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        物理教育專業(yè)光學(xué)教學(xué)改革淺析

        2014-04-09 04:33:32宋秀玲
        關(guān)鍵詞:光學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容

        宋秀玲

        (山西省晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī) 械與電子工程系,山西 晉城 048026)

        光學(xué)是一門歷史悠久的學(xué)科,從“微粒說(shuō)”發(fā)展至今已經(jīng)具有了三百多年的歷史。如今,光學(xué)的發(fā)展已進(jìn)入到光子學(xué)時(shí)代,已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)最活躍的熱點(diǎn)之一,在科技發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。

        考慮到光學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性和前沿性,本文通過(guò)對(duì)晉城地區(qū)幾所中學(xué)學(xué)生調(diào)查得知:中學(xué)物理教學(xué)中,教師幾乎不講授現(xiàn)代光學(xué)知識(shí),也不介紹現(xiàn)代光學(xué)知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用,更不介紹最前沿的光學(xué)動(dòng)態(tài),而中學(xué)生對(duì)這一部分知識(shí)又比較渴求。通過(guò)對(duì)中學(xué)物理教師調(diào)查得知:上大學(xué)時(shí),大學(xué)光學(xué)內(nèi)容既抽象又枯燥,學(xué)習(xí)起來(lái)比較費(fèi)勁,相比物理專業(yè)中的“力學(xué)”“電磁學(xué)”等課程,“光學(xué)”知識(shí)掌握最不過(guò)硬;“光學(xué)”教學(xué)內(nèi)容中也沒(méi)有過(guò)多的現(xiàn)代光學(xué)知識(shí)講解,所以自己對(duì)這一部分知識(shí)并不了解;再加上現(xiàn)在工作任務(wù)大,也沒(méi)有時(shí)間自學(xué)這部分內(nèi)容。針對(duì)上述情況,從物理教育專業(yè)光學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā),對(duì)光學(xué)教學(xué)提出一些看法和建議,旨在為物理教育專業(yè)光學(xué)教學(xué)提供一點(diǎn)啟發(fā)。

        1 物理教育專業(yè)光學(xué)教學(xué)存在的問(wèn)題

        通過(guò)觀察、訪談和問(wèn)卷調(diào)查,分析得出物理教育專業(yè)光學(xué)教學(xué)存在以下幾方面問(wèn)題:

        1.1 與高中教學(xué)內(nèi)容脫節(jié)

        在高中階段的物理課程中,既包括了幾何光學(xué)知識(shí),也講解了波動(dòng)光學(xué)知識(shí),但所占篇幅不大,光的干涉、衍射和偏振只是某一章的幾小節(jié)內(nèi)容,教材只是對(duì)其進(jìn)行了定性的講解。而在大學(xué)光學(xué)中,包括了幾何光學(xué)、波動(dòng)光學(xué)、光波場(chǎng)的描述、光在各向異性介質(zhì)中的傳播等內(nèi)容,其中波動(dòng)光學(xué)部分不僅詳細(xì)地講解了光的干涉、衍射和偏振的種種類型,而且還涉及到復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和推導(dǎo)。再加上受高考因素的影響,為了片面追求升學(xué)率,許多高中學(xué)校只對(duì)高考考點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行重點(diǎn)講解,而對(duì)光學(xué)這種處于次要地位的內(nèi)容只是一筆帶過(guò)[1]。所以許多大學(xué)學(xué)生對(duì)于較抽象高深的大學(xué)光學(xué)內(nèi)容,感到難以接受和適應(yīng)。

