光学教程范文

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第1篇

关键词光学；教学；改革

光学课程是物理学专业最重要的基础课程之一，同时也是现代科学技术迅速发展、崛起的重要支柱。以激光为基础的现代光学的知识，已经渗透到日常生活中的众多领域，在工业、农业、交通、能源、医药、信息等领域发挥着越来越重要的作用。光学作为基础性学科具有很强的学术性，同时，光学课程的知识覆盖面广，应用性和可操作性也较强，它能够较好地锻炼学生的思维能力及理论与实际相结合的能力。而在传统的光学课程教学中，存在着重理论轻实践，理论与实际相脱离，缺乏创新，无法适应社会及专业领域的需求等问题。如何培养不仅具有扎实理论基础，还具备较强工程应用能力的光学类技术人才，是我们教学改革研究的重点问题。

1光学课程教学现状

光学课程教学大纲计划68学时，教材内容分为干涉、衍射、几何光学、光学仪器、偏振及现代光学部分[1-3]，内容繁多，教学任务较重。因此，光学一直是一门教师难教、学生难学的课程。在教学过程中，通常更加强调基础知识的理论性，而对知识的应用性和工程性关注偏少，理论联系实际显得不足，教学中不自觉地存在“重理论和基础，轻工程和应用”的倾向，淡化了光学类课程本身拥有的强烈应用和工程背景特性。另外，学生在大学阶段参与实习实践、接触实际工程问题和公司企业的机会偏少，教学与光学元器件的工程设计及公司企业的要求联系还不够，存在明显脱节现象。目前教学中教师的主导地位强，而学生的主体地位偏弱；第一课堂强，第二课堂弱；体现学生结合课本知识在“做中学”并培养自身实践精神、工程意识和创新能力的活动空间不够。

2光学课程改革的思考

光学课程有其自身的特点，与力学、热学等学科之间的联系不太紧密，自身的知识体系比较繁杂。在具体的教学改革与实践中，主要从教学内容、教学方法、考核方式等几个方面着手。

2.1教学内容

在教学内容上，首先要优选教材，认真制订教学计划。教学中，既要注重讲解光学课程中最基本的概念、理论，夯实学生的基础知识，提高学生的理论水平，又要加强现代光学基础的教学，增加一些现代光学的前沿知识，了解光学发展的最新动态，引导学生不断拓宽视野，激发学生的创新意识和科学探索精神，培养学生的科学素养。例如，在讲解几何光学及光学仪器知识时，可以介绍海市蜃楼、扫描隧道显微镜。在讲解光的干涉时，可以介绍相干探测技术、全息照相、光学薄膜等。在讲解偏振现象时，可以介绍3D电影及偏振雷达探测技术等。让学生体会光学知识在日常生活中应用、发展及科学前景。另外，针对相关科学前沿知识，开展一些专题讲座，让同学们更深入地理解光学科技的发展，同时强化了基础知识的学习。或让学生课外查阅相关文献，提高学生学习兴趣，激发学生探索欲望。积极搜集光学在日常生活中应用的实例，引导学生运用已学相关理论知识，解释日常生活中的光学现象，真正实现从生活走向物理，从物理走向社会。

