引論：我們?yōu)槟砹?3篇大學(xué)光學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
本文中，以理工科類所采用的大學(xué)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（主要是前兩者）為參考，對(duì)大學(xué)物理的幾何光學(xué)部分（大學(xué)物理下冊(cè)第17章幾何光學(xué)［1］）如何與中學(xué)物理中相應(yīng)知識(shí)（選修2―3的第1章光的折射和第2章光學(xué)儀器［2］）銜接的問題進(jìn)行了分析和探討，理清這些問題將有助于促進(jìn)大學(xué)物理課程改革健康有序地發(fā)展，同時(shí)也希望為中學(xué)物理課程改革提供一定的借鑒。
1.大學(xué)物理課程和中學(xué)物理課程基本要求的對(duì)比
對(duì)照《大學(xué)物理基本要求》［3］與《全日制普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（簡(jiǎn)稱為《新課標(biāo)》），從教學(xué)目標(biāo)看，《中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)》把基礎(chǔ)物理知識(shí)與技能學(xué)習(xí)、自主探究的過程訓(xùn)練和方法體驗(yàn)、情感與價(jià)值觀的培養(yǎng)有機(jī)地結(jié)合起來。而《要求》則強(qiáng)調(diào)在系統(tǒng)掌握物理知識(shí)和方法的同時(shí)，還要注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)三方面的協(xié)調(diào)發(fā)展。顯然，大學(xué)物理教學(xué)要求是在高中物理要求的基礎(chǔ)上加以提高。
所以，將《要求》和《新課標(biāo)》中對(duì)幾何光學(xué)部分的基本要求做比較，分析大學(xué)物理中幾何光學(xué)部分知識(shí)點(diǎn)的分布特點(diǎn)，結(jié)果見下表。
通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，大學(xué)物理幾何光學(xué)部分中有60%以上的知識(shí)點(diǎn)在中學(xué)物理中出現(xiàn)過。然而，大學(xué)物理的內(nèi)容既不能是對(duì)中學(xué)物理知識(shí)的重復(fù)講解，又不能完全拋開中學(xué)物理的內(nèi)容，直接引入新的知識(shí)，否則就會(huì)出現(xiàn)知識(shí)連接脫軌的現(xiàn)象，那么大學(xué)物理應(yīng)該如何銜接中學(xué)物理知識(shí)，并順利引入新的知識(shí)呢？下面我將針對(duì)部分典型問題進(jìn)行具體分析。
2.共同涉及知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)要求及教材銜接處理
通過對(duì)比，大學(xué)物理中幾何光學(xué)部分的知識(shí)點(diǎn)在中學(xué)物理中已涉及的主要有以下幾個(gè)：幾何光學(xué)基本定律、折射率、光在平面上的反射和折射、全反射、薄透鏡及其成像公式和作圖法、光學(xué)儀器。
1）幾何光學(xué)基本定律包括：光的直線傳播定律，光的反射定律（鏡面反射和漫反射），光路可逆性，光的折射定律。前三個(gè)定律一帶而過，做銜接的鋪墊。
2）折射率：在折射定律中將中學(xué)的折射率細(xì)分為：①相對(duì)折射率=n=（第二種介質(zhì)相對(duì)于第一種介質(zhì)的折射率）；②絕對(duì)折射率n=（相對(duì)于真空的折射率）。然后斯涅耳定律是折射定律的另一種常用形式，由相對(duì)折射率和絕對(duì)折射率兩個(gè)公式推導(dǎo)而來：nsini=nsinr。
3）光在平面上的反射和折射：大學(xué)物理教材上點(diǎn)了一下實(shí)像和虛像，由同心光束在折射時(shí)被破壞導(dǎo)出一種現(xiàn)象叫像散，從而接入新知識(shí)“視深度”，視深度是入射光線交主光軸的點(diǎn)離界面距離P與折射光線反向延長(zhǎng)線交主光軸的點(diǎn)離界面距離p′，得p′=p。
4）全反射、薄透鏡，薄透鏡的作圖法和光學(xué)儀器部分：除了基本的定義和條件外，還介紹了一些全反射的用途和薄透鏡的一些內(nèi)容，其他只做了解用。
3.新增知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)要求及教材銜接處理
大學(xué)物理幾何光學(xué)部分知識(shí)點(diǎn)中新引入的知識(shí)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：斯涅耳定律、視深度、光在球面上的反射和折射、薄透鏡的橫向放大率、薄透鏡的光焦度與焦距。下面以一個(gè)典型例子分析大學(xué)物理教材對(duì)該部分知識(shí)的設(shè)計(jì)。
如圖，從光源S發(fā)出光線SA到半徑r、曲率中心為C、頂點(diǎn)為O的球面反光鏡AOB上，反射光線交主軸于S′。則光線SAS′的光程為=nl+nl′；其中（余弦定理）：
光程是角度φ的函數(shù)，根據(jù)費(fèi)馬定理，物象間的光程應(yīng)取極值或常量。故對(duì)其求導(dǎo)并令其倒數(shù)為零。
=n［2r（r-p）sinφ］+n［-2r（p′-r）sinφ］=0；
化簡(jiǎn)得-=0
在近軸條件下，φ很小，可認(rèn)為cosφ≈1，此時(shí)l≈和l′==-p′；帶入上式得+=
當(dāng)入射光是平行光時(shí)即p=-∞，得p′=，此時(shí)p′即是焦點(diǎn)，焦距f′=可得近軸區(qū)域的球面反射成像公式：+=，是一個(gè)普遍適用的物像公式。
就像這樣的推導(dǎo)方法一樣，先由中學(xué)的知識(shí)開端，加進(jìn)大學(xué)物理的內(nèi)容，使定律從理想狀態(tài)的使用條件推廣到普遍適用的公式。
4.結(jié)語
大學(xué)物理中幾何光學(xué)部分的內(nèi)容除一些知識(shí)外，絕大多數(shù)概念學(xué)生在中學(xué)階段已有接觸，故教材設(shè)計(jì)中的展開應(yīng)適度，避免重復(fù)。
對(duì)于大學(xué)物理中的新增知識(shí)點(diǎn)，由于大學(xué)生都已初步具備了獨(dú)立思考、分析和應(yīng)用知識(shí)的能力，就不能像對(duì)待中學(xué)生一樣，應(yīng)用圖畫或大量例子使其理解的設(shè)計(jì)方法，大學(xué)教材對(duì)新知識(shí)的設(shè)計(jì)，應(yīng)注重知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，注重綜合分析能力和知識(shí)應(yīng)用能力的鍛煉，還應(yīng)突出設(shè)計(jì)手法上的靈活多變。總之，大學(xué)物理教材的設(shè)計(jì)在知識(shí)的銜接上既不能繁瑣地重復(fù)講解，又不能出現(xiàn)知識(shí)的斷點(diǎn)，這樣才能真正做到大學(xué)物理教材設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。
參考文獻(xiàn)：
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《光學(xué)設(shè)計(jì)》是許多工科院校的“光信息科學(xué)與技術(shù)”、“光學(xué)工程”等專業(yè)的主修課程，北京信息科技大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在應(yīng)用光學(xué)、物理光學(xué)等必修課基礎(chǔ)上也開設(shè)了這門重要的專業(yè)選修課。《光學(xué)設(shè)計(jì)》是一門將幾何光學(xué)與物理光學(xué)知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科，通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以系統(tǒng)的了解光學(xué)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，了解一些最常用的光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以及了解光學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。該課程的特點(diǎn)是應(yīng)用性較強(qiáng)，涉及的內(nèi)容較多，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，通過該課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生熟練設(shè)計(jì)各種光學(xué)系統(tǒng)的能力，提高學(xué)生的分析能力和實(shí)踐能力，這對(duì)授課教師提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。該課程一般通過理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)完成教學(xué)內(nèi)容，本文將幾年來的課堂教學(xué)工作所積累下來的心得與體會(huì)加以總結(jié)，主要涉及到教學(xué)內(nèi)容的組織，教學(xué)方法的改進(jìn)與考核方式的變革等。
一、精心組織授課內(nèi)容，理清主線，突出重點(diǎn)。
光學(xué)設(shè)計(jì)課程囊括的知識(shí)點(diǎn)比較多，面向不同的教學(xué)對(duì)象，因?yàn)槠浔旧碇R(shí)積累就不同，而不同的教材組織方式，調(diào)強(qiáng)的知識(shí)重點(diǎn)也不盡相同，因此需要教師因人而異、不斷調(diào)整授課內(nèi)容的組織方式。北京信息科技大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)將該課程核定為32學(xué)時(shí)，在這么短的課時(shí)內(nèi)，如何選擇講授的知識(shí)點(diǎn)來保證教學(xué)活動(dòng)的完成，根據(jù)本專業(yè)的特點(diǎn)，我們精心組織了教學(xué)內(nèi)容，主要為了理清思路，并突出重點(diǎn)。光學(xué)設(shè)計(jì)涉及到的內(nèi)容可分為：高斯光學(xué)、像差理論、典型光學(xué)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)優(yōu)化方法、光學(xué)系統(tǒng)公差分析及光學(xué)元件制圖等。高斯光學(xué)是光學(xué)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)，光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)計(jì)算就是基于高斯光學(xué)理論的；像差理論是光學(xué)設(shè)計(jì)的重中之重，只有深刻了解了像差理論，才能夠自主、靈活的設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)；典型光學(xué)系統(tǒng)包括放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等系統(tǒng)，是了解實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的鑰匙，也是光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)計(jì)算的理論基礎(chǔ)；而計(jì)算機(jī)自動(dòng)優(yōu)化方法、光學(xué)系統(tǒng)公差分析及光學(xué)元件制圖等是實(shí)踐性很強(qiáng)的內(nèi)容，也是把上述理論知識(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)過程聯(lián)系的紐帶。只有理清了這些內(nèi)容的知識(shí)體系，才能有的放矢，條理清楚的講授。我們經(jīng)過探索，發(fā)現(xiàn)在授課時(shí)選擇一個(gè)實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)（如開普勒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)），從它的基本結(jié)構(gòu)講起，引出物鏡和目鏡的各自特點(diǎn)，用高斯光學(xué)知識(shí)分析其放大率、視場(chǎng)角等參數(shù)，再引申到實(shí)際系統(tǒng)像差對(duì)像質(zhì)的影響，最后講授怎樣設(shè)計(jì)這樣一個(gè)系統(tǒng)以及設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題。這樣就能把所有要講授的內(nèi)容串聯(lián)起來，學(xué)生就能更好地理清思路，知道哪部分內(nèi)容的作用以及怎樣學(xué)習(xí)效率更高。另外，講解時(shí)不能一概而論，必須突出重點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)模塊的學(xué)時(shí)要分配得當(dāng)。比如像差理論是本課程的重點(diǎn)，需要占用較多的學(xué)時(shí)講解；而且像差理論這一部分應(yīng)該把重點(diǎn)放在各種系統(tǒng)參數(shù)（比如，光闌大小、位置，材料折射率、相對(duì)色散等）對(duì)初級(jí)像差的影響上，因?yàn)檫@是一個(gè)優(yōu)秀光學(xué)設(shè)計(jì)工程師必須練好的最重要的基本功。最后，處理好知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)之間的關(guān)系。比如要提醒學(xué)生每一部分知識(shí)點(diǎn)都要結(jié)合與實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括加工、檢測(cè)）的關(guān)系來學(xué)習(xí)，做到有的放矢、思路清晰。
二、教學(xué)方法的改進(jìn)
1．課堂教學(xué)與課外科技創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合
學(xué)習(xí)基本原理知識(shí)的目的是為了更好地應(yīng)用到實(shí)際生活中。我們積極鼓勵(lì)學(xué)生參加各種科技創(chuàng)新活動(dòng)，堅(jiān)持課堂教學(xué)與課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合，強(qiáng)化實(shí)踐能力培養(yǎng)，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)與綜合分析能力。比如，在學(xué)習(xí)了照相系統(tǒng)基本知識(shí)以后，我們鼓勵(lì)學(xué)生調(diào)研如今市場(chǎng)上的各種照相機(jī)（包括數(shù)碼相機(jī)、傳統(tǒng)相機(jī)、攝像機(jī)等），讓學(xué)生考察照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)以及重要技術(shù)參數(shù)，并讓學(xué)生嘗試自己設(shè)計(jì)一臺(tái)照相機(jī)系統(tǒng)。這樣，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到大大提高，他們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中遇到很多問題，再重新回過頭在課堂找答案，被動(dòng)接收變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效率大大提高。
2．現(xiàn)代多媒體教學(xué)技術(shù)的使用
多媒體教學(xué)是以計(jì)算機(jī)為核心的教學(xué)手段，能交互的綜合處理文本、圖形、圖像、動(dòng)畫、音頻及視頻等多種媒體信息，更豐富、更復(fù)雜的信息多媒體教學(xué)對(duì)全面提高教學(xué)質(zhì)量，增進(jìn)教學(xué)效果起著不可替代的推進(jìn)作用。基于多媒體的光學(xué)設(shè)計(jì)課程教學(xué)優(yōu)勢(shì)包括：第一，圖文并茂，簡(jiǎn)潔直觀，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。比如在講授望遠(yuǎn)系統(tǒng)時(shí)，我們把目前世界上的各種望遠(yuǎn)系統(tǒng)圖片投影到黑板上，并列舉各系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，使學(xué)生頓時(shí)產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣。第二，把教師從繁重的板書中解放出來，更有利于教師語言、人格魅力的發(fā)揮，學(xué)生可以在相同的時(shí)間內(nèi)獲取更多的知識(shí)，提高課堂教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。比如，在講授各種目鏡結(jié)構(gòu)時(shí)，由于目鏡的種類很多，有惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱涅爾目鏡、對(duì)稱式目鏡以及廣角目鏡等，一一板書這些目鏡結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)非常花時(shí)間，而且作用不大。使用多媒體就可以很快的展示各種目鏡結(jié)構(gòu)以及特點(diǎn)，從而把更多時(shí)間放到講授目鏡選型以及設(shè)計(jì)中去。第三，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，二者相互有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的良性互動(dòng)。比如，在學(xué)習(xí)球差與系統(tǒng)相對(duì)孔徑以及光闌的關(guān)系這部分內(nèi)容時(shí)，我們讓學(xué)生自己提出各種參數(shù)，然后現(xiàn)場(chǎng)用多媒體計(jì)算光線軌跡并畫出光路圖、像差圖等，學(xué)生再根據(jù)像差圖提出新的修正結(jié)構(gòu)，直到得出滿意的球差。在這個(gè)過程中，教師與學(xué)生不再是填鴨式的灌輸與接受知識(shí)，而是很好的互動(dòng)，并激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。
3．光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用
在光學(xué)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，為了演示光線追跡結(jié)果及光學(xué)系統(tǒng)在各種不同情況下、不同輸入光場(chǎng)時(shí)的輸出光場(chǎng)情況等，需要編制相應(yīng)的模塊軟件。但由于編制這樣的模塊軟件工作量大、難度較高，往住使任課老師放棄在教學(xué)過程中演示復(fù)雜的光學(xué)現(xiàn)象，即使有人花大量時(shí)間和精力編制出一些，也因?yàn)楣δ懿粡?qiáng)、效果不佳而影響教學(xué)效果。我們將諸如ZEMAX、OSLO、CODE－V等功能強(qiáng)大的商業(yè)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件引入光學(xué)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過程，可以減小設(shè)計(jì)工作量，并且使課程課件的深度得到加強(qiáng)，從而擴(kuò)大學(xué)生的感性認(rèn)知和視野，增強(qiáng)教學(xué)效果。
