大學物理中光學教學的現(xiàn)狀與思考

楊鵬 趙治杰 袁慶新 陳雷明 段向陽 付林杰 王海麗

摘 要：在大學物理中光學部分的實際教學中，由于光學知識點的分散分布特性，不僅光學知識繁雜，而且數(shù)學公式眾多，證明推導過程復雜，從而容易造成部分學生在實際學習中存在諸多困惑，久之則影響學生的學習興趣與學習效果。所以需要對現(xiàn)階段大學物理中的光學教學方法進行不斷改進。此外還要注重理論與實踐的結(jié)合，積極引入課程思政，根據(jù)不同專業(yè)學生的學習特點，在課堂上采用形象生動的教學活動來吸引學生的注意力，增強廣大學生對于學習物理的興趣。

關鍵詞：大學物理;光學教學;現(xiàn)狀與思考

在我國高等院校的大學物理課程改革教學實踐發(fā)展過程中，不同學校對于大學物理中的各個部分的各種教學方法不斷的進行探索與創(chuàng)新，并開拓出多條適合當下大學物理課程教育的可持續(xù)發(fā)展之路，這種教育改革也正是對教學中存在的諸多問題進行反思的過程。[1]本文通過對大學物理中光學部分的教學方法、教學模式中存在的問題進行剖析、反思，從而不斷的對教學進行改善、創(chuàng)新、提高。通過將各種教學理論結(jié)合實際教學，并且將啟發(fā)式的教學方法配合大量簡易光學實驗、實例等，積極充分的運用到實際教學活動中，以此方式來有效提高學生在學習光學時的興趣，同時能夠?qū)崿F(xiàn)學生手腦的綜合運用，鍛煉學生思維的發(fā)展的同時提高動手能力，促進學生的全面發(fā)展。

1 大學物理中光學教學的問題反思

1.1 孤立的看待大學物理中的光學知識

大學物理中的光學部分主要以波動光學為主，具有一定的獨特性。雖然整體教學難度不高，但如果忽略了整個大學物理中各部分知識的統(tǒng)一性，孤立的看待其中的光學部分，則會無形中降低光學部分的教學效果。光學部分中的波動光學與大學物理中的振動學和波動學兩部分有著密切的聯(lián)系，并以振動方程和波動方程為基礎。如果學生在之前的學習過程中沒有理解振動與波動二者的區(qū)別和聯(lián)系，那么在對光的波動方程的推導過程中就會存在不小的疑惑，繼而無法理解干涉的物理本質(zhì)，以及衍射與干涉的區(qū)別和聯(lián)系。從而導致對整個波動光學停留在表面的認識，而不理解其中的物理本質(zhì)，逐漸的失去學習的興趣。所以，教師在大學物理的教學準備中應該把大學物理作為一個統(tǒng)一的整體，注重挖掘各部分知識點的物理本質(zhì)，以及與其他部分知識點的內(nèi)在聯(lián)系，并在教學過程中向?qū)W生強調(diào)這種知識點內(nèi)在的關聯(lián)性，使學生在學習過程中也認識到公式或定理與其他公式定理的關系，做到知其然也知其所以然。

1.2 在物理教學過程中重理論輕實踐

大學物理中光學部分的另外一個教學難點就是理論與實踐的結(jié)合。[2]歷史上，對波動光學的研究始于光的衍射現(xiàn)象，因為衍射現(xiàn)象在生活中是經(jīng)常能夠出現(xiàn)的，物體實際的影子往往要比按照光沿直線傳播所計算出的影子要小，只有光的波動性能夠解釋這一現(xiàn)象。雖然定性解釋衍射現(xiàn)象比較簡單，但定量解釋確實十分復雜的，其過程中存在大量復雜的計算與推導過程。因此，在實際的教學中，往往先從較簡單的干涉現(xiàn)象入手。雖然通過楊氏雙縫干涉實驗這一經(jīng)典的實驗來定量的解釋干涉現(xiàn)象較為容易，但干涉現(xiàn)象在生活中卻是十分罕見的，因為相干光的條件比較苛刻，生活中很難遇到。如果教師在授課過程只中注重理論教學，不進行實物展示或者實驗演示，就會導致了學生對干涉現(xiàn)象沒有一個直觀的認識，進而對課堂上所講的干涉中的定量計算、推導過程的理解也無法以實際現(xiàn)象為背景，不能建立其與研究對象的內(nèi)在聯(lián)系，導致不能深刻理解干涉的物理意義。為了應付考試只能死記硬背課本上的概念與公式，結(jié)果是只知其然不知其所以然，達不到良好的教學效果。長此以往，學生的學習興趣和學習自主性表現(xiàn)越來越淡，對光學知識點的掌握力度越來越差，甚至可能還會出現(xiàn)部分學生厭學或者學生逃課的不良現(xiàn)象。

