楊鵬 趙治杰 袁慶新 陳雷明 段向陽 付林杰 王海麗

摘 要：在大學(xué)物理中光學(xué)部分的實(shí)際教學(xué)中，由于光學(xué)知識點(diǎn)的分散分布特性，不僅光學(xué)知識繁雜，而且數(shù)學(xué)公式眾多，證明推導(dǎo)過程復(fù)雜，從而容易造成部分學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)中存在諸多困惑，久之則影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效果。所以需要對現(xiàn)階段大學(xué)物理中的光學(xué)教學(xué)方法進(jìn)行不斷改進(jìn)。此外還要注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，積極引入課程思政，根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，在課堂上采用形象生動的教學(xué)活動來吸引學(xué)生的注意力，增強(qiáng)廣大學(xué)生對于學(xué)習(xí)物理的興趣。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理;光學(xué)教學(xué);現(xiàn)狀與思考

在我國高等院校的大學(xué)物理課程改革教學(xué)實(shí)踐發(fā)展過程中，不同學(xué)校對于大學(xué)物理中的各個部分的各種教學(xué)方法不斷的進(jìn)行探索與創(chuàng)新，并開拓出多條適合當(dāng)下大學(xué)物理課程教育的可持續(xù)發(fā)展之路，這種教育改革也正是對教學(xué)中存在的諸多問題進(jìn)行反思的過程。[1]本文通過對大學(xué)物理中光學(xué)部分的教學(xué)方法、教學(xué)模式中存在的問題進(jìn)行剖析、反思，從而不斷的對教學(xué)進(jìn)行改善、創(chuàng)新、提高。通過將各種教學(xué)理論結(jié)合實(shí)際教學(xué)，并且將啟發(fā)式的教學(xué)方法配合大量簡易光學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)例等，積極充分的運(yùn)用到實(shí)際教學(xué)活動中，以此方式來有效提高學(xué)生在學(xué)習(xí)光學(xué)時的興趣，同時能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生手腦的綜合運(yùn)用，鍛煉學(xué)生思維的發(fā)展的同時提高動手能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

1 大學(xué)物理中光學(xué)教學(xué)的問題反思

1.1 孤立的看待大學(xué)物理中的光學(xué)知識

大學(xué)物理中的光學(xué)部分主要以波動光學(xué)為主，具有一定的獨(dú)特性。雖然整體教學(xué)難度不高，但如果忽略了整個大學(xué)物理中各部分知識的統(tǒng)一性，孤立的看待其中的光學(xué)部分，則會無形中降低光學(xué)部分的教學(xué)效果。光學(xué)部分中的波動光學(xué)與大學(xué)物理中的振動學(xué)和波動學(xué)兩部分有著密切的聯(lián)系，并以振動方程和波動方程為基礎(chǔ)。如果學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)過程中沒有理解振動與波動二者的區(qū)別和聯(lián)系，那么在對光的波動方程的推導(dǎo)過程中就會存在不小的疑惑，繼而無法理解干涉的物理本質(zhì)，以及衍射與干涉的區(qū)別和聯(lián)系。從而導(dǎo)致對整個波動光學(xué)停留在表面的認(rèn)識，而不理解其中的物理本質(zhì)，逐漸的失去學(xué)習(xí)的興趣。所以，教師在大學(xué)物理的教學(xué)準(zhǔn)備中應(yīng)該把大學(xué)物理作為一個統(tǒng)一的整體，注重挖掘各部分知識點(diǎn)的物理本質(zhì)，以及與其他部分知識點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系，并在教學(xué)過程中向?qū)W生強(qiáng)調(diào)這種知識點(diǎn)內(nèi)在的關(guān)聯(lián)性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也認(rèn)識到公式或定理與其他公式定理的關(guān)系，做到知其然也知其所以然。