現(xiàn)有的成像光學(xué)分析與設(shè)計(jì)軟件主要有三種，分別為：美國(guó)Optical Research Association 公司的CODE－V軟件；Lambda Research Corporation公司的OSLO軟件；Focus Software Inc開發(fā)的ZEMAX軟件。其中ZEMAX軟件由于界面友好，容易上手，目前占據(jù)市場(chǎng)最大份額；我們?cè)谡n堂教學(xué)中采用的也是ZEMAX軟件。該軟件可做光學(xué)組件設(shè)計(jì)與照明系統(tǒng)的照度分析，也可建立反射、折射、繞射等光學(xué)模型，并結(jié)合優(yōu)化、公差等分析功能，是將實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念、優(yōu)化、分析、公差以及報(bào)表集成在一起的一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件。課堂利用ZEMAX的計(jì)算與模擬功能，鼓勵(lì)學(xué)生通過自主探索，在掌握理論知識(shí)的前提下，讓學(xué)生建立相應(yīng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型，通過自己輸入?yún)?shù)去完成對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的形象化和具體化，并對(duì)光學(xué)系統(tǒng)像差進(jìn)行詳細(xì)了解，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。例如，如果要給學(xué)生講授cook三片式透鏡組（入瞳10mm，全視場(chǎng)角40°）的結(jié)構(gòu)以及性能，通過ZEMAX可以很形象地顯示。圖1所示，cook透鏡組的二維和三維結(jié)構(gòu)圖都可以畫出，而且所選三個(gè)視場(chǎng)（0視場(chǎng)、10°視場(chǎng)、20°視場(chǎng)）的光線軌跡也可以準(zhǔn)確畫出，這樣就使得學(xué)生有更形象、直觀的認(rèn)識(shí)。如果要了解該透鏡組性能，就可以利用ZEMAX光線追跡程序快速計(jì)算出每一條光線的軌跡，并算出各種像差值。該cook透鏡組的幾種像差圖見圖2所示，這里只顯示了四種像差圖：點(diǎn)列圖、波像差圖、調(diào)制傳遞函數(shù)圖和場(chǎng)曲、像散及畸變圖。根據(jù)這些像差圖，學(xué)生可以對(duì)該系統(tǒng)的像差有個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，可以更進(jìn)一步改進(jìn)并優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。而計(jì)算實(shí)際像差利用傳統(tǒng)的手工計(jì)算花費(fèi)時(shí)間是巨大的。
總之，利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，可以使光學(xué)設(shè)計(jì)課程授課效率更高，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣更濃，學(xué)習(xí)效果更好。
三、課程考核方法的改革
考試已成為課程改革的一部分，與課程的實(shí)施方法相輔相成，從而更客觀地反映教與學(xué)的效果，達(dá)到拓展學(xué)生的個(gè)性，激發(fā)其學(xué)習(xí)能力和興趣的目的。傳統(tǒng)理工科課程通常以閉卷筆試加平時(shí)成績(jī)相結(jié)合的方式進(jìn)行考核。針對(duì)《光學(xué)設(shè)計(jì)》的課程特點(diǎn)，我們采用了以考核綜合知識(shí)和能力為主導(dǎo)的考試方法。具體包括：①建立小課題，指導(dǎo)學(xué)生撰寫小論文。比如讓學(xué)生們調(diào)研目前流行的單反相機(jī)的原理并進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，學(xué)生通過查資料，深入調(diào)研，強(qiáng)化學(xué)生自己思考的過程，同時(shí)也能考察一個(gè)學(xué)生的綜合素質(zhì)。②開展課堂討論，給予總結(jié)評(píng)價(jià)。這部分的考核主要是通過討論來考察學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用和具體解決問題的能力。③試卷考核。該部分主要考概念題和思考題，加深學(xué)生對(duì)理論基本知識(shí)的理解和掌握。
通過這三種方式來全面綜合地考察、評(píng)定學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)掌握和理解程度，從而更好地反饋和指導(dǎo)教學(xué)。這樣的考核方法覆蓋指標(biāo)更全面，考核的結(jié)果就會(huì)更客觀合理，能夠真實(shí)全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況與能力水平，有利于對(duì)學(xué)生的知識(shí)和能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
四、教師自身能力提高
教師是課程改革最直接、最關(guān)鍵的群體，因此教師的自身成長(zhǎng)與課程的建設(shè)發(fā)展密切相關(guān)。教師的專業(yè)成長(zhǎng)不僅僅是教學(xué)經(jīng)歷和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的累積與豐富，更是教師由被動(dòng)到主動(dòng)參與課程決策、課程運(yùn)作和課程評(píng)價(jià)，促進(jìn)課程、教師和學(xué)生共同發(fā)展的過程。在不斷變革的社會(huì)大環(huán)境下，教師應(yīng)樹立終身教育和終身學(xué)習(xí)的觀念，即“教育既是為了促進(jìn)個(gè)人的終身全面發(fā)展，又是為了促進(jìn)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展和全面進(jìn)步。”只有具備這樣的觀念，才能不斷解決教育中出現(xiàn)的各種問題，才能建構(gòu)新課程條件下的目標(biāo)、教學(xué)、評(píng)價(jià)體系。另外，很多人對(duì)于光學(xué)設(shè)計(jì)存在錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為只要學(xué)好幾種光學(xué)設(shè)計(jì)軟件就可以進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)。其實(shí)，光學(xué)設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的工作，它需要經(jīng)驗(yàn)也需要設(shè)計(jì)人員有正確的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)理念，而軟件只是工具而已。光學(xué)設(shè)計(jì)總要從像差補(bǔ)償開始，如果沒有對(duì)基礎(chǔ)像差理論的深入、正確理解，只是按照已有參數(shù)按步就班地操作，光學(xué)設(shè)計(jì)則成了完全的技術(shù)工作，毫無思想性可言。對(duì)于這部分理論內(nèi)容要有“板凳要坐十年冷”的準(zhǔn)備，從復(fù)雜、枯燥的公式中理解設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，打好光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。光學(xué)設(shè)計(jì)是一門需要慢慢磨的手藝，作為教師的我們就更要負(fù)起責(zé)任，不斷提高自身水平，不浮躁、不圖快，踏踏實(shí)實(shí)的不斷學(xué)習(xí)，積極地參與科研，積累更多的光學(xué)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能更好地講授好這門課。
五、結(jié)束語
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)系統(tǒng)的作用越來越被重視，迫切需要光學(xué)設(shè)計(jì)的專業(yè)人才，為此高校肩負(fù)著培養(yǎng)具有良好光學(xué)設(shè)計(jì)人才的重任。本文對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與課程設(shè)置的安排、教學(xué)方式的優(yōu)化改革以及考核方式多樣化等問題進(jìn)行了研究與討論，為學(xué)生更好地掌握光學(xué)設(shè)計(jì)知識(shí)、將來更好地服務(wù)于社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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2 李 林.計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)設(shè)計(jì)的理論與應(yīng)用［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002
3 黃一帆、李 林.光學(xué)設(shè)計(jì)教程［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2009
篇3
0 引言
《工程光學(xué)》是測(cè)控技術(shù)及儀器專業(yè)的專業(yè)平臺(tái)課，根據(jù)燕山大學(xué)本科生培養(yǎng)方案設(shè)置，其總學(xué)時(shí)為40學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為6學(xué)時(shí)。在知識(shí)結(jié)構(gòu)上，該課程以大學(xué)物理和高等數(shù)學(xué)知識(shí)為先導(dǎo)，同時(shí)又以光電檢測(cè)技術(shù)、光學(xué)儀器設(shè)計(jì)、激光檢測(cè)技術(shù)、紅外檢測(cè)技術(shù)和光纖傳感及通信等課程為延拓。將幾何光學(xué)和物理光學(xué)作為主要授課內(nèi)容，講授測(cè)量過程中涉及光學(xué)測(cè)量的各種方法，講授其基本思想、原理與技術(shù)，并以此為理論基礎(chǔ)，使學(xué)生在光學(xué)參量測(cè)量的過程中進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，并對(duì)其性能進(jìn)行優(yōu)化及誤差分析，從而滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的要求和工程實(shí)際中的特定需要。
1 教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題分析
在目前的《工程光學(xué)》教學(xué)過程中，存在著以下問題。
1）在教學(xué)內(nèi)容上，原來的教學(xué)大綱強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性，導(dǎo)致物理光學(xué)的部分章節(jié)與大學(xué)物理中的相應(yīng)內(nèi)容存在一定重復(fù)[1，2]，在幾何光學(xué)部分，存在大量的理論公式推導(dǎo)，抽象晦澀。
2）教學(xué)方法與手段單一。在以往的教學(xué)過程中，由于理論分析和公式推導(dǎo)內(nèi)容較多，《工程光學(xué)》主要以板書教學(xué)為主。隨著計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)模式在教學(xué)中的推廣，多媒體教學(xué)方式雖然提高了單位學(xué)時(shí)內(nèi)的授課信息量，但也沒有改變以教師為中心、學(xué)生被動(dòng)式學(xué)習(xí)的基本狀況，互動(dòng)環(huán)節(jié)明顯缺失，忽視了授課效果的及時(shí)反饋，未能充分地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，教學(xué)效果不理想[3，4]。
3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，只能完成一些基礎(chǔ)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，而對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)能力較差。光學(xué)器件的設(shè)計(jì)和加工過程都十分繁雜，因此，根據(jù)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的要求購(gòu)買或加工光學(xué)組件，其可行性不高。隨著實(shí)踐教學(xué)模式的探索與推廣，實(shí)驗(yàn)室的作用應(yīng)得到重視和充分的顯現(xiàn)[5，6]。
在《工程光學(xué)》的教學(xué)改革過程中，探索多元化教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)與實(shí)踐性環(huán)節(jié)的有機(jī)結(jié)合，是十分必要的。
2 多元化教學(xué)模式探索
在《工程光學(xué)》教學(xué)改革過程中，嘗試課堂教學(xué)與信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、實(shí)踐教學(xué)和光學(xué)前沿講座相結(jié)合的多元化相輔相成的改革方案。其框架見圖1。
2.1 引入先進(jìn)教學(xué)理念，改進(jìn)課堂教學(xué)方法
本科生教育在整個(gè)教育體系中是一個(gè)系統(tǒng)性基礎(chǔ)理論教育部分，而后續(xù)的研究生教育階段將主要著眼于知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)攻關(guān)，具有更強(qiáng)的理論性、技術(shù)性、應(yīng)用性和方向性。因此，本科生教育恰是一個(gè)打基礎(chǔ)的階段，應(yīng)注重對(duì)學(xué)生科學(xué)思想的培養(yǎng)，對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的全面系統(tǒng)性學(xué)習(xí)必須被視為重中之重。
在課堂教學(xué)過程中，應(yīng)精選教學(xué)內(nèi)容，課堂教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)必須以問題的解決為主線，致力于對(duì)學(xué)生分析和設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。針對(duì)每個(gè)教學(xué)單元的重要知識(shí)點(diǎn)，教師選擇有代表性、難度適中、綜合性較強(qiáng)的光學(xué)系統(tǒng)，合理設(shè)計(jì)問題，以點(diǎn)帶面，使學(xué)生在遇到實(shí)際問題時(shí)學(xué)會(huì)分析問題和解決問題，加深學(xué)生對(duì)光學(xué)原理在測(cè)量中實(shí)際應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，鍛煉分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。
板書教學(xué)這種傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式，能夠?qū)⒔處煹恼Z言和肢體動(dòng)作相結(jié)合，教學(xué)方式生動(dòng)，能夠使學(xué)生集中注意力，并使教學(xué)思路得以逐步地展示，從而使教師的講解過程與學(xué)生的理解過程同步。以板書教學(xué)為主體，注重學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)性原理知識(shí)的掌握，最終達(dá)到較為理想的教學(xué)效果。多媒體教學(xué)能夠綜合文字、圖像、聲音、動(dòng)畫和視頻，立體教學(xué)更適合人的思維習(xí)慣和記憶規(guī)律。通過聲音、圖像進(jìn)行多維教學(xué)，使課堂上教與學(xué)的交流更為流暢、學(xué)生的思維更為敏捷、學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和自主學(xué)習(xí)的積極性得到提高。由于授課學(xué)時(shí)的限制和系統(tǒng)化授課的要求，在保證知識(shí)結(jié)構(gòu)完整性的前提下，將物理現(xiàn)象的呈現(xiàn)、應(yīng)用背景的圖片等通過多媒體的方式進(jìn)行形象地展示，可使學(xué)生獲得的信息豐富且直觀，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其帶著問題對(duì)理論性的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。
2.2 課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)相結(jié)合
由于授課學(xué)時(shí)有限，除了課堂教學(xué)所涉及的核心內(nèi)容之外，對(duì)于其先導(dǎo)課程大學(xué)物理中已經(jīng)涉及的內(nèi)容和難度較小的輔內(nèi)容，可以通過網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)的授課視頻和學(xué)習(xí)資料來完成。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)可以幫助學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)，并培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)提問和教師離線解答的師生交流模式，更好地保證授課效果，并排查授課過程中的薄弱環(huán)節(jié)。
網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)除了作為課堂教學(xué)的延伸之外，還應(yīng)為教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革提供及時(shí)的信息反饋。為了加強(qiáng)對(duì)教學(xué)過程的監(jiān)督和管理，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，在過去幾年的教學(xué)工作中，學(xué)校教務(wù)部門也建立了教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，通過學(xué)生評(píng)分和督導(dǎo)組的教學(xué)評(píng)價(jià)，對(duì)每門課程的運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種方式在很大程度上對(duì)教學(xué)改革起到了促進(jìn)作用，但過去時(shí)的反饋信息只能指導(dǎo)今后的教學(xué)工作，缺乏實(shí)時(shí)性。通過網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)的留言板，方便老師對(duì)后續(xù)課程的教學(xué)內(nèi)容及方式進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，并以此作為增進(jìn)師生交流的互動(dòng)平臺(tái)。
建設(shè)《工程光學(xué)》課程網(wǎng)絡(luò)習(xí)題庫。為了配合課堂教學(xué)，使之產(chǎn)生更好的收效，課后的練習(xí)和自我測(cè)試是十分必要的。根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，編制各類習(xí)題，并以期末考試和考研等各類考題為參照，編制典型習(xí)題，并提供習(xí)題講解，從而方便學(xué)生課后復(fù)習(xí)和考前準(zhǔn)備。
2.3 引入任務(wù)式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力
