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篇1
本文中，以理工科类所采用的大学物理教材、普通高中理科生所采用的人教版物理教材和初中生采用的人教版物理教材（主要是前两者）为参考，对大学物理的几何光学部分（大学物理下册第17章几何光学［1］）如何与中学物理中相应知识（选修2―3的第1章光的折射和第2章光学仪器［2］）衔接的问题进行了分析和探讨，理清这些问题将有助于促进大学物理课程改革健康有序地发展，同时也希望为中学物理课程改革提供一定的借鉴。
1.大学物理课程和中学物理课程基本要求的对比
对照《大学物理基本要求》［3］与《全日制普通高中物理课程标准》（简称为《新课标》），从教学目标看，《中学物理课程标准》把基础物理知识与技能学习、自主探究的过程训练和方法体验、情感与价值观的培养有机地结合起来。而《要求》则强调在系统掌握物理知识和方法的同时，还要注重培养学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识，努力实现学生的知识、能力、素质三方面的协调发展。显然，大学物理教学要求是在高中物理要求的基础上加以提高。
所以，将《要求》和《新课标》中对几何光学部分的基本要求做比较，分析大学物理中几何光学部分知识点的分布特点，结果见下表。
通过对比可以发现，大学物理几何光学部分中有60%以上的知识点在中学物理中出现过。然而，大学物理的内容既不能是对中学物理知识的重复讲解，又不能完全抛开中学物理的内容，直接引入新的知识，否则就会出现知识连接脱轨的现象，那么大学物理应该如何衔接中学物理知识，并顺利引入新的知识呢？下面我将针对部分典型问题进行具体分析。
2.共同涉及知识点的相关要求及教材衔接处理
通过对比，大学物理中几何光学部分的知识点在中学物理中已涉及的主要有以下几个：几何光学基本定律、折射率、光在平面上的反射和折射、全反射、薄透镜及其成像公式和作图法、光学仪器。
1）几何光学基本定律包括：光的直线传播定律，光的反射定律（镜面反射和漫反射），光路可逆性，光的折射定律。前三个定律一带而过，做衔接的铺垫。
2）折射率：在折射定律中将中学的折射率细分为：①相对折射率=n=（第二种介质相对于第一种介质的折射率）；②绝对折射率n=（相对于真空的折射率）。然后斯涅耳定律是折射定律的另一种常用形式，由相对折射率和绝对折射率两个公式推导而来：nsini=nsinr。
3）光在平面上的反射和折射：大学物理教材上点了一下实像和虚像，由同心光束在折射时被破坏导出一种现象叫像散，从而接入新知识“视深度”，视深度是入射光线交主光轴的点离界面距离P与折射光线反向延长线交主光轴的点离界面距离p′，得p′=p。
4）全反射、薄透镜，薄透镜的作图法和光学仪器部分：除了基本的定义和条件外，还介绍了一些全反射的用途和薄透镜的一些内容，其他只做了解用。
3.新增知识点的相关要求及教材衔接处理
大学物理几何光学部分知识点中新引入的知识点主要有以下几个：斯涅耳定律、视深度、光在球面上的反射和折射、薄透镜的横向放大率、薄透镜的光焦度与焦距。下面以一个典型例子分析大学物理教材对该部分知识的设计。
如图，从光源S发出光线SA到半径r、曲率中心为C、顶点为O的球面反光镜AOB上，反射光线交主轴于S′。则光线SAS′的光程为=nl+nl′；其中（余弦定理）：
光程是角度φ的函数，根据费马定理，物象间的光程应取极值或常量。故对其求导并令其倒数为零。
=n［2r（r-p）sinφ］+n［-2r（p′-r）sinφ］=0；
化简得-=0
在近轴条件下，φ很小，可认为cosφ≈1，此时l≈和l′==-p′；带入上式得+=
当入射光是平行光时即p=-∞，得p′=，此时p′即是焦点，焦距f′=可得近轴区域的球面反射成像公式：+=，是一个普遍适用的物像公式。
就像这样的推导方法一样，先由中学的知识开端，加进大学物理的内容，使定律从理想状态的使用条件推广到普遍适用的公式。
4.结语
大学物理中几何光学部分的内容除一些知识外，绝大多数概念学生在中学阶段已有接触，故教材设计中的展开应适度，避免重复。
对于大学物理中的新增知识点，由于大学生都已初步具备了独立思考、分析和应用知识的能力，就不能像对待中学生一样，应用图画或大量例子使其理解的设计方法，大学教材对新知识的设计，应注重知识点之间的联系，注重综合分析能力和知识应用能力的锻炼，还应突出设计手法上的灵活多变。总之，大学物理教材的设计在知识的衔接上既不能繁琐地重复讲解，又不能出现知识的断点，这样才能真正做到大学物理教材设计的最优化。
参考文献：
篇2
《光学设计》是许多工科院校的“光信息科学与技术”、“光学工程”等专业的主修课程，北京信息科技大学光信息科学与技术专业在应用光学、物理光学等必修课基础上也开设了这门重要的专业选修课。《光学设计》是一门将几何光学与物理光学知识与实践相结合的学科，通过该课程的学习，学生可以系统的了解光学设计方面的知识，了解一些最常用的光学系统的设计方法，以及了解光学设计的发展方向。该课程的特点是应用性较强，涉及的内容较多，如何在有限的学时内，通过该课程的学习，培养学生熟练设计各种光学系统的能力，提高学生的分析能力和实践能力，这对授课教师提出了严峻挑战。该课程一般通过理论教学和实践教学两个环节完成教学内容，本文将几年来的课堂教学工作所积累下来的心得与体会加以总结，主要涉及到教学内容的组织，教学方法的改进与考核方式的变革等。
一、精心组织授课内容，理清主线，突出重点。
光学设计课程囊括的知识点比较多，面向不同的教学对象，因为其本身知识积累就不同，而不同的教材组织方式，调强的知识重点也不尽相同，因此需要教师因人而异、不断调整授课内容的组织方式。北京信息科技大学光信息科学与技术专业将该课程核定为32学时，在这么短的课时内，如何选择讲授的知识点来保证教学活动的完成，根据本专业的特点，我们精心组织了教学内容，主要为了理清思路，并突出重点。光学设计涉及到的内容可分为：高斯光学、像差理论、典型光学系统、计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等。高斯光学是光学系统分析的基础，光学系统初始结构计算就是基于高斯光学理论的；像差理论是光学设计的重中之重，只有深刻了解了像差理论，才能够自主、灵活的设计光学系统；典型光学系统包括放大镜、显微镜、望远镜等系统，是了解实际光学系统的钥匙，也是光学系统初始结构计算的理论基础；而计算机自动优化方法、光学系统公差分析及光学元件制图等是实践性很强的内容，也是把上述理论知识与实际设计过程联系的纽带。只有理清了这些内容的知识体系，才能有的放矢，条理清楚的讲授。我们经过探索，发现在授课时选择一个实际的光学系统（如开普勒望远镜系统），从它的基本结构讲起，引出物镜和目镜的各自特点，用高斯光学知识分析其放大率、视场角等参数，再引申到实际系统像差对像质的影响，最后讲授怎样设计这样一个系统以及设计中应该注意的问题。这样就能把所有要讲授的内容串联起来，学生就能更好地理清思路，知道哪部分内容的作用以及怎样学习效率更高。另外，讲解时不能一概而论，必须突出重点，每个知识模块的学时要分配得当。比如像差理论是本课程的重点，需要占用较多的学时讲解；而且像差理论这一部分应该把重点放在各种系统参数（比如，光阑大小、位置，材料折射率、相对色散等）对初级像差的影响上，因为这是一个优秀光学设计工程师必须练好的最重要的基本功。最后，处理好知识点与实际光学系统之间的关系。比如要提醒学生每一部分知识点都要结合与实际光学系统设计（包括加工、检测）的关系来学习，做到有的放矢、思路清晰。
二、教学方法的改进
1．课堂教学与课外科技创新实践相结合
学习基本原理知识的目的是为了更好地应用到实际生活中。我们积极鼓励学生参加各种科技创新活动，坚持课堂教学与课外创新实践活动相结合，强化实践能力培养，提高学生的设计与综合分析能力。比如，在学习了照相系统基本知识以后，我们鼓励学生调研如今市场上的各种照相机（包括数码相机、传统相机、摄像机等），让学生考察照相机的基本结构以及重要技术参数，并让学生尝试自己设计一台照相机系统。这样，学生的学习积极性得到大大提高，他们在设计过程中遇到很多问题，再重新回过头在课堂找答案，被动接收变为主动学习，学习效率大大提高。
2．现代多媒体教学技术的使用
多媒体教学是以计算机为核心的教学手段，能交互的综合处理文本、图形、图像、动画、音频及视频等多种媒体信息，更丰富、更复杂的信息多媒体教学对全面提高教学质量，增进教学效果起着不可替代的推进作用。基于多媒体的光学设计课程教学优势包括：第一，图文并茂，简洁直观，激发学生学习兴趣，提高学生学习的主动性。比如在讲授望远系统时，我们把目前世界上的各种望远系统图片投影到黑板上，并列举各系统的优缺点，使学生顿时产生了浓厚的学习兴趣。第二，把教师从繁重的板书中解放出来，更有利于教师语言、人格魅力的发挥，学生可以在相同的时间内获取更多的知识，提高课堂教学效率和教学质量。比如，在讲授各种目镜结构时，由于目镜的种类很多，有惠更斯目镜、冉斯登目镜、凯涅尔目镜、对称式目镜以及广角目镜等，一一板书这些目镜结构和特点非常花时间，而且作用不大。使用多媒体就可以很快的展示各种目镜结构以及特点，从而把更多时间放到讲授目镜选型以及设计中去。第三，教师为主导，学生为主体，二者相互有机结合，实现教与学的良性互动。比如，在学习球差与系统相对孔径以及光阑的关系这部分内容时，我们让学生自己提出各种参数，然后现场用多媒体计算光线轨迹并画出光路图、像差图等，学生再根据像差图提出新的修正结构，直到得出满意的球差。在这个过程中，教师与学生不再是填鸭式的灌输与接受知识，而是很好的互动，并激发了学生学习兴趣。
3．光学设计软件的应用
在光学设计课程教学中，为了演示光线追迹结果及光学系统在各种不同情况下、不同输入光场时的输出光场情况等，需要编制相应的模块软件。但由于编制这样的模块软件工作量大、难度较高，往住使任课老师放弃在教学过程中演示复杂的光学现象，即使有人花大量时间和精力编制出一些，也因为功能不强、效果不佳而影响教学效果。我们将诸如ZEMAX、OSLO、CODE－V等功能强大的商业光学设计软件引入光学设计课程的教学过程，可以减小设计工作量，并且使课程课件的深度得到加强，从而扩大学生的感性认知和视野，增强教学效果。