1.2 在物理教學(xué)過程中重理論輕實(shí)踐

大學(xué)物理中光學(xué)部分的另外一個教學(xué)難點(diǎn)就是理論與實(shí)踐的結(jié)合。[2]歷史上，對波動光學(xué)的研究始于光的衍射現(xiàn)象，因?yàn)檠苌洮F(xiàn)象在生活中是經(jīng)常能夠出現(xiàn)的，物體實(shí)際的影子往往要比按照光沿直線傳播所計算出的影子要小，只有光的波動性能夠解釋這一現(xiàn)象。雖然定性解釋衍射現(xiàn)象比較簡單，但定量解釋確實(shí)十分復(fù)雜的，其過程中存在大量復(fù)雜的計算與推導(dǎo)過程。因此，在實(shí)際的教學(xué)中，往往先從較簡單的干涉現(xiàn)象入手。雖然通過楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)這一經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)來定量的解釋干涉現(xiàn)象較為容易，但干涉現(xiàn)象在生活中卻是十分罕見的，因?yàn)橄喔晒獾臈l件比較苛刻，生活中很難遇到。如果教師在授課過程只中注重理論教學(xué)，不進(jìn)行實(shí)物展示或者實(shí)驗(yàn)演示，就會導(dǎo)致了學(xué)生對干涉現(xiàn)象沒有一個直觀的認(rèn)識，進(jìn)而對課堂上所講的干涉中的定量計算、推導(dǎo)過程的理解也無法以實(shí)際現(xiàn)象為背景，不能建立其與研究對象的內(nèi)在聯(lián)系，導(dǎo)致不能深刻理解干涉的物理意義。為了應(yīng)付考試只能死記硬背課本上的概念與公式，結(jié)果是只知其然不知其所以然，達(dá)不到良好的教學(xué)效果。長此以往，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)自主性表現(xiàn)越來越淡，對光學(xué)知識點(diǎn)的掌握力度越來越差，甚至可能還會出現(xiàn)部分學(xué)生厭學(xué)或者學(xué)生逃課的不良現(xiàn)象。

2 大學(xué)物理中光學(xué)教學(xué)的實(shí)踐運(yùn)用

2.1 注重物理教學(xué)過程中知識點(diǎn)的連貫與統(tǒng)一

在光學(xué)教學(xué)中的教學(xué)方法可以運(yùn)用縱向教學(xué)。[3]一方面，在教學(xué)初期就向?qū)W生強(qiáng)調(diào)光的波動性與前面所學(xué)的波動學(xué)的關(guān)系，并帶領(lǐng)學(xué)生回顧波動方程的推導(dǎo)過程。另一方面，在講授光學(xué)基本概念（如相位、光程、波數(shù)等），或光學(xué)現(xiàn)象的定量解釋（如干涉、衍射的公式推導(dǎo)）過程中，反復(fù)強(qiáng)調(diào)所學(xué)內(nèi)容與波動方程的關(guān)系，以及與前面光學(xué)知識的聯(lián)系。這樣—來，知識的基本邏輯結(jié)構(gòu)體系就形成了，學(xué)生就有可能將前后兩節(jié)課（甚至之前更久）所學(xué)的兩個知識體系加以緊密關(guān)聯(lián)，得到更佳的綜合學(xué)習(xí)效果。例如，通過復(fù)習(xí)波動中相位的概念使學(xué)生能夠有效的理解光程的物理意義。教師在此可以運(yùn)用舉例的方法，引導(dǎo)學(xué)生去主動對光程進(jìn)行思考和討論。相同頻率的光在真空中或水中通過相同的路程，相位的改變是否相同？為什么會不相同？如何更直觀的恒量相位的改變？通過這一系列連貫的思考與討論，能夠使學(xué)生更有效的在課堂里學(xué)習(xí)，從而對光程有更深刻的認(rèn)識。

