論如何改善幾何光學(xué)教學(xué)方法的探討

吐爾遜·買買提

(和田高等師范專科學(xué)校理學(xué)院，新疆 和田 848000)

幾何光學(xué)是光學(xué)學(xué)科中最早發(fā)展出來的分支學(xué)科，是基礎(chǔ)學(xué)科，幾何光學(xué)引入光線概念，研究幾何光學(xué)基本規(guī)律，球面成像概念，薄透鏡成像概念，理想光具組等內(nèi)容。在幾何光學(xué)中，把組成物體的物點看作是幾何點，把它所發(fā)出的光束看作是無數(shù)幾何光線的集合，光線的方向代表光能的傳播方向。在此假設(shè)下，根據(jù)光線的傳播規(guī)律，在研究物體被透鏡或其它光學(xué)元件成像的過程，以及設(shè)計光學(xué)儀器的光學(xué)系統(tǒng)等方面都顯得十分方便和實用。筆者認(rèn)為光學(xué)課程教學(xué)中幾何光學(xué)部分是教學(xué)難點，此內(nèi)容表面上看很容易能掌握，但實際上幾何光學(xué)中部分內(nèi)容特別是費(fèi)馬原理，成像原理，符號法則，單球面成像原理，薄透鏡成像原理等內(nèi)容是教學(xué)難點。大部分《光學(xué)》教材中第一章內(nèi)容安排幾何光學(xué)，學(xué)生起初學(xué)幾何光學(xué)基本定律時感到內(nèi)容很簡單，只是背幾個定律而已，但是經(jīng)過深入學(xué)習(xí)這些定律并將其解決生活中常見的幾個問題時，學(xué)生感覺比較難。所以在教學(xué)中，教師首先應(yīng)深入講解光的直線傳播定律，反射和折射定律。特別注意指導(dǎo)學(xué)生做大量的課外習(xí)題，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際能力，指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用課堂內(nèi)學(xué)習(xí)的理論知識解決生活中的實際問題，最后將這三大定律與費(fèi)馬原理內(nèi)容結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生以費(fèi)馬原理解釋幾何光學(xué)基本定律的內(nèi)容，理解內(nèi)容，解決問題等能力。

本章內(nèi)容后面幾節(jié)的成像基本概念，符號法則，單球面成像和薄透鏡成像定律等內(nèi)容是教學(xué)難點，如果教師起初不重視選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，學(xué)生思想上很容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)這些內(nèi)容沒用，是一種虛擬概念，所以越學(xué)越迷惑，而且這些單球面成像，薄透鏡成像概念等幾節(jié)內(nèi)容互相緊密聯(lián)系，如果其中某一個知識點不理解就會影響整個內(nèi)容的理解，。對此，教師在上課前應(yīng)給學(xué)生介紹教學(xué)方法，教學(xué)用具、學(xué)習(xí)內(nèi)容的順序，這樣有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，避免讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容“是一種虛擬概念”的看法。幾何光學(xué)教學(xué)中根據(jù)內(nèi)容特點應(yīng)用的教學(xué)方法不一樣，比如符號法則的教學(xué)方法。符號法則是單球面成像規(guī)律，薄透鏡成像規(guī)律等內(nèi)容的基礎(chǔ)，所以符號法則是本章內(nèi)容的教學(xué)重點。不同教材中使用的符號法則不一樣，但得出的結(jié)論是一樣的。因為利用不同符號法則推導(dǎo)出的成像公式符號不同和符號法則應(yīng)用方法不同等問題的存在，如果教學(xué)中只講解一種符號法則，學(xué)生可能很容易感覺到迷惑不解，甚至可能懷疑教師講的內(nèi)容是否有錯誤。所以教師在講課時應(yīng)該給學(xué)生講清楚不同教材中應(yīng)用的符號法則不一樣，成像公式符號也不一樣，但是應(yīng)用不同符號法則解決問題時得出的結(jié)果一樣。教師應(yīng)注意以學(xué)生能夠接受的水平講解其它種符號法則，深入講解其它種符號法則學(xué)生很可能容易迷惑不解，進(jìn)而影響學(xué)生的理解能力和學(xué)習(xí)興趣。另外，單球面反射，折射成像，薄透鏡成像概念和理想光具組成像規(guī)律等內(nèi)容教學(xué)難點，此內(nèi)容的特點為內(nèi)容分散，公式多，公式推導(dǎo)過程復(fù)雜，很難理解，應(yīng)用成像公式解決實際問題時需要多做練習(xí)題，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際去解決問題。教學(xué)中嚴(yán)格遵守教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性，我們進(jìn)一步分析以上教學(xué)內(nèi)容很容易發(fā)現(xiàn)一個共同的特點，教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)完全一樣，比如說單球面反射，折射成像和薄透鏡成像概念，首先講解成像公式推導(dǎo)過程，然后推導(dǎo)高斯公式，牛頓公式和作圖法成像過程，最重要的是單球面折射和反射成像內(nèi)容為學(xué)好薄透鏡成像概念基礎(chǔ)，這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)為學(xué)好后幾章常用光學(xué)儀器原理的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，說明這些內(nèi)容具有很緊密的聯(lián)系，所以投入教學(xué)前給學(xué)生講解單球面成像原理和薄透鏡成像原理應(yīng)用方面的內(nèi)容，吸引學(xué)生積極投入學(xué)習(xí)。教學(xué)中仔細(xì)分析每一節(jié)內(nèi)容，利用豐富的教學(xué)資源，課外習(xí)題和動畫課件給學(xué)生深入講解成像公式的推導(dǎo)過程，符號法則的應(yīng)用，高斯公式和牛頓公式的推導(dǎo)過程，作圖法成像過程等內(nèi)容，以豐富的教學(xué)課件，教學(xué)視屏，flash動畫和靈活的教學(xué)方法結(jié)合進(jìn)行教學(xué)有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生理解能力。