2.2教学方法

在教学方法上，要注重重点、难点的理解和掌握，注重分析思路和处理问题的方法。积极引导学生理论联系实际，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。为了能够在有限学时内，尽可能多地讲解现代光学的内容，可以在课前布置相关的预习作业，既能节约课堂基础教学的时间，又能锻炼同学们的自学能力。在教学中，要求学生上课主动提问，培养学生自学及发现、解决问题的能力[4]。教学中针对相关课题让学生参与讨论，在讨论的过程中更透彻理解相关理论，并了解其应用，变被动学习为主动探索。在传统的理论教学基础上，尽可能多地增加实践教学的环节，改变教学观念，以任务为驱动，明确从理论到实践的具体操作过程，培养学生工程实践的能力[5]。实践教学中要求学生进行文献调研、撰写小论文及动手制作相关光学仪器，解决一定难度的实际问题、培养自身创新精神、科研意识和综合能力与素质。例如，我们在教学中将学生分组，动手制作简单光学器件，如望远镜、放大镜等，有效地激发了学生的学习兴趣、动手能力及团队合作的精神。科学技术的不断进步，使得教学方法的多样性成为可能。在教学中，针对光学课程本身的广泛应用性和工程背景，可以有针对性地介绍一两种国内外优秀光学设计软件，如ZEMAX、OSLO等。其中ZEMAX可进行光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射、绕射等光学模型。该软件还具备对光学系统进行设计、优化、分析的功能。在光学课程第三章几何光学部分，学完基础知识后，给出一些利用设计软件进行相关光学课程中涉及的光学元器件和系统设计的典型实例，如望远镜系统设计、8倍观察镜系统设计等。同时试着让同学们分组利用该软件进行相关光学设计，从而既提高学生的学习兴趣，又有效地培养学生的工程设计能力和综合应用知识的实践能力。由于在光学课程的教学过程中，有些光学现象在日常生活中比较难于观察[6]，比如干涉、衍射的现象，很多感性材料只能从课本图片中获得，比如干涉条纹、衍射条纹等。为了能够使得同学们获得较多的感性材料，我们在教学过程中，利用一些计算软件，例如Matlab，将干涉、衍射现象通过程序模拟展示出来，这样既给同学们提供了清晰的感性材料、直观的物理图像，也通过程序中相关参数的调节，让同学们更加深入地理解光学知识中的相关规律。图1为利用Matlab软件编写的分振幅干涉中牛顿环的干涉图像，图2为氢原子光栅光谱图。物理是以实验为基础的科学。在教学过程中，改变理论与实验分开进行的现状，从教师指导演示实验，转变为学生在实验室自主实验。设置相关开放性实验课题，让学生分成实验小组，将学生自己的设计思想和实验内容相结合，鼓励学生自主创新，使课堂成为师生互动的场所。这样，即有利于将枯燥、抽象的理论生动化、具体化，又有助于对基础理论的深入理解及应用，充分调动学生学习的主动性和热情，提高了教学效果。实验室也在不断完善，力争提供更好的资源，取得更好的教学效果。

2.3考核方式

教学考核中，摈弃一次考试决定最终成绩的做法，将平时课堂表现和论文及动手制作部分纳入最后成绩测评，关注学生学习过程而非单一的最后考试结果。充分利用学院网络资源，建立网上习题库，建立有特色的个人主页，并通过此与学生进行定期的网上交流及作业的布置和批改。网上交流的方式可以更有效地与学生沟通，实时解决学生提出的相关问题，提高了学生学习的效率。

3结语

伴随着科技的快速进步，物理教学的手段也正在不断更新。如何培养适应新时展的光学专业人才，是我们教学改革的目标和方向。通过以上教学改革的探讨和在实际教学过程中的运用，使得教学活动充满了活力，极大地调动了学生学习的兴趣和探索的欲望，培养了学生自己动手实践的能力及团队合作的精神，大大提高了教学效果。

参考文献

[1]姚启钧.光学教程[M].北京:高等教育出版社,1993.

[2]赵凯华.新概念物理教程:光学[M].北京:高等教育出版社,2011.

[3]郭光灿,吴强.光学[M].合肥:中国科技大学出版社,2003.

[4]许晓赋,廖珊珊,高忠坚.《光学设计》课程教学模式的探索与实践[J].福建教育学院学报,2014(4):69-71.

[5]陈传盛,陈曙光,李富进.培养大学生科技创新能力的课堂教学改革实践[J].教育教学论坛,2014(4):51-52.

第2篇

关键词: 光学课程 教学现状 教学改革

1.引言

光学课程是高校物理学专业的一门重要基础课,是普通物理学中一个必不可少的组成部分。自1960年激光出现以来,光学学科以前所未有的规模和速度迅速发展,出现了许多以激光为基础的现代光学,如非线性光学、信息光学、光纤光学、光电子学、量子光学等许多新的分支学科。这些学科都是以经典光学为基础发展而成,因此,光学课程是这些新技术的理论基础课。通过学习光学课程,学生可以奠定坚实的知识基础[1],同时学习其典型的科学思想方法。

鉴于光学课程的重要地位,我们应该不断地探索如何对该课程实施恰当的、适合学科发展的教学工作。因此,如何改革现有的光学理论课程和实验课程的传授式教学,使之适应科学技术和当今社会发展的需要,是一个值得深入探讨的课题。