        1.2 教學(xué)內(nèi)容抽象

        根據(jù)走訪調(diào)查得知:光學(xué)教學(xué)的第一節(jié)課,教師主要介紹光學(xué)所要研究的內(nèi)容和意義,對(duì)此內(nèi)容,學(xué)生們普遍表現(xiàn)出較濃厚的學(xué)習(xí)興趣。隨著課程理論學(xué)習(xí)的深入,出現(xiàn)了一些公式的推導(dǎo)和純數(shù)字式的運(yùn)算,如費(fèi)馬原理、楊氏雙縫干涉原理以及衍射的計(jì)算等。學(xué)生在接受知識(shí)的過(guò)程中,漸漸出現(xiàn)了對(duì)某些概念不能徹底理解、對(duì)光學(xué)的分析方法不能順利掌握等現(xiàn)象,再加上波動(dòng)光學(xué)本身的抽象性,學(xué)生們便對(duì)學(xué)習(xí)不感興趣,上課說(shuō)話、睡覺(jué),不主動(dòng)思考回答問(wèn)題,甚至有無(wú)故缺課等一系列現(xiàn)象出現(xiàn),導(dǎo)致光學(xué)教學(xué)效果欠佳。

        1.3 教材內(nèi)容滯后

        隨著光學(xué)的發(fā)展,光學(xué)知識(shí)已經(jīng)滲透到生物、通信等許多學(xué)科,在許多科技領(lǐng)域占有不可缺少的地位。但物理教育專業(yè)光學(xué)教材的內(nèi)容編排仍然沿用傳統(tǒng)的思路和方法,選取的內(nèi)容仍然是那些傳統(tǒng)經(jīng)典的知識(shí),一直局限于以傳統(tǒng)的波動(dòng)光學(xué)為主的教學(xué)模式,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展和現(xiàn)代生產(chǎn)、生活對(duì)光學(xué)知識(shí)的需求。由于物理教育專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后主要從事中學(xué)的物理教育,中學(xué)實(shí)行課程改革,也在提倡素質(zhì)教育,作為中學(xué)的物理教師應(yīng)該了解現(xiàn)代光學(xué)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài),光學(xué)的最新應(yīng)用前景。還有的學(xué)生有繼續(xù)學(xué)習(xí)深造的打算,計(jì)劃讀研究生,如果他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中,了解到光學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的最近發(fā)展動(dòng)態(tài),也許會(huì)影響他今后深造的方向,從而改變他人生的軌跡。針對(duì)以上種種情況,原來(lái)的物理教育專業(yè)“光學(xué)”應(yīng)該增加光學(xué)的新概念、新成就和新技術(shù)等內(nèi)容。

        1.4 教學(xué)手段呆板

        在物理專業(yè)“光學(xué)”課程教學(xué)中,由于傳統(tǒng)課堂講授法的經(jīng)濟(jì)性,長(zhǎng)期以來(lái)講授法一直是教師首選的教學(xué)方法[2]。

        在大學(xué)光學(xué)中研究較多的是光的波動(dòng)性。光的波動(dòng)性知識(shí)相對(duì)比較抽象,學(xué)生難以理解,最有效、直觀的方法就是在教學(xué)中適當(dāng)加入光學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。由于光波波長(zhǎng)很小,導(dǎo)致許多物理現(xiàn)象在正常條件下難以觀察得到,本來(lái)應(yīng)該清晰呈現(xiàn)在眼前的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,只能憑教師借助黑板板書來(lái)教授,學(xué)生只能靠想象去理解,這樣對(duì)于那部分高中物理基礎(chǔ)比較薄弱的學(xué)生來(lái)說(shuō),很難根據(jù)教師的描述在頭腦中形成清晰的物理圖象,更談不上對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理解和理論知識(shí)的接受,這直接影響到學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情,對(duì)光學(xué)教學(xué)非常不利。