《工程光學(xué)》的教學(xué)改革嘗試，要注重培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)以及解決問題的能力，乃至團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。目前，《工程光學(xué)》課程設(shè)計(jì)、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練、科技創(chuàng)新比賽以及《工程光學(xué)》開放性實(shí)驗(yàn)，是課程教學(xué)改革要涉及到的實(shí)踐性環(huán)節(jié)。在實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，從教學(xué)的主導(dǎo)位置變?yōu)橹笇?dǎo)和輔助學(xué)生學(xué)習(xí)的角色。以明確的任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生以主動(dòng)的和實(shí)踐的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，并建立實(shí)踐環(huán)節(jié)和課程教學(xué)內(nèi)容之間的有機(jī)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)課堂所學(xué)的書本理論知識(shí)的運(yùn)用，從而培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐綜合能力。
Zemax是目前功能較為強(qiáng)大的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，因此，在課程設(shè)計(jì)中，可以用其完成光學(xué)系統(tǒng)的輔助設(shè)計(jì)，并幫忙學(xué)生完成課堂幾何光學(xué)教學(xué)中各種典型光學(xué)系統(tǒng)的像差分析。在課程設(shè)計(jì)的過程中，以分組的形式安排了“照相物鏡鏡頭設(shè)計(jì)與像差分析”、“牛頓望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)與像差矯正”、“帶有非球面矯正器的施密特-卡塞格林系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“多重結(jié)構(gòu)配置的激光束擴(kuò)大器”、“折疊反射鏡面和坐標(biāo)斷點(diǎn)”和“消色差透鏡設(shè)計(jì)”等多個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。例如，在照相物鏡鏡頭的設(shè)計(jì)中，如圖2所示，應(yīng)用Zemax軟件可以對(duì)后置光闌三片物鏡原始結(jié)構(gòu)（其中，分別代表該多光組系統(tǒng)中的3個(gè)透鏡元件）進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，輸入?yún)?shù)并進(jìn)行焦距縮放，從而生成初始參數(shù)及結(jié)構(gòu)。如圖3所示。
進(jìn)而在Zemax中進(jìn)行像差分析及參數(shù)優(yōu)化，在初始結(jié)構(gòu)的MTF 曲線中，可看出成像質(zhì)量很差， 因此需要校正像差，如圖4所示。調(diào)整其可變參量（包括6個(gè)曲率半徑，2個(gè)空氣間隔和3個(gè)玻璃的厚度），對(duì)物鏡的結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐次優(yōu)化。每次調(diào)整后再次優(yōu)化實(shí)時(shí)關(guān)注MTF圖的曲線變化，最后使各個(gè)參數(shù)都在可接受范圍之內(nèi)，如圖5所示。通過課程設(shè)計(jì)中對(duì)具體光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析，學(xué)生們對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)有了更新和更深刻的理解，通過學(xué)以致用，更加體會(huì)到所學(xué)知識(shí)的重要性。
在課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合課堂所學(xué)理論知識(shí)，開展創(chuàng)新性研究，申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行選題和方案論證，以項(xiàng)目組的形式，明確每個(gè)學(xué)生的任務(wù)分工，使每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)參與實(shí)際項(xiàng)目的研究或開發(fā)，通過項(xiàng)目的實(shí)施來驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中加深和強(qiáng)化對(duì)理論知識(shí)的理解。對(duì)于大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目，導(dǎo)師不需特意強(qiáng)調(diào)成果，應(yīng)注重其研究和實(shí)施的過程。
在創(chuàng)新訓(xùn)練基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生參加科技創(chuàng)新比賽，通過賽事培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。學(xué)生可以親身體驗(yàn)科學(xué)研究的全過程，以個(gè)性化的思路提出設(shè)計(jì)方案，從而大大增強(qiáng)學(xué)生解決問題的能力。通過精心的賽前準(zhǔn)備，所設(shè)計(jì)的“光電主動(dòng)式紅外報(bào)警器”在燕山大學(xué)校團(tuán)委組織的“世紀(jì)杯”科技創(chuàng)新大賽中獲得了優(yōu)異的成績(jī)，這也極大地增強(qiáng)了學(xué)生的自信心，促使學(xué)生在實(shí)踐中運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)一步加深了對(duì)知識(shí)的理解。
利用實(shí)驗(yàn)室條件，《工程光學(xué)》課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的相關(guān)內(nèi)容、科技創(chuàng)新比賽的前期準(zhǔn)備和方案實(shí)施等實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)實(shí)驗(yàn)的需求都可以得到很大程度上的解決。將開放性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、競(jìng)賽題目、科研課題與工程光學(xué)某些知識(shí)相聯(lián)系，制定項(xiàng)目的實(shí)施方案，規(guī)劃實(shí)驗(yàn)流程，列出實(shí)驗(yàn)儀器及元器件清單，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目方案的可行性。在不斷發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題的過程中，學(xué)生會(huì)對(duì)探索和追求未知的科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生極大的興趣，在學(xué)習(xí)的過程中變被動(dòng)為主動(dòng)，在研究過程中也不斷提高了自身的創(chuàng)新能力，真正實(shí)現(xiàn)了以人為本、自主學(xué)習(xí)的教學(xué)理念。
2.4 開展現(xiàn)代光學(xué)前沿知識(shí)講座
《工程光學(xué)》課程所講授的內(nèi)容是光學(xué)的基礎(chǔ)性應(yīng)用知識(shí)，通過開設(shè)光學(xué)講座的方法，向?qū)W生傳遞這些知識(shí)在現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)中應(yīng)用的信息，更能使學(xué)生了解光學(xué)前沿的概況，給課堂教學(xué)內(nèi)容賦予時(shí)代氣息，拓展學(xué)生的知識(shí)面。通過這類活動(dòng)，不但能增進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科和本專業(yè)科研方向和科研梯隊(duì)的了解，更能使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)《工程光學(xué)》的意義，而且也增強(qiáng)了學(xué)生熱愛專業(yè)、致力于專業(yè)課程學(xué)習(xí)的積極性，從而取得良好的收效。
2.5 教學(xué)安排及課時(shí)調(diào)整
《工程光學(xué)》教學(xué)改革已經(jīng)在教學(xué)實(shí)踐中推進(jìn)了一年，取得了初步的成果，并將在今后的教學(xué)過程中不斷探索、總結(jié)和提高。在上一個(gè)教學(xué)周期中，針對(duì)多元化教學(xué)模式的采用，已將整個(gè)學(xué)時(shí)安排進(jìn)行了必要的調(diào)整。采用網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)，針對(duì)大學(xué)物理中已經(jīng)涉及的部分知識(shí)點(diǎn)，縮減了每堂課復(fù)習(xí)舊知識(shí)點(diǎn)和考前總復(fù)習(xí)的時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)試題庫的建設(shè)節(jié)約了習(xí)題課的時(shí)間，以上兩方面節(jié)約學(xué)時(shí)數(shù)約6個(gè)學(xué)時(shí)，從中分配4個(gè)學(xué)時(shí)進(jìn)行課堂項(xiàng)目式教學(xué)，其余2個(gè)學(xué)時(shí)開設(shè)光學(xué)前沿講座。更為深入復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)則在為期1.5周的《工程光學(xué)》課程設(shè)計(jì)中完成。另外，學(xué)生通過大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練及科技創(chuàng)新比賽，除了獲得實(shí)踐能力的鍛煉之外，還獲得了大學(xué)四年中必修的“科技創(chuàng)新”學(xué)分。
3 結(jié)束語
在現(xiàn)今的高等教育中，注重人才的全面發(fā)展，多出人才、出好人才，是高等教育的最終目的。在工程光學(xué)教學(xué)和實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)了不少問題，有些教學(xué)改革的想法還不完善，還將在今后的教學(xué)實(shí)踐中不斷探索行之有效的改革措施。通過教學(xué)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提高教師的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)水平，完善教學(xué)方法，取得更好的教學(xué)效果。通過多元化教學(xué)模式的嘗試，在優(yōu)化課程理論教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，引入豐富的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生的工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)得到有效的培養(yǎng)，為學(xué)生今后的研究和就業(yè)開辟更為廣闊的空間。
參考文獻(xiàn)
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篇4
物理光學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，具有抽象性強(qiáng)、枯燥乏味等特點(diǎn)。同時(shí)，物理光學(xué)也具有較強(qiáng)的專業(yè)性，該學(xué)科的創(chuàng)建均來源于對(duì)實(shí)際光學(xué)問題的解釋。在介紹一個(gè)知識(shí)點(diǎn)之前，為了理論聯(lián)系實(shí)際，我們首先要有目的地設(shè)置問題。通過一步一步地啟發(fā)學(xué)生，讓學(xué)生帶著問題思考解決的方法與思路，進(jìn)而解決問題。例如，我們講授光波的衍射時(shí)，首先從白光通過指縫的衍射現(xiàn)象出發(fā)，提出產(chǎn)生衍射的條件。如果采用單色光源，指縫轉(zhuǎn)變?yōu)閳A孔、矩形孔或不規(guī)則孔，衍射條紋如何變化？引導(dǎo)學(xué)生思考如果采用多縫或透射光柵，衍射條紋又將如何變化？從而引出影響衍射現(xiàn)象的因素和采用數(shù)學(xué)模型描述衍射現(xiàn)象的問題。實(shí)踐證明，這種以實(shí)際問題為先導(dǎo)的模式，激發(fā)學(xué)生的思考和學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，得到了良好的教學(xué)效果。
3.充分利用多媒體教學(xué)
多媒體教學(xué)在許多方面是傳統(tǒng)教學(xué)模式所無法比擬的，具有直觀性強(qiáng)、圖文聲像并茂、信息量大、生動(dòng)活潑等特點(diǎn)。但運(yùn)用不當(dāng)，也會(huì)適得其反。為了彌補(bǔ)兩方面的不足，我們采用了多媒體課件與傳統(tǒng)板書相結(jié)合的教學(xué)方法。在物理光學(xué)課程中，采用PPT課件形式與FLASH動(dòng)畫結(jié)合，生動(dòng)描述光波的傳播現(xiàn)象與規(guī)律。多媒體課件重點(diǎn)介紹物理概念及方法，而大量的公式推導(dǎo)可在課后參考教材或其他課本。制作這種多媒體課件的教學(xué)方法不僅給學(xué)生留下深刻的印象，而且還給教師留下充足的時(shí)間來強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)、難點(diǎn)和核心內(nèi)容。
4.利用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)提高教學(xué)效果
在課堂教學(xué)之余，訓(xùn)練學(xué)生利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)處理物理光學(xué)相關(guān)問題。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助手段，加深學(xué)生對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的理解，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中的盲區(qū)和誤區(qū)，提高教學(xué)的針對(duì)性。計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)將抽象難懂的光學(xué)規(guī)律和概念形象直觀展現(xiàn)給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的求知欲。光學(xué)仿真設(shè)計(jì)軟件有很多種，MATLAB、TracePro、Zemax、Fred、OptiSystem，分別應(yīng)用于不同的光學(xué)領(lǐng)域。MATLAB是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，具有數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示等功能，是工程界最流行的軟件工具，在大學(xué)理工課程教學(xué)中的應(yīng)用亦漸成熱點(diǎn)。目前，已有眾多文獻(xiàn)采用MATLAB軟件模擬光波發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象后光強(qiáng)度的分布。MATLAB軟件中的圖形用戶界面（GraphicalUserInterfaces，GUI），可以實(shí)現(xiàn)交互式模擬。采用交互式滾動(dòng)條動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)各物理量對(duì)衍射結(jié)果的影響，有利于加深學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的理解和認(rèn)識(shí)。TracePro是一款基于蒙特卡羅法的非序列光線追跡軟件，為美國(guó)LambdaResearch公司開發(fā)。
TracePro以實(shí)體對(duì)象來構(gòu)建光路系統(tǒng)，通過計(jì)算反射、折射、散熱、吸收和衍射等行為來模擬光線與實(shí)體表面的作用，對(duì)真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行計(jì)算和顯示。TracePro圖形使用界面簡(jiǎn)單，且具有強(qiáng)大的仿真功能，能對(duì)光學(xué)鏡頭、背光板、照明燈具、投影顯示器、醫(yī)療儀器等進(jìn)行光學(xué)模擬及分析。目前，在校學(xué)生已采用TracePro仿真軟件成功對(duì)偏振棱鏡、衍射光柵進(jìn)行了模擬仿真，采用光線追跡方法形象直觀地展現(xiàn)光波傳播過程及特性的變化，加深對(duì)光波傳播規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)只是物理光學(xué)教學(xué)的輔助，不能代替理論教學(xué)。學(xué)生應(yīng)該在認(rèn)真掌握基本物理知識(shí)的基礎(chǔ)上，逐步學(xué)會(huì)運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真軟件，才能達(dá)到促進(jìn)學(xué)習(xí)的效果。計(jì)算機(jī)虛擬仿真的實(shí)際操作，培養(yǎng)了學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于分析實(shí)際問題的能力，檢驗(yàn)了學(xué)生專業(yè)知識(shí)的掌握程度，也為下一階段的課程教學(xué)提供了指導(dǎo)方向。
篇5
關(guān)鍵詞 ：自主學(xué)習(xí)；教學(xué)設(shè)計(jì)；啟發(fā)式教學(xué)法；類比思維法
中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-5727（2014）01-0086-03
《基礎(chǔ)光學(xué)》課程是我校電子工程學(xué)院電氣信息大類（高本）專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，主要講述幾何光學(xué)和物理光學(xué)知識(shí)。本課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生掌握成像和光的波動(dòng)的基本理論和計(jì)算方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)諸如光電子器件與技術(shù)、光信息處理技術(shù)、光纖通信和集成光學(xué)等課程奠定理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為學(xué)生從事光學(xué)儀器的開發(fā)、光路的設(shè)計(jì)和從事光學(xué)教學(xué)等打下基礎(chǔ)。由于生源水平參差不齊，對(duì)于理論強(qiáng)、公式多、理解難、知識(shí)點(diǎn)繁的光學(xué)課程的學(xué)習(xí)有一定的難度。筆者針對(duì)《基礎(chǔ)光學(xué)》第五章“光的偏振”的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，從分析處理教材、選擇教學(xué)方法、設(shè)計(jì)教學(xué)過程等方面進(jìn)行了積極探索，旨在使課堂授課能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，獨(dú)立完成分析、探索、實(shí)踐、質(zhì)疑、創(chuàng)造等學(xué)習(xí)階段，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。
工科專業(yè)光學(xué)教學(xué)存在的問題