2.光学课程教学现状

2.1教学内容

长期以来,光学课程在内容结构上,都是以基本概念、基本规律和基本计算方法为主线,对于基本研究方法和基本物理思想不够重视,叙述也无新意。教学内容一直主要是几何光学与波动光学。尽管在教学过程中加入现代光学的基本原理介绍,但由于学时限制,教学过程中这部分内容的讲授也一般只作简单的介绍,大部分内容让学生自己阅读,因而光学的教学内容一直局限在经典光学的主要原理部分,对其应用涉及较少[2]。而光学是现代前沿科学技术的基础和源泉,当今现代光学技术发展迅速,因而光学课程教学内容已跟不上时代的要求,不具有现代气息。所以大学生在毕业以后,对现代光学发展概况了解甚少,很难适应当今社会对光电子技术、光通信技术人才的应用要求。这就要求我们对教学内容进行改革,充分利用有限的学时,合理安排教学内容,使学生在掌握基础理论的同时,能很好地了解现代光学的发展动态。

2.2教学方法

纵观我国的教学现状,传授式教学方法根深蒂固。这种教学方法以教师为主体,学生的学习完全属于被动型。这虽然在知识的传授方面有一定的意义,但却严重地影响了学生能力的发展,降低了学生参与教学活动的积极性和主动性。只有教师让学生成为教学活动的主体,发挥学生的主动性,使学生成为知识的探索者和创造者,才能使学生有自觉和持久的学习兴趣,高校教学的目的才能得以实现。因此,光学课程的教学方法也成为亟待改革的内容之一。

2.3学生的学习积极性

教师要想收到较好的教学效果,就必须学会调动学生的学习积极性。而多数教师往往认为听课者已经是大学生了,应该有学习的自主性,所以常会注重知识的讲解,而忽略学生学习积极性的调动,与学生的互动甚少。现在一些学生进入大学后,生活方式与以往变化很大,觉得没有了压力,对未来又充满了迷茫,所以对学习也就不那么重视。加上物理学相较其他学科显得理论性很强,学习难度相对偏高,因此调动大学生的学习积极性是一个值得注意的问题。

3.光学课程改革的具体思路

3.1教学内容的调整

由于光学课程涉及的内容非常广泛,头绪繁多,自身又不像电磁学或者经典力学那样有一个贯穿始终的思路而形成比较完整的体系[3],因此在教学改革过程中教师既要注意讲授必要的传统内容,又要紧密结合现代光学前沿课题,找准基础理论与科技前沿课题的结合点,精选现代光学知识内容,把握几个现代光学的前沿课题,以线带面进行教学。教师在讲授基础光学的相关内容时,及时地引入现代光学相关知识,可以使学生既不感到光学基础理论枯燥乏味,又能体会到现代光学前沿课题是与基础理论紧密结合的。比如,讲解偏振现象时教师可以引入立体电影的原理,讲解几何光学全反射原理时可以介绍光纤光学系统及其应用,讲解双折射晶体原理时可以介绍晶体材料的进展和应用前景,讲解光的干涉内容时可以简要介绍“纳米技术”,等等。这样不仅可以增加教学容量,而且能大大激发学生的学习兴趣,使教学的内容充满活力。

3.2教学方法的改革

目前,光学课程的教学虽仍以课堂教学为主,但是讲解过程中应贯彻少讲、精讲的原则。课堂教学方法可灵活多样。

3.2.1由问题带动教学。

将实际问题与理论知识联系起来,在介绍一个知识点之前,着重介绍知识点的实际来源,是为了解决什么样的问题而提出的解决方法[4]。例如讲授光的干涉内容时提出如下问题:(1)吹出的肥皂泡在阳光的照射下呈现出彩色图案,这是为什么?(2)教室里有许多盏日光灯,却没有看到光的明暗分布条纹,这又是为什么?再例如讲述多光束干涉时,可以先把F-P干涉仪的用途讲清楚。这种思路可以让本身枯燥的理论知识变得生动,进而活跃课堂气氛,引导学生进行知识探索。

3.2.2着重方法讲解。

大学教学的关键是提高学生的素质,不仅使学生掌握更多的知识,而且掌握方法,掌握分析和解决的能力。在课堂教学中,教师可以用光学原理引导学生如何进行相关设计,进行启发式教学。教师的责任不仅仅是“教”,更重要的是引导学生去“观察”和“学”,放弃“满堂灌”、“拉着走”的教学方式。如果学生在老师的指导下完成具有一定研究性、探索性的小论文,就能锻炼其独立思考和探索问题的能力,有助于创新意识和创新精神的培养。

