淺談“以人為本”的教學(xué)理念在“物理光學(xué)”教改中的實踐

楊秀芳+張文英

摘要：“物理光學(xué)”是研究光的本性、光的傳播和光與物質(zhì)相互作用的一門科學(xué)，是理工大學(xué)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握光在介質(zhì)中傳播的基本規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生用相關(guān)知識分析問題解決問題的能力，同時為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。根據(jù)物理光學(xué)課程內(nèi)容的特點，結(jié)合“以人為本”的教學(xué)理念，對本門課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等進行了探討，通過教學(xué)實踐，證明有一定的成效。

關(guān)鍵詞：物理光學(xué)；以人為本；教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）46-0069-02

一、引言

物理光學(xué)是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它不但是后續(xù)課程，如“光纖光學(xué)”、“光信息處理”、“激光技術(shù)”、“光纖通訊技術(shù)”的基礎(chǔ)，而且是今后從事科研中不可缺少的基礎(chǔ)內(nèi)容[1，2]。早幾年前，在物理光學(xué)教學(xué)中的基本思想是：多、深、全。多，強調(diào)課堂上以老師講授為主，并盡可能傳達多的信息量給學(xué)生，這勢必導(dǎo)致學(xué)生在課堂上對知識的被動接受，不能發(fā)揮其主動思維的作用，從而失去對這門課程學(xué)習(xí)的興趣；深，追求理論公式推導(dǎo)的邏輯性、嚴謹性，以達到課堂內(nèi)容的完整性和系統(tǒng)性。物理光學(xué)是以光的電磁場理論為基礎(chǔ)，研究光在不同介質(zhì)中傳播的規(guī)律，理論知識抽象枯燥，在公式的推導(dǎo)中需要學(xué)生有扎實的高等數(shù)學(xué)知識以及靈活運用知識的能力，這樣增加了課程學(xué)習(xí)的難度，影響教學(xué)效果；全，要求課堂教學(xué)盡可能覆蓋教材上的內(nèi)容，這樣，模糊了課程的重點內(nèi)容的突出，也會有相當一部分學(xué)生跟不上課堂節(jié)奏。

鑒于以上存在的問題，在物理光學(xué)教學(xué)中，貫徹“以人為本”的教學(xué)理念，提出了從以下四點進行教學(xué)改革，在實踐中取得一定的成效。

二、增加課堂內(nèi)容的趣味性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性

“以人為本”的教學(xué)理念就是“以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，強調(diào)學(xué)生在教學(xué)過程中的參與作用，把開發(fā)智力，啟迪思維，培養(yǎng)創(chuàng)造力放在首位”。為此增加課堂內(nèi)容的趣味性，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。例如在課堂上，以講故事的形式，向?qū)W生介紹光學(xué)發(fā)展史上里程碑的事件、相關(guān)科學(xué)家的生平、現(xiàn)代光學(xué)發(fā)展的前景等，吸引學(xué)生的注意力，活躍課堂氣氛，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的信心；另外采用以問題帶動教學(xué)的方法，啟發(fā)學(xué)生思維，引出要講解的理論知識，再反過來用講解的理論知識解釋所提出的問題。例如在講授光學(xué)薄膜時，讓同學(xué)們互相觀察對方的眼鏡片，會問大家為什么眼鏡片會呈現(xiàn)紫紅色呢？在講解多光束干涉時，會問大家，為什么干涉濾光片會從白光中濾出單色光呢？為什么F-P干涉儀的干涉條紋與雙光束干涉條紋相比會那么銳而亮呢？等等。可以先把結(jié)論告訴大家，例如告訴大家眼鏡片呈現(xiàn)紫紅色，是因為在眼鏡片上鍍了增透膜，以提高眼鏡片的成像質(zhì)量，并可以防止有些波段的光（如紫外光，X射線）傷害眼睛；F-P干涉儀的干涉條紋銳而亮，是因為光在F-P腔中發(fā)生了多次反射和透射，發(fā)生了多光束干涉的原因。然后用講解的理論知識去解釋這些現(xiàn)象。為了加深和鞏固知識，再次以典型的事例或例題形式講解。