2.2 注重光學(xué)實(shí)驗(yàn)在課堂上的作用

大學(xué)物理課堂教學(xué)中引入相應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱岣邔W(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，光學(xué)的教學(xué)也是如此，但如何選擇合適的演示實(shí)驗(yàn)需要教師認(rèn)真思考。首先，實(shí)驗(yàn)要與所講知識點(diǎn)高度契合;其次，課堂實(shí)驗(yàn)演示不能花費(fèi)太多時間，因?yàn)槭抢碚撜n并不是實(shí)驗(yàn)課;最后還要方便攜帶，便于展示?；谝陨先c(diǎn)，教師可以準(zhǔn)備一些相關(guān)的光學(xué)元件，如小型的透鏡、光柵、偏振片、方解石晶體等等，配合教師上課所用的激光筆，便能做出許多種演示實(shí)驗(yàn);教師也可以自己動手準(zhǔn)備一些實(shí)驗(yàn)器材，如講到楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，由于激光筆是一個很好的相干光源，只需要解決雙縫就可以了，通過用小刀或針尖在金屬箔片上刻畫兩道劃痕就能滿足要求，金屬箔片可以采用膠囊包裝背后的金屬箔，或烤箱用的金屬箔。通過用激光照射金屬箔片上的狹縫，便可以在教室墻壁上顯現(xiàn)出干涉條紋，十分直觀的讓學(xué)生觀察到課本上所講的實(shí)驗(yàn)裝置，以及所產(chǎn)生的的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。教師也可以準(zhǔn)備不同狹縫間距的多張金屬箔，或者調(diào)整裝置與屏幕的距離，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)對比的方式，觀察屏幕上條紋的變化，更深刻的理解狹縫間距公式中不同物理量的作用與含義。

2.3 積極挖掘光學(xué)課程中的思政元素

通過在教學(xué)過程中引入課程思政，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新精神和愛國熱情，培養(yǎng)科學(xué)的思維方式，樹立正確的人生觀價值觀。大學(xué)物理中蘊(yùn)含著豐富的課程思政元素，其中的光學(xué)部分也不例外，是值得教師進(jìn)行深入挖掘的。例如，在學(xué)習(xí)圓盤衍射時，可以引入泊松亮斑的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的思維方式。泊松通過理論計算質(zhì)疑菲涅爾的次波理論，認(rèn)為圓盤陰影中心出現(xiàn)亮斑是不可能的，然而阿拉果通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個亮斑的存在，事實(shí)勝于雄辯，實(shí)驗(yàn)證明菲涅爾理論的正確性。不僅說明物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，也證實(shí)了實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。類似的思政元素在大學(xué)物理的各個部分都有很多，只要教師深入挖掘、認(rèn)真思考，都能夠?qū)虒W(xué)有很大的幫助與提升。

3 結(jié)束語

大學(xué)物理中光學(xué)的教學(xué)需要以連續(xù)統(tǒng)一的方式看待其與大學(xué)物理中其他部分知識點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系，并持續(xù)的向?qū)W生強(qiáng)調(diào)這種不同物理公式、定律間本質(zhì)上的關(guān)系。在實(shí)際課程教學(xué)中還要注重理論與實(shí)踐互補(bǔ)作用，通過實(shí)物或?qū)嶒?yàn)演示讓學(xué)生對基本的光學(xué)現(xiàn)象有直觀的認(rèn)識，從而更好的理解理論推導(dǎo)的過程及其所蘊(yùn)含的物理規(guī)律。教師作為教學(xué)過程的引導(dǎo)者，要不斷改進(jìn)大學(xué)物理的教學(xué)方式，積極引入課程思政，激起廣大學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣與動力，不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，為學(xué)生學(xué)習(xí)更多的專業(yè)知識打下堅固的理論基礎(chǔ)。

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河南省教育科學(xué)規(guī)劃2020?年度一般課題“基于專業(yè)認(rèn)證理念的應(yīng)用理科人才培養(yǎng)研究”（2020YB0151）;

河南省研究生教育改革與質(zhì)量提升工程項目（YJS2021AL098）;