2 大學物理中光學教學的實踐運用

2.1 注重物理教學過程中知識點的連貫與統(tǒng)一

在光學教學中的教學方法可以運用縱向教學。[3]一方面，在教學初期就向?qū)W生強調(diào)光的波動性與前面所學的波動學的關系，并帶領學生回顧波動方程的推導過程。另一方面，在講授光學基本概念（如相位、光程、波數(shù)等），或光學現(xiàn)象的定量解釋（如干涉、衍射的公式推導）過程中，反復強調(diào)所學內(nèi)容與波動方程的關系，以及與前面光學知識的聯(lián)系。這樣—來，知識的基本邏輯結(jié)構(gòu)體系就形成了，學生就有可能將前后兩節(jié)課（甚至之前更久）所學的兩個知識體系加以緊密關聯(lián)，得到更佳的綜合學習效果。例如，通過復習波動中相位的概念使學生能夠有效的理解光程的物理意義。教師在此可以運用舉例的方法，引導學生去主動對光程進行思考和討論。相同頻率的光在真空中或水中通過相同的路程，相位的改變是否相同？為什么會不相同？如何更直觀的恒量相位的改變？通過這一系列連貫的思考與討論，能夠使學生更有效的在課堂里學習，從而對光程有更深刻的認識。

2.2 注重光學實驗在課堂上的作用

大學物理課堂教學中引入相應的演示實驗能夠提高學生學習興趣，提高教學效果，光學的教學也是如此，但如何選擇合適的演示實驗需要教師認真思考。首先，實驗要與所講知識點高度契合;其次，課堂實驗演示不能花費太多時間，因為是理論課并不是實驗課;最后還要方便攜帶，便于展示?；谝陨先c，教師可以準備一些相關的光學元件，如小型的透鏡、光柵、偏振片、方解石晶體等等，配合教師上課所用的激光筆，便能做出許多種演示實驗;教師也可以自己動手準備一些實驗器材，如講到楊氏雙縫干涉實驗時，由于激光筆是一個很好的相干光源，只需要解決雙縫就可以了，通過用小刀或針尖在金屬箔片上刻畫兩道劃痕就能滿足要求，金屬箔片可以采用膠囊包裝背后的金屬箔，或烤箱用的金屬箔。通過用激光照射金屬箔片上的狹縫，便可以在教室墻壁上顯現(xiàn)出干涉條紋，十分直觀的讓學生觀察到課本上所講的實驗裝置，以及所產(chǎn)生的的實驗現(xiàn)象。教師也可以準備不同狹縫間距的多張金屬箔，或者調(diào)整裝置與屏幕的距離，讓學生通過實驗對比的方式，觀察屏幕上條紋的變化，更深刻的理解狹縫間距公式中不同物理量的作用與含義。

2.3 積極挖掘光學課程中的思政元素

通過在教學過程中引入課程思政，能夠激發(fā)學生的學習興趣、創(chuàng)新精神和愛國熱情，培養(yǎng)科學的思維方式，樹立正確的人生觀價值觀。大學物理中蘊含著豐富的課程思政元素，其中的光學部分也不例外，是值得教師進行深入挖掘的。例如，在學習圓盤衍射時，可以引入泊松亮斑的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷培養(yǎng)學生實事求是的思維方式。泊松通過理論計算質(zhì)疑菲涅爾的次波理論，認為圓盤陰影中心出現(xiàn)亮斑是不可能的，然而阿拉果通過實驗證實了這個亮斑的存在，事實勝于雄辯，實驗證明菲涅爾理論的正確性。不僅說明物理是一門以實驗為基礎的科學，也證實了實踐是檢驗真理的唯一標準。類似的思政元素在大學物理的各個部分都有很多，只要教師深入挖掘、認真思考，都能夠?qū)虒W有很大的幫助與提升。

3 結(jié)束語

大學物理中光學的教學需要以連續(xù)統(tǒng)一的方式看待其與大學物理中其他部分知識點的內(nèi)在聯(lián)系，并持續(xù)的向?qū)W生強調(diào)這種不同物理公式、定律間本質(zhì)上的關系。在實際課程教學中還要注重理論與實踐互補作用，通過實物或?qū)嶒炑菔咀寣W生對基本的光學現(xiàn)象有直觀的認識，從而更好的理解理論推導的過程及其所蘊含的物理規(guī)律。教師作為教學過程的引導者，要不斷改進大學物理的教學方式，積極引入課程思政，激起廣大學生學習物理的興趣與動力，不斷提高學生的學習效果，為學生學習更多的專業(yè)知識打下堅固的理論基礎。

參考文獻：

[1]朱家昆， 肖海波， 郭定和，等. 大學物理中光學教學的探究與思考[J]. 高教學刊， 2015， 000（018）：102-103.

[2]戴鵬鵬， 向美林. 大學物理光學教學實踐探究淺談[J]. 科技資訊， 2017， 015（026）：149-149.

[3]王智勇. 大學物理光學教學方法改革的探索與實踐[J]. 知識經(jīng)濟， 2012（06）：163-163.

鄭州航空工業(yè)管理學院，材料學院

河南牧業(yè)經(jīng)濟學院，理學部

河南省教育科學規(guī)劃2020?年度一般課題“基于專業(yè)認證理念的應用理科人才培養(yǎng)研究”（2020YB0151）;

河南省研究生教育改革與質(zhì)量提升工程項目（YJS2021AL098）;