三、適當?shù)橄蟮睦碚撏茖?dǎo)過程

物理光學(xué)具有知識點繁、公式多、理論深等特點。對每個物理公式進行完整的推導(dǎo)，這對授課老師提出了更高的要求，老師講得累，學(xué)生聽著也很費勁，影響教學(xué)效果，為此，采取淡化理論公式推導(dǎo)過程的理念，但為了保證教學(xué)內(nèi)容的連續(xù)性和系統(tǒng)性，知識點銜接上的邏輯性，不會使學(xué)生感到突兀，便于學(xué)生的理解和接受，應(yīng)講清公式和基本定理的來弄去脈，講清公示的物理意義，經(jīng)適當?shù)挠?xùn)練，學(xué)生能靈活地運用它。例如，由光的電磁場理論推導(dǎo)出的晶體光學(xué)的基本方程，它描述了晶體中傳播的單色平面光波的基本結(jié)構(gòu)；菲涅耳方程是晶體基本方程的推導(dǎo)，它描述了在晶體中傳播的光，波法線方向k與相應(yīng)折射率n和晶體參數(shù)—介電當量ε之間的關(guān)系，將菲涅耳方程具體應(yīng)用于單軸和雙軸晶體，推導(dǎo)出波法線k方向上的折射率計算公式；另外從晶體的折射率橢球方程出發(fā)研究單軸晶體、雙軸晶體光波波法方向k與折射率n以及電感應(yīng)強度D之間的關(guān)系；光在晶體中傳播的幾何法描述中，應(yīng)用到的折射率曲面方程和射線曲面方程也是由菲涅耳方程的推導(dǎo)。

這些公式是學(xué)生理解光在晶體中傳播特性的基礎(chǔ)，也是制作和應(yīng)用光學(xué)器件的基礎(chǔ)，這部分內(nèi)容不可刪減，但在課堂上要系統(tǒng)地推導(dǎo)出這些公式，沒有5、6個學(xué)時是下不來的，所以對這部分內(nèi)容采取只推演晶體光學(xué)的基本方程和折射率橢球方程，其他公式講清公式和所用理論的來弄去脈，公式所描述的物理意義，突出教學(xué)重點，然后通過講解例題或工程實例幫助學(xué)生理解公式的物理含義，從而也訓(xùn)練了學(xué)生靈活使用這些公式的能力。

四、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，避免不同課程之間內(nèi)容的重復(fù)

我們選用的教材是全國高等學(xué)校工科電子信息類專業(yè)的部級重點規(guī)劃教材?！拔锢砉鈱W(xué)”部分共6章。第1—3章介紹光在各向同性介質(zhì)中傳播的規(guī)律、光的干涉和光的衍射，第4—5章介紹光在各向異性介質(zhì)中傳播的規(guī)律，第6章介紹光的吸收、色散和散射。該教材內(nèi)容完整，涉及面廣，邏輯性強。依以往的教學(xué)理念，希望50學(xué)時的課堂教學(xué)，覆蓋教材中涉及的內(nèi)容，給學(xué)生傳達盡可能多的信息，這勢必會模糊了教學(xué)內(nèi)容重點的突出，而本門課程應(yīng)掌握的基本內(nèi)容沒有時間得到有效的鞏固和加強，針對這種現(xiàn)象，對教學(xué)內(nèi)容進行了調(diào)整，例如，在“光的衍射”這一章中刪除了傅里葉光學(xué)和全息光學(xué)的內(nèi)容，這部分內(nèi)容在后續(xù)專業(yè)課“光信息處理”中會涉及到；將“光的吸收、色散和散射”這一章由必講改為機動，以剩余課時情況而定；另外考慮到專業(yè)課“激光原理”，在典型光波類型的介紹中，對高斯光波講解的內(nèi)容壓縮，因為在“激光原理”中，高斯光波結(jié)構(gòu)應(yīng)是其重點內(nèi)容之一。另外對課堂例題進行了認真篩選，以鞏固基礎(chǔ)知識和實用性為指導(dǎo)思想，這樣不但可以使學(xué)生有效地掌握物理光學(xué)的基本概念、基本原理和處理方法，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定必要的知識，同時讓學(xué)生了解到本門課程的實際應(yīng)用價值，有助于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

五、實驗教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

培養(yǎng)能力強、富有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才，是“以人為本”的重要內(nèi)容。物理光學(xué)實驗是整個物理教學(xué)內(nèi)容的一個重要環(huán)節(jié)，通過實驗一方面加強學(xué)生對課堂理論知識的理解和掌握，另一方面啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，訓(xùn)練學(xué)生的實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。為此在實驗中增加了設(shè)計型實驗，例如，講授了晶體光學(xué)器件后，有設(shè)計型實驗供學(xué)生選做：在給定實驗條件下，①設(shè)計檢驗不同類型波片的實驗，②設(shè)計檢驗不同偏振態(tài)光源的實驗等。以此培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的實踐動手能力和創(chuàng)新意識。

在“以人為本”的教學(xué)理念指導(dǎo)下，對光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的物理光學(xué)教學(xué)實施了以上四點的改革，經(jīng)過多年的實踐，從本門課程考察情況來看，有一定的成效，這增加了授課老師在物理光學(xué)上改革的信心，在改革的道路上我們將不斷探索，為培養(yǎng)綜合素質(zhì)強、創(chuàng)新能力強的人才做不懈的努力。

參考文獻：

[1]黃元申，李柏承，徐邦聯(lián)，張大偉，倪爭技，等.物理光學(xué)本科教學(xué)體會[J].上海：上海理工大學(xué)學(xué)報，2014，36（3）：293-296.

[2]石順祥，張海興，劉勁松.物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.