现有的成像光学分析与设计软件主要有三种，分别为：美国Optical Research Association 公司的CODE－V软件；Lambda Research Corporation公司的OSLO软件；Focus Software Inc开发的ZEMAX软件。其中ZEMAX软件由于界面友好，容易上手，目前占据市场最大份额；我们在课堂教学中采用的也是ZEMAX软件。该软件可做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，并结合优化、公差等分析功能，是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。课堂利用ZEMAX的计算与模拟功能，鼓励学生通过自主探索，在掌握理论知识的前提下，让学生建立相应的物理模型和数学模型，通过自己输入参数去完成对光学系统的形象化和具体化，并对光学系统像差进行详细了解，为进一步设计提供参考依据。例如，如果要给学生讲授cook三片式透镜组（入瞳10mm，全视场角40°）的结构以及性能，通过ZEMAX可以很形象地显示。图1所示，cook透镜组的二维和三维结构图都可以画出，而且所选三个视场（0视场、10°视场、20°视场）的光线轨迹也可以准确画出，这样就使得学生有更形象、直观的认识。如果要了解该透镜组性能，就可以利用ZEMAX光线追迹程序快速计算出每一条光线的轨迹，并算出各种像差值。该cook透镜组的几种像差图见图2所示，这里只显示了四种像差图：点列图、波像差图、调制传递函数图和场曲、像散及畸变图。根据这些像差图，学生可以对该系统的像差有个全面的认识，可以更进一步改进并优化结构参数。而计算实际像差利用传统的手工计算花费时间是巨大的。
总之，利用光学设计软件，可以使光学设计课程授课效率更高，学生学习兴趣更浓，学习效果更好。
三、课程考核方法的改革
考试已成为课程改革的一部分，与课程的实施方法相辅相成，从而更客观地反映教与学的效果，达到拓展学生的个性，激发其学习能力和兴趣的目的。传统理工科课程通常以闭卷笔试加平时成绩相结合的方式进行考核。针对《光学设计》的课程特点，我们采用了以考核综合知识和能力为主导的考试方法。具体包括：①建立小课题，指导学生撰写小论文。比如让学生们调研目前流行的单反相机的原理并进行初步设计，学生通过查资料，深入调研，强化学生自己思考的过程，同时也能考察一个学生的综合素质。②开展课堂讨论，给予总结评价。这部分的考核主要是通过讨论来考察学生对知识点的应用和具体解决问题的能力。③试卷考核。该部分主要考概念题和思考题，加深学生对理论基本知识的理解和掌握。
通过这三种方式来全面综合地考察、评定学生对该门课程的学习掌握和理解程度，从而更好地反馈和指导教学。这样的考核方法覆盖指标更全面，考核的结果就会更客观合理，能够真实全面反映学生的学习情况与能力水平，有利于对学生的知识和能力进行综合评价。
四、教师自身能力提高
教师是课程改革最直接、最关键的群体，因此教师的自身成长与课程的建设发展密切相关。教师的专业成长不仅仅是教学经历和教学经验的累积与丰富，更是教师由被动到主动参与课程决策、课程运作和课程评价，促进课程、教师和学生共同发展的过程。在不断变革的社会大环境下，教师应树立终身教育和终身学习的观念，即“教育既是为了促进个人的终身全面发展，又是为了促进社会的持续发展和全面进步。”只有具备这样的观念，才能不断解决教育中出现的各种问题，才能建构新课程条件下的目标、教学、评价体系。另外，很多人对于光学设计存在错误的认识，认为只要学好几种光学设计软件就可以进行光学设计。其实，光学设计是一种创造性的工作，它需要经验也需要设计人员有正确的设计思想和设计理念，而软件只是工具而已。光学设计总要从像差补偿开始，如果没有对基础像差理论的深入、正确理解，只是按照已有参数按步就班地操作，光学设计则成了完全的技术工作，毫无思想性可言。对于这部分理论内容要有“板凳要坐十年冷”的准备，从复杂、枯燥的公式中理解设计的基础，打好光学设计的基础。光学设计是一门需要慢慢磨的手艺，作为教师的我们就更要负起责任，不断提高自身水平，不浮躁、不图快，踏踏实实的不断学习，积极地参与科研，积累更多的光学设计经验，这样才能更好地讲授好这门课。
五、结束语
随着科学技术的发展，光学系统的作用越来越被重视，迫切需要光学设计的专业人才，为此高校肩负着培养具有良好光学设计人才的重任。本文对光学设计教学内容与课程设置的安排、教学方式的优化改革以及考核方式多样化等问题进行了研究与讨论，为学生更好地掌握光学设计知识、将来更好地服务于社会打下良好的基础。
参考文献
1 王之江.光学设计理论基础［M］.北京：科学出版社，1985
2 李 林.计算机辅助光学设计的理论与应用［M］.北京：国防工业出版社，2002
3 黄一帆、李 林.光学设计教程［M］.北京：北京理工大学出版社，2009
篇3
0 引言
《工程光学》是测控技术及仪器专业的专业平台课，根据燕山大学本科生培养方案设置，其总学时为40学时，其中实验学时为6学时。在知识结构上，该课程以大学物理和高等数学知识为先导，同时又以光电检测技术、光学仪器设计、激光检测技术、红外检测技术和光纤传感及通信等课程为延拓。将几何光学和物理光学作为主要授课内容，讲授测量过程中涉及光学测量的各种方法，讲授其基本思想、原理与技术，并以此为理论基础，使学生在光学参量测量的过程中进行测量系统的分析与设计，并对其性能进行优化及误差分析，从而满足系统设计参数的要求和工程实际中的特定需要。
1 教学现状及存在问题分析
在目前的《工程光学》教学过程中，存在着以下问题。
1）在教学内容上，原来的教学大纲强调教学内容的系统性和完整性，导致物理光学的部分章节与大学物理中的相应内容存在一定重复[1，2]，在几何光学部分，存在大量的理论公式推导，抽象晦涩。
2）教学方法与手段单一。在以往的教学过程中，由于理论分析和公式推导内容较多，《工程光学》主要以板书教学为主。随着计算机辅助教学模式在教学中的推广，多媒体教学方式虽然提高了单位学时内的授课信息量，但也没有改变以教师为中心、学生被动式学习的基本状况，互动环节明显缺失，忽视了授课效果的及时反馈，未能充分地发挥学生的主观能动性，教学效果不理想[3，4]。
3）实验内容陈旧，只能完成一些基础性验证实验，而对设计性实验的实现能力较差。光学器件的设计和加工过程都十分繁杂，因此，根据设计性实验的要求购买或加工光学组件，其可行性不高。随着实践教学模式的探索与推广，实验室的作用应得到重视和充分的显现[5，6]。
在《工程光学》的教学改革过程中，探索多元化教学模式，实现课堂教学与实践性环节的有机结合，是十分必要的。
2 多元化教学模式探索
在《工程光学》教学改革过程中，尝试课堂教学与信息网络平台、实践教学和光学前沿讲座相结合的多元化相辅相成的改革方案。其框架见图1。
2.1 引入先进教学理念，改进课堂教学方法
本科生教育在整个教育体系中是一个系统性基础理论教育部分，而后续的研究生教育阶段将主要着眼于知识创新和技术攻关，具有更强的理论性、技术性、应用性和方向性。因此，本科生教育恰是一个打基础的阶段，应注重对学生科学思想的培养，对基础理论知识的全面系统性学习必须被视为重中之重。
在课堂教学过程中，应精选教学内容，课堂教学内容的设计必须以问题的解决为主线，致力于对学生分析和设计能力的培养。针对每个教学单元的重要知识点，教师选择有代表性、难度适中、综合性较强的光学系统，合理设计问题，以点带面，使学生在遇到实际问题时学会分析问题和解决问题，加深学生对光学原理在测量中实际应用的认识，锻炼分析和系统设计的能力，激发学生的学习动力。
板书教学这种传统的课堂教学方式，能够将教师的语言和肢体动作相结合，教学方式生动，能够使学生集中注意力，并使教学思路得以逐步地展示，从而使教师的讲解过程与学生的理解过程同步。以板书教学为主体，注重学生对基础性原理知识的掌握，最终达到较为理想的教学效果。多媒体教学能够综合文字、图像、声音、动画和视频，立体教学更适合人的思维习惯和记忆规律。通过声音、图像进行多维教学，使课堂上教与学的交流更为流畅、学生的思维更为敏捷、学生的学习效率和自主学习的积极性得到提高。由于授课学时的限制和系统化授课的要求，在保证知识结构完整性的前提下，将物理现象的呈现、应用背景的图片等通过多媒体的方式进行形象地展示，可使学生获得的信息丰富且直观，并激发学生的学习兴趣，使其带着问题对理论性的内容进行学习。
2.2 课堂教学与网络信息平台相结合
由于授课学时有限，除了课堂教学所涉及的核心内容之外，对于其先导课程大学物理中已经涉及的内容和难度较小的辅内容，可以通过网络信息平台的授课视频和学习资料来完成。与此同时，网络信息平台可以帮助学生完成课前预习、课后复习，并培养学生网络提问和教师离线解答的师生交流模式，更好地保证授课效果，并排查授课过程中的薄弱环节。
网络信息平台除了作为课堂教学的延伸之外，还应为教学内容和教学方式的改革提供及时的信息反馈。为了加强对教学过程的监督和管理，不断提高教学质量，在过去几年的教学工作中，学校教务部门也建立了教学质量评价体系，通过学生评分和督导组的教学评价，对每门课程的运行情况进行评价。这种方式在很大程度上对教学改革起到了促进作用，但过去时的反馈信息只能指导今后的教学工作，缺乏实时性。通过网络信息平台的留言板，方便老师对后续课程的教学内容及方式进行及时调整，并以此作为增进师生交流的互动平台。
建设《工程光学》课程网络习题库。为了配合课堂教学，使之产生更好的收效，课后的练习和自我测试是十分必要的。根据教学重点和难点问题，编制各类习题，并以期末考试和考研等各类考题为参照，编制典型习题，并提供习题讲解，从而方便学生课后复习和考前准备。
2.3 引入任务式教学模式，培养学生的实践能力
《工程光学》的教学改革尝试，要注重培养学生的工程能力、创新能力、学习知识和运用知识以及解决问题的能力，乃至团队协作能力。目前，《工程光学》课程设计、大学生创新训练、科技创新比赛以及《工程光学》开放性实验，是课程教学改革要涉及到的实践性环节。在实践性教学环节中，教师要转变教学观念，从教学的主导位置变为指导和辅助学生学习的角色。以明确的任务为驱动，使学生以主动的和实践的方式进行学习，并建立实践环节和课程教学内容之间的有机联系，实现课堂所学的书本理论知识的运用，从而培养学生的工程实践综合能力。
Zemax是目前功能较为强大的光学设计软件，因此，在课程设计中，可以用其完成光学系统的辅助设计，并帮忙学生完成课堂几何光学教学中各种典型光学系统的像差分析。在课程设计的过程中，以分组的形式安排了“照相物镜镜头设计与像差分析”、“牛顿望远镜设计与像差矫正”、“带有非球面矫正器的施密特-卡塞格林系统设计”、“多重结构配置的激光束扩大器”、“折叠反射镜面和坐标断点”和“消色差透镜设计”等多个设计任务。例如，在照相物镜镜头的设计中，如图2所示，应用Zemax软件可以对后置光阑三片物镜原始结构（其中，分别代表该多光组系统中的3个透镜元件）进行参数优化，输入参数并进行焦距缩放，从而生成初始参数及结构。如图3所示。