光學(xué)課程的特點(diǎn)使工科學(xué)生學(xué)習(xí)起來有一定難度 《基礎(chǔ)光學(xué)》課程知識(shí)體系獨(dú)立，理論性強(qiáng)，加之工科專業(yè)學(xué)生物理、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)薄弱，對(duì)光學(xué)的學(xué)習(xí)有一定的難度。例如，在“偏振”一章中，利用菲涅爾公式推導(dǎo)反射光與透射光的偏振態(tài)，學(xué)生不僅要熟練運(yùn)用三角公式進(jìn)行推導(dǎo)，還要對(duì)物理概念如振動(dòng)分量、傳播方向等有明確認(rèn)識(shí)，并要建立數(shù)學(xué)結(jié)果與物理結(jié)論之間的聯(lián)系。由于光學(xué)本身有一定難度，再加上學(xué)時(shí)減少、學(xué)生基礎(chǔ)薄弱等因素的存在，工科專業(yè)光學(xué)課程的教學(xué)模式往往會(huì)導(dǎo)致教師滿堂灌輸、學(xué)生死記硬背被動(dòng)學(xué)習(xí)局面，直接影響教學(xué)效果。
與專業(yè)聯(lián)系不緊密，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高 《基礎(chǔ)光學(xué)》課程本身與電氣類專業(yè)方向聯(lián)系不夠緊密，特別是電氣信息大類二年級(jí)的學(xué)生對(duì)光電子學(xué)科了解不足，往往導(dǎo)致“重電輕光”的局面。對(duì)學(xué)生的調(diào)查顯示，超過60%的學(xué)生認(rèn)為模擬電路、微機(jī)原理等與電類緊密關(guān)聯(lián)的課程較光學(xué)課程更重要；大約30%的學(xué)生認(rèn)為光學(xué)與電學(xué)有一定聯(lián)系，同等重要；僅有約10%的學(xué)生認(rèn)為光電子技術(shù)是科技發(fā)展的前沿，而其基礎(chǔ)光學(xué)需要牢固掌握。學(xué)生不重視，學(xué)習(xí)積極性不高，就會(huì)出現(xiàn)曠課、消極學(xué)習(xí)等現(xiàn)象。
只注重理論知識(shí)的積累，不注重分析應(yīng)用能力的培養(yǎng) “授之以魚，不如授之以漁。”教育的目的不僅僅是教會(huì)學(xué)生知識(shí)，更重要的是學(xué)以致用，學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)分析解決實(shí)際問題。比如，學(xué)生在掌握基本理論、基本概念的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出偏振光的產(chǎn)生方法、偏振態(tài)的檢驗(yàn)方法以及偏振的應(yīng)用，教師引導(dǎo)學(xué)生將書本知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生分析解決實(shí)際問題的能力等等。但實(shí)際上由于學(xué)時(shí)有限、學(xué)生無法與教師進(jìn)行有效互動(dòng)等因素，導(dǎo)致教師采用“填鴨式”教學(xué)方式，使教學(xué)過程變成單純教師教的過程，束縛了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
引導(dǎo)啟發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力
《基礎(chǔ)光學(xué)》教學(xué)大綱對(duì)“光的偏振”一章的教學(xué)內(nèi)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動(dòng)理論基礎(chǔ)上講述的內(nèi)容，要求學(xué)生對(duì)光的波動(dòng)本性、橫波性、振動(dòng)態(tài)等有清晰的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，“偏振”一章講述的內(nèi)容多且雜，包括偏振與橫波性關(guān)系、五種常見偏振態(tài)、反射光和透射光的偏振態(tài)、雙折射現(xiàn)象、光在晶體中的波面與波線、偏振態(tài)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、偏振光的干涉等。教師要理清教學(xué)思路、設(shè)計(jì)教學(xué)過程、合理使用教學(xué)方法，安排講、學(xué)、練的時(shí)間，做到教師“講”得思路清晰、激發(fā)興趣，學(xué)生“學(xué)”得清楚明白、認(rèn)真投入。在授課過程中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)，更有效地學(xué)會(huì)知識(shí)，掌握分析解決實(shí)際問題的能力。
（一）分析教材、梳理思路、整合知識(shí)
教材中“光的偏振”一章分為9個(gè)小節(jié)，涉及知識(shí)點(diǎn)較多，但綜合起來可總結(jié)為以下4個(gè)問題：（1）光的偏振現(xiàn)象與橫波性的關(guān)系；（2）五種常見偏振態(tài)；（3）如何將自然光改造成偏振光；（4）偏振光的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。
對(duì)本章的整體知識(shí)結(jié)構(gòu)可作如下分解。
第一，明確偏振現(xiàn)象與橫波性的關(guān)系；理解為什么偏振現(xiàn)象可以作為區(qū)分橫波和縱波的標(biāo)志；分析為什么橫波有偏振現(xiàn)象而縱波沒有，進(jìn)而總結(jié)偏振的基本概念（教材第一節(jié)）。
第二，了解橫波振動(dòng)量振動(dòng)狀態(tài)的多樣性，介紹五種常見偏振態(tài)，包括自然光、線偏振光、部分偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光；詳細(xì)介紹自然光、線偏振光、部分偏振光，重點(diǎn)學(xué)習(xí)如何將自然光改造成線偏振光和部分偏振光，其中包括反射光和透射光的偏振態(tài)（教材第一節(jié)、第二節(jié)）。
第三，理解光在各向異性晶體中的雙折射現(xiàn)象、波面和波線，理解由各向異性晶體制作的偏振器件的基本光學(xué)特性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)圓偏振光與橢圓偏振光的獲取方法（教材第三節(jié)到第七節(jié)）。
第四，偏振光的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和偏振光的干涉（教材第八節(jié)、第九節(jié)）。
其中，第一、第二部分用2學(xué)時(shí)，第三部分用5學(xué)時(shí)，第四部分用3學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)用2學(xué)時(shí)。筆者僅就講解“偏振”的第一次課分析課堂教學(xué)程序設(shè)計(jì)。
本章知識(shí)框架如圖1所示。
（二）以教為輔、以學(xué)為主、教學(xué)相長(zhǎng)
1.溫故引新、聯(lián)系實(shí)際、激發(fā)興趣。興趣是學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的前提。新課的引入要起到激感的作用，使學(xué)生受到感染，產(chǎn)生求知欲，產(chǎn)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。新課的引入分為兩個(gè)部分，即溫故引新和聯(lián)系實(shí)際。
首先，以三個(gè)關(guān)聯(lián)問題溫故引新，引發(fā)思考，使學(xué)生帶著問題開啟新課的學(xué)習(xí)，對(duì)新課的意義有清晰的認(rèn)識(shí)。（1）以復(fù)習(xí)回顧的形式，向?qū)W生提出“光的波動(dòng)性如何得到證實(shí)”，學(xué)生在既有知識(shí)的基礎(chǔ)上回答“光的干涉和衍射都無可辯駁地證明光的波動(dòng)本性”。（2）提出“光波是橫波還是縱波”的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考振動(dòng)與波動(dòng)之間的聯(lián)系，即光的振動(dòng)分量與光波的傳播方向之間是垂直的還是平行的關(guān)系。以學(xué)生的既有知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)知識(shí)會(huì)得到“光波是橫波，其振動(dòng)量的振動(dòng)方向垂直于光的傳播方向”。（3）“如何證實(shí)光的橫波性”，偏振現(xiàn)象可以證明光的橫波性，它是如何證明光的橫波性的？它與橫波間有何聯(lián)系？采用舊知引新知的方法，可以使學(xué)生了解知識(shí)間的連貫性，以問題的形式引入新課內(nèi)容，使學(xué)生帶著思考學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)目的明確。
其次，引用實(shí)例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情。引用圖片等媒體資源向?qū)W生展示液晶屏、偏振片、3D立體電影等基于光的偏振的新技術(shù)，理論聯(lián)系實(shí)際地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣。
2.設(shè)疑置問、引導(dǎo)思維、以學(xué)為本。本節(jié)新課程的內(nèi)容包括偏振與橫波性的關(guān)系，自然光、線偏振光和部分偏振光的基本特性，偏振光的獲取方法及實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，其中偏振與橫波性的關(guān)系是本節(jié)的重點(diǎn)，更是關(guān)鍵點(diǎn)，只有概念明確，才能對(duì)偏振現(xiàn)象進(jìn)行深入研究，而難點(diǎn)落在反射和透射光的偏振態(tài)上。關(guān)鍵點(diǎn)知識(shí)的講解采用啟發(fā)式的教學(xué)方法。啟發(fā)式教學(xué)法是教師在教學(xué)過程中扮演引導(dǎo)者的角色，通過設(shè)置幾個(gè)層層嵌套的問題，引發(fā)學(xué)生思考，在逐一解決問題的過程中使學(xué)生完成新課學(xué)習(xí)。為了學(xué)習(xí)偏振與橫波性的關(guān)系，可設(shè)計(jì)如下三個(gè)問題，層層深入，引發(fā)思考：（1）創(chuàng)造并分析機(jī)械橫波與縱波的偏振現(xiàn)象。學(xué)生很容易會(huì)設(shè)計(jì)出手握繩子上下抖動(dòng)形成機(jī)械橫波；手推彈簧，沿彈簧往復(fù)振動(dòng)形成機(jī)械縱波的例子。教師演示兩個(gè)實(shí)例的偏振實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生觀察與分析得到“只有橫波才有偏振現(xiàn)象”的結(jié)論。（2）為什么橫波有偏振現(xiàn)象而縱波沒有呢？學(xué)生經(jīng)分析得出橫波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向具有不對(duì)稱性，而縱波的振動(dòng)相對(duì)于波的傳播永遠(yuǎn)呈對(duì)稱分布的結(jié)論，即“振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性”是造成偏振的直接原因，就是偏振的概念。（3）光波是否具有偏振現(xiàn)象呢？在了解偏振片工作原理的基礎(chǔ)上，教師實(shí)驗(yàn)演示自然光通過兩塊偏振片后出射光強(qiáng)隨第二塊偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生周期性變化，學(xué)生得出“光波具有偏振現(xiàn)象，光波是橫波”的結(jié)論。
對(duì)于關(guān)鍵點(diǎn)知識(shí)的講解采用類比機(jī)械波的思維方法，形象生動(dòng)，易于理解。同時(shí)，通過學(xué)生的分析探究，可加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。
自然光、線偏振光、部分偏振光的偏振態(tài)、通過偏振片后的現(xiàn)象及合成與分解等內(nèi)容雖是重點(diǎn)，但理解起來較簡(jiǎn)單，主要采取繪制振動(dòng)圖像，使學(xué)生建立感性認(rèn)知，對(duì)知識(shí)融會(huì)貫通。
課程知識(shí)的應(yīng)用與提高擬解決兩個(gè)問題：（1）如何將自然光改造成線偏振光和部分偏振光。這里主要采取教師引導(dǎo)、學(xué)生分組討論、教師適當(dāng)補(bǔ)充、學(xué)生綜合總結(jié)的方式，解決本節(jié)的重點(diǎn)同時(shí)也是難點(diǎn)的問題。將自然光改造為線偏振光，最簡(jiǎn)單的方法是利用偏振片即可實(shí)現(xiàn)；也可以利用平面界面的反射和玻堆片的透射來實(shí)現(xiàn)。部分偏振光的獲得可利用平面界面的反射和透射來實(shí)現(xiàn)。反射光、透射光偏振態(tài)的確定需要借助菲涅爾公式進(jìn)行三角運(yùn)算和分析得到，理論性較強(qiáng)，運(yùn)算過程較繁瑣，所以可適當(dāng)做詳略處理：對(duì)于反射光的偏振態(tài)，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)的推導(dǎo)，掌握方法；而對(duì)透射光的偏振態(tài)則可布置為小組作業(yè)，由學(xué)生仿照教師引導(dǎo)的方法獨(dú)立學(xué)習(xí)、分析完成。（2）如何用實(shí)驗(yàn)的方法區(qū)分自然光、線偏振光和部分偏振光？可采用分組討論的方式提出解決方案，方案可以在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)課上通過動(dòng)手操作得到驗(yàn)證。
本節(jié)的課程結(jié)構(gòu)和課時(shí)安排，引入部分8分鐘，重點(diǎn)知識(shí)的講解30分鐘，難點(diǎn)知識(shí)20分鐘，例題及應(yīng)用練習(xí)27分鐘，課后總結(jié)5分鐘。
“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”，這是現(xiàn)代教學(xué)的指導(dǎo)思想。教師在教學(xué)過程中要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使他們變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，變厭學(xué)為樂學(xué)。筆者通過“光的偏振”課堂教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生積極參與到教學(xué)活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。
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篇6
一、由一道光學(xué)題產(chǎn)生的疑問
例：下列關(guān)于衍射和干涉的說法中，不正確的是（ ）。
A.衍射現(xiàn)象中衍射圖樣的明暗相間的條紋的出現(xiàn)是光干涉的結(jié)果；
B.雙縫干涉中也存在著光的衍射現(xiàn)象；
C.影的存在是一個(gè)與衍射相矛盾的客觀事實(shí)；
D一切波都可以產(chǎn)生衍射和干涉。
解析：干涉和衍射是波所特有的現(xiàn)象。條紋的明暗變化是干涉的結(jié)果，條紋出現(xiàn)的范圍較大，說明有光線進(jìn)入到了“影子”區(qū)域中，是衍射的結(jié)果。影的存在是衍射現(xiàn)象的極限表現(xiàn)，兩者不矛盾。選C。
學(xué)生對(duì)于光的干涉、衍射的產(chǎn)生原因及其區(qū)別存在很大的疑問。
二、疑問產(chǎn)生的原因分析
1.考綱要求決定教學(xué)深度
本省高考考試說明中物理選修3-4的幾何光學(xué)部分，“光的干涉”“光的衍射”知識(shí)點(diǎn)為Ⅰ級(jí)要求，即對(duì)該知識(shí)點(diǎn)要知道其內(nèi)容及含義，并能在有關(guān)問題中識(shí)別和直接使用。從近幾年高考的考查來看，幾何光學(xué)主要以選擇題的形式出現(xiàn)，本章節(jié)教材的編寫相對(duì)簡(jiǎn)略。在教學(xué)中限于課時(shí)，只注重干涉、衍射的定義及其現(xiàn)象的描述，較少花精力深入辨析干涉與衍射的區(qū)別與聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)該知識(shí)點(diǎn)時(shí)知其然而不知所以然。
2.對(duì)概念的理解不透徹
光的干涉是指兩列頻率相同、振動(dòng)方向相同的光波相疊加，某些區(qū)域出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域出現(xiàn)振動(dòng)減弱，并且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域總是相互間隔的現(xiàn)象。因?yàn)楣馐歉怕什ǎ駝?dòng)加強(qiáng)區(qū)域光子出現(xiàn)概率高出現(xiàn)明條紋；振動(dòng)減弱區(qū)域光子出現(xiàn)概率低出現(xiàn)暗條紋。楊氏雙縫干涉現(xiàn)象中出現(xiàn)等間距明暗相間條紋，單縫衍射現(xiàn)象中出現(xiàn)不等間距的明暗相間的條紋，兩者的明暗相間條紋均為光的干涉結(jié)果。在應(yīng)用中只要存在明暗相機(jī)的條紋，就可以認(rèn)為是出現(xiàn)相干光源出現(xiàn)的干涉結(jié)果。
光的衍射是指光離開直線路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象。光在同種介質(zhì)中沿直線傳播，光能傳播到本應(yīng)該出現(xiàn)陰影的區(qū)域內(nèi)，是因?yàn)楣獍l(fā)生衍射的結(jié)果。
■
在單色光的單縫衍射現(xiàn)象中，如圖1所示光沿直線傳播只到aa′區(qū)域內(nèi)，而實(shí)際上光能傳播到cc′，dd′區(qū)域內(nèi)，這種光傳播的范圍大于直線傳播的區(qū)域是光的衍射結(jié)果。在雙縫干涉中光傳播超出圖2中a、b區(qū)域，形成圖3的明暗相間條紋分布也是光的衍射結(jié)果。在應(yīng)用中只要光的傳播過程明顯偏離直線傳播，就可以認(rèn)為是光的衍射結(jié)果。
3.光的干涉、衍射的區(qū)別與聯(lián)系
聯(lián)系：干涉與衍射是波所特有的現(xiàn)象。光的干涉、衍射是光的波動(dòng)性的體現(xiàn)。兩者之間沒有實(shí)質(zhì)性的差別，均為次波相干疊加引起光強(qiáng)重新分布的結(jié)果。單縫衍射、雙縫干涉現(xiàn)象均為干涉與衍射混合共同作用的結(jié)果，兩者圖樣中都有明暗相間條紋；兩者光線傳播過程均偏離了直線傳播方向。
區(qū)別：（1）產(chǎn)生條件不同。光的雙縫干涉要求縫的寬度d
（2）產(chǎn)生的現(xiàn)象不同。以單色光為例，雙縫干涉形成明暗相間的等間距條紋，亮度基本相同；單縫衍射形成不等間距的明暗相間條紋，中央亮且寬，往兩側(cè)條紋間距逐漸變大，條紋寬度逐漸變窄。
4.衍射與直線傳播區(qū)別與聯(lián)系
光的直線傳播與衍射兩者并不矛盾。由惠更斯―菲涅爾原理可知，同一個(gè)波面上各點(diǎn)均可看成一個(gè)次波源，該波面上所有次波源均參與疊加時(shí)，其結(jié)果依然為直線傳播，等效成障礙物或孔的寬度d=0時(shí)的情況。而該波面上部分次波源受障礙物遮蔽時(shí)，以致受到遮蔽部分次波源無法參與疊加時(shí)，在觀察處對(duì)應(yīng)就少了這些次波的疊加，出現(xiàn)衍射現(xiàn)象的明暗條紋，過渡到d與λ可以比擬時(shí)明顯衍射的情況。當(dāng)該波面上大部分次波源受到遮蔽時(shí)，過渡到d
三、由該題產(chǎn)生的反思
學(xué)生產(chǎn)生疑問的原因是多方面的。由這道光學(xué)題所呈現(xiàn)出的問題來看，我們應(yīng)該反思在教學(xué)中是否重視知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，是否重視學(xué)生知識(shí)體系的構(gòu)建，知識(shí)只有融會(huì)貫通了才能靈活應(yīng)用。對(duì)學(xué)生普遍性問題我們應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待，揣摩透徹，才能答疑解惑。學(xué)生的疑問是教師成長(zhǎng)的動(dòng)力，促進(jìn)我們不斷反思，不斷學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)：
1.崔宏濱，李永平，段開敏.光學(xué).北京：科學(xué)出版社，2008.