根據(jù)以上教學(xué)內(nèi)容分散，公式多，應(yīng)用成像公式解決實際問題形式多種并復(fù)雜特點，通過做大量的課內(nèi)外習(xí)題重視鞏固理論知識。做習(xí)題要注意習(xí)題內(nèi)容由易到難，水平由淺入深。教學(xué)中教師要注意教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和內(nèi)容之間銜接，因為單球面折射，反射成像和薄透鏡成像概念之間有很緊密的關(guān)系和共同的內(nèi)容系統(tǒng)，單球面反射和折射成像概念的學(xué)習(xí)為薄透鏡成像概念的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)，薄透鏡成像概念的學(xué)習(xí)為學(xué)好理想光具組成像概念基礎(chǔ)，最后根據(jù)這些理論知識能分析人眼的基本結(jié)構(gòu)，近視，遠(yuǎn)視眼睛的矯正方法，照相機(jī)，投影機(jī)，望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡等常用光學(xué)基本結(jié)構(gòu)和原理。

教學(xué)中教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點一方面要注意教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性，給學(xué)生講解每一節(jié)內(nèi)容并解釋各節(jié)內(nèi)容具有的共同的教學(xué)系統(tǒng)(比如說每一節(jié)內(nèi)容中有成像公式的推導(dǎo)，高斯公式和牛頓公式推導(dǎo)，作圖法成像等共同的教學(xué)系統(tǒng));另一方面高度重視提高教法和協(xié)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的靈活性，通過課件，flash動畫，演示實驗等各種教學(xué)媒體，重視創(chuàng)造豐富的教學(xué)環(huán)境。

根據(jù)光學(xué)課程的應(yīng)用性強(qiáng)，實驗操作技術(shù)要求高等特點，教學(xué)中要求教師課堂內(nèi)多做演示實驗。演示實驗是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和理論聯(lián)系實際能力不可缺少的教學(xué)手段，教師利用演示實驗儀器講解有些內(nèi)容，特別是單球面反射，折射成像，薄透鏡成像等概念教學(xué)效果最佳，因為成像概念比較復(fù)雜，成像條件不同所獲得成像結(jié)果不同，所以教學(xué)中脫離實踐教學(xué)光講理論部分學(xué)生很容易感到迷惑和反感，教學(xué)中為避免學(xué)生產(chǎn)生教學(xué)內(nèi)容的神秘感，利用演示實驗儀器理論聯(lián)系實際進(jìn)行教學(xué)，而且在課堂內(nèi)多做演示實驗有利于提高學(xué)生動手能力和學(xué)習(xí)積極性。

幾何光學(xué)教學(xué)要求授課教師不但具有豐富的專業(yè)知識，而且要求教師具有豐富的教學(xué)方法和教學(xué)經(jīng)驗，幾何光學(xué)教學(xué)的難點就是要求教師準(zhǔn)備豐富的教學(xué)資源，重視利用多媒體教學(xué)儀器，多媒體課件，flash動畫，演示實驗儀器等現(xiàn)代教學(xué)手段創(chuàng)造教學(xué)環(huán)境，根據(jù)幾何光學(xué)教學(xué)內(nèi)容的分散，公式多，應(yīng)用性強(qiáng)等特點要求教學(xué)中教法要靈活性并理論聯(lián)系實際進(jìn)行教學(xué)。

從以上幾何光學(xué)教學(xué)特點可以看出，幾何光學(xué)的教學(xué)方法凝結(jié)了現(xiàn)代教學(xué)中的先進(jìn)的教學(xué)方法，所以教學(xué)前應(yīng)準(zhǔn)備豐富的教學(xué)手段和教學(xué)資源，同時授課教師也應(yīng)具有豐富的專業(yè)知識和教學(xué)經(jīng)驗。

［1］李春密，項華.高師物理教學(xué)法實驗教學(xué)改革初探［J］.物理實驗，第20卷第五期.

［2］那日，馮璐.光學(xué)實驗教學(xué)法的改進(jìn)［J］.大學(xué)物理，2003(7).

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［4］陳剛.新編物理教學(xué)論［M］.華東師范大學(xué)出版社，2006.