光学与光电技术

物理学专业光学课程教学中的几点建议 

来源:光学与光电技术 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-03-02

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。光学是研究光的本性、光的传播和光与物质相互作用的一门科学,是物理学的重要分支学科。光学课程主要讲授几何光学、光学仪器的基本原理、光的干涉、光的衍射、光的偏振、光的吸收、色散和散射、光的量子性、激光、变换光学与全息照相以及解决各种光学问题的基本方法。光学与原子物理学、电动力学、量子力学、相对论、现代光学、光电子技术、固体光谱学、激光原理等后继课程有密切的关系。光学又是一门应用性很强的学科,在工农业生产、文化生活、军事国防、科学技术等领域都有重要应用。光学课程的教学目标是使学生充分了解光学的基本现象,深入掌握光学的基本概念、基本原理和基本规律,了解它们在科研、生产和实践上的应用,并为后继课程奠定必要的基础;切实提高学生独立分析和解决各种光学问题的能力,培养学生科学的世界观、思维方法和创新能力,提高学生的科学文化及专业素质。

1 物理学专业《光学》课程教学中存在的问题和不足

在大学物理学专业的培养方案中,光学是物理学专业的核心基础课程,其教学内容较为丰富,专业性较强,这对任课老师提出较高的要求。笔者通过近几年的光学课程教学,发现存在以下几点问题。首先,由于学时有限,光学部分课程属于选讲内容,比如变换光学与全息照相和部分量子光学等内容。但尽管如此,要在48学时的课堂教学中,将几何光学、波动光学以及量子光学进行系统性讲解,是非常有难度的,这必然要求任课老师要把握课程的重难点,合理的分配课时,为物理学专业后续课程打下坚实基础。其次,从笔者所在物理学专业生源来看,部分同学在中学已学习了光学的一些基础知识,但有相当多的同学没有涉及到,学生基础参差不齐,对光学基础知识的讲解也必将成为课堂教学的一部分。再者,尽管学生对光及光学表现兴趣浓厚,但随着光学中有大量抽象的概念和原理出现,比如光的本性、干涉、衍射、偏振、半波带法等,学生的学习兴趣有所降低,要使学生完全理解这些抽象概念和原理,需要任课老师对其进行精细设计和剖析。此外,光学本身含有大量的实验课程,但往往理论课程和实验课程衔接不上,如何在理论课上适当引入一些源自生活的光学实验,加强学生对光及光学的感性认识,对学生更好的理解光学现象和原理有积极作用。

2 物理学专业《光学》课程教学中几点建议

2.1 光学微课程的引入

随着信息时代的蓬勃发展,基于互联网的新兴教育技术近年来发展迅猛,并已对现代课堂教学带来了一场革命。微课是现代教育技术与现代教育思想相结合的产物,近年来在大学物理课堂中的应用越来越广泛。应用微课,不仅能有效地激发学生的大学物理课堂参与积极性,提升物理教学的信息输入,还能够实现对物理课堂教学时间的拓展与延伸,提升大学生的自助学习能力。针对物理学专业对光学课程的教学要求,在有限的课时量的情况下,应把教学重点放在波动光学部分。然而,对于几何光学和量子光学部分又不得不涉及到,特别是几何光学。实际上,几何光学是波动光学的一种特殊情况,要让学生系统理解波动光学教学内容,学生必须首先认知几何光学。其中,理解光的直线传播、反射、折射,以及费马原理和惠更斯原理等,对后续波动光学教学有重要意义。相比而言,几何光学中成像等相关教学内容对后续波动光学教学影响不大,可将该章节内容制作成微课视频,并结合线上和线下实施教学,为波动光学教学内容提供更多的课堂教学时间。笔者在最近的一次光学课程中进行了尝试,课堂教学系统讲解了光学发展简史、几何光学的基础知识、以及波动光学部分,对几何光学中成像相关问题则进行线上和线下结合教学。在考查方式上,为了督促学生线上认真学习成像章节,将该章节作为期中考试全部内容,期末考试主要集中在波动光学部分,且题型难度较往年有所增加。从期中考试结果来看,卷面分在80分以上占40.8%,及格率达到77.1%,反映出绝大多数学生能较好掌握成像章节内容。从期末考试结果来看,卷面分在80分以上占51.1%,及格率达到82.3%,表明绝大多数学生系统掌握了波动光学内容,达到了教学预期目标。此外,笔者还将微课应用到课后习题讲解,通过学生后期反馈,习题微课能让学生不断反复学习,利于学生对习题进行深入理解,对学生熟练掌握对应知识点起着重要的作用。

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