篇7
1 研究型教學(xué)的概念與特點(diǎn)
1998年美國(guó)卡耐基教育研究基金會(huì)發(fā)表的《重建本科教育，美國(guó)研究型大學(xué)發(fā)展藍(lán)圖》報(bào)告[1]，明確指出要把研究型教學(xué)作為本科教學(xué)的基本要求。所謂研究型教學(xué)就是以培養(yǎng)研究型人才、科學(xué)人才以及人才的科學(xué)素養(yǎng)為目的的一種新型教學(xué)方式。
研究型教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比較，有許多不同的特點(diǎn)，具體體現(xiàn)在“四個(gè)變化”上：（1）教師與學(xué)生的角色發(fā)生變化。在研究型教學(xué)中，教師是教學(xué)活動(dòng)的“導(dǎo)演”，而學(xué)生是“主角”，教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生自己提出問題、分析問題、提出假設(shè)并最終解決問題。（2）教學(xué)根本目的發(fā)生變化。研究型教學(xué)的根本目的是為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)展現(xiàn)自我的平臺(tái)，并在實(shí)踐過程中不斷提升學(xué)生的綜合素質(zhì)[2]。它強(qiáng)調(diào)的是在教學(xué)過程中學(xué)生能力的提高，而不是課本知識(shí)的傳授和學(xué)生的理論筆試成績(jī)。（3）教學(xué)內(nèi)容的組織發(fā)生變化。研究型教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容是針對(duì)課程的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)中學(xué)生的反饋意見，將教學(xué)內(nèi)容劃分為不同層次，如基礎(chǔ)知識(shí)、提高知識(shí)和擴(kuò)展知識(shí)。其中提高知識(shí)和擴(kuò)展知識(shí)是提高學(xué)生研究能力和素質(zhì)的重點(diǎn)部分。（4）教學(xué)模式發(fā)生變化。研究型教學(xué)主要是增強(qiáng)學(xué)生的參與性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考和探索，采用問題引入式，模擬科學(xué)研究的過程的教學(xué)方式[3]。教學(xué)過程中以學(xué)生為主，采用多種教學(xué)手段，加強(qiáng)互動(dòng)，活躍課堂氣氛。
相對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式，研究型教學(xué)可以大幅提高課程的教學(xué)質(zhì)量。因?yàn)樵诮虒W(xué)過程中，學(xué)生通過研究和探索不僅能加深對(duì)光學(xué)基本原理和本質(zhì)的理解，增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和探索知識(shí)的熱情，拓寬知識(shí)面，同時(shí)處理問題的技巧和能力也可以得到鍛煉和提高。
2 研究型教學(xué)的具體實(shí)施
為了調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)專業(yè)課程的興趣，有效拓展學(xué)生的知識(shí)面并引發(fā)學(xué)生深入思考，我們將研究型教學(xué)引入光學(xué)教學(xué)中。在教學(xué)中，我們強(qiáng)調(diào)注重兩點(diǎn)：（1）充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；（2）在教學(xué)過程中注重學(xué)生的能力素質(zhì)培養(yǎng)。具體有以下措施：
2.1 將物理學(xué)史引入教學(xué)中
在教學(xué)過程中為了避免理論知識(shí)的枯燥性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們有意識(shí)地將光學(xué)發(fā)展中的許多名人軼事與典故有機(jī)融入相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)中，例如在幾何光學(xué)部分，可以引入我國(guó)古代關(guān)于小孔成像的記載、高錕與光纖的故事等；在波動(dòng)光學(xué)部分可以引入泊松亮點(diǎn)由來的典故、惠更斯與雙折射、馬呂斯與偏振的故事等；在量子光學(xué)部分可以引入普朗克與量子假說、吳有訓(xùn)與康普頓散射、倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的故事等。
2.2 結(jié)合學(xué)科前沿，突出實(shí)際應(yīng)用
根據(jù)理工科院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)與特點(diǎn)以及學(xué)生將來的就業(yè)與發(fā)展，我們將整個(gè)課程的設(shè)置與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，并且突出最新科技前沿。在實(shí)際教學(xué)過程中，注意介紹光學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)與重大發(fā)現(xiàn)，各章節(jié)設(shè)置的問題與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。這樣教學(xué)內(nèi)容不但更具有針對(duì)性，而且可以激發(fā)學(xué)生對(duì)光學(xué)研究的熱愛，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。例如光纖通訊技術(shù)、激光陀螺導(dǎo)航技術(shù)、偏振與立體電影、激光的應(yīng)用等。
2.3 采用多媒體、實(shí)物演示與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合
多媒體中的3D和Flash等軟件能夠制作生動(dòng)活潑、逼真的動(dòng)畫，可以直觀形象地展示許多光學(xué)現(xiàn)象，例如干涉衍射現(xiàn)象、多普勒效應(yīng)等。還有許多光學(xué)原理與現(xiàn)象可以在課堂上通過儀器當(dāng)場(chǎng)演示，能帶給學(xué)生更強(qiáng)的真實(shí)感。例如用偏振片演示偏振現(xiàn)象，演示光電效應(yīng)現(xiàn)象等。我們將新的教學(xué)手段和傳統(tǒng)教學(xué)方法結(jié)合起來，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶，因此大幅提高了教學(xué)效果。
2.4 多方式、多手段引導(dǎo)學(xué)生思考，活躍課堂氣氛
為了引導(dǎo)學(xué)生積極思考，我們?cè)诮虒W(xué)模式上主要采用問題引入式教學(xué)法。即針對(duì)每個(gè)章節(jié)教師事先精心設(shè)計(jì)幾個(gè)問題，要求學(xué)生以解決問題為牽引，提前查詢相關(guān)資料、收集信息并進(jìn)行研究，在課堂上分組進(jìn)行交流討論。教師則加以指導(dǎo)，最后對(duì)討論結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)和點(diǎn)評(píng)。例如：如何將幾何光學(xué)三定律合三為一？幾何光學(xué)三定律適用的條件是什么？干涉和衍射的區(qū)別與聯(lián)系？如何快速找到復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的物方和像方焦平面等。
篇8
基金項(xiàng)目：本文系南京信息工程大學(xué)八期教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：11JY053）的研究成果。
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）04-0078-02
光學(xué)是一門古老的學(xué)科，與人類文明的發(fā)展息息相關(guān)。隨著20世紀(jì)激光器的誕生，光學(xué)學(xué)科煥發(fā)了新的生命力，出現(xiàn)了許多以激光為基礎(chǔ)的現(xiàn)代光學(xué)分支和交叉學(xué)科，其內(nèi)容和方法已經(jīng)滲透到現(xiàn)代科技的各個(gè)領(lǐng)域。作為光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的核心基礎(chǔ)專業(yè)課程，“光學(xué)”課程定位于幫助學(xué)生奠定堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)習(xí)并建立科學(xué)的思想方法。鑒于光學(xué)課程的重要地位，教育工作者應(yīng)當(dāng)不斷探索符合學(xué)科發(fā)展、適合人才培養(yǎng)需求的教學(xué)方式。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，筆者結(jié)合科研工作中的體會(huì)和教學(xué)過程中的實(shí)踐，對(duì)光學(xué)課程的形象化教學(xué)方法進(jìn)行了討論。
所謂形象化教學(xué)法，指用日常熟悉的、簡(jiǎn)單的、容易理解的現(xiàn)象解釋陌生的、復(fù)雜的、抽象的、不易理解的概念，或應(yīng)用視頻形象化地將復(fù)雜的工作過程和抽象的概念展示出來。形象化教學(xué)是直觀性教學(xué)原則的具體體現(xiàn)，是各級(jí)學(xué)校各門課程都適用的一種重要教學(xué)手段。[1]對(duì)于“光學(xué)”課程而言，其本質(zhì)上是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。無論是從幾何光學(xué)成像系統(tǒng)到光的干涉、衍射現(xiàn)象，還是從經(jīng)典光學(xué)發(fā)展到現(xiàn)代光學(xué)，其中都包含了大量的理論和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。而且，這些理論和實(shí)驗(yàn)聯(lián)系緊密，絕大多數(shù)理論直接來自于實(shí)驗(yàn)又應(yīng)用于科學(xué)實(shí)踐。[2]因此，從“光學(xué)”課程的實(shí)驗(yàn)性特點(diǎn)出發(fā)，改革現(xiàn)有光學(xué)課程傳授式教學(xué)為主的現(xiàn)狀，在課程教學(xué)中加大形象化教學(xué)的比重，是各高校光學(xué)教學(xué)方法改革的重點(diǎn)之一。
如何在“光學(xué)”課程中貫徹形象化教學(xué)方法，使學(xué)生在進(jìn)行抽象的邏輯思維同時(shí)建立形象化思維，增加學(xué)生對(duì)課程的理解和認(rèn)識(shí)？筆者從以下幾個(gè)方面對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)。
一、積累教學(xué)片段，用生活化語言將抽象問題形象化
教學(xué)片斷是教師在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)出的富有代表性的教學(xué)材料，它可以是一個(gè)類比，一個(gè)生活事件，一個(gè)故事等。[3]在教學(xué)活動(dòng)中，對(duì)于一些比較抽象的概念和規(guī)律，采用常規(guī)教學(xué)方法難以使學(xué)生理解和掌握。如果教師能夠恰當(dāng)?shù)乩蒙顚?shí)踐中貼切的比喻和類比，使得抽象的概念具體化、形象化，則可以達(dá)到化繁為簡(jiǎn)、事半功倍的效果，同時(shí)還可以啟發(fā)學(xué)生積極思考，鍛煉學(xué)生的形象思維能力，從而提高課堂教學(xué)效果。例如，在講述光的橫波特性時(shí)涉及到“橫波”和“縱波”的定義，如果教師只按照課本上“縱波振動(dòng)與傳播方向一致，橫波振動(dòng)方向與傳播方向垂直”的解釋一帶而過，并不能給學(xué)生留下很深的印象。筆者在教學(xué)過程也有所體會(huì)，很多學(xué)生只記住光是橫波的結(jié)論，至于什么是橫波卻解釋不清楚。在此，可以引入“取一根軟繩，一端固定在墻上，手持另一端上下抖動(dòng)，就在軟繩上形成一列橫波”的例子說明什么是橫波，再引入“取一條軟彈簧，沿彈簧長(zhǎng)度方向前后推動(dòng)，則在彈簧上形成一列縱波”的例子，形象化總結(jié)縱波的特點(diǎn)。
通過形象化的說明，可以使學(xué)生更直觀地理解兩個(gè)概念的特點(diǎn)，加強(qiáng)記憶。但是，應(yīng)用生活化的比喻和類比，并不是以淺顯的道理代替較深的理論，而是要求教師緊密結(jié)合教材內(nèi)容，根據(jù)具體情況，做到言之有理，言之有據(jù)。還是針對(duì)上面的例子，雖然形象化的類比可以使學(xué)生快速領(lǐng)悟“橫波”和“縱波”的特點(diǎn)，但是從科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性出發(fā)，光波是電磁波，與類比中的機(jī)械波既有相同又有區(qū)別。因此，在學(xué)生領(lǐng)悟到所傳遞的信息之后，還應(yīng)當(dāng)對(duì)電磁波和機(jī)械波的異同加以比較，既保證了知識(shí)的科學(xué)性、完整性，又鞏固了之前力學(xué)課程的知識(shí)點(diǎn)。
二、帶實(shí)驗(yàn)進(jìn)課堂，利用演示教具實(shí)現(xiàn)教學(xué)形象化
實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的一個(gè)重要方法和手段，也是理工科教學(xué)的重要內(nèi)容。雖然大多數(shù)院校都開設(shè)了基礎(chǔ)光學(xué)實(shí)驗(yàn)課，但是在時(shí)間安排上往往與理論課程不同步，造成了實(shí)驗(yàn)和理論的脫節(jié)。學(xué)生不僅對(duì)基于實(shí)驗(yàn)的理論難以理解，而且所學(xué)理論也不能很好地應(yīng)用于實(shí)際。因此，在“光學(xué)”課程教學(xué)過程中，在學(xué)時(shí)條件允許下適當(dāng)增加隨堂演示實(shí)驗(yàn)，既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)學(xué)生積極思維，又可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)概念和規(guī)律的理解。得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，筆者觀看了美國(guó)麻省理工學(xué)院理工科部分開放課程，印象極深的一點(diǎn)就是實(shí)驗(yàn)進(jìn)課堂教學(xué)。教授在講完物理定律和概念之后，會(huì)配合課堂演示實(shí)驗(yàn)證明理論的正確，并且在每次課結(jié)束之前，還會(huì)安排一個(gè)與當(dāng)堂知識(shí)相關(guān)的趣味實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生思考觀察到的現(xiàn)象，鞏固所學(xué)的知識(shí)。值得一提的是，大多數(shù)演示實(shí)驗(yàn)都是教授自行設(shè)計(jì)，所用道具和演示并不復(fù)雜，無需占用太多時(shí)間，卻收到非常好的教學(xué)效果。麻省理工學(xué)院的課堂教學(xué)安排值得我們?cè)凇肮鈱W(xué)”教學(xué)中學(xué)習(xí)和借鑒，當(dāng)然，這也對(duì)教師的綜合素質(zhì)提出了更高要求。
三、發(fā)揮多媒體優(yōu)越性，動(dòng)態(tài)演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
由于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的敏捷發(fā)展，多媒體技術(shù)在教育領(lǐng)域得到了普遍的使用。多媒體集文字、圖形、動(dòng)畫于一身，可以直觀、動(dòng)態(tài)地演示物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供形勢(shì)多樣的學(xué)習(xí)環(huán)境。對(duì)于“光學(xué)”課程中儀器復(fù)雜或不易觀察現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，采用多媒體教學(xué)展示可以節(jié)約教師板書時(shí)間，清晰再現(xiàn)物理圖像，提高教學(xué)效率。例如，在光的波動(dòng)性教學(xué)中，對(duì)于單縫衍射實(shí)驗(yàn)，本身對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求就較高，因此在課堂上直接進(jìn)行演示不切實(shí)際。教師可以用視頻為學(xué)生播放實(shí)驗(yàn)錄像，并用課件繪制實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)合板書進(jìn)行理論分析。從推導(dǎo)的公式可知，單縫衍射的圖樣受波長(zhǎng)、縫寬等因素的影響，觀察屏上的衍射圖樣會(huì)隨著實(shí)驗(yàn)條件的變化而不斷改變，這與觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是一致的。利用多媒體課件進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，可以用實(shí)驗(yàn)結(jié)果幫助學(xué)生理解相關(guān)的理論推導(dǎo)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)板書教學(xué)的不足，增大課堂的信息量。
四、利用仿真軟件構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室，將抽象理論直觀化
培養(yǎng)具有科技創(chuàng)新能力的人才是教育改革關(guān)注的重點(diǎn)，加強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)課程和適時(shí)引入科學(xué)前沿對(duì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)具有重要意義。對(duì)于“光學(xué)”課程的建設(shè)，各級(jí)各類院校積極推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的改革，在強(qiáng)調(diào)經(jīng)典光學(xué)的基礎(chǔ)上，加大現(xiàn)代光學(xué)和光學(xué)前沿科技的比重，如激光技術(shù)、光纖通信技術(shù)、光電子技術(shù)等。由于現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容涵蓋廣泛且涉及到學(xué)科交叉，對(duì)于背景知識(shí)不足的學(xué)生來講，很多抽象的概念和原理難以理解。受經(jīng)費(fèi)等條件的限制，大部分高校并沒有能力開設(shè)與前沿技術(shù)配套的實(shí)驗(yàn)課程。
針對(duì)上述問題，有高校提出利用軟件仿真構(gòu)建光學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室的方案。[4]通過虛擬實(shí)驗(yàn)，既可以使學(xué)生了解和掌握復(fù)雜光學(xué)器件工作原理，又節(jié)省了設(shè)備運(yùn)行經(jīng)費(fèi)。很多功能強(qiáng)大的工程軟件已經(jīng)被應(yīng)用到光學(xué)教學(xué)中，如MATLAB、Mathematic、光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax、光學(xué)仿真軟件Tracepro、BeamPROP等，不僅能夠通過直觀、形象的界面激發(fā)學(xué)生的興趣，還能夠拓展學(xué)生的技能和知識(shí)面。
參考同行經(jīng)驗(yàn)，筆者所在學(xué)校在推行光學(xué)課程改革建設(shè)的過程中，增設(shè)上機(jī)實(shí)踐課程，讓學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中了解光學(xué)器件在光纖通信、傳感和信息處理等領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，利用有限元分析軟件COMSOL的射頻模塊，可以模擬階躍光纖截面的模場(chǎng)分布，形象地展示光纖參數(shù)的改變對(duì)模場(chǎng)分布的影響（見圖1）。再如，用BeamPROP軟件繪制兩根平行直波導(dǎo)構(gòu)成的耦合器，當(dāng)光從一根波導(dǎo)入射時(shí)，利用軟件模擬光在兩波導(dǎo)之間的耦合過程，得到出射端兩波導(dǎo)的透射功率。然后改變?nèi)肷洳ㄩL(zhǎng)、波導(dǎo)間距等參數(shù)，讓學(xué)生觀察總結(jié)出射端光功率的變化規(guī)律（見圖2）。結(jié)合模擬結(jié)果，教師進(jìn)而闡述光纖耦合器、波分復(fù)用器等器件的工作原理，這樣學(xué)生理解起來要容易得多。調(diào)查顯示，自該課程開設(shè)以來，學(xué)生對(duì)光學(xué)課程的興趣和學(xué)習(xí)積極性都有所提高。
五、開展現(xiàn)代光學(xué)知識(shí)講座，增加學(xué)生感性認(rèn)識(shí)
雖然在推行“光學(xué)”課程教學(xué)改革中，已經(jīng)加大現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容的比重，但是受課程學(xué)時(shí)的限制，系統(tǒng)詳細(xì)地講解現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容是不現(xiàn)實(shí)的，因此只能對(duì)很多概念和原理做簡(jiǎn)單口授，無法利用形象化教學(xué)手段展開闡述。對(duì)此，筆者認(rèn)為可以通過在課余時(shí)間開展現(xiàn)代光學(xué)知識(shí)講座、建立討論小組等形式作為有益補(bǔ)充。例如，傳統(tǒng)光學(xué)課程里對(duì)于光柵的講解，一般都安排在光的衍射部分，并局限于對(duì)強(qiáng)度調(diào)制的二維平面透射光柵進(jìn)行討論。學(xué)完這一部分后，很多學(xué)生對(duì)光柵的認(rèn)識(shí)僅停留在這個(gè)階段。但是在實(shí)際中，其他類型的光柵表現(xiàn)出了更高的應(yīng)用價(jià)值。比如光柵光纖傳感技術(shù)，由于其良好的檢測(cè)精度和線形響應(yīng)，在多領(lǐng)域得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。在完成課堂教學(xué)任務(wù)之后，可以在課繞光纖光柵的主題開設(shè)講座介紹光柵光纖的成柵機(jī)制、制作工藝，光纖光柵傳感的原理和技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)與解調(diào)等。在講座中，可以采用圖像、影音等直觀方式向?qū)W生傳遞信息，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，使得其知識(shí)體系更為完整。將抽象的理論和生活實(shí)踐聯(lián)系起來，有助于開闊學(xué)生的視野，也幫助學(xué)生未來更好地面對(duì)就業(yè)挑戰(zhàn)。
六、總結(jié)
綜上所述，在光學(xué)課程中應(yīng)用形象化教學(xué)方法，可以幫助學(xué)生更牢固、更直觀地理解并記憶理論知識(shí)，也可以幫助學(xué)生將理論和實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，建立一種形象和邏輯相結(jié)合的思維方式。從實(shí)際教學(xué)效果來看，學(xué)生對(duì)光學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，對(duì)知識(shí)的理解也更為深入。
參考文獻(xiàn)：
[1]姜海麗,孫秋華.小議大學(xué)物理形象化教學(xué)[J].今日科苑,2007,(10):256.
