论物理光学教学中的实践与改革

2022-09-10

1 物理光学教育中存在的问题

由于物理课程自身的独立性、系统性、专用性很强, 高等院校非物理专业的大学物理光学教学, 往往过分强调学科本位, 将课程设置的重点放在学科的完善上, 而和各个具体专业的专业知识结合不够紧密。而且光学部分的内容设置和学时限制, 很容易导致课程体系的“难、繁、偏、旧”, 使学生过于注重书本知识, 对物理公式死记硬背, 机械被动地接受学习。从而导致教学方法僵化、教学手段落后等, 也就影响着学生的学习兴趣和探索兴趣, 阻碍学生创新能力和探究能力的培养。

2 实践与探索

针对大学物理公共基础课程的特点通过总结教学经验, 我们在光学的教学过程中进行了一系列的实践和探索, 取得了很好的教学效果。

(1) 更新教学理念, 改变学科本位观念

光学知识在日常生活、科学技术和社会生活中都有着越来越广泛的应用。我们的教学应该指导学生“从生活走向物理”能增加学生学习物理的兴趣;“从物理走向生活”, 使学生懂得学习大学物理的真正意义:不是单纯为了学习而学习, 它和学生所学的专业有着密切的联系, 物理学的基础理论、基础知识和基本技能对其专业具有重要的作用和影响。在教学中, 尽力从知识和技能、过程和方法、情感态度和价值观三个维度去促进学生个体的发展。例如在讲述《几何光学》部分内容时, 引入现代建筑对光学的应用, 即香港的汇丰银行大楼, 用“日光镜”给办公大厅提供天然照明。采光设备就是一组平面镜和一组凸镜, 整个系统由电脑控制, , 使阳光经平面镜反射后射到大厅顶部的一组凸镜上, 再由凸镜反射照亮大厅。并介绍深宫皇妃饮酒宝杯—“蝴蝶杯”, 当杯内无酒时杯底里什麽也看不到, 当杯内斟酒以后, 从杯底里便看到有蝴碟翩翩起舞 (因杯底有一凸透镜, 杯脚内一蝴蝶) 。在讲《光的干涉》部分内容时, 简要介绍“纳米技术”, 纳米技术是指用数千个分子或原子制造新型材料或微型器件的科学技术, 纳米材料主要由超细薄膜、碳纳米管等。而一些介质薄膜的厚度可应用光的干涉有关知识进行检测, 并介绍一些和光学相关的高精测量技术, 从而大大激发了学生学习光学的兴趣使教学的内容充满活力。

(2) 调整教学内容, 尝试学科交叉融合

我们教学的对象是非物理专业的学生, 他们有着很强的专业意识。因此, 我们根据农业院校教学改革的要求, 结合各专业情况, 重新调整了教学内容, 将“光学”分为“基础知识、提高知识和扩展知识”3个部分。其中“扩展知识”部分根据学生的专业特点而有所不同。在教某个专业的光学之前, 就先试着阅读那个专业后续课的教材, 并检索与之相关的文献, 了解该学科的前沿与发展趋势。上课时可以举一些与该专业结合的例子, 使学生亲身感受到, 物理是现代高新科技的源泉。引导学生应用光学的知识和方法去学习、研究该专业。例如, 在对农业专业学生的教学中, 该专业不仅关心生物大分子的静态结构与功能, 还常常需要理解生物反应过程中其结构与功能随时间的变化。“时间分辨光谱”是生命科学中研究生物大分子结构和功能随时间变化的一种很难取代的检测方法, 还可以和荧光光谱、拉曼光谱等得到的信息综合起来, 深入研究某些分子演变过程的微观原理。如“时间分辨光谱”涉及到非线性光学和ps~fs量级的脉冲激光, 我们在“扩展知识”部分就简单介绍了相关的非线性光学知识和脉冲激光器原理。

(3) 优化教学模式, 注重素质教育培养

1) 采用“启发式”和“互动式”教学

“启发式”和“互动式”教学更能体现学习者的积极参与, 对于培养能力、训练思维是非常重要的。在教学中对所讲授的内容进行精心设计:怎样提出问题, 如何引导学生去思考、去分析, 对于可能出现的错误答案如何去辨析等等。在教学中安排适量的讨论学时, 让更多的同学参与到课堂讨论中来。这样, 不仅训练了学生的独立思维, 激发了学习的兴趣和主动性, 对于培养学生的创新能力也起到了很好的作用。比如, “波动光学”中“光的干涉”、“光的衍射”是学生在高中物理课程中已经接触过一部分观点的内容。授课时可以考虑安排教师上1学时, 另外1学时由学生来讲。这种“学生参与教学”的方式增进了教与学的交流, 加深了师生之间的理解, 也让学生对知识的认识和思维方式有了很大提高。

2) 应用现代教育技术提升教学质量

多媒体辅助教学, 光学学科是伴随着对各种光现象的发现、观察、分析和理解而逐步发展和建立起来的, 学习光学理论必须采取“观察现象”到“领会本质”这一过程才符合认知规律。因此在引入新的理论时, 教师要适当介绍相关的光学现象, 这样可以启发学生的求知欲望, 提高教学效果。例如教师可以采用两种方式对光学现象进行课堂再现, 一是编制光学现象仿真程序, 模拟光学现象的演示过程和效果;二是拍摄光学演示的录像, 经过加工剪辑在课堂放映。教师使用Power Point课件讲授光学课程, 在Power Point中通过作图和插入的静态图片和动态影像, 直观形象地介绍和说明光学现象和规律。借助多种硬件设备和软件平台, 完成了一整套多媒体光学教学课件。使用这些课件, 让学生经历了从兴趣到求知到领悟的学习过程, 课堂教学效果卓有成效。教师也将精力放在如何策划、组织和编排好每一次课堂教学, 真正达到攻克教学难点、提高教学效率、拓宽教学时空的目的。

(4) 结合科学研究, 提高教学质量

在教学过程中, 教师起着主导作用。因此必须改变教师自身知识结构的老化, 将最新科学技术有机地移植到物理教学中, 最有效的途径之一就是积极参加科学研究, 通过科研能力的提高, 改变自身知识结构的局限性, 进而提高教学质量。我觉得科研对于教学质量的促进有以下两个方面。第一、参加科研能大大提高教师的教学水平。物理学是一个整体, 参加科研, 不仅能在物理学的某一方面深入, 还能以点带面触类旁通, 加深对物理学其他领域以及科学方法的理解。我研究的方向是光信息和光电理论, 不仅涉及电磁理论, 还要用到量子力学和电动力学等多方面的理论知识。结合教学参加科研, 获得了大量的第一手资料, 将这些宝贵的资料充实到教学中, 丰富了教学内容, 拓宽了知识面, 也使教学富有真实感。第二、引导学生参加教师的科研工作, 是培养他们的科研素质和创新能力的好途径。

教学过程是一个系统工程。如何优化和深化基础物理教学是一个长期的课题, 随着高校教学改革的深入, 不断有新的现象和要求提出, 面临的问题值得每一位物理教师进行更深入的思考和探究。

摘要：光学教学改革的基本做法是在教学中不断介绍新的应用技术, 保持教学内容与方法的先进性;并在教学中适时引进实验演示, 突出对物理过程的分析, 提高学生的科学能力, 收到了好的教学效果。

关键词：教学改革,物理,光学