        2 物理教育專業(yè)光學(xué)教學(xué)改革建議

        2.1 適當(dāng)整合教學(xué)內(nèi)容

        在光學(xué)教學(xué)中要融入相關(guān)領(lǐng)域的最新研究動(dòng)態(tài)和最新光學(xué)應(yīng)用技術(shù)等學(xué)科前沿內(nèi)容[2],將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái)。由于學(xué)校教學(xué)安排課時(shí)有限,在原有教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,增加現(xiàn)代光學(xué)知識(shí)講解,會(huì)導(dǎo)致課時(shí)不夠的現(xiàn)象。所以在講解過(guò)程中,需要教師對(duì)傳統(tǒng)波動(dòng)光學(xué)部分進(jìn)行適當(dāng)精簡(jiǎn),在保證基本內(nèi)容的前提下,刪除過(guò)于復(fù)雜的推導(dǎo),加入現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容。當(dāng)然,為了體現(xiàn)現(xiàn)代光學(xué)部分的系統(tǒng)性和完整性而將所有現(xiàn)代光學(xué)的部分全部納入光學(xué)課程的教學(xué)中來(lái)也是不現(xiàn)實(shí)的,所以加入現(xiàn)代光學(xué)的內(nèi)容要有所選擇。筆者認(rèn)為,一是加入的現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容不宜過(guò)舊,要能引領(lǐng)時(shí)代潮流,如光纖通信和光孤子、納米激光器等方面知識(shí)。二是加入的光學(xué)內(nèi)容不宜過(guò)難,應(yīng)該在學(xué)生能理解的范圍內(nèi),有些加入的內(nèi)容不要求學(xué)生們掌握,只需要他們認(rèn)識(shí)和了解,開(kāi)闊視野。三是加入的內(nèi)容要有實(shí)用價(jià)值,傳統(tǒng)波動(dòng)光學(xué)的干涉、衍射實(shí)驗(yàn)裝置基本屬于普通光源,在這部分教學(xué)中,教師可以補(bǔ)充現(xiàn)在應(yīng)用于光學(xué)精密測(cè)量的激光光源裝置。

        2.2 合理使用現(xiàn)代化教學(xué)手段

        由于光學(xué)教學(xué)內(nèi)容比較抽象,以傳統(tǒng)的板書、講授為主要方式教授的知識(shí),很難使學(xué)生充分理解。隨著科技的發(fā)展,形象、直觀、高效的信息化教學(xué)手段早已走進(jìn)我們的課堂。在大學(xué)光學(xué)教學(xué)過(guò)程中,使用現(xiàn)代化教學(xué)手段,可以節(jié)約書寫和畫圖時(shí)間,提高課堂教學(xué)效率,還可以使抽象的東西變得感性化、實(shí)踐化,便于學(xué)生理解和記憶。如,有些基本定律推導(dǎo)過(guò)程是不可缺的,但又不需要學(xué)生完全掌握,教師如果按思路在黑板上完成要占用很多時(shí)間。在教學(xué)過(guò)程中,如果把這些公式的推導(dǎo)過(guò)程按照思路直接展現(xiàn)在屏幕上,教師只做適當(dāng)講解即可,這樣就可以省下不少時(shí)間來(lái)介紹本節(jié)相關(guān)知識(shí)的新技術(shù)。對(duì)于如全息像、偏振光的形成等抽象內(nèi)容,如果利用多媒體課件展示給學(xué)生,使原本抽象的問(wèn)題直觀形象化,可以提高學(xué)習(xí)的興趣,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,起到事半功倍的作用。在一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備不太充足的學(xué)校,光的干涉和衍射實(shí)驗(yàn)無(wú)法順利完成,學(xué)生體會(huì)不到波長(zhǎng)、縫寬等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)圖案的影響,只是死記硬背。如果利用Matlab就可以對(duì)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行模擬,可以形象顯示波長(zhǎng)、狹縫間距等參數(shù)變化對(duì)干涉或衍射條紋的影響[3],幫助學(xué)生理解與記憶,進(jìn)而有效地提高課堂教學(xué)效果。