进而在Zemax中进行像差分析及参数优化，在初始结构的MTF 曲线中，可看出成像质量很差， 因此需要校正像差，如图4所示。调整其可变参量（包括6个曲率半径，2个空气间隔和3个玻璃的厚度），对物镜的结构进行逐次优化。每次调整后再次优化实时关注MTF图的曲线变化，最后使各个参数都在可接受范围之内，如图5所示。通过课程设计中对具体光学系统的设计和分析，学生们对课堂所学知识有了更新和更深刻的理解，通过学以致用，更加体会到所学知识的重要性。
在课程设计的基础上，鼓励学生结合课堂所学理论知识，开展创新性研究，申报大学生创新训练计划项目，教师指导学生进行选题和方案论证，以项目组的形式，明确每个学生的任务分工，使每个学生都有机会参与实际项目的研究或开发，通过项目的实施来驱动学习，在实践中加深和强化对理论知识的理解。对于大学生创新计划项目，导师不需特意强调成果，应注重其研究和实施的过程。
在创新训练基础上，鼓励学生参加科技创新比赛，通过赛事培养学生的自主创新意识和团队协作精神。学生可以亲身体验科学研究的全过程，以个性化的思路提出设计方案，从而大大增强学生解决问题的能力。通过精心的赛前准备，所设计的“光电主动式红外报警器”在燕山大学校团委组织的“世纪杯”科技创新大赛中获得了优异的成绩，这也极大地增强了学生的自信心，促使学生在实践中运用所学知识，进一步加深了对知识的理解。
利用实验室条件，《工程光学》课程设计的设计任务、大学生创新训练的相关内容、科技创新比赛的前期准备和方案实施等实践环节对实验的需求都可以得到很大程度上的解决。将开放性设计性实验、竞赛题目、科研课题与工程光学某些知识相联系，制定项目的实施方案，规划实验流程，列出实验仪器及元器件清单，通过实验验证项目方案的可行性。在不断发现问题、研究问题和解决问题的过程中，学生会对探索和追求未知的科学领域产生极大的兴趣，在学习的过程中变被动为主动，在研究过程中也不断提高了自身的创新能力，真正实现了以人为本、自主学习的教学理念。
2.4 开展现代光学前沿知识讲座
《工程光学》课程所讲授的内容是光学的基础性应用知识，通过开设光学讲座的方法，向学生传递这些知识在现代光学技术中应用的信息，更能使学生了解光学前沿的概况，给课堂教学内容赋予时代气息，拓展学生的知识面。通过这类活动，不但能增进学生对学科和本专业科研方向和科研梯队的了解，更能使学生充分认识到学习《工程光学》的意义，而且也增强了学生热爱专业、致力于专业课程学习的积极性，从而取得良好的收效。
2.5 教学安排及课时调整
《工程光学》教学改革已经在教学实践中推进了一年，取得了初步的成果，并将在今后的教学过程中不断探索、总结和提高。在上一个教学周期中，针对多元化教学模式的采用，已将整个学时安排进行了必要的调整。采用网络信息平台，针对大学物理中已经涉及的部分知识点，缩减了每堂课复习旧知识点和考前总复习的时间，网络试题库的建设节约了习题课的时间，以上两方面节约学时数约6个学时，从中分配4个学时进行课堂项目式教学，其余2个学时开设光学前沿讲座。更为深入复杂的设计任务则在为期1.5周的《工程光学》课程设计中完成。另外，学生通过大学生科技创新训练及科技创新比赛，除了获得实践能力的锻炼之外，还获得了大学四年中必修的“科技创新”学分。
3 结束语
在现今的高等教育中，注重人才的全面发展，多出人才、出好人才，是高等教育的最终目的。在工程光学教学和实践中，发现了不少问题，有些教学改革的想法还不完善，还将在今后的教学实践中不断探索行之有效的改革措施。通过教学实践和经验总结，提高教师的理论教学和实践教学水平，完善教学方法，取得更好的教学效果。通过多元化教学模式的尝试，在优化课程理论教学内容的同时，引入丰富的实践教学环节，使学生的工程应用能力、创新能力和综合素质得到有效的培养，为学生今后的研究和就业开辟更为广阔的空间。
参考文献
[1]施建华，王弘刚，梁永辉，江文杰.关于“光学工程”学科课程建设的几点思考[J].光学技术，2007，33（S1）：309-310.
[2]付瑞红，王爱冬.信息化时代高等教育理念及课程模式的探索[J].教学研究.2013，36（2）：8-12.
[3]蔡建文.工程光学课程教学探讨[J].中国科教创新导刊，2011，（5）：58.
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物理光学作为一门专业基础课，具有抽象性强、枯燥乏味等特点。同时，物理光学也具有较强的专业性，该学科的创建均来源于对实际光学问题的解释。在介绍一个知识点之前，为了理论联系实际，我们首先要有目的地设置问题。通过一步一步地启发学生，让学生带着问题思考解决的方法与思路，进而解决问题。例如，我们讲授光波的衍射时，首先从白光通过指缝的衍射现象出发，提出产生衍射的条件。如果采用单色光源，指缝转变为圆孔、矩形孔或不规则孔，衍射条纹如何变化？引导学生思考如果采用多缝或透射光栅，衍射条纹又将如何变化？从而引出影响衍射现象的因素和采用数学模型描述衍射现象的问题。实践证明，这种以实际问题为先导的模式，激发学生的思考和学习兴趣，培养学生分析和解决问题的能力，得到了良好的教学效果。
3.充分利用多媒体教学
多媒体教学在许多方面是传统教学模式所无法比拟的，具有直观性强、图文声像并茂、信息量大、生动活泼等特点。但运用不当，也会适得其反。为了弥补两方面的不足，我们采用了多媒体课件与传统板书相结合的教学方法。在物理光学课程中，采用PPT课件形式与FLASH动画结合，生动描述光波的传播现象与规律。多媒体课件重点介绍物理概念及方法，而大量的公式推导可在课后参考教材或其他课本。制作这种多媒体课件的教学方法不仅给学生留下深刻的印象，而且还给教师留下充足的时间来强调重点、难点和核心内容。
4.利用计算机虚拟仿真技术提高教学效果
在课堂教学之余，训练学生利用计算机仿真技术处理物理光学相关问题。利用现代计算机辅助手段，加深学生对光学现象的理解，发现学习中的盲区和误区，提高教学的针对性。计算机虚拟仿真技术将抽象难懂的光学规律和概念形象直观展现给学生，激发学生的求知欲。光学仿真设计软件有很多种，MATLAB、TracePro、Zemax、Fred、OptiSystem，分别应用于不同的光学领域。MATLAB是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，具有数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示等功能，是工程界最流行的软件工具，在大学理工课程教学中的应用亦渐成热点。目前，已有众多文献采用MATLAB软件模拟光波发生干涉、衍射现象后光强度的分布。MATLAB软件中的图形用户界面（GraphicalUserInterfaces，GUI），可以实现交互式模拟。采用交互式滚动条动态地展现各物理量对衍射结果的影响，有利于加深学生对物理规律的理解和认识。TracePro是一款基于蒙特卡罗法的非序列光线追迹软件，为美国LambdaResearch公司开发。
TracePro以实体对象来构建光路系统，通过计算反射、折射、散热、吸收和衍射等行为来模拟光线与实体表面的作用，对真实场景进行计算和显示。TracePro图形使用界面简单，且具有强大的仿真功能，能对光学镜头、背光板、照明灯具、投影显示器、医疗仪器等进行光学模拟及分析。目前，在校学生已采用TracePro仿真软件成功对偏振棱镜、衍射光栅进行了模拟仿真，采用光线追迹方法形象直观地展现光波传播过程及特性的变化，加深对光波传播规律的认识和理解。当然，计算机虚拟仿真技术只是物理光学教学的辅助，不能代替理论教学。学生应该在认真掌握基本物理知识的基础上，逐步学会运用计算机仿真软件，才能达到促进学习的效果。计算机虚拟仿真的实际操作，培养了学生将理论知识应用于分析实际问题的能力，检验了学生专业知识的掌握程度，也为下一阶段的课程教学提供了指导方向。
篇5
关键词 ：自主学习；教学设计；启发式教学法；类比思维法
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）01-0086-03
《基础光学》课程是我校电子工程学院电气信息大类（高本）专业的一门专业基础必修课，主要讲述几何光学和物理光学知识。本课程的学习，可使学生掌握成像和光的波动的基本理论和计算方法，为进一步学习诸如光电子器件与技术、光信息处理技术、光纤通信和集成光学等课程奠定理论基础，同时也为学生从事光学仪器的开发、光路的设计和从事光学教学等打下基础。由于生源水平参差不齐，对于理论强、公式多、理解难、知识点繁的光学课程的学习有一定的难度。笔者针对《基础光学》第五章“光的偏振”的课堂教学设计，从分析处理教材、选择教学方法、设计教学过程等方面进行了积极探索，旨在使课堂授课能够激发学生学习的兴趣，引导学生自主学习，独立完成分析、探索、实践、质疑、创造等学习阶段，实现学习目标。
工科专业光学教学存在的问题
光学课程的特点使工科学生学习起来有一定难度 《基础光学》课程知识体系独立，理论性强，加之工科专业学生物理、数学基础知识相对薄弱，对光学的学习有一定的难度。例如，在“偏振”一章中，利用菲涅尔公式推导反射光与透射光的偏振态，学生不仅要熟练运用三角公式进行推导，还要对物理概念如振动分量、传播方向等有明确认识，并要建立数学结果与物理结论之间的联系。由于光学本身有一定难度，再加上学时减少、学生基础薄弱等因素的存在，工科专业光学课程的教学模式往往会导致教师满堂灌输、学生死记硬背被动学习局面，直接影响教学效果。
与专业联系不紧密，学生学习积极性不高 《基础光学》课程本身与电气类专业方向联系不够紧密，特别是电气信息大类二年级的学生对光电子学科了解不足，往往导致“重电轻光”的局面。对学生的调查显示，超过60%的学生认为模拟电路、微机原理等与电类紧密关联的课程较光学课程更重要；大约30%的学生认为光学与电学有一定联系，同等重要；仅有约10%的学生认为光电子技术是科技发展的前沿，而其基础光学需要牢固掌握。学生不重视，学习积极性不高，就会出现旷课、消极学习等现象。
只注重理论知识的积累，不注重分析应用能力的培养 “授之以鱼，不如授之以渔。”教育的目的不仅仅是教会学生知识，更重要的是学以致用，学会运用知识分析解决实际问题。比如，学生在掌握基本理论、基本概念的基础上，创造性地提出偏振光的产生方法、偏振态的检验方法以及偏振的应用，教师引导学生将书本知识转化为学生分析解决实际问题的能力等等。但实际上由于学时有限、学生无法与教师进行有效互动等因素，导致教师采用“填鸭式”教学方式，使教学过程变成单纯教师教的过程，束缚了对学生创新能力的培养。
引导启发，培养学生的自主学习能力
《基础光学》教学大纲对“光的偏振”一章的教学内容和要求如表1所示。