3.2.3分层次教学。

教学过程应分清主次,详略得当。对于重点的基础内容,可以详细讲解,重点强调,并伴有典型的例题,使学生牢固掌握。对于一般知识,如现代光学的前沿,可以由目前学生能认识的现象开始,简单介绍原理,留出足够的空间让学生通过互联网、图书馆等渠道进行深层次的了解。对于教材中的出现的相似内容,可以让学生自学,采用讨论式教学。这种教学方式既可活跃课堂气氛,又可加深学生对知识的理解、运用,且有利于学生素质的提高。

3.2.4开辟专题讲座,拓展教学内容。

为了利用采用讲座与授课相结合的教学方式,在课程教学过程中教师可以适当安排几次专题讲座,专门介绍与现代生活息息相关的现代光学前沿课题,开拓学生的视野,丰富学生的课堂教学。

3.3调动学生的积极性

3.3.1多联系实际应用。

学生往往不会对纯理论的知识产生直接的兴趣,如果只学习理论而不知理论的实际用途,学生会变得迷茫,学习也会变成一个流于表面形式的过程。在光学教学中,教师应结合教学内容,适时提出经过理想化了的实际技术问题,激发学生的兴趣,引导学生灵活运用所学知识去探索、解决问题。理工科课堂中存在的共性问题就是当教师一味讲解基本理论时,只有少数学生听讲,而当教师提出与之相关的实际应用,特别是生活中常见的应用时,多数同学会表现出很强的求知欲。光学与实际生活联系密切,如在讲授分振幅干涉这部分内容时可指出如何将照相机镜头做成看起来是蓝紫色的,为什么阳光下的肥皂泡看上去是五颜六色的,如何检验眼镜片的表面是否是光洁的,等等,结合了实际的应用,符合学生的认知规律。

3.3.2采用多媒体和传统的教学相结合。

多媒体的使用大大节约了板书时间,缓解了课堂内容多、课时不够的矛盾,课堂教学信息量增大。光学课程涉及到大量图像,把光学图像采用Flash、3D等绘图软件做成三维动态课件,在课堂教学中能产生生动活泼的效果,能提高学生的学习兴趣和记忆力。比如讲解夫琅禾费衍射时,教师可先让学生观看矩形衍射和圆孔衍射的Flas来加强感性认识;讲解F-P干涉仪时,仿真多光束干涉图样随着干涉仪内表面反射率的变化而变化的图样,形象说明F-P干涉仪的工作原理。

3.3.3发挥情感的积极作用。

有调查表明,多数高校教师与学生之间的关系和高中教师与学生之间的关系不同,关键在于高校师生之间缺乏沟通。多数教师与学生见面时间仅限于课堂,且无更多交流,导致教师不认识多数的学生,甚至学生不记得某课程任课老师是谁。这也会降低学生学习的兴趣。如果教师能够与学生多交流多沟通,亲近学生,就能够在学生心中树立起更好的形象,从而进一步激起学生对学习的兴趣,使学生真正成为教学中的主体。

4.结语

本文主要就光学课程的教学内容、教学方法和调动学生积极性方面提出教学改革的方向。我们应该在教学过程中,通过各种实践,不断开展教学改革,努力提高课程教学质量,提高学生学习的积极性,培养学生的创新意识、创新精神和创新能力。

参考文献:

[1]姚启钧.光学教程:第四版[M].北京:高等教育出版社.2008.

[2]钟金钢.21世纪普通物理光学教学改革思路研究[J].中山大学学报论丛.2002,22,(1):120.

第3篇

关键词：课程建设 教学手段 多媒体辅助教学

Investigation analysis of "optics" course teaching reformation

ZHANG Ling-fen，WANG Lie-yan，TAO Wei-dong

Abstract: The article explores and practises the " optics"course teaching modernization, shows the reformation process of course teaching content and teaching approach, and discusses students' feedback opinions ,and puts forward futher reformation tentative plan.

Key words: Courses construction Teaching approach Multimedia assistant teaching

光学是物理学中最重要的基础学科，也是现代科学技术迅速发展的重要支柱。自从20世纪60年代第一台红宝石激光器诞生以来，光学发生了划时代的变革，成为当前发展最活跃的科学前沿之一。

根据光学课程的特点，教学方法和手段的单一以及实验条件的限制，使得教学效果难以保证，随着光学理论和技术的迅速发展，新的光学现象、光学仪器不断涌现，面临着光电技术革命的新挑战，我们的基础光学课程应如何调整教学内容、教学手段和教学方法，跟上现代科学技术发展和培养21世纪科技人才的需要，我们对物理专业的光学课程进行了教学内容和教学手段的改革尝试，取得了初步效果。