篇9
《薄膜光學(xué)[1-3]是一門古老又充滿活力的學(xué)科，它是物理光學(xué)的一個(gè)重要分支，研究的是光學(xué)薄膜的光學(xué)特性，如對(duì)光的反射、透射以及吸收等作用。光學(xué)薄膜在提高或降低光學(xué)元件的反射率、吸收率、透射率，光束分離、合并，光束起偏、檢偏，光譜帶通過、阻滯以及相位調(diào)制等方面，均起著至關(guān)重要的作用。隨著前沿科學(xué)的不斷發(fā)展，光學(xué)薄膜的應(yīng)用也越來越廣泛，例如，超短脈沖的調(diào)控以及極紫外乃至X射線的反射。現(xiàn)如今，薄膜光學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)算法、材料科學(xué)、表面物理、真空技術(shù)、等離子體技術(shù)等結(jié)合密切，已成為現(xiàn)代光學(xué)不可缺少的組成部分。
作為材料物理、光學(xué)工程等專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，《薄膜光學(xué)》課程是一門具有極強(qiáng)專業(yè)性和交叉性的課程，其內(nèi)容涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、光電、材料和自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域，因此，《薄膜光學(xué)》課程在教學(xué)過程中通常出現(xiàn)教學(xué)課時(shí)緊張，教學(xué)內(nèi)容難以理解等問題。本文基于《薄膜光學(xué)》課程的教學(xué)目標(biāo)，探討《薄膜光學(xué)》課程教學(xué)方法的改革，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)水平和實(shí)踐應(yīng)用能力的提高，從而達(dá)到教學(xué)效果提升的目標(biāo)。
一、教學(xué)目標(biāo)
在《薄膜光學(xué)》課程的教學(xué)過程中，始終貫徹理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)理念，通過分析、解決實(shí)際問題，提高學(xué)生的知識(shí)水平和實(shí)踐能力。在知識(shí)層面上，要求學(xué)生掌握光學(xué)薄膜的基礎(chǔ)理論，了解典型膜系及其應(yīng)用，掌握簡(jiǎn)單光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)方法；了解薄膜制作技術(shù)、方法及相關(guān)工藝。在能力層面上，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究的能力，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，提高學(xué)生的學(xué)術(shù)表達(dá)能力。
二、教學(xué)方法的研究
1.自主學(xué)習(xí)方法。傳統(tǒng)《薄膜光學(xué)》課程的教學(xué)，以課堂上的理論教學(xué)為主。由于《薄膜光學(xué)》內(nèi)容豐富，專業(yè)性和交叉性強(qiáng)，教學(xué)課時(shí)比較有限，因此僅僅通過課上的學(xué)習(xí)很難取得良好的教學(xué)效果。考慮到這些問題，可以將自主學(xué)習(xí)的方法應(yīng)用到《薄膜光學(xué)》課程的教學(xué)之中，通過為學(xué)生提供自主的學(xué)習(xí)條件，讓學(xué)生在課下時(shí)間也可自學(xué)薄膜光學(xué)的相關(guān)知識(shí)。下面介紹為學(xué)生提供的自學(xué)素材：（1）往年的教學(xué)課件：方便學(xué)生上課前預(yù)習(xí)課程內(nèi)容，從而提高課堂教學(xué)效果。（2）光學(xué)薄膜特性模擬的程序、軟件及其使用說明：對(duì)任意結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜特性參數(shù)的計(jì)算與模擬，不僅可以加深學(xué)生對(duì)光學(xué)薄膜基礎(chǔ)知識(shí)的理解，同時(shí)，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究能力的培養(yǎng)，以及分析問題、解決問題能力的鍛煉。（3）薄膜光學(xué)拓展資料：包括課堂上沒有介紹的薄膜光學(xué)相關(guān)的知識(shí)，例如光學(xué)薄膜主流制備工藝的介紹、國(guó)內(nèi)外光學(xué)薄膜前沿研究課題及研究現(xiàn)狀等，為學(xué)生拓寬知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣提供幫助。
2.實(shí)例教學(xué)方法。《薄膜光學(xué)》的理論知識(shí)相對(duì)比較抽象，學(xué)生理解起來比較困難。通過在理論教學(xué)過程中列舉與之相關(guān)聯(lián)的實(shí)際例子，以實(shí)例教學(xué)的方法加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)，利用理論知識(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)例的解釋，從而實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合。下面介紹幾個(gè)在理論教學(xué)過程中的實(shí)例：（1）玻璃透光：在講解菲涅爾公式時(shí)，可引入玻璃透光的實(shí)例，將玻璃透光的物理現(xiàn)象看成是一個(gè)簡(jiǎn)單的單界面模型，然后利用菲涅爾公式計(jì)算玻璃界面上的反射率，達(dá)到對(duì)菲涅爾公式的熟練掌握以及對(duì)玻璃透光原因的解釋。分析結(jié)果表明，當(dāng)光從空氣垂直入射到玻璃表面時(shí)，玻璃表面上的反射率僅為4%左右，透光率高達(dá)96%。由此可以說明，玻璃是非常好的透光材料，也是玻璃可用作窗戶材料的主要原因。（2）鏡子成像：在介紹金屬反射鏡時(shí)，可引入鏡子成像的實(shí)例，將鏡子成像模型簡(jiǎn)化成一個(gè)簡(jiǎn)單的金屬界面問題，然后利用菲涅爾公式分析金屬表面的反射率，從而揭示金屬反射鏡反光和成像的原理，鞏固學(xué)生對(duì)菲涅爾公式的理解。分析結(jié)果表明，一般的金屬材料，如金、銀等，在可見光波段可實(shí)現(xiàn)較高的反射率，從而證實(shí)了金、銀等金屬材料用作反射鏡的可行性。（3）全反射：通過分析光由光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)上發(fā)生的全反射現(xiàn)象，并進(jìn)一步探索全反射產(chǎn)生的條件以及全反射條件下實(shí)現(xiàn)100%反射的原因，可加深學(xué)生對(duì)菲涅爾公式的理解。通過理論分析全反射條件下的菲涅爾公式，發(fā)現(xiàn)不管是s偏振光還是p偏振光，在全反射條件下的反射系數(shù)均為模為1的復(fù)數(shù)，進(jìn)而從理論上找到了全反射實(shí)現(xiàn)100%反射率的理論原因。（4）MgF2減反膜：在減反膜的講解中，可引入MgF2減反膜的實(shí)例，基于單層膜的理論結(jié)果，分析MgF2減反膜可實(shí)現(xiàn)減反效果的原因以及獲得最佳減反效果的條件。分析結(jié)果表明，MgF2單層膜實(shí)現(xiàn)減反效果的原因是其折射率比較小，且小于基底折射率。通過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)MgF2單層膜的有效光學(xué)厚度等于入射光波長(zhǎng)的四分之一時(shí)，可實(shí)現(xiàn)最佳的減反效果。（5）邁克爾遜干涉儀分束鏡：在介紹分光鏡時(shí)，可引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)邁克爾遜干涉儀中分束鏡的實(shí)例，解釋能量分光鏡實(shí)現(xiàn)半透半反功能的原因以及分光鏡的應(yīng)用。分析發(fā)現(xiàn)，在厚度優(yōu)化的前提下，單層金屬膜和多層介質(zhì)膜都能夠?qū)崿F(xiàn)50%的能量分光，即兩種結(jié)構(gòu)的光學(xué)薄膜都可用作能量的分光鏡。通過該實(shí)例可加深學(xué)生對(duì)單層金屬膜和多層介質(zhì)膜光學(xué)性能的理解，熟悉它們?cè)诜止忡R方面的應(yīng)用。（6）薄膜型波分復(fù)用器以及解復(fù)用器：在介紹多層膜濾波片時(shí)，可引入光學(xué)通訊系統(tǒng)中的薄膜型波分復(fù)用器以及解復(fù)用器的例子。薄膜型波分復(fù)用和解復(fù)用的基本原理正是基于多詠櫓誓ざ閱掣霾ǔす獠ǖ穆瞬ㄐЧ，然后，通過串聯(lián)多個(gè)多層介質(zhì)膜濾波片實(shí)現(xiàn)對(duì)波分復(fù)用光纖中多波長(zhǎng)光信號(hào)的合成和分解功能。通過該實(shí)例，可加深學(xué)生對(duì)多層介質(zhì)膜用作濾光片原理的理解，以及多層介質(zhì)膜濾波片的應(yīng)用。
3._放式教學(xué)方法。《薄膜光學(xué)》課程的開設(shè)，不僅僅是讓學(xué)生掌握薄膜光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，還要通過該課程的學(xué)習(xí)提高自身的能力，其中包括學(xué)習(xí)能力、研究能力以及表達(dá)能力。開放式教學(xué)方法的應(yīng)用可幫助學(xué)生更好地鍛煉自學(xué)能力。（1）開放式作業(yè)：《薄膜光學(xué)》課程教學(xué)過程中，可通過為學(xué)生設(shè)置開放式作業(yè)的方法，提高學(xué)生的自學(xué)能力。例如，在講授多層膜光學(xué)特性時(shí)，要求學(xué)生基于所學(xué)知識(shí)，分析一個(gè)漸變式單層膜的反射與透射特性。學(xué)生可通過程序的模擬以及理論分析等多種方式獲得該問題的正確答案。另外，也可要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)光學(xué)薄膜的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)某一特定的功能。通過光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)過程能夠鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)，掌握實(shí)踐環(huán)節(jié)中薄膜的設(shè)計(jì)方法。（2）學(xué)術(shù)報(bào)告：《薄膜光學(xué)》課程教學(xué)過程中，要求學(xué)生基于《薄膜光學(xué)》課程上所學(xué)的內(nèi)容，針對(duì)薄膜光學(xué)相關(guān)領(lǐng)域中的某一研究課題展開分析與討論，并基于所研究?jī)?nèi)容準(zhǔn)備一次完整的學(xué)術(shù)報(bào)告。在學(xué)術(shù)報(bào)告準(zhǔn)備過程中，鼓勵(lì)學(xué)生通過基本理論知識(shí)學(xué)習(xí)科技文獻(xiàn)查閱、分析與總結(jié)科學(xué)問題提出研究方法學(xué)習(xí)與驗(yàn)證研究結(jié)果分析與總結(jié)學(xué)術(shù)報(bào)告與課題總結(jié)等一系列過程，培養(yǎng)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)方法和研究思路，鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
三、結(jié)語
本文基于《薄膜光學(xué)》課程教學(xué)理念和教學(xué)目標(biāo)，對(duì)《薄膜光學(xué)》的教學(xué)方法進(jìn)行了討論，探討了自主學(xué)習(xí)、實(shí)例教學(xué)以及開放式教學(xué)等教學(xué)方法在《薄膜光學(xué)》課程中的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，采用自主學(xué)習(xí)的方法，將課上學(xué)習(xí)和課下學(xué)習(xí)結(jié)合起來，可以最大限度拓展學(xué)生的知識(shí)量，保障《薄膜光學(xué)》課程教學(xué)任務(wù)的完成；采用實(shí)例教學(xué)的方法，可使《薄膜光學(xué)》課程中復(fù)雜的公式和概念變得簡(jiǎn)單易懂，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解；采用開放式教學(xué)的方法，可鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐的應(yīng)用能力。
參考文獻(xiàn)：
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Study on the Teaching Method of "Thin Film Optics"
CHEN Shu-jing
篇10
一、引言
研討式教學(xué)作為一種有效的教學(xué)模式在教改中受到多方面的肯定和推廣。它針對(duì)重要教學(xué)內(nèi)容中的某些習(xí)題或?qū)ｎ}展開討論，在此過程中學(xué)生有目的地進(jìn)行調(diào)研、回顧、分析和思考，使其變被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí)。在《光電子學(xué)》課程中加強(qiáng)專題研討式教學(xué)，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高無疑會(huì)起到積極的推進(jìn)作用。
光電子學(xué)課程是專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，具有理論與實(shí)踐緊密結(jié)合、基礎(chǔ)理論與前沿研究方向緊密結(jié)合的特點(diǎn)，但內(nèi)容偏重于建立學(xué)科理論體系。光電子學(xué)課程包含兩大理論體系――光電磁理論和光量子理論，需要系統(tǒng)介紹一系列基本概念、基本原理和基礎(chǔ)理論，因此內(nèi)容涵蓋的知識(shí)面很廣。課程講授中過于偏重基礎(chǔ)理論會(huì)使教學(xué)枯燥無味，使學(xué)生對(duì)具體的物理意義缺乏理解，在課堂教學(xué)時(shí)適當(dāng)增加一些系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行專題研討，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使學(xué)生從理論和實(shí)踐兩方面全面理解課程內(nèi)容，在教學(xué)評(píng)價(jià)上除了考試成績(jī)之外還可結(jié)合學(xué)生在研討中的實(shí)際表現(xiàn)來綜合評(píng)定成績(jī)。采用研討式教學(xué)方式，不僅可獲得良好的教學(xué)效果，融洽師生關(guān)系，更重要的是在此過程中還把學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)的客體轉(zhuǎn)變成為主動(dòng)自覺進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)的主體，從而培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的習(xí)慣和自主創(chuàng)新等能力。當(dāng)然《光電子學(xué)》課程本身存在一些特殊性，使得研討式教學(xué)不能簡(jiǎn)單模仿其他課程的模式，通過兩年來的實(shí)踐，我們對(duì)研討課的選題進(jìn)行了總結(jié)與思考。
二、研討課的選題
研討課的選題是課程質(zhì)量的首要環(huán)節(jié)，選題設(shè)置的是否科學(xué)，直接關(guān)系到研討式教學(xué)的成敗。只有目標(biāo)明確、內(nèi)容具體、激發(fā)興趣的選題才能達(dá)到需要的效果，避免流于形式。根據(jù)我們的思考與實(shí)踐總結(jié)了以下幾點(diǎn)可用于研討課的選題。
研討內(nèi)容可與科研實(shí)踐相結(jié)合。根據(jù)我們的實(shí)踐，將光電子學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)研究中的相關(guān)內(nèi)容引入課程研討，可極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，我們將高靈敏度干涉儀研究的相關(guān)實(shí)驗(yàn)的原理、結(jié)構(gòu)、過程與結(jié)果進(jìn)行了展示，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，然后學(xué)生進(jìn)行分析，提煉出了半導(dǎo)體DFB激光器、聲光強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制、光電探測(cè)共五個(gè)主題，學(xué)生按照興趣自動(dòng)分為5組，每組5到6人進(jìn)行了深入討論，在此過程中，他們自己溫習(xí)教材、查閱資料、推導(dǎo)公式、分析特點(diǎn)、交流辯論、分析總結(jié)，很好地完成了任務(wù)。在此過程中，學(xué)生概念更加清晰，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更加深入，培養(yǎng)了學(xué)生所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，為其今后的科研工作打下良好的基礎(chǔ)。
研討內(nèi)容可與前沿研究方向緊密結(jié)合。光電子學(xué)的顯著特點(diǎn)是知識(shí)更新快、新型交叉學(xué)科的不斷涌現(xiàn)、器件性能不斷提高和新型器件不斷出現(xiàn)。為了體現(xiàn)課程的現(xiàn)代性和先進(jìn)性，反映光電子領(lǐng)域最新的研究現(xiàn)狀，在研討內(nèi)容上，將光電子學(xué)新技術(shù)與最新發(fā)展成果引入課程教學(xué)，使學(xué)生不僅對(duì)光電子領(lǐng)域有更全面的了解，并激發(fā)學(xué)生深入研究的興趣，可為進(jìn)入專業(yè)領(lǐng)域的研究和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。
研討課教學(xué)中可加強(qiáng)與相關(guān)課程內(nèi)容的聯(lián)系。光電子學(xué)課程有較寬廣的知識(shí)面，包含了光輻射的產(chǎn)生、傳輸、調(diào)制和探測(cè)等各方面，相關(guān)內(nèi)容涉及到《電磁學(xué)》、《激光物理》、《光學(xué)原理》、《量子力學(xué)》、《光電技術(shù)》、《光纖光學(xué)》、《半導(dǎo)體物理學(xué)》、《光纖傳感技術(shù)》等多門課程。相關(guān)課程的聯(lián)系也是學(xué)生非常感興趣的內(nèi)容，例如模式耦合的相關(guān)內(nèi)容，以《電磁學(xué)》等課程為基礎(chǔ)，又可應(yīng)用于《光纖光學(xué)》中的圓形波導(dǎo)相關(guān)內(nèi)容，還可延伸到《光纖傳感技術(shù)》的光纖光柵等內(nèi)容。這些聯(lián)系都可以作為研討的主題激發(fā)學(xué)生深入鉆研的興趣，從而鞏固了所學(xué)知識(shí)，預(yù)習(xí)了后續(xù)課程。
二、研討課的目標(biāo)
