而充滿活力的學(xué)科，包括幾何光學(xué)、波動光學(xué)、量子光學(xué)和現(xiàn)代光學(xué)等分支.在科學(xué)技術(shù)及社會生活中，光學(xué)的原理與應(yīng)用具有重要的地位．從中學(xué)到大學(xué)，光學(xué)都是物理教學(xué)中不可忽視的教學(xué)內(nèi)容．但是，不同層次的光學(xué)教學(xué)內(nèi)容、要求以及相應(yīng)的教學(xué)方法均不相同．因此，大學(xué)光學(xué)與中學(xué)光學(xué)教學(xué)的銜接，包括教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法(含相應(yīng)的實驗方法)等多方面的銜接，且各方面的銜接是相互聯(lián)系、相互支撐的．作為光學(xué)教師，必須同時處理好各方面的銜接．限于篇幅，本文主要討論光學(xué)教學(xué)內(nèi)容處理的銜接問題．做好光學(xué)教學(xué)內(nèi)容處理上的銜接，筆者認(rèn)為可從如下幾方面考慮．

2 明確大學(xué)光學(xué)與中學(xué)光學(xué)的區(qū)別與聯(lián)系

對比《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》[6]與《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》[7]，可以清楚地看出其中光學(xué)部分在大學(xué)與中學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、要求上的區(qū)別與關(guān)聯(lián)．

2.1 大學(xué)光學(xué)與中學(xué)光學(xué)教學(xué)內(nèi)容與要求的不同

初中物理中，要求通過實驗觀察，探究幾何光學(xué)的一些現(xiàn)象與規(guī)律．如光在同種均勻介質(zhì)中的傳播特點，光的反射和折射的規(guī)律，平面鏡成像時像與物的關(guān)系，凸透鏡的會聚作用和凹透鏡的發(fā)散作用，凸透鏡成像的規(guī)律與應(yīng)用，白光的組成等等．初中光學(xué)強調(diào)過程性要求，體會光學(xué)與科學(xué)技術(shù)、社會的關(guān)系，而終結(jié)性的要求多為“了解”或“知道”．

高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中,光學(xué)教學(xué)內(nèi)容同時包括了幾何光學(xué)、波動光學(xué)、量子光學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)的內(nèi)容．通過實驗觀察，理解折射定律、透鏡成像的規(guī)律，了解相關(guān)光學(xué)儀器(照相機、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等)．認(rèn)識光的全反射現(xiàn)象及應(yīng)用，認(rèn)識光纖技術(shù)對經(jīng)濟社會生活的重大影響．通過實驗認(rèn)識光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象以及在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用．根據(jù)光電效應(yīng)及康普頓效應(yīng)，體會光的波粒二象性．了解激光的特性和應(yīng)用，了解常見固體和氣體激光器的原理．高中光學(xué)同樣強調(diào)過程性要求，知道并會運用折射定律、透鏡成像規(guī)律及衍射規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式解決實際問題，但不強調(diào)理論的完整性．

《理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》對光學(xué)教學(xué)作了如下的要求：系統(tǒng)介紹幾何光學(xué)的基本定律和近軸光學(xué)成像的分析方法．重點講述光的干涉和衍射，使學(xué)生掌握判斷波的基本特征．通過干涉和衍射，以及一些光學(xué)器件在現(xiàn)代工程技術(shù)中的應(yīng)用原理學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解光柵光譜的特征以及光譜分析的意義，了解光學(xué)精密測量的基本方法．充分運用多媒體手段展示干涉和衍射現(xiàn)象的規(guī)律及其變化、單縫衍射對光柵衍射的調(diào)制作用及缺級現(xiàn)象、偏振光的獲得等內(nèi)容，幫助學(xué)生加深對光學(xué)基本理論的理解．突出講授光的波粒二象性的物理思想．通過自選專題的學(xué)習(xí)，進一步拓展對激光、信息光學(xué)等知識的了解．經(jīng)過大學(xué)階段的學(xué)習(xí)，理工科學(xué)生能較全面掌握幾何光學(xué)和波動光學(xué)的成套理論及相關(guān)應(yīng)用．對量子光學(xué)及現(xiàn)代光學(xué)的原理與應(yīng)用有了進一步的理解．

可見，大學(xué)物理和中學(xué)物理中，光學(xué)部份的內(nèi)容與要求是不同的．中學(xué)內(nèi)容重點在幾何光學(xué)，大學(xué)重點在波動光學(xué)，尤其是干涉和衍射的理論分析與應(yīng)用．中學(xué)的要求停留在“知道”或“了解”水平上，而大學(xué)物理則要求“理解”與“掌握”其基本原理，強調(diào)學(xué)科理論框架的建立和方法論的理解．