        2.3 靈活運(yùn)用教學(xué)方法

        講授法是最傳統(tǒng)的教學(xué)方法,也是大學(xué)光學(xué)教學(xué)中最常用的教學(xué)方法。講授法的特點(diǎn)是可以大量地向?qū)W生單向傳授信息,這種傳統(tǒng)的填鴨灌輸式教學(xué)方式不利于學(xué)生的獨(dú)立思考,也不利于培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。真正的素質(zhì)教育應(yīng)該以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力為出發(fā)點(diǎn),教學(xué)中充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。所以在教學(xué)中,應(yīng)該采用引導(dǎo)式、啟發(fā)式、討論式等多種教學(xué)方式,由問(wèn)題帶動(dòng)教學(xué),讓學(xué)生帶著問(wèn)題去思考、去傾聽(tīng)。如,教師在講解新知識(shí)點(diǎn)之前,最好將實(shí)際問(wèn)題與本節(jié)所要講授的理論知識(shí)緊密聯(lián)系起來(lái),并提出一些需要解決的實(shí)際問(wèn)題,讓學(xué)生感覺(jué)到該知識(shí)點(diǎn)的實(shí)用性,激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。新知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中,教師還可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn),結(jié)合實(shí)際提出問(wèn)題,讓學(xué)生在課堂上互動(dòng)、討論,從而開(kāi)拓學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。另外,對(duì)于教材中的一些例題,教師不要一味地進(jìn)行講解,應(yīng)該通過(guò)學(xué)生討論、研究,讓學(xué)生自己得出正確的解決方法,教師只需要進(jìn)行啟發(fā)、點(diǎn)評(píng)及總結(jié)即可。采取以上教學(xué)方法,可以使學(xué)生充分發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性,并培養(yǎng)其解決問(wèn)題的能力。

        2.4 合理布置課外作業(yè)

        有限的學(xué)時(shí)和過(guò)大的知識(shí)量是課堂教學(xué)中存在的一對(duì)矛盾,在授課課時(shí)不可能增加的情況下,我們可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況,從學(xué)生的現(xiàn)實(shí)需求出發(fā),靈活布置課后作業(yè)。物理教育專業(yè)“光學(xué)”教材課后習(xí)題主要是應(yīng)用所學(xué)公式和定理進(jìn)行繁雜的計(jì)算,并且題量較大,完成這種千篇一律的課后作業(yè),既不利于學(xué)生個(gè)性思維的發(fā)展,也不利于學(xué)生積極性的提高,其實(shí)是一種時(shí)間和精力的浪費(fèi),與現(xiàn)階段提倡的素質(zhì)教育大相徑庭。我們應(yīng)該從學(xué)生的實(shí)際出發(fā),根據(jù)學(xué)生的知識(shí)水平和接受能力給學(xué)生布置不同深度和廣度的課后作業(yè),如,對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)比較差的學(xué)生可以布置一些概念的判定和比較簡(jiǎn)單的計(jì)算題,還可以讓他們查找一些本節(jié)內(nèi)容所涉及到的科學(xué)家的資料,通過(guò)資料收集和閱讀,培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)真實(shí)干精神和一絲不茍的態(tài)度;對(duì)于那些基礎(chǔ)知識(shí)比較好的學(xué)生除了布置一些較復(fù)雜的計(jì)算題外,還可以增加一些前沿性資料的收集。這樣既解決了基礎(chǔ)差的學(xué)生的厭學(xué)情緒,也為愿意持續(xù)學(xué)習(xí)的學(xué)生提供了拓展空間。

        3 結(jié)語(yǔ)

        總之,光學(xué)作為物理中最實(shí)用、最有活力的部分,我們要不斷探索、研究其高效的教學(xué)改革方法,在有限的課時(shí)內(nèi),把最基礎(chǔ)、最實(shí)用、最前沿的光學(xué)知識(shí)用最有效的手段傳授給學(xué)生,提高光學(xué)的教學(xué)質(zhì)量,為中學(xué)培養(yǎng)更多的高素質(zhì)物理教師,更好地推進(jìn)中學(xué)生素質(zhì)教育的發(fā)展。

        [1]高海燕,李若平,王志剛,尹國(guó)盛.大學(xué)物理與高中物理課程光學(xué)部分的銜接研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2012,(3) :57~60.

        [2]郭繼勝.論物理光學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐與改革[J].科技教育,2009,(13) :221.

        [3]毛少娟,李剛.光電類專業(yè)“物理光學(xué)”課程教學(xué)改革初探[J].高等教育與學(xué)術(shù)研究,2009,(4) :21~23.

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