在課程的研討內(nèi)容確定后，要明確研討的目標(biāo)，包括研討的方向，研討的重點(diǎn)，研討要達(dá)到的深度等。教師在研討課目標(biāo)時(shí)，要針對(duì)學(xué)生狀況確定教學(xué)目標(biāo)，盡可能把問題落在學(xué)生學(xué)生最有可能感興趣的方向，并把握把握好其難易程度。對(duì)學(xué)生而言，假如問題設(shè)置太難，勢(shì)必給學(xué)生太多的負(fù)擔(dān)，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；反之如果問題設(shè)置太簡(jiǎn)單，則又會(huì)讓很多學(xué)生不屑于去思考。比如要對(duì)電光晶體調(diào)制在科研中的應(yīng)用展開研討，可以明確研討方向是相位調(diào)制，重點(diǎn)是鈮酸鋰晶體的橫向應(yīng)用，要求達(dá)到能根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行參數(shù)估計(jì)的程度。
研討課的目標(biāo)必須和講授課目標(biāo)一致，以講授課的內(nèi)容為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展，難易程度可略高于講授課。研討式教學(xué)只是一種教學(xué)手段，而不是目的，知識(shí)傳遞始終是培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)，研討式教學(xué)方法不能脫離這一基本條件。只有在成體系的講授知識(shí)的基礎(chǔ)上，在學(xué)生在積累和理解了一定的知識(shí)之后，才能應(yīng)運(yùn)掌握的知識(shí)、技能、經(jīng)驗(yàn)或理論功底，圍繞所設(shè)的研討課題進(jìn)行深入的思考，探討和交流研究的結(jié)果，從而求得正確的結(jié)論和對(duì)知識(shí)理解的深化。例如“DBR半導(dǎo)體激光器特性與應(yīng)用”研討課，首先必須從激光產(chǎn)生的基本條件，到半導(dǎo)體的能帶特點(diǎn)與躍遷機(jī)理，再到DBR半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)與原理等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行充分的講述，使學(xué)生有深刻的系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，如果缺乏對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)的深刻理解，研討很有可能流于形式，學(xué)生或?qū)栴}反復(fù)討論，或在交流中缺乏主動(dòng)，回答問題支支吾吾，研討課變成例程講解課。有了明確的教學(xué)目標(biāo)，才可提出研討方案并進(jìn)行有效的實(shí)施。
四、研討課的實(shí)施
研討課的實(shí)施包括準(zhǔn)備、組織和總結(jié)等方面的內(nèi)容，我們確立了“目的明確、準(zhǔn)備充分、教師引導(dǎo)、學(xué)生為主”的基本思想，力求研討學(xué)生態(tài)度積極、課堂氣氛活躍，而不要過多增加學(xué)生的課外負(fù)擔(dān)。
第一，重視研討前的準(zhǔn)備。在講述課的教學(xué)內(nèi)容完成后，將研討課基本方案提前發(fā)至學(xué)生手中，使其有足夠的時(shí)間進(jìn)行思考醞釀；進(jìn)行輔助教育，為研討者充實(shí)相關(guān)的知識(shí)，拓寬研討的思路，激發(fā)學(xué)生興趣；視學(xué)生的時(shí)間空余程度決定是否讓學(xué)生自行查閱資料還是教師發(fā)放參考學(xué)習(xí)資料，要求學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)資料綜述并提出問題的基本解決方案；將研討任務(wù)分解后可以讓學(xué)生根據(jù)興趣自行分組，也可隨機(jī)指定分組。研討課質(zhì)量的好壞，關(guān)鍵取決于師生對(duì)研討課的準(zhǔn)備。
第二，研討課的課堂組織。研討課的組織可分兩個(gè)階段，包括小組討論和課堂發(fā)言。在研討過程中發(fā)揮學(xué)生的積極性是關(guān)鍵，學(xué)生應(yīng)該是研討的主體，思維應(yīng)處在積極活躍的狀態(tài)，教師只是組織者和引導(dǎo)者，如果只是教師在說，說明課堂教學(xué)設(shè)計(jì)不合理，學(xué)生沒有興趣或者準(zhǔn)備不充分。在研討過程中教師要把握時(shí)機(jī)，在適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行提問和鼓勵(lì)競(jìng)爭(zhēng)，加強(qiáng)師生互動(dòng)和學(xué)生之間的互動(dòng)，溫和適當(dāng)糾正學(xué)生錯(cuò)誤觀點(diǎn)，不能代替學(xué)生去研究。通過積極主動(dòng)參與課堂教學(xué)過程，學(xué)生不但可以充分了解光電子學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，還能夠在科研資料調(diào)研、研究報(bào)告撰寫和口頭表達(dá)等多方面能力得到培養(yǎng)。學(xué)生在經(jīng)歷課堂討論后，大多留下了很深刻的印象，師生關(guān)系也更顯融洽。
第三，研討課的總結(jié)。研討課結(jié)束后教師可以對(duì)研討結(jié)果進(jìn)行及時(shí)的總結(jié)和分析，對(duì)表現(xiàn)最佳的學(xué)生加以鼓勵(lì)。倘若研討效果不佳，也可尋找原因并加以改進(jìn)，逐步提高研討效果。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，第一次討論課最為重要，最好討論學(xué)生最感興趣和輕松的內(nèi)容，多數(shù)是偏重于技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)容，而且需要多下功夫準(zhǔn)備。在研討課總結(jié)時(shí)學(xué)生一般不愿作太多的口頭自我評(píng)價(jià)和相互評(píng)價(jià)，包括自信的學(xué)生和不自信的學(xué)生，教師不需要給學(xué)生太多的壓力，可以要求學(xué)生對(duì)研討課內(nèi)容作書面總結(jié)，作為研討課考核的部分內(nèi)容。
五、研討課的考核
作為課程綜合成績(jī)的一部分，公平合理的研討課考核評(píng)價(jià)可以進(jìn)一步提高學(xué)生的積極性，考核評(píng)價(jià)內(nèi)容可包含書面報(bào)告、課堂表現(xiàn)和相互評(píng)價(jià)。書面報(bào)告應(yīng)給出文獻(xiàn)綜述、基本方案、問題分析和結(jié)論。由于教師對(duì)學(xué)生表現(xiàn)只能做到宏觀把握，要做到公平合理很大一部分需要學(xué)生之間的相互評(píng)價(jià)，為避免學(xué)生之間相互提高成績(jī)，學(xué)生各組總成績(jī)主要由教師決定，而組內(nèi)學(xué)生成績(jī)需要明確優(yōu)秀率，由學(xué)生投票決定成績(jī)。教師可對(duì)考核評(píng)價(jià)進(jìn)行不記名問卷調(diào)查，進(jìn)一步提高考核評(píng)價(jià)的公平性和合理性。
結(jié)束語：在《光電子學(xué)》中引入研討式教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的積極性，深化了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，擴(kuò)展了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，希望我們的經(jīng)驗(yàn)有一定的借鑒作用。
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篇11
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程作為一門重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，是大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后系統(tǒng)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方法和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端，在培養(yǎng)大學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的思維方式、分析和解決問題的能力等方面具有重要作用。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為本，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。這方面研究已有一些報(bào)道，如，利用演示實(shí)驗(yàn)[1]，采用開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)等[2]。除了教學(xué)方法改進(jìn)外，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置還需合理安排。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目眾多，涉及光學(xué)、電學(xué)、磁性、熱學(xué)等各學(xué)科，合理安排實(shí)驗(yàn)課程，找出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間的聯(lián)系，對(duì)學(xué)生理解和掌握實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。根據(jù)實(shí)驗(yàn)不同的性質(zhì)可以將實(shí)驗(yàn)課程分成不同模塊，比如，光學(xué)模塊、電學(xué)模塊、磁學(xué)模塊等，在完成一個(gè)模塊后再進(jìn)行下一個(gè)模塊實(shí)驗(yàn)。這樣分模塊系統(tǒng)講解及演示實(shí)驗(yàn)將使學(xué)生更好地掌握相關(guān)知識(shí)，形成一個(gè)連貫的知識(shí)脈絡(luò)。
1 電學(xué)實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，電學(xué)實(shí)驗(yàn)眾多，幾乎占用實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)1/3以上。目前大多數(shù)高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中對(duì)于電學(xué)實(shí)驗(yàn)的課程安排很多，主要有：電表改裝與校正、電橋測(cè)電阻、RLC串聯(lián)電路的暫態(tài)過程研究、數(shù)字電表實(shí)驗(yàn)等。合理安排電學(xué)實(shí)驗(yàn)順序，對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的共性及各個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比講授，并指導(dǎo)學(xué)生去完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生加深理解和掌握相關(guān)知識(shí)至關(guān)重要。電學(xué)實(shí)驗(yàn)具有自身特點(diǎn)，相較其他類型實(shí)驗(yàn)，電學(xué)實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)如下。
1.1 電學(xué)實(shí)驗(yàn)連貫性好，可以由簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)逐漸過渡到復(fù)雜實(shí)驗(yàn)
學(xué)生在高中時(shí)已經(jīng)接觸過簡(jiǎn)單的電學(xué)實(shí)驗(yàn)，如伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)，對(duì)電流表，電壓表都有一定了解，大學(xué)時(shí)接觸的電流（壓）表改裝校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，就是對(duì)電流表、電壓表進(jìn)行改裝并校準(zhǔn)；惠斯通電橋測(cè)量電阻實(shí)驗(yàn)，也是通過檢流計(jì)讀數(shù)是否為零來判斷電橋是否平衡，進(jìn)而得出待測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)。這些基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)及對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理，對(duì)之后進(jìn)行的難度稍大的開放性實(shí)驗(yàn)，如數(shù)字電表實(shí)驗(yàn)是一個(gè)很好的訓(xùn)練。
1.2 電學(xué)實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單，相較其他較為復(fù)雜類型的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生更容易理解和掌握
如光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，很多概念學(xué)生以前沒有接觸過，對(duì)光的基本理論、光源發(fā)光的宏觀特性，光波的相干性和偏振態(tài)等不熟悉理解，則光學(xué)實(shí)驗(yàn)很難做好，甚至不能進(jìn)行。而電學(xué)實(shí)驗(yàn)中利用的基本公式就是歐姆定律，不同的電學(xué)實(shí)驗(yàn)都是在歐姆定律的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單變形得到的，學(xué)生對(duì)電學(xué)原理掌握基本沒有問題，只要做了預(yù)習(xí)一般都可以完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
1.3 電學(xué)實(shí)驗(yàn)中儀器簡(jiǎn)單并且使用較普遍
電學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的儀器主要有電流表、電壓表，檢流計(jì)、滑線變阻器、電阻、萬用表等，這些儀器操作簡(jiǎn)單，原理易懂，而且很多電學(xué)實(shí)驗(yàn)都是利用這些儀器來完成。而其他類型實(shí)驗(yàn)，儀器復(fù)雜，如光學(xué)實(shí)驗(yàn)中分光計(jì)、干涉儀和攝譜儀等，光學(xué)儀器本身原理很復(fù)雜，學(xué)生要調(diào)節(jié)到儀器正常使用狀態(tài)需要具有較好的操作技能，這對(duì)學(xué)生正常完成實(shí)驗(yàn)提出了更高的要求。
1.4 電學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及知識(shí)點(diǎn)相對(duì)較少
其中電表等級(jí)的概念是電學(xué)中一個(gè)非常重要的概念，需要學(xué)生很好地掌握。電表的等級(jí)是用來表示電表的精確度的，我國(guó)規(guī)定電表分為七個(gè)等級(jí)，等級(jí)數(shù)值越小，電表的精確度越高。實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)向?qū)W生清楚介紹實(shí)驗(yàn)所用電流表、電壓表、檢流計(jì)等電學(xué)儀器的等級(jí)，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度有一直觀了解。
2 電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)側(cè)重點(diǎn)
針對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)上述特點(diǎn)，在電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)側(cè)重以下幾點(diǎn)。
2.1 提出預(yù)習(xí)問題，抓好預(yù)習(xí)關(guān)
盡管電學(xué)實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單，但還是要抓好學(xué)生預(yù)習(xí)關(guān)。學(xué)生只有預(yù)習(xí)好，才能在實(shí)驗(yàn)中很好地完成操作。常規(guī)預(yù)習(xí)方法學(xué)生只是一個(gè)從書本摘抄的過程，缺少自己獨(dú)立的思考。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前布置一些相關(guān)思考問題，讓學(xué)生帶著問題去預(yù)習(xí)，只有學(xué)生在預(yù)習(xí)中進(jìn)行了思考，預(yù)習(xí)才有效果。比如，開放性實(shí)驗(yàn)的數(shù)字電表實(shí)驗(yàn)，可以在預(yù)習(xí)前給學(xué)生提出幾個(gè)思考問題：如，簡(jiǎn)述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理；如何通過電路設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)多量程直流電流（壓）表改
裝等。
2.2 對(duì)實(shí)驗(yàn)所涉及的背景知識(shí)講解清楚
在電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，遇到的一個(gè)比較多的問題是學(xué)生對(duì)所做實(shí)驗(yàn)的目的不清楚，不知道為什么要做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，以及這個(gè)實(shí)驗(yàn)在實(shí)際中如何應(yīng)用等。實(shí)驗(yàn)相關(guān)背景知識(shí)一般在教材上內(nèi)容很少，學(xué)生盡管做了預(yù)習(xí)，但一般不十分清楚。為此，教師在課堂教學(xué)時(shí)應(yīng)對(duì)背景知識(shí)重點(diǎn)講述。
如電表改裝實(shí)驗(yàn)，教師應(yīng)該使學(xué)生認(rèn)識(shí)到電表改裝實(shí)驗(yàn)等同于儀表廠電表的設(shè)計(jì)與制作，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂積極性；惠斯通電橋測(cè)量電阻實(shí)驗(yàn)，應(yīng)向?qū)W生強(qiáng)調(diào)通過實(shí)驗(yàn)來學(xué)習(xí)一種新的實(shí)驗(yàn)方法（比較法），通過比較法的學(xué)習(xí)來實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻的準(zhǔn)確測(cè)量。
2.3 課堂實(shí)行分段式教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試，勇于創(chuàng)新
一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)課程安排應(yīng)該使學(xué)生感到適度的緊張，過分寬松的課堂環(huán)境會(huì)使學(xué)生走神，不能把精力全部集中在實(shí)驗(yàn)上。為此，課堂教學(xué)可以采用分段式教學(xué)，結(jié)合適當(dāng)?shù)奶釂枺寣W(xué)生始終保持一種精神集中的狀態(tài)。
