物理學(xué)專(zhuān)業(yè)光學(xué)課程教學(xué)改革研究論文
摘要：近些年來(lái)，光學(xué)在科學(xué)與技術(shù)應用中的不斷發(fā)展，迫切需要培養適合當前社會(huì )發(fā)展需求的光學(xué)專(zhuān)業(yè)人才。文章分別從光學(xué)教學(xué)內容、教學(xué)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(xué)生學(xué)習的興趣和探索的欲望，培養學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，取得了良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：光學(xué)；教學(xué)；改革
光學(xué)課程是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)最重要的基礎課程之一，同時(shí)也是現代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展、崛起的重要支柱。以激光為基礎的現代光學(xué)的知識，已經(jīng)滲透到日常生活中的眾多領(lǐng)域，在工業(yè)、農業(yè)、交通、能源、醫藥、信息等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。光學(xué)作為基礎性學(xué)科具有很強的學(xué)術(shù)性，同時(shí)，光學(xué)課程的知識覆蓋面廣，應用性和可操作性也較強，它能夠較好地鍛煉學(xué)生的思維能力及理論與實(shí)際相結合的能力。而在傳統的光學(xué)課程教學(xué)中，存在著(zhù)重理論輕實(shí)踐，理論與實(shí)際相脫離，缺乏創(chuàng )新，無(wú)法適應社會(huì )及專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的需求等問(wèn)題。如何培養不僅具有扎實(shí)理論基礎，還具備較強工程應用能力的光學(xué)類(lèi)技術(shù)人才，是我們教學(xué)改革研究的重點(diǎn)問(wèn)題。
1光學(xué)課程教學(xué)現狀
光學(xué)課程教學(xué)大綱計劃68學(xué)時(shí)，教材內容分為干涉、衍射、幾何光學(xué)、光學(xué)儀器、偏振及現代光學(xué)部分[1-3]，內容繁多，教學(xué)任務(wù)較重。因此，光學(xué)一直是一門(mén)教師難教、學(xué)生難學(xué)的課程。在教學(xué)過(guò)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(guān)注偏少，理論聯(lián)系實(shí)際顯得不足，教學(xué)中不自覺(jué)地存在“重理論和基礎，輕工程和應用”的傾向，淡化了光學(xué)類(lèi)課程本身?yè)碛械膹娏覒煤凸こ瘫尘疤匦�。另外，學(xué)生在大學(xué)階段參與實(shí)習實(shí)踐、接觸實(shí)際工程問(wèn)題和公司企業(yè)的機會(huì )偏少，教學(xué)與光學(xué)元器件的工程設計及公司企業(yè)的要求聯(lián)系還不夠，存在明顯脫節現象。目前教學(xué)中教師的主導地位強，而學(xué)生的主體地位偏弱；第一課堂強，第二課堂弱；體現學(xué)生結合課本知識在“做中學(xué)”并培養自身實(shí)踐精神、工程意識和創(chuàng )新能力的活動(dòng)空間不夠。
2光學(xué)課程改革的思考
光學(xué)課程有其自身的特點(diǎn)，與力學(xué)、熱學(xué)等學(xué)科之間的聯(lián)系不太緊密，自身的知識體系比較繁雜。在具體的教學(xué)改革與實(shí)踐中，主要從教學(xué)內容、教學(xué)方法、考核方式等幾個(gè)方面著(zhù)手。
2.1教學(xué)內容
在教學(xué)內容上，首先要優(yōu)選教材，認真制訂教學(xué)計劃。教學(xué)中，既要注重講解光學(xué)課程中最基本的'概念、理論，夯實(shí)學(xué)生的基礎知識，提高學(xué)生的理論水平，又要加強現代光學(xué)基礎的教學(xué)，增加一些現代光學(xué)的前沿知識，了解光學(xué)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，引導學(xué)生不斷拓寬視野，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新意識和科學(xué)探索精神，培養學(xué)生的科學(xué)素養。例如，在講解幾何光學(xué)及光學(xué)儀器知識時(shí)，可以介紹海市蜃樓、掃描隧道顯微鏡。在講解光的干涉時(shí)，可以介紹相干探測技術(shù)、全息照相、光學(xué)薄膜等。在講解偏振現象時(shí)，可以介紹3D電影及偏振雷達探測技術(shù)等。讓學(xué)生體會(huì )光學(xué)知識在日常生活中應用、發(fā)展及科學(xué)前景。另外，針對相關(guān)科學(xué)前沿知識，開(kāi)展一些專(zhuān)題講座，讓同學(xué)們更深入地理解光學(xué)科技的發(fā)展，同時(shí)強化了基礎知識的學(xué)習�；蜃寣W(xué)生課外查閱相關(guān)文獻，提高學(xué)生學(xué)習興趣，激發(fā)學(xué)生探索欲望。積極搜集光學(xué)在日常生活中應用的實(shí)例，引導學(xué)生運用已學(xué)相關(guān)理論知識，解釋日常生活中的光學(xué)現象，真正實(shí)現從生活走向物理，從物理走向社會(huì )。
2.2教學(xué)方法