一、教学内容的改革

我们选择面向21世纪的课程教材，赵凯华主编的《新概念物理教程》（光学分册）作为教材，该教材是高教出版社推荐的唯一一本五星级的教材[1]。它注重基本知识、基本概念、基本规律和方法的论述，重点放在波动光学，内容非常丰富而结构合理。这有助于我们加强基础，扩大知识面，增加信息量。在教学过程中我们既重理论也重应用，使光学的基础内容现代化，同时加强现代光学基础，努力做到现代光学内容的基础化。结合讲授内容，我们经常介绍一些光学研究的热点、重大发现和进展，注意课程内容与实际应用相联系，通过这些知识的传授有助于提高学生的科学素质和能力。比如，在讲到光的全反射时，会介绍光纤通讯的原理、技术和应用；在讲到光学仪器成像的分辨本领时，会介绍哈勃天文望远镜等，以拓展学生的视野。

二、教学手段的改革

我们用Powerpoint软件自制“光学”电子课件，又引进光学影视资料光盘、大量教学图库和教学实验影片，使许多抽象、难以理解的内容变得生动、直观，达到了黑板授课不可比拟的效果。比如在讲到迈克耳孙干涉仪时，我们播放相应的演示录像片，把实验室里的真实的实验展现出来，干涉仪的构造、实验现象特别是动态的条纹移动看得非常真切，这不但加深了对概念的理解，还相当于进实验室作了实验。这样的效果是以前只在黑板上画画光路图完全不能比的。

借助于多媒体网络技术，采用多种形式的教学。我们在课堂上采用启发、讨论的方法进行教学，在课下则采用学生自学加研究的方法，让学生选择自己感兴趣的问题制作物理小课件。比如“相位差”是光学中的一个重要的概念，在习题和考试中很容易出错，传统的教学手段只能通过在黑板上画许多图来进行讲解，教师的工作量也非常大，而教学效果却得不到保证。我们就让学生自己动手，用Visual Basic或Matlab编制程序[2]，制作了“简谐振动的合成”动态演示课件，将做好的课件生成EXE可执行文件，就可直接运行，将文件链接到别的文件如Powerpoint中可方便调用。这样，学生不但弄懂了物理概念，而且提高了查阅资料的能力和计算机的应用能力。

三、对学生的调查

为了了解学生对光学课程教学情况的反映，检查不足之处，进一步推进光学课程的教学改革。我们在学生中采用书面问答、平时与学生交谈等多种形式进行了比较深入的调查，并结合实际情况做了分析。

首先，“光学”这门课在学生心目中还是很受欢迎的。光学课程具有独特魅力，在现代科学技术中、在日常生活中有广泛应用，具有举足轻重的地位，这是学生对光学感兴趣的原因之一。

大多数同学欢迎使用计算机多媒体教学，认为多媒体教学信息量大、图文并茂、形象生动，能使有些较难的内容变得容易理解，能有效激发学生的学习兴趣和学习积极性。

有部分学生提出教学进度太快，记笔记困难。这要求我们不能只追求增加课堂的信息量，要了解学生的具体情况，达到最佳的学习效果。最好是把现代化多媒体教学和传统的教学有机地结合起来，多用笔在白板上进行演算，或者让一些内容在屏幕上多保留一会，减少幻灯片的切换，使学生能跟上节奏。另一种直接的解决方法是，在课后把教学幻灯拷贝给学生，让学生在自己的计算机上观看、复习。

有部分学生反映在课堂上多讲公式和规律的应用以及多讲例题。这里我们应该引导学生注重自己自学能力、独立思考和解决问题的能力的培养。把课堂上接受的信息，结合课后自己的阅读、思考、作业等加以消化吸收，这样才能真正地学到知识，提高自己的学习能力。

有不少学生在理解和接受现代光学方面存在着不同程度的困难。反映最难学的是傅里叶变换光学[1]。使用的高等数学中的傅里叶变换较多，较抽象。我们希望在“高等数学”课程教学中，加强有关傅里叶变换方面的内容。

四、结束语

光学课程的改革是多方面的，也是系统性的。有些做法是否合适是否最好有待于进一步的实践去证明。经过我们的努力，光学课程目前已通过宁波大学优秀课程的验收。我们将不断改进教学手段和教学方法，以取得更好的效果。

参考文献

[1] 赵凯华. 新概念物理教程――光学. 北京：高等教育出版社, 2004.