“光的偏振”是在掌握光的干涉和衍射等基本波动理论基础上讲述的内容，要求学生对光的波动本性、横波性、振动态等有清晰的认识。同时，“偏振”一章讲述的内容多且杂，包括偏振与横波性关系、五种常见偏振态、反射光和透射光的偏振态、双折射现象、光在晶体中的波面与波线、偏振态的实验检验、偏振光的干涉等。教师要理清教学思路、设计教学过程、合理使用教学方法，安排讲、学、练的时间，做到教师“讲”得思路清晰、激发兴趣，学生“学”得清楚明白、认真投入。在授课过程中应引导学生独立思考、自主学习，更有效地学会知识，掌握分析解决实际问题的能力。
（一）分析教材、梳理思路、整合知识
教材中“光的偏振”一章分为9个小节，涉及知识点较多，但综合起来可总结为以下4个问题：（1）光的偏振现象与横波性的关系；（2）五种常见偏振态；（3）如何将自然光改造成偏振光；（4）偏振光的实验检验。
对本章的整体知识结构可作如下分解。
第一，明确偏振现象与横波性的关系；理解为什么偏振现象可以作为区分横波和纵波的标志；分析为什么横波有偏振现象而纵波没有，进而总结偏振的基本概念（教材第一节）。
第二，了解横波振动量振动状态的多样性，介绍五种常见偏振态，包括自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光；详细介绍自然光、线偏振光、部分偏振光，重点学习如何将自然光改造成线偏振光和部分偏振光，其中包括反射光和透射光的偏振态（教材第一节、第二节）。
第三，理解光在各向异性晶体中的双折射现象、波面和波线，理解由各向异性晶体制作的偏振器件的基本光学特性。在此基础上，进一步学习圆偏振光与椭圆偏振光的获取方法（教材第三节到第七节）。
第四，偏振光的实验检验和偏振光的干涉（教材第八节、第九节）。
其中，第一、第二部分用2学时，第三部分用5学时，第四部分用3学时，实验用2学时。笔者仅就讲解“偏振”的第一次课分析课堂教学程序设计。
本章知识框架如图1所示。
（二）以教为辅、以学为主、教学相长
1.温故引新、联系实际、激发兴趣。兴趣是学生主动学习的前提。新课的引入要起到激感的作用，使学生受到感染，产生求知欲，产生主动学习的能动性。新课的引入分为两个部分，即温故引新和联系实际。
首先，以三个关联问题温故引新，引发思考，使学生带着问题开启新课的学习，对新课的意义有清晰的认识。（1）以复习回顾的形式，向学生提出“光的波动性如何得到证实”，学生在既有知识的基础上回答“光的干涉和衍射都无可辩驳地证明光的波动本性”。（2）提出“光波是横波还是纵波”的问题，引导学生思考振动与波动之间的联系，即光的振动分量与光波的传播方向之间是垂直的还是平行的关系。以学生的既有知识或经验知识会得到“光波是横波，其振动量的振动方向垂直于光的传播方向”。（3）“如何证实光的横波性”，偏振现象可以证明光的横波性，它是如何证明光的横波性的？它与横波间有何联系？采用旧知引新知的方法，可以使学生了解知识间的连贯性，以问题的形式引入新课内容，使学生带着思考学习，学习目的明确。
其次，引用实例，激发学生学习的兴趣和热情。引用图片等媒体资源向学生展示液晶屏、偏振片、3D立体电影等基于光的偏振的新技术，理论联系实际地激发学生学习的热情和兴趣。
2.设疑置问、引导思维、以学为本。本节新课程的内容包括偏振与横波性的关系，自然光、线偏振光和部分偏振光的基本特性，偏振光的获取方法及实验检验，其中偏振与横波性的关系是本节的重点，更是关键点，只有概念明确，才能对偏振现象进行深入研究，而难点落在反射和透射光的偏振态上。关键点知识的讲解采用启发式的教学方法。启发式教学法是教师在教学过程中扮演引导者的角色，通过设置几个层层嵌套的问题，引发学生思考，在逐一解决问题的过程中使学生完成新课学习。为了学习偏振与横波性的关系，可设计如下三个问题，层层深入，引发思考：（1）创造并分析机械横波与纵波的偏振现象。学生很容易会设计出手握绳子上下抖动形成机械横波；手推弹簧，沿弹簧往复振动形成机械纵波的例子。教师演示两个实例的偏振实验，由学生观察与分析得到“只有横波才有偏振现象”的结论。（2）为什么横波有偏振现象而纵波没有呢？学生经分析得出横波的振动方向相对于传播方向具有不对称性，而纵波的振动相对于波的传播永远呈对称分布的结论，即“振动方向相对于传播方向的不对称性”是造成偏振的直接原因，就是偏振的概念。（3）光波是否具有偏振现象呢？在了解偏振片工作原理的基础上，教师实验演示自然光通过两块偏振片后出射光强随第二块偏振片转动而发生周期性变化，学生得出“光波具有偏振现象，光波是横波”的结论。
对于关键点知识的讲解采用类比机械波的思维方法，形象生动，易于理解。同时，通过学生的分析探究，可加深学生对知识的理解。
自然光、线偏振光、部分偏振光的偏振态、通过偏振片后的现象及合成与分解等内容虽是重点，但理解起来较简单，主要采取绘制振动图像，使学生建立感性认知，对知识融会贯通。
课程知识的应用与提高拟解决两个问题：（1）如何将自然光改造成线偏振光和部分偏振光。这里主要采取教师引导、学生分组讨论、教师适当补充、学生综合总结的方式，解决本节的重点同时也是难点的问题。将自然光改造为线偏振光，最简单的方法是利用偏振片即可实现；也可以利用平面界面的反射和玻堆片的透射来实现。部分偏振光的获得可利用平面界面的反射和透射来实现。反射光、透射光偏振态的确定需要借助菲涅尔公式进行三角运算和分析得到，理论性较强，运算过程较繁琐，所以可适当做详略处理：对于反射光的偏振态，教师可引导学生进行详细的推导，掌握方法；而对透射光的偏振态则可布置为小组作业，由学生仿照教师引导的方法独立学习、分析完成。（2）如何用实验的方法区分自然光、线偏振光和部分偏振光？可采用分组讨论的方式提出解决方案，方案可以在后续的实验课上通过动手操作得到验证。
本节的课程结构和课时安排，引入部分8分钟，重点知识的讲解30分钟，难点知识20分钟，例题及应用练习27分钟，课后总结5分钟。
“学生为主体，教师为主导”，这是现代教学的指导思想。教师在教学过程中要充分调动学生的学习积极性，使他们变被动学习为主动学习，变厌学为乐学。笔者通过“光的偏振”课堂教学环节设计，引发学生思考，激发学习兴趣，使学生积极参与到教学活动中，引导学生自主学习。
参考文献：
[1]林丹丹.浅谈物理教学中学生自主学习能力的培养[J].学术研究，2013（3）：57.
[2]郭继胜.论物理光学教学中的实践与改革[J].科技资讯，2009（13）：211.
[3]姚启钧.光学教程[M].北京：高等教育出版社，2002.
[4]张尚剑.基于问题学习的物理光学研究性教学模式构建[J].科教文汇，2012（5）：115.
[5]周玲.大学物理情境的创设与应用[J].廊坊师范学院学报（自然科学版）2012（8）：121-128.
篇6
一、由一道光学题产生的疑问
例：下列关于衍射和干涉的说法中，不正确的是（ ）。
A.衍射现象中衍射图样的明暗相间的条纹的出现是光干涉的结果；
B.双缝干涉中也存在着光的衍射现象；
C.影的存在是一个与衍射相矛盾的客观事实；
D一切波都可以产生衍射和干涉。
解析：干涉和衍射是波所特有的现象。条纹的明暗变化是干涉的结果，条纹出现的范围较大，说明有光线进入到了“影子”区域中，是衍射的结果。影的存在是衍射现象的极限表现，两者不矛盾。选C。
学生对于光的干涉、衍射的产生原因及其区别存在很大的疑问。
二、疑问产生的原因分析
1.考纲要求决定教学深度
本省高考考试说明中物理选修3-4的几何光学部分，“光的干涉”“光的衍射”知识点为Ⅰ级要求，即对该知识点要知道其内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用。从近几年高考的考查来看，几何光学主要以选择题的形式出现，本章节教材的编写相对简略。在教学中限于课时，只注重干涉、衍射的定义及其现象的描述，较少花精力深入辨析干涉与衍射的区别与联系，导致学生在学习该知识点时知其然而不知所以然。
2.对概念的理解不透彻
光的干涉是指两列频率相同、振动方向相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象。因为光是概率波，振动加强区域光子出现概率高出现明条纹；振动减弱区域光子出现概率低出现暗条纹。杨氏双缝干涉现象中出现等间距明暗相间条纹，单缝衍射现象中出现不等间距的明暗相间的条纹，两者的明暗相间条纹均为光的干涉结果。在应用中只要存在明暗相机的条纹，就可以认为是出现相干光源出现的干涉结果。
光的衍射是指光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象。光在同种介质中沿直线传播，光能传播到本应该出现阴影的区域内，是因为光发生衍射的结果。
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在单色光的单缝衍射现象中，如图1所示光沿直线传播只到aa′区域内，而实际上光能传播到cc′，dd′区域内，这种光传播的范围大于直线传播的区域是光的衍射结果。在双缝干涉中光传播超出图2中a、b区域，形成图3的明暗相间条纹分布也是光的衍射结果。在应用中只要光的传播过程明显偏离直线传播，就可以认为是光的衍射结果。
3.光的干涉、衍射的区别与联系
联系：干涉与衍射是波所特有的现象。光的干涉、衍射是光的波动性的体现。两者之间没有实质性的差别，均为次波相干叠加引起光强重新分布的结果。单缝衍射、双缝干涉现象均为干涉与衍射混合共同作用的结果，两者图样中都有明暗相间条纹；两者光线传播过程均偏离了直线传播方向。
区别：（1）产生条件不同。光的双缝干涉要求缝的宽度d
（2）产生的现象不同。以单色光为例，双缝干涉形成明暗相间的等间距条纹，亮度基本相同；单缝衍射形成不等间距的明暗相间条纹，中央亮且宽，往两侧条纹间距逐渐变大，条纹宽度逐渐变窄。
4.衍射与直线传播区别与联系
光的直线传播与衍射两者并不矛盾。由惠更斯―菲涅尔原理可知，同一个波面上各点均可看成一个次波源，该波面上所有次波源均参与叠加时，其结果依然为直线传播，等效成障碍物或孔的宽度d=0时的情况。而该波面上部分次波源受障碍物遮蔽时，以致受到遮蔽部分次波源无法参与叠加时，在观察处对应就少了这些次波的叠加，出现衍射现象的明暗条纹，过渡到d与λ可以比拟时明显衍射的情况。当该波面上大部分次波源受到遮蔽时，过渡到d
三、由该题产生的反思
学生产生疑问的原因是多方面的。由这道光学题所呈现出的问题来看，我们应该反思在教学中是否重视知识的内在联系，是否重视学生知识体系的构建，知识只有融会贯通了才能灵活应用。对学生普遍性问题我们应严谨对待，揣摩透彻，才能答疑解惑。学生的疑问是教师成长的动力，促进我们不断反思，不断学习，不断进步。
参考文献：
1.崔宏滨，李永平，段开敏.光学.北京：科学出版社，2008.
