曲芳++徐麗娟

摘要：現(xiàn)代教育思想認(rèn)為，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，在教學(xué)活動(dòng)中要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，從而提高教育教學(xué)效果。在《基礎(chǔ)光學(xué)》課程第五章“光的偏振”的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中，采用啟發(fā)式教學(xué)方法及類比思維方法，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。

關(guān)鍵詞：自主學(xué)習(xí)；教學(xué)設(shè)計(jì)；啟發(fā)式教學(xué)法；類比思維法

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-5727（2014）01-0086-03

《基礎(chǔ)光學(xué)》課程是我校電子工程學(xué)院電氣信息大類（高本）專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，主要講述幾何光學(xué)和物理光學(xué)知識(shí)。本課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生掌握成像和光的波動(dòng)的基本理論和計(jì)算方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)諸如光電子器件與技術(shù)、光信息處理技術(shù)、光纖通信和集成光學(xué)等課程奠定理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為學(xué)生從事光學(xué)儀器的開發(fā)、光路的設(shè)計(jì)和從事光學(xué)教學(xué)等打下基礎(chǔ)。由于生源水平參差不齊，對(duì)于理論強(qiáng)、公式多、理解難、知識(shí)點(diǎn)繁的光學(xué)課程的學(xué)習(xí)有一定的難度。筆者針對(duì)《基礎(chǔ)光學(xué)》第五章“光的偏振”的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，從分析處理教材、選擇教學(xué)方法、設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程等方面進(jìn)行了積極探索，旨在使課堂授課能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，獨(dú)立完成分析、探索、實(shí)踐、質(zhì)疑、創(chuàng)造等學(xué)習(xí)階段，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。

工科專業(yè)光學(xué)教學(xué)存在的問(wèn)題

光學(xué)課程的特點(diǎn)使工科學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)有一定難度 《基礎(chǔ)光學(xué)》課程知識(shí)體系獨(dú)立，理論性強(qiáng)，加之工科專業(yè)學(xué)生物理、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)薄弱，對(duì)光學(xué)的學(xué)習(xí)有一定的難度。例如，在“偏振”一章中，利用菲涅爾公式推導(dǎo)反射光與透射光的偏振態(tài)，學(xué)生不僅要熟練運(yùn)用三角公式進(jìn)行推導(dǎo)，還要對(duì)物理概念如振動(dòng)分量、傳播方向等有明確認(rèn)識(shí)，并要建立數(shù)學(xué)結(jié)果與物理結(jié)論之間的聯(lián)系。由于光學(xué)本身有一定難度，再加上學(xué)時(shí)減少、學(xué)生基礎(chǔ)薄弱等因素的存在，工科專業(yè)光學(xué)課程的教學(xué)模式往往會(huì)導(dǎo)致教師滿堂灌輸、學(xué)生死記硬背被動(dòng)學(xué)習(xí)局面，直接影響教學(xué)效果。

與專業(yè)聯(lián)系不緊密，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高 《基礎(chǔ)光學(xué)》課程本身與電氣類專業(yè)方向聯(lián)系不夠緊密，特別是電氣信息大類二年級(jí)的學(xué)生對(duì)光電子學(xué)科了解不足，往往導(dǎo)致“重電輕光”的局面。對(duì)學(xué)生的調(diào)查顯示，超過(guò)60%的學(xué)生認(rèn)為模擬電路、微機(jī)原理等與電類緊密關(guān)聯(lián)的課程較光學(xué)課程更重要；大約30%的學(xué)生認(rèn)為光學(xué)與電學(xué)有一定聯(lián)系，同等重要；僅有約10%的學(xué)生認(rèn)為光電子技術(shù)是科技發(fā)展的前沿，而其基礎(chǔ)光學(xué)需要牢固掌握。學(xué)生不重視，學(xué)習(xí)積極性不高，就會(huì)出現(xiàn)曠課、消極學(xué)習(xí)等現(xiàn)象。

只注重理論知識(shí)的積累，不注重分析應(yīng)用能力的培養(yǎng) “授之以魚，不如授之以漁。”教育的目的不僅僅是教會(huì)學(xué)生知識(shí)，更重要的是學(xué)以致用，學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題。比如，學(xué)生在掌握基本理論、基本概念的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出偏振光的產(chǎn)生方法、偏振態(tài)的檢驗(yàn)方法以及偏振的應(yīng)用，教師引導(dǎo)學(xué)生將書本知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力等等。但實(shí)際上由于學(xué)時(shí)有限、學(xué)生無(wú)法與教師進(jìn)行有效互動(dòng)等因素，導(dǎo)致教師采用“填鴨式”教學(xué)方式，使教學(xué)過(guò)程變成單純教師教的過(guò)程，束縛了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