2.2 大學(xué)光學(xué)與中學(xué)光學(xué)教學(xué)內(nèi)容與要求的關(guān)聯(lián)性

盡管大學(xué)光學(xué)與中學(xué)光學(xué)教學(xué)內(nèi)容與要求不同，但并不是相互孤立的，而是有明顯的關(guān)聯(lián)．

初中階段，觀察和了解一些生活中的幾何光學(xué)現(xiàn)象與規(guī)律，定性而不定量．

高中階段，是在初中已有認(rèn)識的基礎(chǔ)上，對幾何光學(xué)的規(guī)律進行定量的描述，如折射定律公式、透鏡成像公式等．同時，在實驗觀察中探究、理解波動光學(xué)、量子光學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)現(xiàn)象與規(guī)律，知道一些定量規(guī)律，但不根究其理論原因．

大學(xué)階段，則在中學(xué)已有知識的基礎(chǔ)上，形成較為完整的光學(xué)理論框架和方法論，重點探究波動光學(xué)(尤其是干涉和衍射)的理論依據(jù)與應(yīng)用價值，對幾何光學(xué)、量子光學(xué)和現(xiàn)代光學(xué)則強調(diào)在中學(xué)已掌握的光學(xué)知識的基礎(chǔ)上，進行原理上的概括，避免不必要的重復(fù)．可見，中學(xué)對光學(xué)知識定性或定量積累，為大學(xué)光學(xué)基本理論的建立，打下了必要的基礎(chǔ)．

3 充分了解大學(xué)光學(xué)與中學(xué)光學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀

雖然各個階段的要求各有側(cè)重，且相互關(guān)聯(lián)，是一項連續(xù)工程.但是，這只是教育管理部門為規(guī)范教學(xué)的一種面上要求，各地的教育實際不一樣，對課程標(biāo)準(zhǔn)的實際執(zhí)行效果也不相同．因此，對中學(xué)光學(xué)與大學(xué)光學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀進行充分的調(diào)研，是搞好銜接的前提[5]．

經(jīng)過對比，不難發(fā)現(xiàn)大學(xué)和中學(xué)光學(xué)教學(xué)具有如下一些特點．

3.1 初中對光學(xué)教學(xué)要求的執(zhí)行效果最好

從初中物理教材和日常的教學(xué)，到中考的導(dǎo)向，光學(xué)都是其中的重點內(nèi)容．這是“生活中的物理”的重要內(nèi)容，容易引入課堂，學(xué)生也有濃厚的學(xué)習(xí)興趣．總體上說，初中光學(xué)教學(xué)達到了課程標(biāo)準(zhǔn)的要求．

3.2 高中對光學(xué)教學(xué)要求的執(zhí)行效果欠佳

目前，各地高中教育在一定程度上仍然是應(yīng)試教育，高考要求往往就是平時的教學(xué)要求．各地高考對光學(xué)部分的要求不高，導(dǎo)致平時教學(xué)對光學(xué)的重視程度不夠．不少學(xué)校僅講授考綱規(guī)定的內(nèi)容，如只講一點光的量子性內(nèi)容，對幾何光學(xué)的定量規(guī)律及干涉、衍射等波動現(xiàn)象則一概不講，光學(xué)教學(xué)遠(yuǎn)未達到課程標(biāo)準(zhǔn)的要求．

3.3 大學(xué)對光學(xué)教學(xué)要求的執(zhí)行效果參差不齊

大學(xué)物理中，對光學(xué)部分的教學(xué)要求也因?qū)W校、專業(yè)而異．教學(xué)時數(shù)不同，則導(dǎo)致授課教師對相關(guān)內(nèi)容的取舍不同，要求也不同．《理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》建議的最低學(xué)時數(shù)為126 學(xué)時.而很多理工科專業(yè)的大學(xué)物理課時數(shù)達不到126 學(xué)時；如筆者所在的學(xué)校就只有112或 108學(xué)時，光學(xué)部分的教學(xué)時數(shù)為12至14學(xué)時，主要講授波動光學(xué)與量子光學(xué).而幾何光學(xué)與現(xiàn)代光學(xué)主要由學(xué)生自學(xué)，在必要時穿插講授．

另外，大學(xué)物理教材中，對光學(xué)部分處理也不統(tǒng)一．有的教材[9]把幾何光學(xué)基本原理作為選學(xué)內(nèi)容，由教師和學(xué)生取舍，這對于教學(xué)時數(shù)較少的專業(yè)來說，未嘗不可．但有的教材[10]完全略去了幾何光學(xué)基本原理部分，這不利于學(xué)生形成完整的光學(xué)理論框架．

4 因才施教精心設(shè)計銜接方案達到光學(xué)教學(xué)的最終目標(biāo)

