大學(xué)物理與中學(xué)物理課中有關(guān)幾何光學(xué)部分的銜接教學(xué)研究

李艷紅

摘要： 本文首先比較了教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)編制的理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求（2008年版）（以下簡(jiǎn)稱“要求”）和《全日制普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中關(guān)于幾何光學(xué)部分內(nèi)容的基本要求，對(duì)大學(xué)物理教材和高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教材的恒定磁場(chǎng)部分進(jìn)行了對(duì)比，然后通過(guò)分析總結(jié)了幾何光學(xué)部分在要求和教材內(nèi)容方面的銜接及深入，希望在幾何光學(xué)內(nèi)容的有效銜接方面為大學(xué)物理教材的編寫(xiě)提供一些有益的參考。

關(guān)鍵詞： 大學(xué)物理中學(xué)物理幾何光學(xué)銜接

中學(xué)物理課程與大學(xué)物理課程在教材上有著一定程度的重復(fù)，更有著深度、廣度與難度的提高和拓展，不可避免地在大學(xué)物理與中學(xué)物理之間存在著內(nèi)容和環(huán)節(jié)上的一些脫節(jié)。因此，找到大學(xué)物理教材和中學(xué)物理教材內(nèi)容上的銜接點(diǎn)，然后抓住銜接點(diǎn)使大學(xué)新生順利完成從中學(xué)向大學(xué)的過(guò)渡，不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的興趣，而且有助于大學(xué)后繼課程的學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。因此，對(duì)現(xiàn)行大學(xué)物理課程和中學(xué)物理課程的銜接情況進(jìn)行研究具有一定的必要性。

本文中，以理工科類所采用的大學(xué)物理教材、普通高中理科生所采用的人教版物理教材和初中生采用的人教版物理教材（主要是前兩者）為參考，對(duì)大學(xué)物理的幾何光學(xué)部分（大學(xué)物理下冊(cè)第17章幾何光學(xué)［1］）如何與中學(xué)物理中相應(yīng)知識(shí)（選修2—3的第1章光的折射和第2章光學(xué)儀器［2］）銜接的問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討，理清這些問(wèn)題將有助于促進(jìn)大學(xué)物理課程改革健康有序地發(fā)展，同時(shí)也希望為中學(xué)物理課程改革提供一定的借鑒。

1.大學(xué)物理課程和中學(xué)物理課程基本要求的對(duì)比

對(duì)照《大學(xué)物理基本要求》［３］與《全日制普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（簡(jiǎn)稱為《新課標(biāo)》），從教學(xué)目標(biāo)看，《中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)》把基礎(chǔ)物理知識(shí)與技能學(xué)習(xí)、自主探究的過(guò)程訓(xùn)練和方法體驗(yàn)、情感與價(jià)值觀的培養(yǎng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。而《要求》則強(qiáng)調(diào)在系統(tǒng)掌握物理知識(shí)和方法的同時(shí)，還要注重培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)三方面的協(xié)調(diào)發(fā)展。顯然，大學(xué)物理教學(xué)要求是在高中物理要求的基礎(chǔ)上加以提高。

所以，將《要求》和《新課標(biāo)》中對(duì)幾何光學(xué)部分的基本要求做比較，分析大學(xué)物理中幾何光學(xué)部分知識(shí)點(diǎn)的分布特點(diǎn)，結(jié)果見(jiàn)下表。

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，大學(xué)物理幾何光學(xué)部分中有60%以上的知識(shí)點(diǎn)在中學(xué)物理中出現(xiàn)過(guò)。然而，大學(xué)物理的內(nèi)容既不能是對(duì)中學(xué)物理知識(shí)的重復(fù)講解，又不能完全拋開(kāi)中學(xué)物理的內(nèi)容，直接引入新的知識(shí)，否則就會(huì)出現(xiàn)知識(shí)連接脫軌的現(xiàn)象，那么大學(xué)物理應(yīng)該如何銜接中學(xué)物理知識(shí)，并順利引入新的知識(shí)呢？下面我將針對(duì)部分典型問(wèn)題進(jìn)行具體分析。

2.共同涉及知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)要求及教材銜接處理

通過(guò)對(duì)比，大學(xué)物理中幾何光學(xué)部分的知識(shí)點(diǎn)在中學(xué)物理中已涉及的主要有以下幾個(gè)：幾何光學(xué)基本定律、折射率、光在平面上的反射和折射、全反射、薄透鏡及其成像公式和作圖法、光學(xué)儀器。

