物理學專業光學課程教學改革研究論文
物理學專業光學課程教學改革研究論文
摘要：近些年來，光學在科學與技術應用中的不斷髮展，迫切需要培養適合當前社會發展需求的光學專業人才。文章分別從光學教學內容、教學方法及考核方式等方面提出了一些改革的方法和措施，注重提高學生學習的興趣和探索的慾望，培養學生分析和解決問題的能力，取得了良好的教學效果。
關鍵詞：光學；教學；改革
光學課程是物理學專業最重要的基礎課程之一，同時也是現代科學技術迅速發展、崛起的重要支柱。以鐳射為基礎的現代光學的知識，已經滲透到日常生活中的眾多領域，在工業、農業、交通、能源、醫藥、資訊等領域發揮著越來越重要的作用。光學作為基礎性學科具有很強的學術性，同時，光學課程的知識覆蓋面廣，應用性和可操作性也較強，它能夠較好地鍛鍊學生的思維能力及理論與實際相結合的能力。而在傳統的光學課程教學中，存在著重理論輕實踐，理論與實際相脫離，缺乏創新，無法適應社會及專業領域的需求等問題。如何培養不僅具有紮實理論基礎，還具備較強工程應用能力的光學類技術人才，是我們教學改革研究的重點問題。
1光學課程教學現狀
光學課程教學大綱計劃68學時，教材內容分為干涉、衍射、幾何光學、光學儀器、偏振及現代光學部分[1-3]，內容繁多，教學任務較重。因此，光學一直是一門教師難教、學生難學的課程。在教學過程中，通常更加強調基礎知識的理論性，而對知識的應用性和工程性關注偏少，理論聯絡實際顯得不足，教學中不自覺地存在“重理論和基礎，輕工程和應用”的傾向，淡化了光學類課程本身擁有的強烈應用和工程背景特性。另外，學生在大學階段參與實習實踐、接觸實際工程問題和公司企業的機會偏少，教學與光學元器件的工程設計及公司企業的要求聯絡還不夠，存在明顯脫節現象。目前教學中教師的主導地位強，而學生的主體地位偏弱；第一課堂強，第二課堂弱；體現學生結合課本知識在“做中學”並培養自身實踐精神、工程意識和創新能力的活動空間不夠。
2光學課程改革的思考
光學課程有其自身的特點，與力學、熱學等學科之間的聯絡不太緊密，自身的知識體系比較繁雜。在具體的教學改革與實踐中，主要從教學內容、教學方法、考核方式等幾個方面著手。
2.1教學內容
在教學內容上，首先要優選教材，認真制訂教學計劃。教學中，既要注重講解光學課程中最基本的'概念、理論，夯實學生的基礎知識，提高學生的理論水平，又要加強現代光學基礎的教學，增加一些現代光學的前沿知識，瞭解光學發展的最新動態，引導學生不斷拓寬視野，激發學生的創新意識和科學探索精神，培養學生的科學素養。例如，在講解幾何光學及光學儀器知識時，可以介紹海市蜃樓、掃描隧道顯微鏡。在講解光的干涉時，可以介紹相干探測技術、全息照相、光學薄膜等。在講解偏振現象時，可以介紹3D電影及偏振雷達探測技術等。讓學生體會光學知識在日常生活中應用、發展及科學前景。另外，針對相關科學前沿知識，開展一些專題講座，讓同學們更深入地理解光學科技的發展，同時強化了基礎知識的學習。或讓學生課外查閱相關文獻，提高學生學習興趣，激發學生探索慾望。積極蒐集光學在日常生活中應用的例項，引導學生運用已學相關理論知識，解釋日常生活中的光學現象，真正實現從生活走向物理，從物理走向社會。
2.2教學方法
