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光学基础理论课程教学改革研究

发布于:2017-06-22  浏览次数:

李宏棋,陈海清
(汉口学院 机电学院,湖北 武汉 430212)

摘要:应用光学和物理光学是光电信息工程专业的专业基础理论课。教学过程中存在公式复杂繁多,内容抽象乏味等问题。针对这些问题,采取在教学内容上趣味化,在教学手段上形象化,教学方法上实践化的措施进行改革探索,提高了学生的学习兴趣,取得了好的教学效果。
关键词:教学论,课堂教学,光学课程,教学改革
中图分类号:G424.2             文献标识码:A

一、光学基础理论课程教学现状
       高等学校的教学改革的重要内容之一,就是课堂教学的改革[1]~[5]。课堂教学效果如何,关系着学生知识的掌握、能力的培养和教学质量的高低。光学基础理论课主要有“应用光学”和“物理光学”两门课程,选用天津大学和浙江大学联合编写的《工程光学基础教程》教材,该教材是“十一五”国家级规划教材和国家精品课程教材。作为我院光电信息科学与工程专业的基础理论课,通过调查,部分学生反映比较难学,其主要原因如下:第一、中学物理光学知识少而简单,大学物理课时少,光学部分教学内容有限,与工程光学课程跨度较大;第二、概念多,抽象难记;第三、数学公式推导繁杂,望而生畏,难以提起兴趣;第四、理论多而实验少,尤其是开放性实验少。教学基本停留在传统的教师讲,学生听,满堂灌,填鸭式的封闭教学模式;第五、教材和光学领域的前沿技术脱钩,学生对光学的工程运用和前景感到迷茫。通过调查,发现主要问题集中体现在教学内容和教学方法上。因此,改革光学基础理论的课堂教学势在必行。
二、教学内容改革
1.关注现实生活,改革教学内容
       从生活走向光学,从光学走向社会。如果一本教材只有逻辑推理,而无思想,就好象一个人只有躯壳而无灵魂。一般来说,灵感的闪现、思想的形成往往源于生活,任何一点知识的积累和推进都与生活息息相关。所以教材应适应学生的心理、接受知识的能力等特点,贴近生活,循序渐进地逐步深化、扩展。例如:生活中关于光线的说法早已成为客观存在的事实,编写多媒体教材以此为起点,提出一个关于光线的模糊说法:由于光是沿直线传播的,所以人们常用光线一词来谈论光;在光学的研究、学习中常用标有箭头的直线表示光线的传播路径和方向,实验中常用细小的光束代表光线来研究光的行为。再如“平面镜成像”一节内容,多媒体教材应以日常生活中人们照镜子为例展开讨论:我们照镜子成像的大小与我们离镜子的远近是否有关;如果想照到全身像,必须保证镜子高度怎么样才行等等。以此为基点,引出平面镜成像的规律。学习光束限制内容,结合手机摄像头的光阑结构进行讲解。这样可以提起学生学习的兴趣,也比较容易接受抽象的理论知识。
2.教材不仅要教学生“学到什么”,还要教学生“忘掉什么
       在应用光学和物理光学概念学习中,学生往往对一些未经教授的物理概念有一套自己的想法和观点,并用这些想法和观点来解释或理解一些新的科学概念和实际问题,并且这种现象非常顽固,学生对同一概念出现类似的错误想法,经老师指正后,过一段时间,还是原来的错误想法占主导地位。如学生总认为凸透镜必定成实像而凹透镜必定成虚像;把虚物成像看成实物成像;在圆屏衍射现象中,学生总是以光的直线传播来看问题,认为圆屏几何影子的中心是一个暗点;由于自然光的振动电矢量是关于轴对称的,没有哪个方向特殊,所以它不具有偏振性。由光学课程的特点,许多概念对学生来说是新的,难度较大,当学生学习这些概念时难以找到知识的同化点,而教材往往只考虑科学性,忽略了人的认识规律。对于上边圆屏的例子,教材只是以一个振幅公式的结果来说明圆屏几何阴影的中心永远有光,而没有结合具体情况从衍射干涉的本质去加以说明。所以,学生认为圆屏几何影子的中心是一个暗点也就没有从根本上得到根除,这样的概念也就很难真正理解了。
3.建立立体多媒体教材体系
       由于电脑普及,网络进入现代生活,现代资讯与学科教学的结合不仅使学习手段学习工具现代化,而且学习的对象和内容都在发生变化。所以,凡能在课堂上再现的光学现象,一定要做相应的演示,避免只在黑板上做演示;凡是能让学生见到的光学仪器和元器件,均备有实物,避免空泛的语言和在黑板上画图描述;充分利用挂图和幻灯片,尽可能使用立体教具,增强教学的直观性和立体空间感观。这样教材就会更生动活泼,既便于教师指导、辅导,又利于提高学生探索、研究的兴趣。例如应用光学教学中,在讲到具体的光学元件和光学系统时,由于大多数学生都没有接触过这方面的东西,所以都觉得比较陌生和抽象,如果不管学生的感受一味讲解,学生就很难完全理解所讲的知识。此时可以通过实物教学法,将一些光学元件带到课堂上给学生们看。讲光学系统前,带学生们到实验室先看一下光学系统的具体结构,让他们有个感性的认识,这样再讲这些光学元件和光学系统的结构、性质时,学生就很容易接受,也能够较好地理解掌握。
       应用多媒体课件将工程光学内容图文并茂地展示给学生,教师易于讲授,学生易于理解,提高学习的效率。如几何光学中的光路图,采用PPT动态演示功能使教学内容形象地展示出来,以此为基础,可使学生更透彻地理解知识点。又如,在学习渐晕现象时,利用Flash动画演示不同光线在传播过程中受到的限制情况,清楚地在屏幕上显示出来,让学生较快地理解和接受。
三、课堂教学改革