在教學(xué)方法上，要注重重點(diǎn)、難點(diǎn)的理解和掌握，注重分析思路和處理問(wèn)題的方法。積極引導學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生運用理論知識解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為了能夠在有限學(xué)時(shí)內，盡可能多地講解現代光學(xué)的內容，可以在課前布置相關(guān)的預習作業(yè)，既能節約課堂基礎教學(xué)的時(shí)間，又能鍛煉同學(xué)們的自學(xué)能力。在教學(xué)中，要求學(xué)生上課主動(dòng)提問(wèn)，培養學(xué)生自學(xué)及發(fā)現、解決問(wèn)題的能力[4]。教學(xué)中針對相關(guān)課題讓學(xué)生參與討論，在討論的過(guò)程中更透徹理解相關(guān)理論，并了解其應用，變被動(dòng)學(xué)習為主動(dòng)探索。在傳統的理論教學(xué)基礎上，盡可能多地增加實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節，改變教學(xué)觀(guān)念，以任務(wù)為驅動(dòng)，明確從理論到實(shí)踐的具體操作過(guò)程，培養學(xué)生工程實(shí)踐的能力[5]。實(shí)踐教學(xué)中要求學(xué)生進(jìn)行文獻調研、撰寫(xiě)小論文及動(dòng)手制作相關(guān)光學(xué)儀器，解決一定難度的實(shí)際問(wèn)題、培養自身創(chuàng )新精神、科研意識和綜合能力與素質(zhì)。例如，我們在教學(xué)中將學(xué)生分組，動(dòng)手制作簡(jiǎn)單光學(xué)器件，如望遠鏡、放大鏡等，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣、動(dòng)手能力及團隊合作的精神�？茖W(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得教學(xué)方法的多樣性成為可能。在教學(xué)中，針對光學(xué)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(yōu)秀光學(xué)設計軟件，如ZEMAX、OSLO等。其中ZEMAX可進(jìn)行光學(xué)組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(xué)模型。該軟件還具備對光學(xué)系統進(jìn)行設計、優(yōu)化、分析的功能。在光學(xué)課程第三章幾何光學(xué)部分，學(xué)完基礎知識后，給出一些利用設計軟件進(jìn)行相關(guān)光學(xué)課程中涉及的光學(xué)元器件和系統設計的典型實(shí)例，如望遠鏡系統設計、8倍觀(guān)察鏡系統設計等。同時(shí)試著(zhù)讓同學(xué)們分組利用該軟件進(jìn)行相關(guān)光學(xué)設計，從而既提高學(xué)生的學(xué)習興趣，又有效地培養學(xué)生的工程設計能力和綜合應用知識的實(shí)踐能力。由于在光學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，有些光學(xué)現象在日常生活中比較難于觀(guān)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(xué)們獲得較多的感性材料，我們在教學(xué)過(guò)程中，利用一些計算軟件，例如Matlab，將干涉、衍射現象通過(guò)程序模擬展示出來(lái)，這樣既給同學(xué)們提供了清晰的感性材料、直觀(guān)的物理圖像，也通過(guò)程序中相關(guān)參數的調節，讓同學(xué)們更加深入地理解光學(xué)知識中的相關(guān)規律。圖1為利用Matlab軟件編寫(xiě)的分振幅干涉中牛頓環(huán)的干涉圖像，圖2為氫原子光柵光譜圖。物理是以實(shí)驗為基礎的科學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中，改變理論與實(shí)驗分開(kāi)進(jìn)行的現狀，從教師指導演示實(shí)驗，轉變?yōu)閷W(xué)生在實(shí)驗室自主實(shí)驗。設置相關(guān)開(kāi)放性實(shí)驗課題，讓學(xué)生分成實(shí)驗小組，將學(xué)生自己的設計思想和實(shí)驗內容相結合，鼓勵學(xué)生自主創(chuàng )新，使課堂成為師生互動(dòng)的場(chǎng)所。這樣，即有利于將枯燥、抽象的理論生動(dòng)化、具體化，又有助于對基礎理論的深入理解及應用，充分調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性和熱情，提高了教學(xué)效果。實(shí)驗室也在不斷完善，力爭提供更好的資源，取得更好的教學(xué)效果。
2.3考核方式
教學(xué)考核中，擯棄一次考試決定最終成績(jì)的做法，將平時(shí)課堂表現和論文及動(dòng)手制作部分納入最后成績(jì)測評，關(guān)注學(xué)生學(xué)習過(guò)程而非單一的最后考試結果。充分利用學(xué)院網(wǎng)絡(luò )資源，建立網(wǎng)上習題庫，建立有特色的個(gè)人主頁(yè)，并通過(guò)此與學(xué)生進(jìn)行定期的網(wǎng)上交流及作業(yè)的布置和批改。網(wǎng)上交流的方式可以更有效地與學(xué)生溝通，實(shí)時(shí)解決學(xué)生提出的相關(guān)問(wèn)題，提高了學(xué)生學(xué)習的效率。
3結語(yǔ)
伴隨著(zhù)科技的快速進(jìn)步，物理教學(xué)的手段也正在不斷更新。如何培養適應新時(shí)代發(fā)展的光學(xué)專(zhuān)業(yè)人才，是我們教學(xué)改革的目標和方向。通過(guò)以上教學(xué)改革的探討和在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中的運用，使得教學(xué)活動(dòng)充滿(mǎn)了活力，極大地調動(dòng)了學(xué)生學(xué)習的興趣和探索的欲望，培養了學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐的能力及團隊合作的精神，大大提高了教學(xué)效果。
參考文獻
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