可以將實(shí)驗(yàn)分成兩個(gè)部分，每一部分做完后，及時(shí)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生存在的問題給予解答，這樣會(huì)加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，當(dāng)然這需要教師對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行充分合理的設(shè)計(jì)。課堂教學(xué)中同時(shí)應(yīng)利用學(xué)生接觸新實(shí)驗(yàn)時(shí)的好奇心理，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新。
“興趣是最好的老師”，如果能通過課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)激發(fā)出學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)及科學(xué)研究的興趣，就實(shí)現(xiàn)了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的
初衷。
3 結(jié)語
以上是作者根據(jù)大學(xué)物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的特點(diǎn)，結(jié)合自身教學(xué)中遇到的問題，對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出的幾點(diǎn)具體措施，希望能對(duì)高校學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)培養(yǎng)方面起到一定積極作用。
篇12
一、中北大學(xué)光電信息類專業(yè)簡(jiǎn)介
目前，中北大學(xué)光學(xué)工程學(xué)科管理部（隸屬于中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院）有兩個(gè)本科專業(yè)，“光電信息科學(xué)與工程”（2013年前為光信息科學(xué)與技術(shù)，2002年開始招生，山西省特色專業(yè)）和“電子信息科學(xué)與技術(shù)”（2001年開始招生，本專業(yè)側(cè)重于光電信息的獲取與處理方面，所以歸到“光學(xué)工程”學(xué)科管理部）。相對(duì)于國(guó)內(nèi)高水平光電類專業(yè)的學(xué)校，中北大學(xué)在光電信息類專業(yè)方面招生較晚，再加之?dāng)U招以及光電類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備較貴等多方面的原因，實(shí)踐教學(xué)（課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)生動(dòng)手創(chuàng)新環(huán)節(jié)等）在2013年以前各方面條件差，甚至一些重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)也只能用一臺(tái)實(shí)驗(yàn)儀器給幾十名學(xué)生演示一下或計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單仿真，也沒有形成完整的實(shí)踐教學(xué)體系。2012年教育部本科專業(yè)更新調(diào)整后，學(xué)校也提出了抓內(nèi)涵建設(shè)，并且把本科專業(yè)建設(shè)和學(xué)科建設(shè)統(tǒng)籌考慮，2013年成立了學(xué)科管理部，這兩年進(jìn)行了較大的改革和建設(shè)。
二、近兩年的實(shí)踐教學(xué)改革思想
隨著教育部2012年版新專業(yè)目錄招生的變化以及中北大學(xué)抓本科教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)，學(xué)校從管理、資金投入、專業(yè)評(píng)估方式等多方面對(duì)促進(jìn)本科建設(shè)進(jìn)行了較大的改變。中北大學(xué)的光電信息類專業(yè)歸口到“光學(xué)工程”學(xué)科管理部這個(gè)基層單位，結(jié)合學(xué)校學(xué)科建設(shè)、科研方向項(xiàng)目、研究生教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢(shì)、教師科研優(yōu)勢(shì)（包括科研儀器設(shè)備、教師在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面結(jié)合科研），這兩年在實(shí)踐教學(xué)方面進(jìn)行了建設(shè)和改革。
結(jié)合本類專業(yè)十多年的建設(shè)與探索，結(jié)合學(xué)校學(xué)科建設(shè)、科研方向項(xiàng)目，相關(guān)學(xué)科帶頭人、教授、多年從事教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的相關(guān)教師廣泛討論、交流。首先在2013年初對(duì)培養(yǎng)方案也進(jìn)行了修訂，增加了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，多種途徑申請(qǐng)學(xué)校在本科實(shí)驗(yàn)室的投入，也鼓勵(lì)教師科研和教學(xué)集合，構(gòu)建了較完善的、適合于本校專業(yè)方向和定位的實(shí)踐教學(xué)體系，初步形成了光電類專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)思路（之所以說是思路是因?yàn)橛行┮驗(yàn)榻?jīng)費(fèi)、場(chǎng)地、人員等方面的原因還沒有完全實(shí)現(xiàn)）。
三、光電信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建
1.中北大學(xué)的“光電信息科學(xué)與工程”、“電子信息科學(xué)與技術(shù)”兩個(gè)專業(yè)都屬于“電子信息類”本科專業(yè)，其培養(yǎng)方案中的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課主要包括以下幾方面的知識(shí)：①電子技術(shù)基礎(chǔ)（如電路分析、電子線路、數(shù)字電子技術(shù)）;②信息基礎(chǔ)（如信號(hào)與系統(tǒng)、通信原理等）;③計(jì)算機(jī)類知識(shí)（如c語言、單片機(jī)、微機(jī)原理等）;④光電信息類（這部分內(nèi)容較多）。實(shí)踐性環(huán)節(jié)包括：課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)課程（一般16學(xué)時(shí)以上單獨(dú)設(shè)課）、大型實(shí)驗(yàn)周、課程設(shè)計(jì)（2～3周）、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。其中前三個(gè)內(nèi)容（電子技術(shù)基礎(chǔ)、信息基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)）在我院由相關(guān)教師與相關(guān)的學(xué)科部實(shí)驗(yàn)室共同完成。另一個(gè)主要的光電信息類的實(shí)踐環(huán)節(jié)由“光學(xué)工程”學(xué)科部來規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)踐。
2.結(jié)合本類專業(yè)的方向構(gòu)建光電信息類實(shí)驗(yàn)室主要設(shè)置有：①激光原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室;②光纖技術(shù)與光通信實(shí)驗(yàn)室;③工程光學(xué)與光信息處理實(shí)驗(yàn)室;④光電檢測(cè)與綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室;⑤光電信息系統(tǒng)仿真及軟硬件聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)室;⑥專業(yè)特色與光電創(chuàng)新平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室。其中各實(shí)驗(yàn)室主要完成實(shí)驗(yàn)及涉及的課程如表1所示。表1中含蓋了本學(xué)科下設(shè)的兩個(gè)專業(yè)的光學(xué)、光電類課程及課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)踐等方面的內(nèi)容，其中有些是兩個(gè)專業(yè)共有的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)選修課（激光原理與技術(shù)、應(yīng)用光學(xué)、物理光學(xué)、光電信息處理、光電檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)原理及用、光電信息課程設(shè)計(jì)等），有些主要是為一個(gè)專業(yè)服務(wù)，但為另一個(gè)專業(yè)選修或畢業(yè)設(shè)計(jì)等共用（如信息光學(xué)、機(jī)器視覺、光譜分析與測(cè)試等）。有些實(shí)驗(yàn)室主要是提供課程實(shí)驗(yàn)（如激光原理、應(yīng)用光學(xué)、物理光學(xué)等課程實(shí)驗(yàn)），有些實(shí)驗(yàn)室除提供課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)外，還為綜合性課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)生課外創(chuàng)新訓(xùn)練（比賽）等提供條件。
篇13
利用成像公式法測(cè)量薄透鏡的焦距實(shí)驗(yàn)是大學(xué)一級(jí)物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)光學(xué)實(shí)驗(yàn)之一。本文將對(duì)該實(shí)驗(yàn)理論課教學(xué)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練以及數(shù)據(jù)處理過程中存在的若干問題進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析與探討。
1 實(shí)驗(yàn)基本原理
薄透鏡成像原理可以用高斯公式來描述： = + 其中W為物距，V為像距，f為透鏡的焦距。W，V，f均從透鏡的光心O量起。對(duì)凸透鏡f為正值；對(duì)凹透鏡f為負(fù)值。實(shí)物W為正，虛物為負(fù)；實(shí)像V為正，虛像為負(fù)。在初中和高中關(guān)于透鏡成像定性結(jié)論的基礎(chǔ)之上，實(shí)驗(yàn)學(xué)生對(duì)這個(gè)公式普遍容易理解。但是大部分學(xué)生對(duì)于虛物和虛像的概念比較模糊。實(shí)驗(yàn)教師在理論課講解部分應(yīng)對(duì)該部分做重點(diǎn)講授。對(duì)于多個(gè)透鏡聯(lián)合成像，單個(gè)透鏡所成的實(shí)像/虛像是可能成為其它透鏡的虛物/實(shí)物的。最簡(jiǎn)單的舉例就是在測(cè)量凹透鏡的焦距的物距像距法實(shí)驗(yàn)中，先經(jīng)過凸透鏡所成的實(shí)像會(huì)作為凹透鏡成像的虛物。這對(duì)于理解多個(gè)透鏡聯(lián)合成像原理是非常重要的。同時(shí)應(yīng)啟發(fā)性的讓學(xué)生總結(jié)，當(dāng)W和V同號(hào)時(shí)，在透鏡的異側(cè)；異號(hào)時(shí)，在透鏡的同側(cè)。
對(duì)于凸透鏡焦距的測(cè)定實(shí)驗(yàn)上可以采用物距像距法、自準(zhǔn)法和共軛法等；而對(duì)凹透鏡焦距的測(cè)定可以采用物距像距法、自準(zhǔn)法和視差法等。由于凹透鏡焦距f為負(fù)值，所以實(shí)驗(yàn)上必須采取實(shí)驗(yàn)方案以提供虛物，一般要借助其它的光學(xué)器件，如凸透鏡、平面鏡等。
由于實(shí)驗(yàn)課程要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)限內(nèi)完成，實(shí)驗(yàn)過程中教師可以根據(jù)實(shí)際情況，要求學(xué)生選取部分實(shí)驗(yàn)方法來測(cè)定透鏡焦距。理論教學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教師只需要對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)生就幾種最常見的實(shí)驗(yàn)方法做簡(jiǎn)要說明，讓學(xué)生理解這幾種實(shí)驗(yàn)方法的核心思想。所謂物距像距法指通過透鏡成像原理，實(shí)驗(yàn)上分別測(cè)量待測(cè)透鏡成像時(shí)的物距W和像距值V，帶入高斯公式即可算出待測(cè)透鏡的焦距。計(jì)算時(shí)要注意物距和像距的符號(hào)；自準(zhǔn)法指的是通過調(diào)節(jié)待測(cè)透鏡位置，使經(jīng)過透鏡后的出射光線成為平行光，這樣V = ，從而待測(cè)的焦距f =W。實(shí)驗(yàn)過程中將平面鏡放置在透鏡的后方，使出射的平行光反射回來經(jīng)過待測(cè)透鏡，這樣由光路的對(duì)稱性，實(shí)驗(yàn)時(shí)在物屏上會(huì)觀察到一個(gè)等大倒立（相對(duì)于實(shí)物）的實(shí)像；而凸透鏡的共軛法實(shí)驗(yàn)是指，當(dāng)物屏和像屏固定時(shí)，即W+V=D，D為定值且D>4f，凸透鏡在物屏和像屏之間移動(dòng)，能觀察到兩次成清晰實(shí)像。兩次成像過程中成放大像與縮小像時(shí)所對(duì)應(yīng)的物距像距是共軛關(guān)系，實(shí)驗(yàn)過程中只需要測(cè)量到兩次成像時(shí)透鏡的位置變化即d=|W-V|，即能算出凸透鏡的焦距f。
2 實(shí)驗(yàn)基本操作
理論課講授光路圖時(shí)，考慮的都是光學(xué)器件中心共軸共面的情況，所以開始實(shí)驗(yàn)前，光具座上的所有光學(xué)元件必須調(diào)節(jié)至共軸。即各透鏡的光軸重合并平行于導(dǎo)軌，物的中心部位位于光軸上，物面、像面垂直于光軸。為了便于實(shí)驗(yàn)觀察，應(yīng)盡量使光源靠近物屏，這樣可以增強(qiáng)入射光強(qiáng)，便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。共軸的調(diào)節(jié)一般分為初調(diào)和細(xì)調(diào)。初調(diào)可以直接用人眼觀察，作為初略的判斷，對(duì)各光學(xué)器件做適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)；細(xì)調(diào)可以利用透鏡的成像規(guī)律做細(xì)致的調(diào)整。例如共軛法測(cè)凸透鏡焦距實(shí)驗(yàn)。在該實(shí)驗(yàn)中固定物屏和像屏后，在光具座上來回移動(dòng)凸透鏡的位置，將會(huì)有兩次成像，分別為放大像和縮小像。由于經(jīng)常光軸中心的光線不會(huì)發(fā)生彎曲。所以我們只要適當(dāng)調(diào)整透鏡，當(dāng)大小像中心重合時(shí)即表示該系統(tǒng)共軸了。實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作時(shí)，不一定要求學(xué)生調(diào)節(jié)至大小像完全重合，但是必須要求大小像幾乎完全等高（如相差不超過3mm）。對(duì)于多個(gè)光學(xué)器件，如測(cè)定凹透鏡焦距實(shí)驗(yàn)，應(yīng)從左到右逐個(gè)調(diào)節(jié)光學(xué)儀器，使整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)共軸。此部分實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié)部分，比較花費(fèi)時(shí)間，教師演示時(shí)應(yīng)該詳細(xì)講解操作過程和技巧。
3 實(shí)驗(yàn)誤差
實(shí)驗(yàn)過程中為克制像差的影響，采用近軸單色光源。常見的像差有色差、球差、慧差、像散彎曲和畸變等，不同情況下它們所表現(xiàn)的程度不一樣。實(shí)驗(yàn)過程中選用口徑為H的光闌滿足近軸光線成像條件，相對(duì)口徑H/f越小，像差越小，景深越大，也就是成像清晰的范圍越大。因而實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，用多大口徑的光闌，要視具體的情況選擇。實(shí)驗(yàn)教師講授景深的概念的時(shí)候，建議對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)生做操作演示，以便學(xué)生對(duì)該概念有比較直觀的印象。
為了準(zhǔn)確得到成像最清晰的位置，實(shí)驗(yàn)上一般用左右逼近法，即分別由從左到右和從右到左移動(dòng)相關(guān)的透鏡或像屏，逼近成像清晰區(qū)的左端和右端，讀取兩端部的值，然后再取平均值為成像清晰的準(zhǔn)確位置。左右逼近法應(yīng)作為實(shí)驗(yàn)操作重點(diǎn)講授部分。當(dāng)從左至右或從右至左移動(dòng)透鏡或像屏?xí)r，在像屏上會(huì)先后觀察到光斑、模糊像、清晰像。實(shí)驗(yàn)操作時(shí)當(dāng)從左到右移動(dòng)時(shí)，模糊像會(huì)先看到重影的現(xiàn)象，主要是因?yàn)閷?shí)際光線在透鏡不同地方發(fā)生折射后聚焦差異引起的，當(dāng)重影現(xiàn)象剛好消失時(shí)，實(shí)驗(yàn)上只能看到單一的像。學(xué)生可以很容易的讀取此時(shí)成像清晰區(qū)域的左端部值；然而采用從右至左操作時(shí)，模糊像卻始終只有一個(gè)單一像，只是單一像亮度比較差。這是因?yàn)閺淖笾劣乙苿?dòng)時(shí)在靠近成像清晰區(qū)，經(jīng)過透鏡各點(diǎn)折射光線所成像時(shí)會(huì)聚的，然而從右至左操作時(shí)，這些像卻是發(fā)散的。實(shí)驗(yàn)操作時(shí)只能依靠大致的經(jīng)驗(yàn)對(duì)于成像區(qū)域的右端部進(jìn)行估計(jì)。可行性做法是，當(dāng)從右至左操作時(shí)，觀察像的亮度與在從左至右所找到的上端位置所成像的亮度一致時(shí)，讀取此時(shí)位置作為成像清晰區(qū)的右端部值。學(xué)生在實(shí)際操作時(shí)，比較難以把握成像清晰區(qū)的右端部。故教師演示時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)左右逼近法的核心思想和該操作的具體操作方法。
關(guān)于測(cè)量透鏡焦距實(shí)驗(yàn)中的焦距的不確定度，教學(xué)上只做提示性講解。測(cè)量過程中的誤差來源，除了成像清晰與否帶來的隨機(jī)誤差，這一部分可以通過多次測(cè)量來減少誤差（屬于統(tǒng)計(jì)誤差UA）。還有實(shí)驗(yàn)裝置引起的系統(tǒng)誤差（屬于系統(tǒng)固有誤差），它們主要有物面（像面）與底座讀數(shù)標(biāo)線不共面、透鏡光心與讀數(shù)標(biāo)線不共面、標(biāo)尺的精度問題、像差以及薄透鏡兩主平面非嚴(yán)格重合等。它們所引起的極限誤差我們可以初略地進(jìn)行取值。如不共面和標(biāo)尺精度問題整體誤差取UB1=1mm，而像差和透鏡非理想薄整體誤差取成像清晰范圍的一半U(xiǎn)B2（也就是左右端部之差的一半）。這樣所有測(cè)量過程中，測(cè)量的誤差就來源于三部分：UA、UB1和UB2。至于最終待測(cè)透鏡焦距的誤差，需要具體實(shí)驗(yàn)具體分析，再借助誤差傳播公式進(jìn)行計(jì)算。
4 總結(jié)