       光学基础理论课程的教学目的主要有:①培养学生学习工程光学的兴趣,使之寓乐于学中;②引导学生运用所学理论知识去应用、思考、开发;③培养学生解决新问题的能力;④加强培养学生科学素质及能力。而要做好以上几点,学习的兴趣是基础,是灵魂,也就是说,让学生对所学知识感兴趣,主动积极地学、探究、思考、应用。课堂教学对学生学习兴趣的培养就起着至关重大的作用,我们不仅要从思想上教育学生,更重要的是从行动上吸引学生的学习兴趣,而不是在考勤和严格的纪律上下工夫。防止学生以为学习只是任务,学习是苦差事,甚至心理叛逆比较强烈的学生反其道而行。因此,要在培养学生学习兴趣上狠下工夫。
我们针对大学生的年龄、心理特征以及光学理论课程本身的特点,循序渐进地深化、扩展计划实施以下新的教学模式,教学内容包括:互动教学、课堂演示实验、课外阅读、光学前沿知识讲座、开放实验室、专题讨论、组织教学参观等环节。
1.    互动教学
       在现在的大学课堂教学中,一般都是采取传统的教学模式,教师在讲台上从上课讲到下课,学生在下面机械地听、记,教师和学生之间基本没有交流,这是许多人所认为的大学课堂教学模式,认为这样可以让学生独立思考问题、解决问题,可以使他们自主学习并且能够提高他们的自学能力。然而这种模式具有很大的缺陷,不是所有学生都能自觉地主动学习,要培养学生主动学习的精神和自学的能力,需要一个适宜的环境和氛围。因此,在教学中教师的首要任务就是要营造一种教学氛围,使学生形成探索创造的心理愿望,形成一种以创新的精神来吸取知识、运用知识的心理趋向。这样,才能逐步体现和发展学生学习的主动性、创造性。为此,教师在课堂上不仅仅要讲解新知识,还要营造和谐的教学氛围,精心设计一些具有启发性、趣味性和实际意义的问题,让学生对问题感兴趣的同时发现问题,进而激发起学生探索其中奥秘的强烈欲望。只有这样才能使学生愉快地掌握知识,并且他们的各种潜能也能在这种和谐宽松的氛围里得以发展。
       近代光学是在经典光学理论发展的基础上逐步建立起来的,二者之间具有一定的联系。某些经典概念的内涵经过一定的拓展就进入了近代光学领域,在上课的过程适当的时候开一些这样的“窗口”。而安一些“接口”让学生展望一下工程光学的前沿,打开通往学科前沿的通道,这不仅开阔了学生的视野,也培养了学生的科学素质,让学生了解学了有何用,用在哪里。而在讲解光学定理现象的时候,多从实验入手,引导学生解释并证明实验结果,从而讲清楚光学定律;或者让学生先做实验,找出问题,引导学生寻找答案。尽可能避免繁杂冗长的数学推演,解决学生思想上认为光学基础理论“玄虚”、“繁难”的畏俱情绪。光学基础理论课程引入视频、仿真软件、PPT和Flash动画等,对光学物理公式进行形象直观的描述,从而使学生在感性认识的基础上逐渐上升到理性认识,加深对关键知识点的认识,避免对知识的死记硬背,进而有效地提高教学效果。
2.因材施教
       我们从学生的实际出发, 使教学的深度、广度、进度适合学生的知识水平和接受能力,同时考虑学生的个性特点和个性差异,使每个人的才能品行都得到发展。对于基础知识比较差的学生注重讲授应用光学的基本思想、基本概念、基本分析方法,使他们逐步建立起学习光学理论课的信心;然后再逐步提高要求,从而使他们不断进步,最终跟上全体同学的学习步伐。对于基础知识比较好的学生课外增加一些具有前沿性或一定深度的内容,鼓励学生通过课外阅读自主学习。阅读内容包括光学领域的书刊,最新成果的介绍资料,光学科普读物等。在课外阅读活动中,要求学生记好读书笔记,并定期检查,在评定学习成绩时占有一定的比例。
3.光学前沿知识讲座
       由任课老师或聘请有关专家讲授光学前沿知识,这样比传统教材更具活力和现代气息,跟上时代发展的步伐。让学生了解学科前沿的概况及其发展动态,开阔视野,启迪思维,进一步拓宽学生的知识面,使他们的知识结构更趋合理。同时指导学生们不仅在课堂上学,而且要在图书馆和实验室学,参加老师的科研团队,通过科研项目扩大知识面和视野。
4.开放光学实验室
       光学实验室对学生开放,提供基本的光源,光学元器件、材料、仪器等物品,给学生提供一个动手的机会,对光学现象建立鲜明的感性知识,培养学生独立思考问题的能力,提高对光学学科的兴趣。开设光电子精密机械创新型学科交叉综合实验,培养创新型高素质人才。
5.参观“光博会”、走进“光谷”企业
     “中国光谷”国际光电子博览会暨论坛由国家九部委和湖北省人民政府共同主办,于2002年创办至今已成功举办十届,是中西部地区最大的光电子领域专业展会,在国际上有较高知名度。光博会举办地位于我国中部地区特大中心城市武汉,依托我国最大的光电子产业集散地“中国光谷”,云集众多国内外知名光电企业,展示光电领域最先进的技术和产品,组织学生参观光博会,走进楚天激光、三工光电、华中光电技术研究所、国营238工厂等“光谷”企业对学生的专业学习具有重要意义。学生不仅亲身感受到实实在在的光电子技术成果及其广阔的应用前景,而且有助于学生们对所学知识和概念进一步的理解和掌握。学生们纷纷表示,通过参观,加深了对光电信息专业的认识,开阔了眼界。决定从现在起努力学习专业知识,争取在光电方面有所作为。
四、总结
       通过对光学基础理论课程教学内容、教学方法与教学手段的探索与实践,改进了传统的教学方法,提高了教学内容的趣味性,调动了学生的课程学习积极性和主动性,把讲课的重点逐渐从公式、知识点的讲解传授转向培养学生利用知识分析解决问题的能力,使学生在学到具体知识的同时,学到获取、利用知识的方法,提高了学生的创新能力和科学素质。