引導(dǎo)啟發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

《基礎(chǔ)光學(xué)》教學(xué)大綱對(duì)“光的偏振”一章的教學(xué)內(nèi)容和要求如表1所示。

“光的偏振”是在掌握光的干涉和衍射等基本波動(dòng)理論基礎(chǔ)上講述的內(nèi)容，要求學(xué)生對(duì)光的波動(dòng)本性、橫波性、振動(dòng)態(tài)等有清晰的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，“偏振”一章講述的內(nèi)容多且雜，包括偏振與橫波性關(guān)系、五種常見偏振態(tài)、反射光和透射光的偏振態(tài)、雙折射現(xiàn)象、光在晶體中的波面與波線、偏振態(tài)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、偏振光的干涉等。教師要理清教學(xué)思路、設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程、合理使用教學(xué)方法，安排講、學(xué)、練的時(shí)間，做到教師“講”得思路清晰、激發(fā)興趣，學(xué)生“學(xué)”得清楚明白、認(rèn)真投入。在授課過(guò)程中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)，更有效地學(xué)會(huì)知識(shí)，掌握分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（一）分析教材、梳理思路、整合知識(shí)

教材中“光的偏振”一章分為9個(gè)小節(jié)，涉及知識(shí)點(diǎn)較多，但綜合起來(lái)可總結(jié)為以下4個(gè)問(wèn)題：（1）光的偏振現(xiàn)象與橫波性的關(guān)系；（2）五種常見偏振態(tài)；（3）如何將自然光改造成偏振光；（4）偏振光的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。

對(duì)本章的整體知識(shí)結(jié)構(gòu)可作如下分解。

第一，明確偏振現(xiàn)象與橫波性的關(guān)系；理解為什么偏振現(xiàn)象可以作為區(qū)分橫波和縱波的標(biāo)志；分析為什么橫波有偏振現(xiàn)象而縱波沒(méi)有，進(jìn)而總結(jié)偏振的基本概念（教材第一節(jié)）。

第二，了解橫波振動(dòng)量振動(dòng)狀態(tài)的多樣性，介紹五種常見偏振態(tài)，包括自然光、線偏振光、部分偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光；詳細(xì)介紹自然光、線偏振光、部分偏振光，重點(diǎn)學(xué)習(xí)如何將自然光改造成線偏振光和部分偏振光，其中包括反射光和透射光的偏振態(tài)（教材第一節(jié)、第二節(jié)）。

第三，理解光在各向異性晶體中的雙折射現(xiàn)象、波面和波線，理解由各向異性晶體制作的偏振器件的基本光學(xué)特性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)圓偏振光與橢圓偏振光的獲取方法（教材第三節(jié)到第七節(jié)）。

第四，偏振光的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和偏振光的干涉（教材第八節(jié)、第九節(jié)）。

其中，第一、第二部分用2學(xué)時(shí)，第三部分用5學(xué)時(shí)，第四部分用3學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)用2學(xué)時(shí)。筆者僅就講解“偏振”的第一次課分析課堂教學(xué)程序設(shè)計(jì)。

本章知識(shí)框架如圖1所示。

（二）以教為輔、以學(xué)為主、教學(xué)相長(zhǎng)

1.溫故引新、聯(lián)系實(shí)際、激發(fā)興趣。興趣是學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的前提。新課的引入要起到激發(fā)情感的作用，使學(xué)生受到感染，產(chǎn)生求知欲，產(chǎn)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。新課的引入分為兩個(gè)部分，即溫故引新和聯(lián)系實(shí)際。

首先，以三個(gè)關(guān)聯(lián)問(wèn)題溫故引新，引發(fā)思考，使學(xué)生帶著問(wèn)題開啟新課的學(xué)習(xí)，對(duì)新課的意義有清晰的認(rèn)識(shí)。（1）以復(fù)習(xí)回顧的形式，向?qū)W生提出“光的波動(dòng)性如何得到證實(shí)”，學(xué)生在既有知識(shí)的基礎(chǔ)上回答“光的干涉和衍射都無(wú)可辯駁地證明光的波動(dòng)本性”。（2）提出“光波是橫波還是縱波”的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考振動(dòng)與波動(dòng)之間的聯(lián)系，即光的振動(dòng)分量與光波的傳播方向之間是垂直的還是平行的關(guān)系。以學(xué)生的既有知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)知識(shí)會(huì)得到“光波是橫波，其振動(dòng)量的振動(dòng)方向垂直于光的傳播方向”。（3）“如何證實(shí)光的橫波性”，偏振現(xiàn)象可以證明光的橫波性，它是如何證明光的橫波性的？它與橫波間有何聯(lián)系？采用舊知引新知的方法，可以使學(xué)生了解知識(shí)間的連貫性，以問(wèn)題的形式引入新課內(nèi)容，使學(xué)生帶著思考學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)目的明確。

其次，引用實(shí)例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情。引用圖片等媒體資源向?qū)W生展示液晶屏、偏振片、3D立體電影等基于光的偏振的新技術(shù)，理論聯(lián)系實(shí)際地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣。