在教學方法上，要注重重點、難點的理解和掌握，注重分析思路和處理問題的方法。積極引導學生理論聯絡實際，提高學生運用理論知識解決實際問題的能力。為了能夠在有限學時內，儘可能多地講解現代光學的內容，可以在課前佈置相關的預習作業，既能節約課堂基礎教學的時間，又能鍛鍊同學們的自學能力。在教學中，要求學生上課主動提問，培養學生自學及發現、解決問題的能力[4]。教學中針對相關課題讓學生參與討論，在討論的過程中更透徹理解相關理論，並瞭解其應用，變被動學習為主動探索。在傳統的理論教學基礎上，儘可能多地增加實踐教學的環節，改變教學觀念，以任務為驅動，明確從理論到實踐的具體操作過程，培養學生工程實踐的能力[5]。實踐教學中要求學生進行文獻調研、撰寫小論文及動手製作相關光學儀器，解決一定難度的實際問題、培養自身創新精神、科研意識和綜合能力與素質。例如，我們在教學中將學生分組，動手製作簡單光學器件，如望遠鏡、放大鏡等，有效地激發了學生的學習興趣、動手能力及團隊合作的精神。科學技術的不斷進步，使得教學方法的多樣性成為可能。在教學中，針對光學課程本身的廣泛應用性和工程背景，可以有針對性地介紹一兩種國內外優秀光學設計軟體，如ZEMAX、OSLO等。其中ZEMAX可進行光學元件設計與照明系統的照度分析，也可建立反射、折射、繞射等光學模型。該軟體還具備對光學系統進行設計、最佳化、分析的功能。在光學課程第三章幾何光學部分，學完基礎知識後，給出一些利用設計軟體進行相關光學課程中涉及的光學元器件和系統設計的典型例項，如望遠鏡系統設計、8倍觀察鏡系統設計等。同時試著讓同學們分組利用該軟體進行相關光學設計，從而既提高學生的學習興趣，又有效地培養學生的工程設計能力和綜合應用知識的實踐能力。由於在光學課程的教學過程中，有些光學現象在日常生活中比較難於觀察[6]，比如干涉、衍射的現象，很多感性材料只能從課本圖片中獲得，比如干涉條紋、衍射條紋等。為了能夠使得同學們獲得較多的感性材料，我們在教學過程中，利用一些計算軟體，例如Matlab，將干涉、衍射現象透過程式模擬展示出來，這樣既給同學們提供了清晰的感性材料、直觀的物理影象，也透過程式中相關引數的調節，讓同學們更加深入地理解光學知識中的相關規律。圖1為利用Matlab軟體編寫的分振幅干涉中牛頓環的干涉影象，圖2為氫原子光柵光譜圖。物理是以實驗為基礎的科學。在教學過程中，改變理論與實驗分開進行的現狀，從教師指導演示實驗，轉變為學生在實驗室自主實驗。設定相關開放性實驗課題，讓學生分成實驗小組，將學生自己的設計思想和實驗內容相結合，鼓勵學生自主創新，使課堂成為師生互動的場所。這樣，即有利於將枯燥、抽象的理論生動化、具體化，又有助於對基礎理論的深入理解及應用，充分調動學生學習的主動性和熱情，提高了教學效果。實驗室也在不斷完善，力爭提供更好的資源，取得更好的教學效果。
2.3考核方式
教學考核中，擯棄一次考試決定最終成績的做法，將平時課堂表現和論文及動手製作部分納入最後成績測評，關注學生學習過程而非單一的最後考試結果。充分利用學院網路資源，建立網上習題庫，建立有特色的個人主頁，並透過此與學生進行定期的網上交流及作業的佈置和批改。網上交流的方式可以更有效地與學生溝通，實時解決學生提出的相關問題，提高了學生學習的效率。
3結語
伴隨著科技的快速進步，物理教學的手段也正在不斷更新。如何培養適應新時代發展的光學專業人才，是我們教學改革的目標和方向。透過以上教學改革的探討和在實際教學過程中的運用，使得教學活動充滿了活力，極大地調動了學生學習的興趣和探索的慾望，培養了學生自己動手實踐的能力及團隊合作的精神，大大提高了教學效果。
參考文獻
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[3]郭光燦,吳強.光學[M].合肥:中國科技大學出版社,2003.
[4]許曉賦,廖珊珊,高忠堅.《光學設計》課程教學模式的探索與實踐[J].福建教育學院學報,2014(4):69-71.
[5]陳傳盛,陳曙光,李富進.培養大學生科技創新能力的課堂教學改革實踐[J].教育教學論壇,2014(4):51-52.
[6]曹躍祖,李福芸.物理光學課程中的視覺化研究[J].北京印刷學院學報,2013,21(4):76-78.