大學(xué)是基礎(chǔ)光學(xué)最后的學(xué)習(xí)階段，任課教師在組織教學(xué)時，應(yīng)全面了解授課班級的學(xué)生已有光學(xué)知識與能力的情況，針對實際情況，制定相應(yīng)的教學(xué)方案．對學(xué)生的知識和方法進行查漏、拓展、加深，科學(xué)地選用和處理教材，以期達到大學(xué)光學(xué)的教學(xué)目標(biāo)．

4.1 適當(dāng)注意對幾何光學(xué)基本原理的講授

初中只對幾何光學(xué)作一些定性的觀察與總結(jié).高中由于高考對幾何光學(xué)沒有特別的要求，所以教學(xué)中幾乎不講.大學(xué)中由于教學(xué)時數(shù)不足，所以幾何光學(xué)往往不作專門的講授．這樣，學(xué)生對幾何光學(xué)的基本原理就沒有一個總體認(rèn)識．因此，在大學(xué)物理教學(xué)中，要適當(dāng)注意對幾何光學(xué)基本原理，包括光學(xué)儀器的工作原理的介紹，同時要使學(xué)生明確幾何光學(xué)是波動光學(xué)的一種特殊情形．

4.2 波動光學(xué)的講授要循序漸進

波動光學(xué)是大學(xué)光學(xué)最重要的內(nèi)容．本來波動光學(xué)現(xiàn)象首先應(yīng)在高中物理中進行介紹，但同樣是由于高考沒有特別的強調(diào)，所以不少學(xué)生在高中并沒有接觸干涉、衍射、偏振等概念和規(guī)律．因而，大學(xué)物理中，應(yīng)注意針對學(xué)生的實際知識水平，循序漸進地實施教學(xué)．應(yīng)注意如下一些問題：通過實驗或多媒體演示等方式介紹波動現(xiàn)象，結(jié)合已有的波動理論分析相關(guān)規(guī)律，分析光的干涉與衍射的區(qū)別與聯(lián)系；強調(diào)光的偏振性是光為橫波的證據(jù)，分析各種偏振光的特點與產(chǎn)生辦法；指出波動光學(xué)與幾何光學(xué)的區(qū)別與聯(lián)系．

4.3 量子光學(xué)突出講授光的波粒二象性的物理思想

對于光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、氫原子光譜等內(nèi)容，高中物理一般都已講授，所以大學(xué)物理主要是引導(dǎo)學(xué)生體會光的波粒二象性的物理思想，避免不必要的重復(fù)．

4.4 對現(xiàn)代光學(xué)的內(nèi)容可靈活處理

20世紀(jì)60年代，激光的問世為光學(xué)的研究與應(yīng)用提供了良好的光源.從此，光學(xué)與許多科學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合、相互滲透，從而以空前規(guī)模和速度飛速發(fā)展，這就是現(xiàn)代光學(xué)時期．激光廣泛用于軍事、工業(yè)加工、通信、醫(yī)療等領(lǐng)域．對于激光的原理及其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，可引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，要求完成一定的閱讀論文量，作為平時考核的一個參考．平時的教學(xué)中可適當(dāng)滲透相關(guān)的內(nèi)容．

5 結(jié)束語

大學(xué)光學(xué)與中學(xué)光學(xué)教學(xué)的銜接，是大學(xué)物理與中學(xué)物理教學(xué)銜接的一個重要方面．由于高中應(yīng)試現(xiàn)象及大學(xué)課時不夠等原因，使得光學(xué)教學(xué)內(nèi)容處理、教學(xué)方法等方面的銜接存在困難．需要根據(jù)教學(xué)的具體實際，精心設(shè)計教學(xué)方案，實現(xiàn)光學(xué)教學(xué)的有效銜接，以達到大學(xué)光學(xué)教學(xué)的目標(biāo)要求．隨著中學(xué)物理和大學(xué)物理教學(xué)改革(包括大學(xué)物理教材改革)的不斷推進，光學(xué)教學(xué)的銜接問題將越來越容易解決．

參考文獻

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5 朱偉玲，等．重視調(diào)研，實現(xiàn)大學(xué)物理與高中物理教學(xué)的有效銜接．科技信息，2010(4)：13

6 教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會.理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求.北京:高等教育出版社,2008

7 中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)．北京: 人民教育出版社,2003

8 中華人民共和國教育部．全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗稿).北京：北京師范大學(xué)出版社，2001

9 馬文蔚，等.物理學(xué)(第五版)下冊．北京: 高等教育出版社,2006

10 趙近芳.大學(xué)物理學(xué)(第三版)下冊．北京: 北京郵電大學(xué)出版社,2008