2.設(shè)疑置問(wèn)、引導(dǎo)思維、以學(xué)為本。本節(jié)新課程的內(nèi)容包括偏振與橫波性的關(guān)系，自然光、線偏振光和部分偏振光的基本特性，偏振光的獲取方法及實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，其中偏振與橫波性的關(guān)系是本節(jié)的重點(diǎn)，更是關(guān)鍵點(diǎn)，只有概念明確，才能對(duì)偏振現(xiàn)象進(jìn)行深入研究，而難點(diǎn)落在反射和透射光的偏振態(tài)上。關(guān)鍵點(diǎn)知識(shí)的講解采用啟發(fā)式的教學(xué)方法。啟發(fā)式教學(xué)法是教師在教學(xué)過(guò)程中扮演引導(dǎo)者的角色，通過(guò)設(shè)置幾個(gè)層層嵌套的問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考，在逐一解決問(wèn)題的過(guò)程中使學(xué)生完成新課學(xué)習(xí)。為了學(xué)習(xí)偏振與橫波性的關(guān)系，可設(shè)計(jì)如下三個(gè)問(wèn)題，層層深入，引發(fā)思考：（1）創(chuàng)造并分析機(jī)械橫波與縱波的偏振現(xiàn)象。學(xué)生很容易會(huì)設(shè)計(jì)出手握繩子上下抖動(dòng)形成機(jī)械橫波；手推彈簧，沿彈簧往復(fù)振動(dòng)形成機(jī)械縱波的例子。教師演示兩個(gè)實(shí)例的偏振實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生觀察與分析得到“只有橫波才有偏振現(xiàn)象”的結(jié)論。（2）為什么橫波有偏振現(xiàn)象而縱波沒(méi)有呢？學(xué)生經(jīng)分析得出橫波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向具有不對(duì)稱性，而縱波的振動(dòng)相對(duì)于波的傳播永遠(yuǎn)呈對(duì)稱分布的結(jié)論，即“振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性”是造成偏振的直接原因，就是偏振的概念。（3）光波是否具有偏振現(xiàn)象呢？在了解偏振片工作原理的基礎(chǔ)上，教師實(shí)驗(yàn)演示自然光通過(guò)兩塊偏振片后出射光強(qiáng)隨第二塊偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生周期性變化，學(xué)生得出“光波具有偏振現(xiàn)象，光波是橫波”的結(jié)論。

對(duì)于關(guān)鍵點(diǎn)知識(shí)的講解采用類比機(jī)械波的思維方法，形象生動(dòng)，易于理解。同時(shí)，通過(guò)學(xué)生的分析探究，可加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

自然光、線偏振光、部分偏振光的偏振態(tài)、通過(guò)偏振片后的現(xiàn)象及合成與分解等內(nèi)容雖是重點(diǎn)，但理解起來(lái)較簡(jiǎn)單，主要采取繪制振動(dòng)圖像，使學(xué)生建立感性認(rèn)知，對(duì)知識(shí)融會(huì)貫通。

課程知識(shí)的應(yīng)用與提高擬解決兩個(gè)問(wèn)題：（1）如何將自然光改造成線偏振光和部分偏振光。這里主要采取教師引導(dǎo)、學(xué)生分組討論、教師適當(dāng)補(bǔ)充、學(xué)生綜合總結(jié)的方式，解決本節(jié)的重點(diǎn)同時(shí)也是難點(diǎn)的問(wèn)題。將自然光改造為線偏振光，最簡(jiǎn)單的方法是利用偏振片即可實(shí)現(xiàn)；也可以利用平面界面的反射和玻堆片的透射來(lái)實(shí)現(xiàn)。部分偏振光的獲得可利用平面界面的反射和透射來(lái)實(shí)現(xiàn)。反射光、透射光偏振態(tài)的確定需要借助菲涅爾公式進(jìn)行三角運(yùn)算和分析得到，理論性較強(qiáng)，運(yùn)算過(guò)程較繁瑣，所以可適當(dāng)做詳略處理：對(duì)于反射光的偏振態(tài)，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)的推導(dǎo)，掌握方法；而對(duì)透射光的偏振態(tài)則可布置為小組作業(yè)，由學(xué)生仿照教師引導(dǎo)的方法獨(dú)立學(xué)習(xí)、分析完成。（2）如何用實(shí)驗(yàn)的方法區(qū)分自然光、線偏振光和部分偏振光？可采用分組討論的方式提出解決方案，方案可以在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)課上通過(guò)動(dòng)手操作得到驗(yàn)證。

本節(jié)的課程結(jié)構(gòu)和課時(shí)安排，引入部分8分鐘，重點(diǎn)知識(shí)的講解30分鐘，難點(diǎn)知識(shí)20分鐘，例題及應(yīng)用練習(xí)27分鐘，課后總結(jié)5分鐘。

“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”，這是現(xiàn)代教學(xué)的指導(dǎo)思想。教師在教學(xué)過(guò)程中要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使他們變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，變厭學(xué)為樂(lè)學(xué)。筆者通過(guò)“光的偏振”課堂教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生積極參與到教學(xué)活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

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（責(zé)任編輯：王恒）