篇7
1 研究型教学的概念与特点
1998年美国卡耐基教育研究基金会发表的《重建本科教育，美国研究型大学发展蓝图》报告[1]，明确指出要把研究型教学作为本科教学的基本要求。所谓研究型教学就是以培养研究型人才、科学人才以及人才的科学素养为目的的一种新型教学方式。
研究型教学与传统教学方式相比较，有许多不同的特点，具体体现在“四个变化”上：（1）教师与学生的角色发生变化。在研究型教学中，教师是教学活动的“导演”，而学生是“主角”，教师为学生创设问题情境，引导学生自己提出问题、分析问题、提出假设并最终解决问题。（2）教学根本目的发生变化。研究型教学的根本目的是为学生创造一个展现自我的平台，并在实践过程中不断提升学生的综合素质[2]。它强调的是在教学过程中学生能力的提高，而不是课本知识的传授和学生的理论笔试成绩。（3）教学内容的组织发生变化。研究型教学的教学内容是针对课程的特点，结合教学中学生的反馈意见，将教学内容划分为不同层次，如基础知识、提高知识和扩展知识。其中提高知识和扩展知识是提高学生研究能力和素质的重点部分。（4）教学模式发生变化。研究型教学主要是增强学生的参与性，引导学生进行深入思考和探索，采用问题引入式，模拟科学研究的过程的教学方式[3]。教学过程中以学生为主，采用多种教学手段，加强互动，活跃课堂气氛。
相对传统的教学模式，研究型教学可以大幅提高课程的教学质量。因为在教学过程中，学生通过研究和探索不仅能加深对光学基本原理和本质的理解，增强发现、创造和探索知识的热情，拓宽知识面，同时处理问题的技巧和能力也可以得到锻炼和提高。
2 研究型教学的具体实施
为了调动学生对专业课程的兴趣，有效拓展学生的知识面并引发学生深入思考，我们将研究型教学引入光学教学中。在教学中，我们强调注重两点：（1）充分调动学生的学习积极性；（2）在教学过程中注重学生的能力素质培养。具体有以下措施：
2.1 将物理学史引入教学中
在教学过程中为了避免理论知识的枯燥性，激发学生的学习兴趣，我们有意识地将光学发展中的许多名人轶事与典故有机融入相应的知识点中，例如在几何光学部分，可以引入我国古代关于小孔成像的记载、高锟与光纤的故事等；在波动光学部分可以引入泊松亮点由来的典故、惠更斯与双折射、马吕斯与偏振的故事等；在量子光学部分可以引入普朗克与量子假说、吴有训与康普顿散射、伦琴发现X射线的故事等。
2.2 结合学科前沿，突出实际应用
根据理工科院校的人才培养目标与特点以及学生将来的就业与发展，我们将整个课程的设置与实际应用紧密结合，并且突出最新科技前沿。在实际教学过程中，注意介绍光学领域的热点与重大发现，各章节设置的问题与实际应用相结合。这样教学内容不但更具有针对性，而且可以激发学生对光学研究的热爱，提高学习的主动性。例如光纤通讯技术、激光陀螺导航技术、偏振与立体电影、激光的应用等。
2.3 采用多媒体、实物演示与传统教学相结合
多媒体中的3D和Flash等软件能够制作生动活泼、逼真的动画，可以直观形象地展示许多光学现象，例如干涉衍射现象、多普勒效应等。还有许多光学原理与现象可以在课堂上通过仪器当场演示，能带给学生更强的真实感。例如用偏振片演示偏振现象，演示光电效应现象等。我们将新的教学手段和传统教学方法结合起来，提高了学生的学习兴趣，加强了学生对知识的记忆，因此大幅提高了教学效果。
2.4 多方式、多手段引导学生思考，活跃课堂气氛
为了引导学生积极思考，我们在教学模式上主要采用问题引入式教学法。即针对每个章节教师事先精心设计几个问题，要求学生以解决问题为牵引，提前查询相关资料、收集信息并进行研究，在课堂上分组进行交流讨论。教师则加以指导，最后对讨论结果进行归纳总结和点评。例如：如何将几何光学三定律合三为一？几何光学三定律适用的条件是什么？干涉和衍射的区别与联系？如何快速找到复杂光学系统的物方和像方焦平面等。
篇8
基金项目：本文系南京信息工程大学八期教改项目（项目编号：11JY053）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）04-0078-02
光学是一门古老的学科，与人类文明的发展息息相关。随着20世纪激光器的诞生，光学学科焕发了新的生命力，出现了许多以激光为基础的现代光学分支和交叉学科，其内容和方法已经渗透到现代科技的各个领域。作为光信息科学与技术专业、应用物理学专业的核心基础专业课程，“光学”课程定位于帮助学生奠定坚实的专业基础知识，学习并建立科学的思想方法。鉴于光学课程的重要地位，教育工作者应当不断探索符合学科发展、适合人才培养需求的教学方式。为了提高学生的学习效果，激发学生学习的主动性，笔者结合科研工作中的体会和教学过程中的实践，对光学课程的形象化教学方法进行了讨论。
所谓形象化教学法，指用日常熟悉的、简单的、容易理解的现象解释陌生的、复杂的、抽象的、不易理解的概念，或应用视频形象化地将复杂的工作过程和抽象的概念展示出来。形象化教学是直观性教学原则的具体体现，是各级学校各门课程都适用的一种重要教学手段。[1]对于“光学”课程而言，其本质上是一门实验科学。无论是从几何光学成像系统到光的干涉、衍射现象，还是从经典光学发展到现代光学，其中都包含了大量的理论和实验内容。而且，这些理论和实验联系紧密，绝大多数理论直接来自于实验又应用于科学实践。[2]因此，从“光学”课程的实验性特点出发，改革现有光学课程传授式教学为主的现状，在课程教学中加大形象化教学的比重，是各高校光学教学方法改革的重点之一。
如何在“光学”课程中贯彻形象化教学方法，使学生在进行抽象的逻辑思维同时建立形象化思维，增加学生对课程的理解和认识？笔者从以下几个方面对此进行了总结。
一、积累教学片段，用生活化语言将抽象问题形象化
教学片断是教师在长期的教学实践中总结出的富有代表性的教学材料，它可以是一个类比，一个生活事件，一个故事等。[3]在教学活动中，对于一些比较抽象的概念和规律，采用常规教学方法难以使学生理解和掌握。如果教师能够恰当地利用生活实践中贴切的比喻和类比，使得抽象的概念具体化、形象化，则可以达到化繁为简、事半功倍的效果，同时还可以启发学生积极思考，锻炼学生的形象思维能力，从而提高课堂教学效果。例如，在讲述光的横波特性时涉及到“横波”和“纵波”的定义，如果教师只按照课本上“纵波振动与传播方向一致，横波振动方向与传播方向垂直”的解释一带而过，并不能给学生留下很深的印象。笔者在教学过程也有所体会，很多学生只记住光是横波的结论，至于什么是横波却解释不清楚。在此，可以引入“取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波”的例子说明什么是横波，再引入“取一条软弹簧，沿弹簧长度方向前后推动，则在弹簧上形成一列纵波”的例子，形象化总结纵波的特点。
通过形象化的说明，可以使学生更直观地理解两个概念的特点，加强记忆。但是，应用生活化的比喻和类比，并不是以浅显的道理代替较深的理论，而是要求教师紧密结合教材内容，根据具体情况，做到言之有理，言之有据。还是针对上面的例子，虽然形象化的类比可以使学生快速领悟“横波”和“纵波”的特点，但是从科学严谨性出发，光波是电磁波，与类比中的机械波既有相同又有区别。因此，在学生领悟到所传递的信息之后，还应当对电磁波和机械波的异同加以比较，既保证了知识的科学性、完整性，又巩固了之前力学课程的知识点。
二、带实验进课堂，利用演示教具实现教学形象化
实验是科学研究的一个重要方法和手段，也是理工科教学的重要内容。虽然大多数院校都开设了基础光学实验课，但是在时间安排上往往与理论课程不同步，造成了实验和理论的脱节。学生不仅对基于实验的理论难以理解，而且所学理论也不能很好地应用于实际。因此，在“光学”课程教学过程中，在学时条件允许下适当增加随堂演示实验，既可以提高学生的学习兴趣、启发学生积极思维，又可以增强学生对概念和规律的理解。得益于网络技术的发展，笔者观看了美国麻省理工学院理工科部分开放课程，印象极深的一点就是实验进课堂教学。教授在讲完物理定律和概念之后，会配合课堂演示实验证明理论的正确，并且在每次课结束之前，还会安排一个与当堂知识相关的趣味实验，让学生思考观察到的现象，巩固所学的知识。值得一提的是，大多数演示实验都是教授自行设计，所用道具和演示并不复杂，无需占用太多时间，却收到非常好的教学效果。麻省理工学院的课堂教学安排值得我们在“光学”教学中学习和借鉴，当然，这也对教师的综合素质提出了更高要求。
三、发挥多媒体优越性，动态演示实验现象
由于计算机和网络的敏捷发展，多媒体技术在教育领域得到了普遍的使用。多媒体集文字、图形、动画于一身，可以直观、动态地演示物理实验现象，充分调动了学生的积极性，为学生的学习和发展提供形势多样的学习环境。对于“光学”课程中仪器复杂或不易观察现象的实验，采用多媒体教学展示可以节约教师板书时间，清晰再现物理图像，提高教学效率。例如，在光的波动性教学中，对于单缝衍射实验，本身对实验条件的要求就较高，因此在课堂上直接进行演示不切实际。教师可以用视频为学生播放实验录像，并用课件绘制实验装置，结合板书进行理论分析。从推导的公式可知，单缝衍射的图样受波长、缝宽等因素的影响，观察屏上的衍射图样会随着实验条件的变化而不断改变，这与观察到的实验现象是一致的。利用多媒体课件进行动态演示，可以用实验结果帮助学生理解相关的理论推导，弥补了传统板书教学的不足，增大课堂的信息量。
四、利用仿真软件构建虚拟实验室，将抽象理论直观化
培养具有科技创新能力的人才是教育改革关注的重点，加强专业基础课程和适时引入科学前沿对创新人才的培养具有重要意义。对于“光学”课程的建设，各级各类院校积极推进教学内容的改革，在强调经典光学的基础上，加大现代光学和光学前沿科技的比重，如激光技术、光纤通信技术、光电子技术等。由于现代光学内容涵盖广泛且涉及到学科交叉，对于背景知识不足的学生来讲，很多抽象的概念和原理难以理解。受经费等条件的限制，大部分高校并没有能力开设与前沿技术配套的实验课程。
针对上述问题，有高校提出利用软件仿真构建光学虚拟实验室的方案。[4]通过虚拟实验，既可以使学生了解和掌握复杂光学器件工作原理，又节省了设备运行经费。很多功能强大的工程软件已经被应用到光学教学中，如MATLAB、Mathematic、光学设计软件Zemax、光学仿真软件Tracepro、BeamPROP等，不仅能够通过直观、形象的界面激发学生的兴趣，还能够拓展学生的技能和知识面。
参考同行经验，笔者所在学校在推行光学课程改革建设的过程中，增设上机实践课程，让学生在虚拟实验环境中了解光学器件在光纤通信、传感和信息处理等领域的应用。例如，利用有限元分析软件COMSOL的射频模块，可以模拟阶跃光纤截面的模场分布，形象地展示光纤参数的改变对模场分布的影响（见图1）。再如，用BeamPROP软件绘制两根平行直波导构成的耦合器，当光从一根波导入射时，利用软件模拟光在两波导之间的耦合过程，得到出射端两波导的透射功率。然后改变入射波长、波导间距等参数，让学生观察总结出射端光功率的变化规律（见图2）。结合模拟结果，教师进而阐述光纤耦合器、波分复用器等器件的工作原理，这样学生理解起来要容易得多。调查显示，自该课程开设以来，学生对光学课程的兴趣和学习积极性都有所提高。
五、开展现代光学知识讲座，增加学生感性认识
虽然在推行“光学”课程教学改革中，已经加大现代光学内容的比重，但是受课程学时的限制，系统详细地讲解现代光学内容是不现实的，因此只能对很多概念和原理做简单口授，无法利用形象化教学手段展开阐述。对此，笔者认为可以通过在课余时间开展现代光学知识讲座、建立讨论小组等形式作为有益补充。例如，传统光学课程里对于光栅的讲解，一般都安排在光的衍射部分，并局限于对强度调制的二维平面透射光栅进行讨论。学完这一部分后，很多学生对光栅的认识仅停留在这个阶段。但是在实际中，其他类型的光栅表现出了更高的应用价值。比如光栅光纤传感技术，由于其良好的检测精度和线形响应，在多领域得到了广泛的实际应用，是当前的研究热点之一。在完成课堂教学任务之后，可以在课绕光纤光栅的主题开设讲座介绍光栅光纤的成栅机制、制作工艺，光纤光栅传感的原理和技术、传感网络的实现与解调等。在讲座中，可以采用图像、影音等直观方式向学生传递信息，增强学生的感性认识，使得其知识体系更为完整。将抽象的理论和生活实践联系起来，有助于开阔学生的视野，也帮助学生未来更好地面对就业挑战。
六、总结
综上所述，在光学课程中应用形象化教学方法，可以帮助学生更牢固、更直观地理解并记忆理论知识，也可以帮助学生将理论和实践有机地结合起来，建立一种形象和逻辑相结合的思维方式。从实际教学效果来看，学生对光学课程的学习兴趣明显提高，对知识的理解也更为深入。
参考文献：
[1]姜海丽,孙秋华.小议大学物理形象化教学[J].今日科苑,2007,(10):256.