注:本研究受 2013年度湖北省省级教学改革研究项目:应用型光电子精密机械专业实践教学体系研究(汉口学院)的资助。
参考文献

[1]马跃进. 光学实验教学与管理的探索与实践[J]. 中国成人教育,2011(5):130-131.
[2]张萍,宋金,仲志国,吕林霞. 立体化、创新型的光学课程教学体系与模式的研究[J]. 大学物理,2010(7):40-42.
[3]胡金敏,谢双维,丁振军. 工程光学教学中培养学生创新能力模式探析[J]. 中国成人教育,2010(2):151-152.
[4]李丽,刘晓波. 工程光学教学改革探索[J]. 实验技术与管理,2009(8):129-131.
[5]蔡履中. 在基础光学教学中贯彻以人为本的素质教育思想的探讨与实践[J]. 大学物理,2004(4):47-51+58.

作者简介:李宏棋(1963-- ),男,河北石家庄市人,博士,副教授,主要从事光电信息科学与工程专业教学和科研工作。E-mail:357161557@qq.com

Research on teaching reform of optical basic theory course Li Hongqi,Chen Haiqing HanKou University  College of mechanical and electrical
Abstract: the application of optical and physical optics is the specialized basic course of optoelectronic information engineering. In the teaching process of formula complex variety, problem content abstract boring etc.. Aiming at these problems, the teaching content of interest, image in teaching methods, teaching methods reform measures the practice exploration, improve the students' interest in learning, to obtain good teaching effect.
Keywords: teaching theory, classroom teaching, optics theory, teaching reform

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