1）幾何光學(xué)基本定律包括：光的直線傳播定律，光的反射定律（鏡面反射和漫反射），光路可逆性，光的折射定律。前三個(gè)定律一帶而過(guò)，做銜接的鋪墊。

2）折射率：在折射定律中將中學(xué)的折射率細(xì)分為：①相對(duì)折射率=n=（第二種介質(zhì)相對(duì)于第一種介質(zhì)的折射率）；②絕對(duì)折射率n=（相對(duì)于真空的折射率）。然后斯涅耳定律是折射定律的另一種常用形式，由相對(duì)折射率和絕對(duì)折射率兩個(gè)公式推導(dǎo)而來(lái)：nsini=nsinr。

3）光在平面上的反射和折射：大學(xué)物理教材上點(diǎn)了一下實(shí)像和虛像，由同心光束在折射時(shí)被破壞導(dǎo)出一種現(xiàn)象叫像散，從而接入新知識(shí)“視深度”，視深度是入射光線交主光軸的點(diǎn)離界面距離P與折射光線反向延長(zhǎng)線交主光軸的點(diǎn)離界面距離p′，得p′=p。

4）全反射、薄透鏡，薄透鏡的作圖法和光學(xué)儀器部分：除了基本的定義和條件外，還介紹了一些全反射的用途和薄透鏡的一些內(nèi)容，其他只做了解用。

3.新增知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)要求及教材銜接處理

大學(xué)物理幾何光學(xué)部分知識(shí)點(diǎn)中新引入的知識(shí)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：斯涅耳定律、視深度、光在球面上的反射和折射、薄透鏡的橫向放大率、薄透鏡的光焦度與焦距。下面以一個(gè)典型例子分析大學(xué)物理教材對(duì)該部分知識(shí)的設(shè)計(jì)。

如圖，從光源S發(fā)出光線SA到半徑r、曲率中心為C、頂點(diǎn)為O的球面反光鏡AOB上，反射光線交主軸于S′。則光線SAS′的光程為△=nl+nl′；其中（余弦定理）：

光程△是角度φ的函數(shù)，根據(jù)費(fèi)馬定理，物象間的光程應(yīng)取極值或常量。故對(duì)其求導(dǎo)并令其倒數(shù)為零。

=n［2r（r-p）sinφ］+n［-2r（p′-r）sinφ］=0；

化簡(jiǎn)得-=0

在近軸條件下，φ很小，可認(rèn)為cosφ≈1，此時(shí)l≈和l′==-p′；帶入上式得+=

當(dāng)入射光是平行光時(shí)即p=-∞，得p′=，此時(shí)p′即是焦點(diǎn)，焦距f′=可得近軸區(qū)域的球面反射成像公式：+=，是一個(gè)普遍適用的物像公式。

就像這樣的推導(dǎo)方法一樣，先由中學(xué)的知識(shí)開(kāi)端，加進(jìn)大學(xué)物理的內(nèi)容，使定律從理想狀態(tài)的使用條件推廣到普遍適用的公式。

4.結(jié)語(yǔ)

大學(xué)物理中幾何光學(xué)部分的內(nèi)容除一些知識(shí)外，絕大多數(shù)概念學(xué)生在中學(xué)階段已有接觸，故教材設(shè)計(jì)中的展開(kāi)應(yīng)適度，避免重復(fù)。

對(duì)于大學(xué)物理中的新增知識(shí)點(diǎn)，由于大學(xué)生都已初步具備了獨(dú)立思考、分析和應(yīng)用知識(shí)的能力，就不能像對(duì)待中學(xué)生一樣，應(yīng)用圖畫(huà)或大量例子使其理解的設(shè)計(jì)方法，大學(xué)教材對(duì)新知識(shí)的設(shè)計(jì)，應(yīng)注重知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，注重綜合分析能力和知識(shí)應(yīng)用能力的鍛煉，還應(yīng)突出設(shè)計(jì)手法上的靈活多變?？傊?，大學(xué)物理教材的設(shè)計(jì)在知識(shí)的銜接上既不能繁瑣地重復(fù)講解，又不能出現(xiàn)知識(shí)的斷點(diǎn)，這樣才能真正做到大學(xué)物理教材設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

［1］尹國(guó)盛，彭成曉.大學(xué)物理（下冊(cè)）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］張大昌，彭前程等.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理選修3—1.人民教育出版社，2007.

［3］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(huì)物理課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì).理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求［M］.北京：高等教育出版社，2008.