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《薄膜光学[1-3]是一门古老又充满活力的学科，它是物理光学的一个重要分支，研究的是光学薄膜的光学特性，如对光的反射、透射以及吸收等作用。光学薄膜在提高或降低光学元件的反射率、吸收率、透射率，光束分离、合并，光束起偏、检偏，光谱带通过、阻滞以及相位调制等方面，均起着至关重要的作用。随着前沿科学的不断发展，光学薄膜的应用也越来越广泛，例如，超短脉冲的调控以及极紫外乃至X射线的反射。现如今，薄膜光学与计算机技术、数学算法、材料科学、表面物理、真空技术、等离子体技术等结合密切，已成为现代光学不可缺少的组成部分。
作为材料物理、光学工程等专业的基础课程之一，《薄膜光学》课程是一门具有极强专业性和交叉性的课程，其内容涉及数学、计算机、光电、材料和自动控制等多个领域，因此，《薄膜光学》课程在教学过程中通常出现教学课时紧张，教学内容难以理解等问题。本文基于《薄膜光学》课程的教学目标，探讨《薄膜光学》课程教学方法的改革，以实现学生知识水平和实践应用能力的提高，从而达到教学效果提升的目标。
一、教学目标
在《薄膜光学》课程的教学过程中，始终贯彻理论与实践相结合的教学理念，通过分析、解决实际问题，提高学生的知识水平和实践能力。在知识层面上，要求学生掌握光学薄膜的基础理论，了解典型膜系及其应用，掌握简单光学薄膜的设计方法；了解薄膜制作技术、方法及相关工艺。在能力层面上，培养学生自主学习和研究的能力，锻炼学生的实践能力，提高学生的学术表达能力。
二、教学方法的研究
1.自主学习方法。传统《薄膜光学》课程的教学，以课堂上的理论教学为主。由于《薄膜光学》内容丰富，专业性和交叉性强，教学课时比较有限，因此仅仅通过课上的学习很难取得良好的教学效果。考虑到这些问题，可以将自主学习的方法应用到《薄膜光学》课程的教学之中，通过为学生提供自主的学习条件，让学生在课下时间也可自学薄膜光学的相关知识。下面介绍为学生提供的自学素材：（1）往年的教学课件：方便学生上课前预习课程内容，从而提高课堂教学效果。（2）光学薄膜特性模拟的程序、软件及其使用说明：对任意结构光学薄膜特性参数的计算与模拟，不仅可以加深学生对光学薄膜基础知识的理解，同时，有利于学生自主学习和研究能力的培养，以及分析问题、解决问题能力的锻炼。（3）薄膜光学拓展资料：包括课堂上没有介绍的薄膜光学相关的知识，例如光学薄膜主流制备工艺的介绍、国内外光学薄膜前沿研究课题及研究现状等，为学生拓宽知识面，培养学习兴趣提供帮助。
2.实例教学方法。《薄膜光学》的理论知识相对比较抽象，学生理解起来比较困难。通过在理论教学过程中列举与之相关联的实际例子，以实例教学的方法加深学生对理论知识的理解，同时，利用理论知识实现对实例的解释，从而实现理论与实践的结合。下面介绍几个在理论教学过程中的实例：（1）玻璃透光：在讲解菲涅尔公式时，可引入玻璃透光的实例，将玻璃透光的物理现象看成是一个简单的单界面模型，然后利用菲涅尔公式计算玻璃界面上的反射率，达到对菲涅尔公式的熟练掌握以及对玻璃透光原因的解释。分析结果表明，当光从空气垂直入射到玻璃表面时，玻璃表面上的反射率仅为4%左右，透光率高达96%。由此可以说明，玻璃是非常好的透光材料，也是玻璃可用作窗户材料的主要原因。（2）镜子成像：在介绍金属反射镜时，可引入镜子成像的实例，将镜子成像模型简化成一个简单的金属界面问题，然后利用菲涅尔公式分析金属表面的反射率，从而揭示金属反射镜反光和成像的原理，巩固学生对菲涅尔公式的理解。分析结果表明，一般的金属材料，如金、银等，在可见光波段可实现较高的反射率，从而证实了金、银等金属材料用作反射镜的可行性。（3）全反射：通过分析光由光密介质入射到光疏介质上发生的全反射现象，并进一步探索全反射产生的条件以及全反射条件下实现100%反射的原因，可加深学生对菲涅尔公式的理解。通过理论分析全反射条件下的菲涅尔公式，发现不管是s偏振光还是p偏振光，在全反射条件下的反射系数均为模为1的复数，进而从理论上找到了全反射实现100%反射率的理论原因。（4）MgF2减反膜：在减反膜的讲解中，可引入MgF2减反膜的实例，基于单层膜的理论结果，分析MgF2减反膜可实现减反效果的原因以及获得最佳减反效果的条件。分析结果表明，MgF2单层膜实现减反效果的原因是其折射率比较小，且小于基底折射率。通过进一步分析发现，当MgF2单层膜的有效光学厚度等于入射光波长的四分之一时，可实现最佳的减反效果。（5）迈克尔逊干涉仪分束镜：在介绍分光镜时，可引入大学物理实验迈克尔逊干涉仪中分束镜的实例，解释能量分光镜实现半透半反功能的原因以及分光镜的应用。分析发现，在厚度优化的前提下，单层金属膜和多层介质膜都能够实现50%的能量分光，即两种结构的光学薄膜都可用作能量的分光镜。通过该实例可加深学生对单层金属膜和多层介质膜光学性能的理解，熟悉它们在分光镜方面的应用。（6）薄膜型波分复用器以及解复用器：在介绍多层膜滤波片时，可引入光学通讯系统中的薄膜型波分复用器以及解复用器的例子。薄膜型波分复用和解复用的基本原理正是基于多咏橹誓ざ阅掣霾ǔす獠ǖ穆瞬ㄐЧ，然后，通过串联多个多层介质膜滤波片实现对波分复用光纤中多波长光信号的合成和分解功能。通过该实例，可加深学生对多层介质膜用作滤光片原理的理解，以及多层介质膜滤波片的应用。
3._放式教学方法。《薄膜光学》课程的开设，不仅仅是让学生掌握薄膜光学的基础知识，还要通过该课程的学习提高自身的能力，其中包括学习能力、研究能力以及表达能力。开放式教学方法的应用可帮助学生更好地锻炼自学能力。（1）开放式作业：《薄膜光学》课程教学过程中，可通过为学生设置开放式作业的方法，提高学生的自学能力。例如，在讲授多层膜光学特性时，要求学生基于所学知识，分析一个渐变式单层膜的反射与透射特性。学生可通过程序的模拟以及理论分析等多种方式获得该问题的正确答案。另外，也可要求学生自主设计光学薄膜的结构，以实现某一特定的功能。通过光学薄膜设计过程能够巩固学生所学的理论知识，掌握实践环节中薄膜的设计方法。（2）学术报告：《薄膜光学》课程教学过程中，要求学生基于《薄膜光学》课程上所学的内容，针对薄膜光学相关领域中的某一研究课题展开分析与讨论，并基于所研究内容准备一次完整的学术报告。在学术报告准备过程中，鼓励学生通过基本理论知识学习科技文献查阅、分析与总结科学问题提出研究方法学习与验证研究结果分析与总结学术报告与课题总结等一系列过程，培养学生正确的学习方法和研究思路，锻炼学生分析问题、解决问题的能力。
三、结语
本文基于《薄膜光学》课程教学理念和教学目标，对《薄膜光学》的教学方法进行了讨论，探讨了自主学习、实例教学以及开放式教学等教学方法在《薄膜光学》课程中的应用。研究发现，采用自主学习的方法，将课上学习和课下学习结合起来，可以最大限度拓展学生的知识量，保障《薄膜光学》课程教学任务的完成；采用实例教学的方法，可使《薄膜光学》课程中复杂的公式和概念变得简单易懂，促进学生对知识点的理解；采用开放式教学的方法，可锻炼学生分析问题、解决问题的能力，培养学生理论结合实践的应用能力。
参考文献：
[1]唐晋发,顾培夫,刘旭,李海峰.现代光学薄膜技术[M].杭州:浙江大学出版社,2006.
[2]范正修,劭建达,易葵,贺洪波.光学薄膜及其应用[M].上海交通大学出版社,2014.
[3]卢进军,刘卫国.光学薄膜技术[M].西安:西北工业大学出版社,2005.
Study on the Teaching Method of "Thin Film Optics"
CHEN Shu-jing
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一、引言
研讨式教学作为一种有效的教学模式在教改中受到多方面的肯定和推广。它针对重要教学内容中的某些习题或专题展开讨论，在此过程中学生有目的地进行调研、回顾、分析和思考，使其变被动接受为主动学习。在《光电子学》课程中加强专题研讨式教学，对教学质量的提高无疑会起到积极的推进作用。
光电子学课程是专业基础理论课程，具有理论与实践紧密结合、基础理论与前沿研究方向紧密结合的特点，但内容偏重于建立学科理论体系。光电子学课程包含两大理论体系――光电磁理论和光量子理论，需要系统介绍一系列基本概念、基本原理和基础理论，因此内容涵盖的知识面很广。课程讲授中过于偏重基础理论会使教学枯燥无味，使学生对具体的物理意义缺乏理解，在课堂教学时适当增加一些系统应用实例进行专题研讨，可充分调动学生的学习兴趣和积极性，使学生从理论和实践两方面全面理解课程内容，在教学评价上除了考试成绩之外还可结合学生在研讨中的实际表现来综合评定成绩。采用研讨式教学方式，不仅可获得良好的教学效果，融洽师生关系，更重要的是在此过程中还把学生从被动接受知识的客体转变成为主动自觉进行知识学习的主体，从而培养学生勤于思考的习惯和自主创新等能力。当然《光电子学》课程本身存在一些特殊性，使得研讨式教学不能简单模仿其他课程的模式，通过两年来的实践，我们对研讨课的选题进行了总结与思考。
二、研讨课的选题
研讨课的选题是课程质量的首要环节，选题设置的是否科学，直接关系到研讨式教学的成败。只有目标明确、内容具体、激发兴趣的选题才能达到需要的效果，避免流于形式。根据我们的思考与实践总结了以下几点可用于研讨课的选题。
研讨内容可与科研实践相结合。根据我们的实践，将光电子学应用领域科学研究中的相关内容引入课程研讨，可极大地激发学生的学习兴趣。例如，我们将高灵敏度干涉仪研究的相关实验的原理、结构、过程与结果进行了展示，鼓励学生对系统结构进行分解，然后学生进行分析，提炼出了半导体DFB激光器、声光强度调制、相位调制、偏振调制、光电探测共五个主题，学生按照兴趣自动分为5组，每组5到6人进行了深入讨论，在此过程中，他们自己温习教材、查阅资料、推导公式、分析特点、交流辩论、分析总结，很好地完成了任务。在此过程中，学生概念更加清晰，对知识点的理解更加深入，培养了学生所学知识的综合运用能力，为其今后的科研工作打下良好的基础。
研讨内容可与前沿研究方向紧密结合。光电子学的显著特点是知识更新快、新型交叉学科的不断涌现、器件性能不断提高和新型器件不断出现。为了体现课程的现代性和先进性，反映光电子领域最新的研究现状，在研讨内容上，将光电子学新技术与最新发展成果引入课程教学，使学生不仅对光电子领域有更全面的了解，并激发学生深入研究的兴趣，可为进入专业领域的研究和创新能力的培养奠定基础。
研讨课教学中可加强与相关课程内容的联系。光电子学课程有较宽广的知识面，包含了光辐射的产生、传输、调制和探测等各方面，相关内容涉及到《电磁学》、《激光物理》、《光学原理》、《量子力学》、《光电技术》、《光纤光学》、《半导体物理学》、《光纤传感技术》等多门课程。相关课程的联系也是学生非常感兴趣的内容，例如模式耦合的相关内容，以《电磁学》等课程为基础，又可应用于《光纤光学》中的圆形波导相关内容，还可延伸到《光纤传感技术》的光纤光栅等内容。这些联系都可以作为研讨的主题激发学生深入钻研的兴趣，从而巩固了所学知识，预习了后续课程。
二、研讨课的目标
在课程的研讨内容确定后，要明确研讨的目标，包括研讨的方向，研讨的重点，研讨要达到的深度等。教师在研讨课目标时，要针对学生状况确定教学目标，尽可能把问题落在学生学生最有可能感兴趣的方向，并把握把握好其难易程度。对学生而言，假如问题设置太难，势必给学生太多的负担，影响学生学习的兴趣；反之如果问题设置太简单，则又会让很多学生不屑于去思考。比如要对电光晶体调制在科研中的应用展开研讨，可以明确研讨方向是相位调制，重点是铌酸锂晶体的横向应用，要求达到能根据应用要求进行参数估计的程度。
研讨课的目标必须和讲授课目标一致，以讲授课的内容为基础进行扩展，难易程度可略高于讲授课。研讨式教学只是一种教学手段，而不是目的，知识传递始终是培养学生的基础，研讨式教学方法不能脱离这一基本条件。只有在成体系的讲授知识的基础上，在学生在积累和理解了一定的知识之后，才能应运掌握的知识、技能、经验或理论功底，围绕所设的研讨课题进行深入的思考，探讨和交流研究的结果，从而求得正确的结论和对知识理解的深化。例如“DBR半导体激光器特性与应用”研讨课，首先必须从激光产生的基本条件，到半导体的能带特点与跃迁机理，再到DBR半导体激光器结构与原理等知识点进行充分的讲述，使学生有深刻的系统的认识，如果缺乏对这些知识点的深刻理解，研讨很有可能流于形式，学生或对问题反复讨论，或在交流中缺乏主动，回答问题支支吾吾，研讨课变成例程讲解课。有了明确的教学目标，才可提出研讨方案并进行有效的实施。
四、研讨课的实施
研讨课的实施包括准备、组织和总结等方面的内容，我们确立了“目的明确、准备充分、教师引导、学生为主”的基本思想，力求研讨学生态度积极、课堂气氛活跃，而不要过多增加学生的课外负担。
第一，重视研讨前的准备。在讲述课的教学内容完成后，将研讨课基本方案提前发至学生手中，使其有足够的时间进行思考酝酿；进行辅助教育，为研讨者充实相关的知识，拓宽研讨的思路，激发学生兴趣；视学生的时间空余程度决定是否让学生自行查阅资料还是教师发放参考学习资料，要求学生进行文献资料综述并提出问题的基本解决方案；将研讨任务分解后可以让学生根据兴趣自行分组，也可随机指定分组。研讨课质量的好坏，关键取决于师生对研讨课的准备。
第二，研讨课的课堂组织。研讨课的组织可分两个阶段，包括小组讨论和课堂发言。在研讨过程中发挥学生的积极性是关键，学生应该是研讨的主体，思维应处在积极活跃的状态，教师只是组织者和引导者，如果只是教师在说，说明课堂教学设计不合理，学生没有兴趣或者准备不充分。在研讨过程中教师要把握时机，在适当地进行提问和鼓励竞争，加强师生互动和学生之间的互动，温和适当纠正学生错误观点，不能代替学生去研究。通过积极主动参与课堂教学过程，学生不但可以充分了解光电子学的知识点，还能够在科研资料调研、研究报告撰写和口头表达等多方面能力得到培养。学生在经历课堂讨论后，大多留下了很深刻的印象，师生关系也更显融洽。
第三，研讨课的总结。研讨课结束后教师可以对研讨结果进行及时的总结和分析，对表现最佳的学生加以鼓励。倘若研讨效果不佳，也可寻找原因并加以改进，逐步提高研讨效果。根据我们的经验，第一次讨论课最为重要，最好讨论学生最感兴趣和轻松的内容，多数是偏重于技术应用的内容，而且需要多下功夫准备。在研讨课总结时学生一般不愿作太多的口头自我评价和相互评价，包括自信的学生和不自信的学生，教师不需要给学生太多的压力，可以要求学生对研讨课内容作书面总结，作为研讨课考核的部分内容。
五、研讨课的考核
作为课程综合成绩的一部分，公平合理的研讨课考核评价可以进一步提高学生的积极性，考核评价内容可包含书面报告、课堂表现和相互评价。书面报告应给出文献综述、基本方案、问题分析和结论。由于教师对学生表现只能做到宏观把握，要做到公平合理很大一部分需要学生之间的相互评价，为避免学生之间相互提高成绩，学生各组总成绩主要由教师决定，而组内学生成绩需要明确优秀率，由学生投票决定成绩。教师可对考核评价进行不记名问卷调查，进一步提高考核评价的公平性和合理性。
结束语：在《光电子学》中引入研讨式教学，激发了学生学习和思考的积极性，深化了学生对知识的理解，扩展了学生的视野，提高了学生发现和解决问题的能力，希望我们的经验有一定的借鉴作用。
参考文献：
[1]柳斌.关于素质教育的思考[M].北京师范大学出版社，1998.
[2]李年终.论研讨式教学的评价模式[J].湖南师范大学社会科学学报，2001，30（2）：68-71.
[3]姚琼，孟洲，等.光电子学课程建设的实践与思考[J].高等教育研究学报，2009，32（3）：91-92.
[4]李彦鹏，王宏强.博士研究生研讨课教学探索与实践[J].当代教育论坛，2007，（12）.
[5]陈景文，刘洁.研究生课程的研讨式教学方式[J].高等教育研究学报，2008，（01）.
篇11
大学物理实验课程作为一门重要的基础实验课，是大学生进入大学后系统学习实验方法和进行实验技能训练的开端，在培养大学生严谨科学的思维方式、分析和解决问题的能力等方面具有重要作用。大学物理实验课程教学应以学生为本，充分调动学生的主观能动性。这方面研究已有一些报道，如，利用演示实验[1]，采用开放性实验教学等[2]。除了教学方法改进外，对实验课程的设置还需合理安排。大学物理实验项目众多，涉及光学、电学、磁性、热学等各学科，合理安排实验课程，找出实验项目之间的联系，对学生理解和掌握实验至关重要。根据实验不同的性质可以将实验课程分成不同模块，比如，光学模块、电学模块、磁学模块等，在完成一个模块后再进行下一个模块实验。这样分模块系统讲解及演示实验将使学生更好地掌握相关知识，形成一个连贯的知识脉络。
1 电学实验特点
大学物理实验中，电学实验众多，几乎占用实验总学时1/3以上。目前大多数高校大学物理实验中对于电学实验的课程安排很多，主要有：电表改装与校正、电桥测电阻、RLC串联电路的暂态过程研究、数字电表实验等。合理安排电学实验顺序，对电学实验的共性及各个电学实验的特点进行对比讲授，并指导学生去完成相应实验，对学生加深理解和掌握相关知识至关重要。电学实验具有自身特点，相较其他类型实验，电学实验特点如下。
1.1 电学实验连贯性好，可以由简单实验逐渐过渡到复杂实验
学生在高中时已经接触过简单的电学实验，如伏安法测电阻实验，对电流表，电压表都有一定了解，大学时接触的电流（压）表改装校准实验，就是对电流表、电压表进行改装并校准；惠斯通电桥测量电阻实验，也是通过检流计读数是否为零来判断电桥是否平衡，进而得出待测电阻的实验。这些基础性实验的学习及对实验数据的分析处理，对之后进行的难度稍大的开放性实验，如数字电表实验是一个很好的训练。
1.2 电学实验原理简单，相较其他较为复杂类型的实验，学生更容易理解和掌握
如光学实验中，很多概念学生以前没有接触过，对光的基本理论、光源发光的宏观特性，光波的相干性和偏振态等不熟悉理解，则光学实验很难做好，甚至不能进行。而电学实验中利用的基本公式就是欧姆定律，不同的电学实验都是在欧姆定律的基础上简单变形得到的，学生对电学原理掌握基本没有问题，只要做了预习一般都可以完成实验项目。
1.3 电学实验中仪器简单并且使用较普遍
电学实验中常见的仪器主要有电流表、电压表，检流计、滑线变阻器、电阻、万用表等，这些仪器操作简单，原理易懂，而且很多电学实验都是利用这些仪器来完成。而其他类型实验，仪器复杂，如光学实验中分光计、干涉仪和摄谱仪等，光学仪器本身原理很复杂，学生要调节到仪器正常使用状态需要具有较好的操作技能，这对学生正常完成实验提出了更高的要求。
1.4 电学实验涉及知识点相对较少
其中电表等级的概念是电学中一个非常重要的概念，需要学生很好地掌握。电表的等级是用来表示电表的精确度的，我国规定电表分为七个等级，等级数值越小，电表的精确度越高。实验之前，应向学生清楚介绍实验所用电流表、电压表、检流计等电学仪器的等级，使学生对实验测量结果的准确程度有一直观了解。
2 电学实验教学侧重点
针对电学实验上述特点，在电学实验教学中应侧重以下几点。
2.1 提出预习问题，抓好预习关
尽管电学实验原理简单，但还是要抓好学生预习关。学生只有预习好，才能在实验中很好地完成操作。常规预习方法学生只是一个从书本摘抄的过程，缺少自己独立的思考。在实验教学中，应在学生做实验之前布置一些相关思考问题，让学生带着问题去预习，只有学生在预习中进行了思考，预习才有效果。比如，开放性实验的数字电表实验，可以在预习前给学生提出几个思考问题：如，简述模数转换器的基本原理；如何通过电路设计来实现多量程直流电流（压）表改
装等。
2.2 对实验所涉及的背景知识讲解清楚
在电学实验教学中，遇到的一个比较多的问题是学生对所做实验的目的不清楚，不知道为什么要做这个实验，以及这个实验在实际中如何应用等。实验相关背景知识一般在教材上内容很少，学生尽管做了预习，但一般不十分清楚。为此，教师在课堂教学时应对背景知识重点讲述。
如电表改装实验，教师应该使学生认识到电表改装实验等同于仪表厂电表的设计与制作，充分调动学生的课堂积极性；惠斯通电桥测量电阻实验，应向学生强调通过实验来学习一种新的实验方法（比较法），通过比较法的学习来实现对电阻的准确测量。
2.3 课堂实行分段式教学，鼓励学生大胆尝试，勇于创新
一个好的实验课程安排应该使学生感到适度的紧张，过分宽松的课堂环境会使学生走神，不能把精力全部集中在实验上。为此，课堂教学可以采用分段式教学，结合适当的提问，让学生始终保持一种精神集中的状态。
可以将实验分成两个部分，每一部分做完后，及时对学生的实验结果进行总结，并对实验中学生存在的问题给予解答，这样会加深学生对实验的理解，当然这需要教师对实验内容进行充分合理的设计。课堂教学中同时应利用学生接触新实验时的好奇心理，引导学生对实验进行创新。
“兴趣是最好的老师”，如果能通过课堂实验教学激发出学生学习知识及科学研究的兴趣，就实现了大学物理实验教学的
初衷。
3 结语
以上是作者根据大学物理电学实验课程教学的特点，结合自身教学中遇到的问题，对大学物理实验教学提出的几点具体措施，希望能对高校学生知识、能力和素质培养方面起到一定积极作用。
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一、中北大学光电信息类专业简介
目前，中北大学光学工程学科管理部（隶属于中北大学信息与通信工程学院）有两个本科专业，“光电信息科学与工程”（2013年前为光信息科学与技术，2002年开始招生，山西省特色专业）和“电子信息科学与技术”（2001年开始招生，本专业侧重于光电信息的获取与处理方面，所以归到“光学工程”学科管理部）。相对于国内高水平光电类专业的学校，中北大学在光电信息类专业方面招生较晚，再加之扩招以及光电类专业的实验设备较贵等多方面的原因，实践教学（课程实验、课程设计、毕业设计、学生动手创新环节等）在2013年以前各方面条件差，甚至一些重要的专业基础课程实验也只能用一台实验仪器给几十名学生演示一下或计算机简单仿真，也没有形成完整的实践教学体系。2012年教育部本科专业更新调整后，学校也提出了抓内涵建设，并且把本科专业建设和学科建设统筹考虑，2013年成立了学科管理部，这两年进行了较大的改革和建设。
二、近两年的实践教学改革思想
随着教育部2012年版新专业目录招生的变化以及中北大学抓本科教学内涵建设，学校从管理、资金投入、专业评估方式等多方面对促进本科建设进行了较大的改变。中北大学的光电信息类专业归口到“光学工程”学科管理部这个基层单位，结合学校学科建设、科研方向项目、研究生教学，充分发挥学科优势、教师科研优势（包括科研仪器设备、教师在课程设计、毕业设计等方面结合科研），这两年在实践教学方面进行了建设和改革。
结合本类专业十多年的建设与探索，结合学校学科建设、科研方向项目，相关学科带头人、教授、多年从事教学与实验的相关教师广泛讨论、交流。首先在2013年初对培养方案也进行了修订，增加了实践教学环节，多种途径申请学校在本科实验室的投入，也鼓励教师科研和教学集合，构建了较完善的、适合于本校专业方向和定位的实践教学体系，初步形成了光电类专业的实践教学体系建设思路（之所以说是思路是因为有些因为经费、场地、人员等方面的原因还没有完全实现）。
三、光电信息类专业实践教学体系构建
1.中北大学的“光电信息科学与工程”、“电子信息科学与技术”两个专业都属于“电子信息类”本科专业，其培养方案中的专业基础课和专业课主要包括以下几方面的知识：①电子技术基础（如电路分析、电子线路、数字电子技术）;②信息基础（如信号与系统、通信原理等）;③计算机类知识（如c语言、单片机、微机原理等）;④光电信息类（这部分内容较多）。实践性环节包括：课程内实验、实验课程（一般16学时以上单独设课）、大型实验周、课程设计（2～3周）、毕业实习、毕业设计等环节。其中前三个内容（电子技术基础、信息基础、计算机基础）在我院由相关教师与相关的学科部实验室共同完成。另一个主要的光电信息类的实践环节由“光学工程”学科部来规划、设计和实践。
2.结合本类专业的方向构建光电信息类实验室主要设置有：①激光原理与技术实验室;②光纤技术与光通信实验室;③工程光学与光信息处理实验室;④光电检测与综合应用实验室;⑤光电信息系统仿真及软硬件联调实验室;⑥专业特色与光电创新平台实验室。其中各实验室主要完成实验及涉及的课程如表1所示。表1中含盖了本学科下设的两个专业的光学、光电类课程及课程设计、综合实践等方面的内容，其中有些是两个专业共有的专业基础课和专业选修课（激光原理与技术、应用光学、物理光学、光电信息处理、光电检测技术、单片机原理及用、光电信息课程设计等），有些主要是为一个专业服务，但为另一个专业选修或毕业设计等共用（如信息光学、机器视觉、光谱分析与测试等）。有些实验室主要是提供课程实验（如激光原理、应用光学、物理光学等课程实验），有些实验室除提供课程内实验外，还为综合性课程设计、毕业设计、学生课外创新训练（比赛）等提供条件。
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利用成像公式法测量薄透镜的焦距实验是大学一级物理实验的基础光学实验之一。本文将对该实验理论课教学、学生实验技能训练以及数据处理过程中存在的若干问题进行简单的分析与探讨。
1 实验基本原理
薄透镜成像原理可以用高斯公式来描述： = + 其中W为物距，V为像距，f为透镜的焦距。W，V，f均从透镜的光心O量起。对凸透镜f为正值；对凹透镜f为负值。实物W为正，虚物为负；实像V为正，虚像为负。在初中和高中关于透镜成像定性结论的基础之上，实验学生对这个公式普遍容易理解。但是大部分学生对于虚物和虚像的概念比较模糊。实验教师在理论课讲解部分应对该部分做重点讲授。对于多个透镜联合成像，单个透镜所成的实像/虚像是可能成为其它透镜的虚物/实物的。最简单的举例就是在测量凹透镜的焦距的物距像距法实验中，先经过凸透镜所成的实像会作为凹透镜成像的虚物。这对于理解多个透镜联合成像原理是非常重要的。同时应启发性的让学生总结，当W和V同号时，在透镜的异侧；异号时，在透镜的同侧。
对于凸透镜焦距的测定实验上可以采用物距像距法、自准法和共轭法等；而对凹透镜焦距的测定可以采用物距像距法、自准法和视差法等。由于凹透镜焦距f为负值，所以实验上必须采取实验方案以提供虚物，一般要借助其它的光学器件，如凸透镜、平面镜等。
由于实验课程要求学生在规定时限内完成，实验过程中教师可以根据实际情况，要求学生选取部分实验方法来测定透镜焦距。理论教学时，实验教师只需要对实验学生就几种最常见的实验方法做简要说明，让学生理解这几种实验方法的核心思想。所谓物距像距法指通过透镜成像原理，实验上分别测量待测透镜成像时的物距W和像距值V，带入高斯公式即可算出待测透镜的焦距。计算时要注意物距和像距的符号；自准法指的是通过调节待测透镜位置，使经过透镜后的出射光线成为平行光，这样V = ，从而待测的焦距f =W。实验过程中将平面镜放置在透镜的后方，使出射的平行光反射回来经过待测透镜，这样由光路的对称性，实验时在物屏上会观察到一个等大倒立（相对于实物）的实像；而凸透镜的共轭法实验是指，当物屏和像屏固定时，即W+V=D，D为定值且D>4f，凸透镜在物屏和像屏之间移动，能观察到两次成清晰实像。两次成像过程中成放大像与缩小像时所对应的物距像距是共轭关系，实验过程中只需要测量到两次成像时透镜的位置变化即d=|W-V|，即能算出凸透镜的焦距f。
2 实验基本操作
理论课讲授光路图时，考虑的都是光学器件中心共轴共面的情况，所以开始实验前，光具座上的所有光学元件必须调节至共轴。即各透镜的光轴重合并平行于导轨，物的中心部位位于光轴上，物面、像面垂直于光轴。为了便于实验观察，应尽量使光源靠近物屏，这样可以增强入射光强，便于观察实验现象。共轴的调节一般分为初调和细调。初调可以直接用人眼观察，作为初略的判断，对各光学器件做适当的调节；细调可以利用透镜的成像规律做细致的调整。例如共轭法测凸透镜焦距实验。在该实验中固定物屏和像屏后，在光具座上来回移动凸透镜的位置，将会有两次成像，分别为放大像和缩小像。由于经常光轴中心的光线不会发生弯曲。所以我们只要适当调整透镜，当大小像中心重合时即表示该系统共轴了。实验实际操作时，不一定要求学生调节至大小像完全重合，但是必须要求大小像几乎完全等高（如相差不超过3mm）。对于多个光学器件，如测定凹透镜焦距实验，应从左到右逐个调节光学仪器，使整个光学系统共轴。此部分实验仪器调节部分，比较花费时间，教师演示时应该详细讲解操作过程和技巧。
3 实验误差
实验过程中为克制像差的影响，采用近轴单色光源。常见的像差有色差、球差、慧差、像散弯曲和畸变等，不同情况下它们所表现的程度不一样。实验过程中选用口径为H的光阑满足近轴光线成像条件，相对口径H/f越小，像差越小，景深越大，也就是成像清晰的范围越大。因而实验测量中，用多大口径的光阑，要视具体的情况选择。实验教师讲授景深的概念的时候，建议对实验学生做操作演示，以便学生对该概念有比较直观的印象。
为了准确得到成像最清晰的位置，实验上一般用左右逼近法，即分别由从左到右和从右到左移动相关的透镜或像屏，逼近成像清晰区的左端和右端，读取两端部的值，然后再取平均值为成像清晰的准确位置。左右逼近法应作为实验操作重点讲授部分。当从左至右或从右至左移动透镜或像屏时，在像屏上会先后观察到光斑、模糊像、清晰像。实验操作时当从左到右移动时，模糊像会先看到重影的现象，主要是因为实际光线在透镜不同地方发生折射后聚焦差异引起的，当重影现象刚好消失时，实验上只能看到单一的像。学生可以很容易的读取此时成像清晰区域的左端部值；然而采用从右至左操作时，模糊像却始终只有一个单一像，只是单一像亮度比较差。这是因为从左至右移动时在靠近成像清晰区，经过透镜各点折射光线所成像时会聚的，然而从右至左操作时，这些像却是发散的。实验操作时只能依靠大致的经验对于成像区域的右端部进行估计。可行性做法是，当从右至左操作时，观察像的亮度与在从左至右所找到的上端位置所成像的亮度一致时，读取此时位置作为成像清晰区的右端部值。学生在实际操作时，比较难以把握成像清晰区的右端部。故教师演示时，应重点强调左右逼近法的核心思想和该操作的具体操作方法。
关于测量透镜焦距实验中的焦距的不确定度，教学上只做提示性讲解。测量过程中的误差来源，除了成像清晰与否带来的随机误差，这一部分可以通过多次测量来减少误差（属于统计误差UA）。还有实验装置引起的系统误差（属于系统固有误差），它们主要有物面（像面）与底座读数标线不共面、透镜光心与读数标线不共面、标尺的精度问题、像差以及薄透镜两主平面非严格重合等。它们所引起的极限误差我们可以初略地进行取值。如不共面和标尺精度问题整体误差取UB1=1mm，而像差和透镜非理想薄整体误差取成像清晰范围的一半UB2（也就是左右端部之差的一半）。这样所有测量过程中，测量的误差就来源于三部分：UA、UB1和UB2。至于最终待测透镜焦距的误差，需要具体实验具体分析，再借助误差传播公式进行计算。
4 总结
